Den store udgravning

Da præsident dwight d. Eisenhower underskrev Federal Highway System-lovgivningen i 1956, han kunne umuligt have forestillet sig det gigantiske byggeprojekt, der nu bliver iværksat i Boston for at fuldføre systemet. Regeringsembedsmænd kalder det Central Artery/Tunnel (CA/T) Project; lokale siger bare Big Dig. Når den er færdig i 2004, vil denne vejbane prale af et segment med otte baner bred, 3,5 miles lang, fuldstændig begravet under det travle finansdistrikt i en af ​​landets ældste byer. Den nye tunnel vil erstatte Bostons meget udskældte Central Artery - en forfalden stålviadukt, der skærer mellem højhuse i centrum - med en strækning af verdens største underjordiske motorvej. En undervandstunnel (færdiggjort i 1995) vil føre trafikken fra lufthavnen ind i arterien, alt sammen til de hidtil usete omkostninger på mere end 10 milliarder dollars.

Selvom begravelse af motorvejen lover at efterlade et forbedret miljø for Bostons overfladebeboere - renere, roligere og mere åben - øger det indsatsen for underjordiske rejsende. Trafikpropper og flade dæk, der blot er irriterende over jorden, kan blive dødeligt under jorden, hvis bilister er fanget i en dis af giftige udstødningsgasser. Tilføj til blandingen en bilbrand eller en olietankereksplosion, og situationen kan blive alvorlig. Så Big Dig-ingeniører er banebrydende inden for nye teknologier inden for konstruktion, trafikstyring og brandkontrol, alt sammen designet til at holde livet flyde jævnt og sikkert gennem arterien.

Denne historie var en del af vores maj 1998-udgave

• Se resten af ​​problemet
• Abonner

Hjernen bag operationen

ud over at lægge stål og støbe beton, installerer Big Dig-hold hundredvis af lukkede fjernsynskameraer, infrarøde sensorer og variable meddelelsesskilte i hele systemet, kobler det sammen med et computersystem, der kan modstå et terrorangreb, og bygger et kommandocenter så fyldt med skærme, tastaturer og projektionsenheder, at det ville gøre Darth Vader grøn af misundelse. Det hele er en del af Central Artery/Tunnel Smart Highway eller Intelligent Transportation System.

Ved at arbejde i Star Wars kontrolcenter vil CA/T's halve dusin menneskelige operatører stræbe efter at maksimere trafikstrømmen og minimere bilisters eksponering for kulilte. Værktøjerne til deres rådighed vil omfatte trafiklys, hastighedsgrænseskilte, vognbanelukningssignaler, AM- og FM-radiosendere, ventilationsudstyr, endda spildevandspumper.

CA/T's computere vil konstant overvåge strømmen af ​​trafik gennem systemet. Hvis der er en pludselig afbrydelse - lad os sige, at trafikken i en vognbane falder fra 60 til 5 mph - vil computeren automatisk svinge et kamera for at pege på det pågældende område. Computeren kan beregne alvoren af ​​hændelsen, udpege en passende menneskelig operatør til at håndtere den (baseret på hans eller hendes træning og aktuelle opgaver) og få videobilledet til at vises på operatørens konsol. Derefter vil computeren anbefale en strategi for håndtering af situationen, men overlade den endelige beslutning til mennesket, som kan skifte lys, justere ventilationsudstyr eller sende beskeder til chauffører, alt sammen for at forhindre en mindre fender-bender i at blive en større katastrofe.

Men hvad skal en operatør egentlig gøre i en nødsituation? Luk baner? Langsom trafik? Omdirigere trafik? Og hvor længe skal banerne holdes lukkede? For at besvare disse spørgsmål indgik Massachusetts Highway Department kontrakt med MIT's Intelligent Transportation Systems-gruppe ( http://its.mit.edu/ ) at bygge en avanceret computersimulering, der modellerer op til 10.000 køretøjer, der bevæger sig gennem ramper og tunneller.

Vi simulerer chaufførernes beslutninger såsom acceleration, deceleration, vognbaneskift, sammenlægning og eftergivelse, siger professor Moshe Ben-Akiva, der leder MIT-gruppen. Vi kan simulere hændelser ved at spærre baner i en vis varighed. Vi kan simulere ændringer i sigtbarhedsforhold. Systemet kan endda bestemme effekten af ​​at lukke udgange eller tilføje nye.

Sammen med trafiksimulatoren har MIT-gruppen bygget en anden simulator, der modellerer CA/T's menneskelige operatører og trafikstyringssystem. Dette lader forskerne se, hvilken effekt forskellige trafikstyringsstrategier vil have på ebbe og flod af trafikken inde i tunnelen. Når der for eksempel sker et uheld inde i tunnelen, skifter portallyset på motorvejen straks fra grønt til rødt for at forhindre flere biler i at komme ind. Ved hjælp af simulatoren har forskerne beregnet, hvor længe operatørerne skal vente, efter at ulykken er ryddet, før portallyset bliver vendt fra rødt tilbage til grønt. De oprindelige planer om at ændre portallyset til grønt med det samme var ikke en god idé, siger Ben-Akiva. Du bør udsætte ændringen, indtil du lader trafikken rydde ud. Ellers genererer du chokbølger af trafik inde i tunnelen.

