張永利

(中鐵十八局集團(tuán)公司第六工程有限公司，天津300222)

隧道通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能理念及其實(shí)踐探討*

張永利

(中鐵十八局集團(tuán)公司第六工程有限公司，天津300222)

目前，隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人流物流的流量也隨之增大，迫切需要基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的完善和發(fā)展，與此同時(shí)與城鄉(xiāng)連接的公路隧道的開(kāi)挖難度也是越來(lái)越大，隧道的里程越來(lái)越長(zhǎng)，其對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的選擇越來(lái)越重要，在這樣的背景下，筆者探討在節(jié)能理念的指導(dǎo)下，各種通風(fēng)方式的優(yōu)缺點(diǎn)及其選擇的原則，力圖為隧道通風(fēng)理論的完善和基礎(chǔ)的夯實(shí)作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)，以期引起同行的關(guān)注，共同促進(jìn)行業(yè)理論的完善。

隧道;通風(fēng)系統(tǒng);節(jié)能理念;實(shí)踐

一方面是國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人流物流的迅速增長(zhǎng)，另一方面是“要想富先修路”觀念的根深蒂固，我國(guó)的公路建設(shè)事業(yè)發(fā)展十分迅猛:2006年的資料表明，我國(guó)公路投資共達(dá)六千二百多億元，比上年增加了七百多億元，同比增長(zhǎng)十三個(gè)百分點(diǎn)。到2006年末，公路總里程達(dá)到了將近三百五十萬(wàn)公里，位居世界第二。同時(shí)為解決偏遠(yuǎn)地區(qū)，尤其是山區(qū)的道路不暢出行不便的狀況，國(guó)家也在逐年加大相關(guān)方面的投入。顯而易見(jiàn)，與之相關(guān)的就是隧道越來(lái)越多，通行里程也越來(lái)越長(zhǎng)，在封閉的隧道里行駛，汽車(chē)所排放的尾氣等相關(guān)的氣體也不便于獲得有效的交換和排放。這一點(diǎn)在有些特別長(zhǎng)的隧道中表現(xiàn)的尤為突出，但是，由于尾氣中含有大量的一氧化碳、氮氧化合物等有害的物質(zhì)，如果得不到及時(shí)的排放或是空氣的交流，長(zhǎng)期的積聚不僅能夠影響隧道內(nèi)的可視距離，影響交通安全，而且更為嚴(yán)重的是，長(zhǎng)期的積累，將會(huì)嚴(yán)重影響通行人員的身體健康。所以，在保證安全的情況下，通過(guò)各種方式對(duì)隧道內(nèi)廢氣的疏散和排放時(shí)十分有必要。目前主要的排放方式有以下兩種，即自然通風(fēng)和機(jī)械通風(fēng)。自然的通風(fēng)即時(shí)利用自然的溫差產(chǎn)生的水平氣壓梯度力，而產(chǎn)生的能力引起的風(fēng)，而機(jī)械通風(fēng)，則主要是利用機(jī)械裝備和人力的控制改變已有的空氣分布狀況，具體而言，機(jī)械通風(fēng)又包括縱向式通風(fēng)、半橫向式通風(fēng)和橫向式通風(fēng)，而縱向式通風(fēng)則包括全射流通風(fēng)、輔助豎井通風(fēng)和靜電除塵通風(fēng)。

