高速公路隧道通風(fēng)、照明聯(lián)動(dòng)控制方案探討

譚曉敏

【摘 要】高速公路隧道聯(lián)動(dòng)控制是隧道監(jiān)控系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)隧道內(nèi)環(huán)境參數(shù)，如CO/VI（一氧化碳/能見(jiàn)度）、風(fēng)速風(fēng)向、洞內(nèi)外亮度、隧道內(nèi)溫度及火災(zāi)探測(cè)、電力檢測(cè)等，按隧道監(jiān)控軟件對(duì)各系統(tǒng)預(yù)設(shè)的控制方案進(jìn)行運(yùn)算和比對(duì)后形成控制指令，再通過(guò)隧道中央控制系統(tǒng)及各相關(guān)區(qū)域控制器執(zhí)行這些指令，對(duì)隧道通風(fēng)、照明、消防、視頻、交通控制設(shè)施、隧道廣播等進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，使隧道內(nèi)環(huán)境始終處于有利行車(chē)安全的范圍，同時(shí)誘導(dǎo)過(guò)往車(chē)輛在不同工況（如正常雙洞通行、單洞雙向通行、單洞單車(chē)道通行、單洞局部封閉等）時(shí)都能各行其道，安全快捷的通過(guò)隧道。

【關(guān)鍵詞】高速公路監(jiān)控系統(tǒng)；隧道監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)控制；隧道工況；控制預(yù)案；控制指令；隧道監(jiān)控軟件；區(qū)域控制

1 高速公路監(jiān)控系統(tǒng)與隧道聯(lián)動(dòng)控制概述

高速公路監(jiān)控系統(tǒng)是利用公路沿線安裝的各類(lèi)檢測(cè)設(shè)備對(duì)交通、環(huán)境及設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析和處理，并根據(jù)一定的規(guī)則進(jìn)行決策，然后通過(guò)信息發(fā)布設(shè)備和交通控制設(shè)備對(duì)道路交通進(jìn)行指揮和調(diào)度的集檢測(cè)、控制、管理于一體的綜合性交通指揮系統(tǒng)。高速公路長(zhǎng)大隧道路段必須借助通風(fēng)、照明等機(jī)電設(shè)施才能通行，為了確保安全還往往需要設(shè)置隧道消防、救援、檢測(cè)監(jiān)視、報(bào)警管理等設(shè)備。為有效的集成和管理這些設(shè)備，必須配置實(shí)施完善的隧道監(jiān)控系統(tǒng)。

隧道監(jiān)控系統(tǒng)是專(zhuān)門(mén)針對(duì)長(zhǎng)大隧道設(shè)置的監(jiān)控管理系統(tǒng)，由隧道監(jiān)控管理站系統(tǒng)和隧道外場(chǎng)機(jī)電系統(tǒng)構(gòu)成。隧道監(jiān)控系統(tǒng)既是高速公路監(jiān)控系統(tǒng)的組成部分，同時(shí)也獨(dú)立于高速公路監(jiān)控系統(tǒng)而自成系統(tǒng)。高速公路隧道監(jiān)控系統(tǒng)堪稱(chēng)是高速公路隧道的神經(jīng)系統(tǒng)，它既通過(guò)交通誘導(dǎo)和控制設(shè)備使車(chē)輛按不同工況各行其道，又依據(jù)環(huán)境檢測(cè)及火災(zāi)探測(cè)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)控制隧道通風(fēng)、照明、消防等各系統(tǒng)，同時(shí)還為交通管理者提供視頻、語(yǔ)音等輔助決策和管理的手段。

隧道聯(lián)動(dòng)控制是隧道監(jiān)控系統(tǒng)中極為關(guān)鍵一部分，它是監(jiān)控計(jì)算機(jī)綜合分析隧道內(nèi)交通運(yùn)行狀況、環(huán)境指標(biāo)狀況或接收到隧道內(nèi)火災(zāi)報(bào)警信號(hào)后需采取合理、有效的措施而設(shè)計(jì)的一系列程序。其方案設(shè)計(jì)的合理與否直接關(guān)系到隧道運(yùn)營(yíng)或事故的應(yīng)急處理效果。隧道聯(lián)動(dòng)控制方案主要涉及隧道視頻監(jiān)視子系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警子系統(tǒng)、電力監(jiān)控子系統(tǒng)（含通風(fēng)、照明控制系統(tǒng)）、交通控制子系統(tǒng)（含車(chē)檢器、可變信息標(biāo)志、交通信號(hào)燈、車(chē)道指示標(biāo)志、橫洞指示標(biāo)志等）、隧道有線廣播子系統(tǒng)等，所有系統(tǒng)即相對(duì)獨(dú)立，又協(xié)調(diào)統(tǒng)一。根據(jù)我省以往高速公路隧道聯(lián)動(dòng)控制方案設(shè)計(jì)和實(shí)施的經(jīng)驗(yàn)，在此總結(jié)和探討高寒、高海拔地區(qū)隧道通風(fēng)、照明聯(lián)動(dòng)控制方案。