Ild i bjergene

hvis ca/t-designere og -operatører fik nogle overraskelser, da de begyndte at simulere trafikstrømmen, fik de endnu større chok, da de begyndte at undersøge et andet problem: hvordan man beskytter en tunnel og dens beboere mod brandens hærgen. Det var ikke kun truslen om direkte forbrændinger, de var bekymrede over. Faktisk er røg og varme de rigtige mordere i en brand, siger Richard W. Drake, operationsleder for Central Artery/Tunnel Project.

I årevis, forklarer Drake, har ingeniører over hele verden bygget biltunneler med ventilationsudstyr, der er stort nok til at håndtere røgen fra den største tænkelige brand. Men de havde ingen mulighed for at vide, hvordan deres forestillinger om ild ville matche en rigtig ild. Selvom tunnelbrande - som den, der brød ud i 1996 i Kanaltunnelen, der forbinder Storbritannien og Frankrig - fanger international medieopmærksomhed, er ingen brændt under det vågne øje af videnskabelige højhastighedsinstrumenter. Så ingeniører har altid baseret deres brandsikringsdesign på teoretiske modeller, ikke hårde data.

Utilpas med denne usikkerhed har ingeniører i årtier overbygget deres projekter, tilføjet mere ventilationsudstyr, isolering og strukturel støtte, end de troede nødvendigt - bare hvis deres modeller undervurderede den varme og røg en tunnelbrand kunne producere.

Det, ingeniørerne havde brug for, var et testbed - et eksperimentelt system til tunnelbrande. Og i begyndelsen af ​​1980'erne kom Federal Highway Administration (FHA) med en, der omdirigerede en sektion af I74 på en måde, der efterlod en tom 1,1-mile tunnel i bakkerne i West Virginia. Der slog FHA sig sammen med Parsons Brinckerhoff, en af ​​Big Digs primære entreprenører, for at udføre en række fuldskala forbrændinger, der endelig ville sætte teorierne om tunnelbrande på prøve.

Holdet brugte $10 millioner på at renovere den forladte tunnel med et avanceret ventilationssystem og yderligere $10 millioner på at installere sofistikerede overvågningsinstrumenter. Vi udstyrede tunnelen på et gittersystem, så man kunne indsamle data om temperatur, luftstrøm og kulilte i hele tunnelen, siger Drake, der overvågede projektet.

I midten af ​​den forladte tunnel byggede ingeniørerne store stålpander, der målte mere end 10 fod på en side. De fyldte panderne med 6 tommer vand (for at beskytte stålet mod varmen) og derefter en tomme brændselsolie. En fjernstyret propanbrænder antændte brændstoffet.

I sidste ende overvågede Drake 101 forbrændinger. Den mindste var 10 megawatt (MW), hvilket simulerede en lille bil, der brød i flammer. Den største var på 100 MW - cirka den strøm, der blev frigivet, da en lille benzintankvogn frontalt kollision med en lastbil.

Hvis du vil se, hvordan helvede ser ud, viser vi dig et billede af en 100 megawatt brand, siger Drake. Det er helt forbløffende at se fliser blæst af væggen. Asfalt- og tjæreudvidelsesfugene bobler.

Til holdets forbløffelse holdt tunnelen og ventilationsudstyret sig langt bedre gennem disse holocaust, end modellerne havde forudsagt. Ingen troede, vi nogensinde ville få det her antal brande af. De troede, at tunnelen ville kollapse længe før, vi var færdige med den, siger Drake.

Tunnelens modstandsdygtighed i West Virginia pegede mod en svimlende konklusion: På verdensplan var milliarder af dollars blevet spildt, hvilket gjorde tunneler mere brandsikre, end der nogensinde har været behov for.

Selvom resultaterne kom for sent til at give mulighed for et komplet Big Dig-redesign, har Drake stadig været i stand til at spare titusindvis af millioner dollars i beton- og udgravningsomkostninger ved at skrumpe nogle ventilationsskakter og eliminere andre. Vi sparede omkring 25 millioner dollars på dette projekt alene i isoleringsomkostninger, siger Drake. Vi er meget sikre på, at vi kan vise dig 45 millioner dollars i besparelser i alt.

Endnu vigtigere, testene har lært ingeniører, hvordan man tuner CA/T's ventilationssystem. I tilfælde af en brand, siger Drake, havde traditionel visdom altid været af den opfattelse, at blæsere, der leverer frisk luft til tunnelområder, der støder op til flammerne, skulle indstilles til omkring 50 procent af kapaciteten. Det var et forsøg på at finde en hårfin balance: Du vil ikke give frisk luft til bålet, forklarer Drake, men du vil heller ikke have, at folk, der er fanget i deres biler, skal kvæles.

Igen var konventionel visdom forkert. West Virginia-eksperimenterne viste, at det er bedre at skrue de nærliggende forsyningsventilatorer ned under en brand til kun 10 procent eller 20 procent af kapaciteten. Ved disse reducerede indstillinger, viser testene, vil ventilationssystemet stadig give nok frisk luft til fastklemte bilister, og det vil ikke blæse flammerne så højt. Det er en strategisk justering, der kan virke mindre, men med en kvart million køretøjer, der forventes at forhandle tunnelen hver dag i 2010, kan dens indvirkning vise sig at være enorm.

skjule