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

摘要：以明月峽隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計為背景，對明月峽隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)的功能進行了深入具體地分析研究，提出一種改進型明月峽隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計方案，最后對方案進行仿真分析，實現(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；凌江至瓷窯鋪一級公路；瓷窯鋪至棋盤關(guān)二級公路。該設(shè)計中的明月峽隧道就位于瓷棋段二級汽車專用公路的路段中。明月峽隧道主要技術(shù)指標如下：公路等級：雙向二車道二級高速公路；計算行車速度為40 km／h；隧道：單洞雙車道，隧道凈寬10．9 m，高5 m；隧道長度為8 660 m。
公路隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)是保證隧道內(nèi)車輛運營安全和效率的關(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)機電設(shè)備最大限度地發(fā)揮作用，使運營條件惡劣的隧道內(nèi)的服務(wù)水平與整個高速公路其他路段相適應(yīng)。所以本文對明月峽隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)進行了深入具體地分析研究，提出一種改進型通風(fēng)控制系統(tǒng)設(shè)計方案并對其進行仿真分析。

1 隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)功能描述
通風(fēng)控制系統(tǒng)主要是對隧道的通風(fēng)狀況和風(fēng)機的運行狀態(tài)進行檢測，具備數(shù)據(jù)采集處理功能、風(fēng)機控制功能和運轉(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)機轉(zhuǎn)向給出相應(yīng)的控制方案，對隧道風(fēng)機的開啟、停止、正反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)進行控制。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)域單機控制方式，控制通風(fēng)系統(tǒng)的運行。
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)域進行總體控制。
在自動控制方式下，通風(fēng)系統(tǒng)由隧道監(jiān)控中心計算機及現(xiàn)場通風(fēng)控制PLC自動控制。通過CO，VI傳感器測量的過濾信號、測量地點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)機的控制順序取決于風(fēng)機工作時間，這樣工作時間最短的風(fēng)機將被放在優(yōu)先起動的位置。
1．2 火災(zāi)排煙方案
火災(zāi)發(fā)生時，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)機運行，控制火勢及煙霧的擴散速度及范圍。
1．3 設(shè)備監(jiān)測
(1)風(fēng)速風(fēng)向檢測
實時檢測隧道內(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)運行狀況。
(2)軸流風(fēng)機檢測
軸流風(fēng)機及其控制設(shè)備是保證隧道正常運營的最重要、最昂貴的設(shè)備，設(shè)置在通風(fēng)豎井附近地下風(fēng)機房內(nèi)。地下風(fēng)機房遠離隧道口，陰冷潮濕，空氣污染嚴重，不適合工作人員長期值守。為保障隧道內(nèi)司機和乘客的安全和舒適，軸流風(fēng)機需在惡劣的環(huán)境下連續(xù)運轉(zhuǎn)，因此，應(yīng)及時掌握軸流風(fēng)機的運行工況，監(jiān)測其主要部件的工作參數(shù)(如主電機的溫升等)。并將這些參數(shù)定時傳送至中控室，進行遠程監(jiān)測。
(3)射流風(fēng)機狀態(tài)檢測
實時檢測射流風(fēng)機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和停機狀態(tài)，并將風(fēng)機工作時間進行記錄。
(4)CO檢測器、能見度檢測器、風(fēng)速風(fēng)向儀工作狀態(tài)檢測
定期檢測CO檢測器、能見度檢測器、風(fēng)速風(fēng)向儀的工作狀態(tài)，設(shè)備故障時發(fā)出報警信息。

2 隧道通風(fēng)控制系統(tǒng)硬件設(shè)計
通風(fēng)控制采用分區(qū)域單機控制方式(也介紹了前饋式模糊控制方式，即通過預(yù)測短期交通量，控制通風(fēng)系統(tǒng)，以達到節(jié)約能源的目的)。
系統(tǒng)由CO及能見度檢測儀、風(fēng)速風(fēng)向儀、通風(fēng)控制計算機、軸流風(fēng)機控制器、射流風(fēng)機控制器及軸流風(fēng)機、射流風(fēng)機組成。
(1)CO，VI檢測器布置：CO，VI檢測器自動測定隧道內(nèi)燈光照明下的合成能見度，自動測定隧道內(nèi)CO濃度分布，能見度及CO濃度檢測器設(shè)在主隧道內(nèi)，每個通風(fēng)段內(nèi)設(shè)置3臺，設(shè)置間距依據(jù)通風(fēng)段長度不同而不同。每段最后一臺設(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)向檢測儀：實時檢測隧道內(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)運行狀況。風(fēng)速風(fēng)向檢測器設(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：布置在隧道三處豎井的地下風(fēng)機房內(nèi)，依據(jù)交通量及隧道內(nèi)的坡度，軸流風(fēng)機有時處于并聯(lián)運行狀態(tài)中。
(4)隧道內(nèi)的射流風(fēng)機：均勻布置在隧道內(nèi)，間隔約350 m／臺。
風(fēng)機設(shè)置界面如圖1所示。