一種改進(jìn)型隧道通風(fēng)控制系統的設計和仿真分析

摘要：以明月峽隧道通風(fēng)控制系統設計為背景，對明月峽隧道通風(fēng)控制系統的功能進(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)控制系統設計方案，最后對方案進(jìn)行仿真分析，實(shí)現通風(fēng)方案的比選和優(yōu)化，為隧道火災通風(fēng)設計提供科學(xué)指導。
關(guān)鍵詞：明月峽隧道；通風(fēng)控制；車(chē)流量；仿真

0 引言
國道108線(xiàn)廣元段沙溪壩至棋盤(pán)關(guān)公路包括劍門(mén)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(pán)關(guān)二級公路。該設計中的明月峽隧道就位于瓷棋段二級汽車(chē)專(zhuān)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(chē)道二級高速公路；計算行車(chē)速度為40 km／h；隧道：?jiǎn)味措p車(chē)道，隧道凈寬10．9 m，高5 m；隧道長(cháng)度為8 660 m。
公路隧道通風(fēng)控制系統是保證隧道內車(chē)輛運營(yíng)安全和效率的關(guān)鍵。它直接決定隧道行車(chē)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)控制系統可以使隧道中各種通風(fēng)機電設備最大限度地發(fā)揮作用，使運營(yíng)條件惡劣的隧道內的服務(wù)水平與整個(gè)高速公路其他路段相適應。所以本文對明月峽隧道通風(fēng)控制系統進(jìn)行了深入具體地分析研究，提出一種改進(jìn)型通風(fēng)控制系統設計方案并對其進(jìn)行仿真分析。

1 隧道通風(fēng)控制系統功能描述
通風(fēng)控制系統主要是對隧道的通風(fēng)狀況和風(fēng)機的運行狀態(tài)進(jìn)行檢測，具備數據采集處理功能、風(fēng)機控制功能和運轉狀態(tài)反饋功能及全部信息的記錄功能。并能夠根據隧道內的風(fēng)速、風(fēng)向、C0，VI的數據信息以及風(fēng)機轉向給出相應的控制方案，對隧道風(fēng)機的開(kāi)啟、停止、正反轉工作狀態(tài)進(jìn)行控制。系統要具備正常情況條件下的通風(fēng)控制功能和發(fā)生火災條件下的通風(fēng)控制功能。
1．1 正常通風(fēng)控制方案
本方案采用分區域單機控制方式，控制通風(fēng)系統的運行。
在通風(fēng)監控系統中，根據隧道內車(chē)行方向、地理特征和建筑特征等實(shí)際具體的特征，考慮到隧道火災狀況等因素，將隧道通風(fēng)狀況分成區域進(jìn)行總體控制。
在自動(dòng)控制方式下，通風(fēng)系統由隧道監控中心計算機及現場(chǎng)通風(fēng)控制PLC自動(dòng)控制。通過(guò)CO，VI傳感器測量的過(guò)濾信號、測量地點(diǎn)的定位以及控制算法將通風(fēng)系統保持在預先設定的范圍內。通常情況下，風(fēng)機的控制順序取決于風(fēng)機工作時(shí)間，這樣工作時(shí)間最短的風(fēng)機將被放在優(yōu)先起動(dòng)的位置。
1．2 火災排煙方案
火災發(fā)生時(shí)，依據隧道內火災位置，按照防災排煙方案采用緊急狀態(tài)的排煙措施，按洞內縱向風(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 設備監測
(1)風(fēng)速風(fēng)向檢測
實(shí)時(shí)檢測隧道內平行于隧道壁面的風(fēng)向、風(fēng)速數據，用以判斷通風(fēng)系統運行狀況。
(2)軸流風(fēng)機檢測
軸流風(fēng)機及其控制設備是保證隧道正常運營(yíng)的最重要、最昂貴的設備，設置在通風(fēng)豎井附近地下風(fēng)機房?jì)?。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(cháng)期值守。為保障隧道內司機和乘客的安全和舒適，軸流風(fēng)機需在惡劣的環(huán)境下連續運轉，因此，應及時(shí)掌握軸流風(fēng)機的運行工況，監測其主要部件的工作參數(如主電機的溫升等)。并將這些參數定時(shí)傳送至中控室，進(jìn)行遠程監測。
(3)射流風(fēng)機狀態(tài)檢測
實(shí)時(shí)檢測射流風(fēng)機的正轉、反轉和停機狀態(tài)，并將風(fēng)機工作時(shí)間進(jìn)行記錄。
(4)CO檢測器、能見(jiàn)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(jiàn)度檢測器、風(fēng)速風(fēng)向儀的工作狀態(tài)，設備故障時(shí)發(fā)出報警信息。

2 隧道通風(fēng)控制系統硬件設計
通風(fēng)控制采用分區域單機控制方式(也介紹了前饋式模糊控制方式，即通過(guò)預測短期交通量，控制通風(fēng)系統，以達到節約能源的目的)。
系統由CO及能見(jiàn)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(dòng)測定隧道內燈光照明下的合成能見(jiàn)度，自動(dòng)測定隧道內CO濃度分布，能見(jiàn)度及CO濃度檢測器設在主隧道內，每個(gè)通風(fēng)段內設置3臺，設置間距依據通風(fēng)段長(cháng)度不同而不同。每段最后一臺設于距通風(fēng)豎井排風(fēng)通道口或隧道出口100～150 m范圍內。
(2)風(fēng)速風(fēng)向檢測儀：實(shí)時(shí)檢測隧道內平行于隧道壁面的風(fēng)向、風(fēng)速數據，用以判斷通風(fēng)系統運行狀況。風(fēng)速風(fēng)向檢測器設在通風(fēng)豎井出入口處主隧道內、距隧道出口100～150 m范圍內及豎井與隧道聯(lián)絡(luò )風(fēng)道內。
(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?jì)?，依據交通量及隧道內的坡度，軸流風(fēng)機有時(shí)處于并聯(lián)運行狀態(tài)中。
(4)隧道內的射流風(fēng)機：均勻布置在隧道內，間隔約350 m／臺。
風(fēng)機設置界面如圖1所示。