一種改進(jìn)型隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真分析

摘要：以明月峽隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為背景，對(duì)明月峽隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)的功能進(jìn)行了深入具體地分析研究，提出一種改進(jìn)型明月峽隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，最后對(duì)方案進(jìn)行仿真分析，實(shí)現(xiàn)通風(fēng)方案的比選和優(yōu)化，為隧道火災(zāi)通風(fēng)設(shè)計(jì)提供科學(xué)指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞：明月峽隧道；通風(fēng)控制；車流量；仿真

0 引言
國(guó)道108線廣元段沙溪壩至棋盤關(guān)公路包括劍門關(guān)至凌江高速公路；凌江至瓷窯鋪一級(jí)公路；瓷窯鋪至棋盤關(guān)二級(jí)公路。該設(shè)計(jì)中的明月峽隧道就位于瓷棋段二級(jí)汽車專用公路的路段中。明月峽隧道主要技術(shù)指標(biāo)如下：公路等級(jí)：雙向二車道二級(jí)高速公路；計(jì)算行車速度為40 km／h；隧道：?jiǎn)味措p車道，隧道凈寬10．9 m，高5 m；隧道長(zhǎng)度為8 660 m。
公路隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)是保證隧道內(nèi)車輛運(yùn)營(yíng)安全和效率的關(guān)鍵。它直接決定隧道行車安全性和舒適性，起到稀釋有害氣體和污染物質(zhì)濃度的作用，高效可靠的隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)可以使隧道中各種通風(fēng)機(jī)電設(shè)備最大限度地發(fā)揮作用，使運(yùn)營(yíng)條件惡劣的隧道內(nèi)的服務(wù)水平與整個(gè)高速公路其他路段相適應(yīng)。所以本文對(duì)明月峽隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入具體地分析研究，提出一種改進(jìn)型通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案并對(duì)其進(jìn)行仿真分析。

1 隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)功能描述
通風(fēng)控制系統(tǒng)主要是對(duì)隧道的通風(fēng)狀況和風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)，具備數(shù)據(jù)采集處理功能、風(fēng)機(jī)控制功能和運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)反饋功能及全部信息的記錄功能。并能夠根據(jù)隧道內(nèi)的風(fēng)速、風(fēng)向、C0，VI的數(shù)據(jù)信息以及風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)向給出相應(yīng)的控制方案，對(duì)隧道風(fēng)機(jī)的開啟、停止、正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)進(jìn)行控制。系統(tǒng)要具備正常情況條件下的通風(fēng)控制功能和發(fā)生火災(zāi)條件下的通風(fēng)控制功能。
1．1 正常通風(fēng)控制方案
本方案采用分區(qū)域單機(jī)控制方式，控制通風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行。
在通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)中，根據(jù)隧道內(nèi)車行方向、地理特征和建筑特征等實(shí)際具體的特征，考慮到隧道火災(zāi)狀況等因素，將隧道通風(fēng)狀況分成區(qū)域進(jìn)行總體控制。
在自動(dòng)控制方式下，通風(fēng)系統(tǒng)由隧道監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)及現(xiàn)場(chǎng)通風(fēng)控制PLC自動(dòng)控制。通過(guò)CO，VI傳感器測(cè)量的過(guò)濾信號(hào)、測(cè)量地點(diǎn)的定位以及控制算法將通風(fēng)系統(tǒng)保持在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)。通常情況下，風(fēng)機(jī)的控制順序取決于風(fēng)機(jī)工作時(shí)間，這樣工作時(shí)間最短的風(fēng)機(jī)將被放在優(yōu)先起動(dòng)的位置。
1．2 火災(zāi)排煙方案
火災(zāi)發(fā)生時(shí)，依據(jù)隧道內(nèi)火災(zāi)位置，按照防災(zāi)排煙方案采用緊急狀態(tài)的排煙措施，按洞內(nèi)縱向風(fēng)速為2～3 m／s控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行，控制火勢(shì)及煙霧的擴(kuò)散速度及范圍。
1．3 設(shè)備監(jiān)測(cè)
(1)風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)
實(shí)時(shí)檢測(cè)隧道內(nèi)平行于隧道壁面的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)，用以判斷通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。
(2)軸流風(fēng)機(jī)檢測(cè)
軸流風(fēng)機(jī)及其控制設(shè)備是保證隧道正常運(yùn)營(yíng)的最重要、最昂貴的設(shè)備，設(shè)置在通風(fēng)豎井附近地下風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)。地下風(fēng)機(jī)房遠(yuǎn)離隧道口，陰冷潮濕，空氣污染嚴(yán)重，不適合工作人員長(zhǎng)期值守。為保障隧道內(nèi)司機(jī)和乘客的安全和舒適，軸流風(fēng)機(jī)需在惡劣的環(huán)境下連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因此，應(yīng)及時(shí)掌握軸流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況，監(jiān)測(cè)其主要部件的工作參數(shù)(如主電機(jī)的溫升等)。并將這些參數(shù)定時(shí)傳送至中控室，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。
(3)射流風(fēng)機(jī)狀態(tài)檢測(cè)
實(shí)時(shí)檢測(cè)射流風(fēng)機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停機(jī)狀態(tài)，并將風(fēng)機(jī)工作時(shí)間進(jìn)行記錄。
(4)CO檢測(cè)器、能見度檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向儀工作狀態(tài)檢測(cè)
定期檢測(cè)CO檢測(cè)器、能見度檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向儀的工作狀態(tài)，設(shè)備故障時(shí)發(fā)出報(bào)警信息。

2 隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
通風(fēng)控制采用分區(qū)域單機(jī)控制方式(也介紹了前饋式模糊控制方式，即通過(guò)預(yù)測(cè)短期交通量，控制通風(fēng)系統(tǒng)，以達(dá)到節(jié)約能源的目的)。
系統(tǒng)由CO及能見度檢測(cè)儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、通風(fēng)控制計(jì)算機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)控制器、射流風(fēng)機(jī)控制器及軸流風(fēng)機(jī)、射流風(fēng)機(jī)組成。
(1)CO，VI檢測(cè)器布置：CO，VI檢測(cè)器自動(dòng)測(cè)定隧道內(nèi)燈光照明下的合成能見度，自動(dòng)測(cè)定隧道內(nèi)CO濃度分布，能見度及CO濃度檢測(cè)器設(shè)在主隧道內(nèi)，每個(gè)通風(fēng)段內(nèi)設(shè)置3臺(tái)，設(shè)置間距依據(jù)通風(fēng)段長(zhǎng)度不同而不同。每段最后一臺(tái)設(shè)于距通風(fēng)豎井排風(fēng)通道口或隧道出口100～150 m范圍內(nèi)。
(2)風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)儀：實(shí)時(shí)檢測(cè)隧道內(nèi)平行于隧道壁面的風(fēng)向、風(fēng)速數(shù)據(jù)，用以判斷通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行狀況。風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器設(shè)在通風(fēng)豎井出入口處主隧道內(nèi)、距隧道出口100～150 m范圍內(nèi)及豎井與隧道聯(lián)絡(luò)風(fēng)道內(nèi)。
(3)豎井處的軸流風(fēng)機(jī)：布置在隧道三處豎井的地下風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)，依據(jù)交通量及隧道內(nèi)的坡度，軸流風(fēng)機(jī)有時(shí)處于并聯(lián)運(yùn)行狀態(tài)中。
(4)隧道內(nèi)的射流風(fēng)機(jī)：均勻布置在隧道內(nèi)，間隔約350 m／臺(tái)。
風(fēng)機(jī)設(shè)置界面如圖1所示。