2 隧道通風(fēng)聯(lián)動(dòng)控制方案

通風(fēng)控制程序運(yùn)行于隧道通風(fēng)管理計(jì)算機(jī)，以預(yù)案形式反映不同工況下風(fēng)機(jī)啟停等動(dòng)作指令組合，環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及通風(fēng)控制指令均由區(qū)域控制器PLC完成。其控制原理是根據(jù)檢測(cè)到的CO濃度、透過(guò)率數(shù)據(jù)、交通量數(shù)據(jù)，控制風(fēng)機(jī)的運(yùn)行臺(tái)數(shù)、風(fēng)向和運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行和保持風(fēng)機(jī)較佳壽命的運(yùn)行；并在發(fā)生火災(zāi)時(shí)，根據(jù)不同地點(diǎn)，進(jìn)行相應(yīng)的火災(zāi)排煙處理，以保證隧道運(yùn)行環(huán)境的安全。

2.1 根據(jù)隧道內(nèi)環(huán)境參數(shù)定制控制方案

根據(jù)我國(guó)隧道設(shè)計(jì)規(guī)范JTJ026.1-1999的要求，隧道內(nèi)環(huán)境指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)范圍為：隧道內(nèi)CO正常運(yùn)營(yíng)時(shí)允許濃度：200～250ppm，交通阻滯（隧道內(nèi)各車(chē)道均以怠速行駛，平均車(chē)速為10km/h）時(shí)可為300ppm，經(jīng)歷時(shí)間不超過(guò)20min；隧道內(nèi)煙霧允許濃度為7.0×10-3（m-1）；隧道內(nèi)風(fēng)速正常運(yùn)營(yíng)時(shí)推薦為10m/s。

對(duì)于CO濃度告警，建議當(dāng)CO濃度<150ppm時(shí)，隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)；當(dāng)150ppm300ppm且持續(xù)時(shí)間超過(guò)15分鐘時(shí)，監(jiān)控軟件需做出隧道封道告警的提示待監(jiān)控人員進(jìn)行判斷。

對(duì)于隧道內(nèi)透過(guò)率（VI），測(cè)量范圍為0-15 1/KM，可將VI的數(shù)值范圍分為3級(jí)。即VI<10 1/KM、1015 1/KM。當(dāng)能見(jiàn)度VI<10 1/KM時(shí)為正常，隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)不啟動(dòng)；當(dāng)10 1/KM15 1/KM時(shí)，監(jiān)控軟件需做出隧道封道告警的提示待監(jiān)控人員進(jìn)行判斷。

2.2 小交通流工況下通風(fēng)控制方案

當(dāng)隧道內(nèi)交通量數(shù)據(jù)、環(huán)境參數(shù)的檢測(cè)數(shù)值正常時(shí)，說(shuō)明隧道內(nèi)環(huán)境滿足運(yùn)營(yíng)要求，無(wú)需執(zhí)行風(fēng)機(jī)啟停指令。但為了避免風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期不運(yùn)行可能導(dǎo)致風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械出現(xiàn)故障，應(yīng)制定定期（如按周）開(kāi)機(jī)預(yù)案，每次輪詢（如本周開(kāi)啟1、2組，下周開(kāi)啟3、4組）開(kāi)啟兩組風(fēng)機(jī)，每次運(yùn)行時(shí)間可定為10分鐘。監(jiān)控軟件上需定制運(yùn)行記錄報(bào)表以備查詢。

2.3 火災(zāi)工況下通風(fēng)控制方案

當(dāng)隧道發(fā)生火災(zāi)時(shí)屬于特殊工況的通風(fēng)控制，此工況分為救援階段和滅火兩個(gè)階段進(jìn)行通風(fēng)控制，目標(biāo)確?？刂苹饎?shì)不蔓延有利人員疏散和加強(qiáng)排煙有利滅火。具體控制方案將以預(yù)案形式在火災(zāi)報(bào)警聯(lián)動(dòng)控制方案中述及。

