一种改进型隧道通风控制系统的设计和仿真分析

摘要：以明月峡隧道通风控制系统设计为背景，对明月峡隧道通风控制系统的功能进行了深入具体地分析研究，提出一种改进型明月峡隧道通风控制系统设计方案，最后对方案进行仿真分析，实现通风方案的比选和优化，为隧道火灾通风设计提供科学指导。
关键词：明月峡隧道；通风控制；车流量；仿真

0 引言
国道108线广元段沙溪坝至棋盘关公路包括剑门关至凌江高速公路；凌江至瓷窑铺一级公路；瓷窑铺至棋盘关二级公路。该设计中的明月峡隧道就位于瓷棋段二级汽车专用公路的路段中。明月峡隧道主要技术指标如下：公路等级：双向二车道二级高速公路；计算行车速度为40 km／h；隧道：单洞双车道，隧道净宽10．9 m，高5 m；隧道长度为8 660 m。
公路隧道通风控制系统是保证隧道内车辆运营安全和效率的关键。它直接决定隧道行车安全性和舒适性，起到稀释有害气体和污染物质浓度的作用，高效可靠的隧道通风控制系统可以使隧道中各种通风机电设备最大限度地发挥作用，使运营条件恶劣的隧道内的服务水平与整个高速公路其他路段相适应。所以本文对明月峡隧道通风控制系统进行了深入具体地分析研究，提出一种改进型通风控制系统设计方案并对其进行仿真分析。

1 隧道通风控制系统功能描述
通风控制系统主要是对隧道的通风状况和风机的运行状态进行检测，具备数据采集处理功能、风机控制功能和运转状态反馈功能及全部信息的记录功能。并能够根据隧道内的风速、风向、C0，VI的数据信息以及风机转向给出相应的控制方案，对隧道风机的开启、停止、正反转工作状态进行控制。系统要具备正常情况条件下的通风控制功能和发生火灾条件下的通风控制功能。
1．1 正常通风控制方案
本方案采用分区域单机控制方式，控制通风系统的运行。
在通风监控系统中，根据隧道内车行方向、地理特征和建筑特征等实际具体的特征，考虑到隧道火灾状况等因素，将隧道通风状况分成区域进行总体控制。
在自动控制方式下，通风系统由隧道监控中心计算机及现场通风控制PLC自动控制。通过CO，VI传感器测量的过滤信号、测量地点的定位以及控制算法将通风系统保持在预先设定的范围内。通常情况下，风机的控制顺序取决于风机工作时间，这样工作时间最短的风机将被放在优先起动的位置。
1．2 火灾排烟方案
火灾发生时，依据隧道内火灾位置，按照防灾排烟方案采用紧急状态的排烟措施，按洞内纵向风速为2～3 m／s控制风机运行，控制火势及烟雾的扩散速度及范围。
1．3 设备监测
(1)风速风向检测
实时检测隧道内平行于隧道壁面的风向、风速数据，用以判断通风系统运行状况。
(2)轴流风机检测
轴流风机及其控制设备是保证隧道正常运营的最重要、最昂贵的设备，设置在通风竖井附近地下风机房内。地下风机房远离隧道口，阴冷潮湿，空气污染严重，不适合工作人员长期值守。为保障隧道内司机和乘客的安全和舒适，轴流风机需在恶劣的环境下连续运转，因此，应及时掌握轴流风机的运行工况，监测其主要部件的工作参数(如主电机的温升等)。并将这些参数定时传送至中控室，进行远程监测。
(3)射流风机状态检测
实时检测射流风机的正转、反转和停机状态，并将风机工作时间进行记录。
(4)CO检测器、能见度检测器、风速风向仪工作状态检测
定期检测CO检测器、能见度检测器、风速风向仪的工作状态，设备故障时发出报警信息。

2 隧道通风控制系统硬件设计
通风控制采用分区域单机控制方式(也介绍了前馈式模糊控制方式，即通过预测短期交通量，控制通风系统，以达到节约能源的目的)。
系统由CO及能见度检测仪、风速风向仪、通风控制计算机、轴流风机控制器、射流风机控制器及轴流风机、射流风机组成。
(1)CO，VI检测器布置：CO，VI检测器自动测定隧道内灯光照明下的合成能见度，自动测定隧道内CO浓度分布，能见度及CO浓度检测器设在主隧道内，每个通风段内设置3台，设置间距依据通风段长度不同而不同。每段最后一台设于距通风竖井排风通道口或隧道出口100～150 m范围内。
(2)风速风向检测仪：实时检测隧道内平行于隧道壁面的风向、风速数据，用以判断通风系统运行状况。风速风向检测器设在通风竖井出入口处主隧道内、距隧道出口100～150 m范围内及竖井与隧道联络风道内。
(3)竖井处的轴流风机：布置在隧道三处竖井的地下风机房内，依据交通量及隧道内的坡度，轴流风机有时处于并联运行状态中。
(4)隧道内的射流风机：均匀布置在隧道内，间隔约350 m／台。
风机设置界面如图1所示。