3 隧道照明聯(lián)動(dòng)控制方案

隧道照明控制子系統(tǒng)能根據(jù)檢測(cè)到的隧道內(nèi)外光強(qiáng)數(shù)據(jù)、交通量變化以及白天、黑夜等情況，控制隧道的照明系統(tǒng)，調(diào)節(jié)出入口以及洞口的照明，保證行車(chē)的安全，以及在滿足照明要求的情況下達(dá)到節(jié)能運(yùn)行的目的，同時(shí)對(duì)洞內(nèi)照明以及照明控制設(shè)備的狀況進(jìn)行監(jiān)視。

隧道內(nèi)照明回路一般設(shè)有應(yīng)急照明、引入段加強(qiáng)照明、適應(yīng)段加強(qiáng)照明、基本段照明、出口段加強(qiáng)照明等主要回路。在平時(shí)隧道內(nèi)環(huán)境及交通量正常時(shí)，交通監(jiān)控系統(tǒng)為了洞內(nèi)行車(chē)安全，同時(shí)達(dá)到節(jié)能的目的，我們將隧道照明分5個(gè)等級(jí)。

表1 隧道照明等級(jí)劃分及回路組合表

其中A-基本照明，安裝在洞內(nèi)內(nèi)側(cè)壁；B-基本照明，安裝在洞內(nèi)外側(cè)壁；C-加強(qiáng)照明，安裝在洞內(nèi)過(guò)渡段Ⅰ；D-加強(qiáng)照明，安裝在洞內(nèi)過(guò)渡段Ⅱ；E-加強(qiáng)照明，安裝在洞內(nèi)出口段；L-引道照明，安裝洞外接近段和出口段路基。

隧道照明控制以自動(dòng)控制為主，時(shí)序控制和手動(dòng)控制為輔（自動(dòng)控制故障，或者設(shè)備維修時(shí)采用時(shí)序控制或者手動(dòng)控制）。

自動(dòng)控制為按東內(nèi)（Lt）外（La）亮度檢測(cè)器檢測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)系將照明等級(jí)劃分為五級(jí)（組合方式如表1），如Lt≤0.2La時(shí)為1級(jí)（在此只為說(shuō)明問(wèn)題，具體分級(jí)較為復(fù)雜，屬另一研究領(lǐng)域）。Lt、La數(shù)據(jù)的讀取及照明等級(jí)執(zhí)行指令均由區(qū)域控制器按組態(tài)軟件設(shè)置值自動(dòng)執(zhí)行。

時(shí)序控制的實(shí)施比較容易，可靠度也較高，就是按季節(jié)、時(shí)間與亮度的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在區(qū)域控制器或者照明控制器上寫(xiě)入控制程序，就可按系統(tǒng)時(shí)間自動(dòng)執(zhí)行，確定是只能按時(shí)間周期控制亮度，而無(wú)法適應(yīng)晴天、陰雨天等的環(huán)境光線差異。

手動(dòng)控制的實(shí)施是靠操作人員手動(dòng)按照表1的組合開(kāi)關(guān)相應(yīng)照明回路，也可以借助監(jiān)控系統(tǒng)利用安裝在照明管理工作站上的軟件界面點(diǎn)擊鼠標(biāo)進(jìn)行手動(dòng)控制。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)高速公路建設(shè)的快速發(fā)展，隧道的管理與運(yùn)營(yíng)工作也越來(lái)越多越來(lái)越復(fù)雜，特別是長(zhǎng)隧道的運(yùn)營(yíng)管理，對(duì)于建設(shè)單位來(lái)說(shuō)，隧道通行安全問(wèn)題將是管理的重心，平時(shí)的主要工作是保障隧道內(nèi)行車(chē)環(huán)境安全，引導(dǎo)交通有序通行；當(dāng)發(fā)生異?；虺霈F(xiàn)火災(zāi)時(shí)，能通過(guò)應(yīng)急的處理程序或相關(guān)聯(lián)動(dòng)方案來(lái)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)車(chē)輛進(jìn)行誘導(dǎo)，最大限度的減少人員財(cái)產(chǎn)損失。由于每座隧道都有各自的特點(diǎn)，根據(jù)各自的特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理以及建設(shè)單位必須從安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)、科學(xué)的角度共同制定相應(yīng)的隧道聯(lián)動(dòng)控制方案，并在運(yùn)營(yíng)中不斷完善。本文結(jié)合甘肅省部分高速公路長(zhǎng)大監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施進(jìn)行了初步探討，各部分的具體方案和實(shí)施細(xì)節(jié)還有待進(jìn)一步論證和完善。

[責(zé)任編輯：湯靜]