一、隧道通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能理念

在隧道通行領(lǐng)域討論節(jié)能理念也正是資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的要求的集中同一。一方面是能源的節(jié)約，資源的合理配置，隧道通風(fēng)方式的合理選擇，另一方面是環(huán)境的友好，主要是可以及時(shí)促進(jìn)隧道內(nèi)空氣的及時(shí)改善，而這正好契合了上述理念的要求，所以說(shuō)在隧道通風(fēng)領(lǐng)域選擇這樣一種指導(dǎo)理念是應(yīng)當(dāng)?shù)囊彩潜仨毜?。筆者認(rèn)為在隧道涉及理念的選擇上，安全理念，經(jīng)濟(jì)理念和環(huán)保理念顯得尤為重要，認(rèn)為他們是其他理念和原則的存在基礎(chǔ)。首先是安全理念，這一點(diǎn)也是體現(xiàn)了時(shí)代的要求的，以人為本的社會(huì)的構(gòu)建，它要求始終將人放在最為根本的位置，立足于服務(wù)于人民，所以無(wú)論是在社會(huì)的哪一個(gè)領(lǐng)域，以人為本的理念都應(yīng)該深入的貫徹徹底;其次是經(jīng)濟(jì)原則，這是每一個(gè)理性的人的選擇與追求，即追求效用的最大化，和資源的合理的配置，它的主要指標(biāo)是通風(fēng)質(zhì)量和環(huán)境的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，力爭(zhēng)追求性?xún)r(jià)比的最高。它的體現(xiàn)具體是在投入或者說(shuō)是費(fèi)用和產(chǎn)出或者說(shuō)是效用兩個(gè)方面，在費(fèi)用指標(biāo)上主要包括工程投資費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用;而效用則是比較廣泛意義上的概念了，諸如社會(huì)效用，經(jīng)濟(jì)效用，和環(huán)境效用等等，這里主要是指社會(huì)效用;最后是環(huán)保理念，它的要求也是不然的，因?yàn)閺耐L(fēng)設(shè)備的選用和通風(fēng)方式的選擇，無(wú)不涉及到環(huán)境保護(hù)的目的的，從根本上來(lái)我們甚至可以說(shuō)，我們最初的想法可能就是排出隧道內(nèi)的污濁的空氣，從而更好的預(yù)防和制止其他領(lǐng)域內(nèi)的問(wèn)題的發(fā)生。所以環(huán)境保護(hù)原則是必不可少的，是剛性的要求。

所以概括起來(lái)，隧道通風(fēng)系統(tǒng)的最重要的幾大理念即時(shí)安全理念、經(jīng)濟(jì)理念和環(huán)保理念，而這些理念中的最為重要的是安全理念，而經(jīng)濟(jì)理念和環(huán)保理念則是最基本的要求，所以筆者認(rèn)為節(jié)能理念應(yīng)該成為連接這幾大要素的關(guān)鍵因子。

二、隧道通風(fēng)方式的比較

影響隧道通風(fēng)方式的選擇因素是多種多樣的，諸如隧道的長(zhǎng)度、車(chē)流量、通行方式、安全性、地面條件等等。選擇合理的通風(fēng)方式不僅是節(jié)能環(huán)保的需要、經(jīng)濟(jì)合理的要求，而且也是身心健康的需求。因而我們需要根據(jù)不同的條件選擇不同的通風(fēng)方式和條件、力求達(dá)到最優(yōu)的原則。在上述的各種通風(fēng)方式中，最為經(jīng)濟(jì)也最為環(huán)保的就是自然風(fēng)，理所當(dāng)然，自然風(fēng)的使用，排除了風(fēng)機(jī)設(shè)備等裝置的物質(zhì)投入和人力資本的投入，符合經(jīng)濟(jì)的原則，同時(shí)也由于天然形成，自然也符合環(huán)保的原則，所以在其他條件都容許的情況下，應(yīng)該優(yōu)先選擇自然的通風(fēng)方式，事實(shí)上這也是最為理想的形式。

關(guān)于其他幾種機(jī)械通風(fēng)方式的選擇則是這里要討論的重點(diǎn)。首先是縱向的通風(fēng)方式，它的工作原理就是通風(fēng)機(jī)通過(guò)壓入外界的空氣，從隧道的一端直接推向隧道的另外一端，實(shí)現(xiàn)空氣的整體置換，推動(dòng)污濁的空氣沿著車(chē)道縱向流動(dòng)，同時(shí)也起到稀釋的作用。這種通風(fēng)方式的優(yōu)點(diǎn)在于造價(jià)比較低廉，費(fèi)用比較便宜。而缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，如果被推出的空氣一旦不能正常的流動(dòng)，那么就會(huì)堆積在隧道的另外一端，而如果其實(shí)一旦有堵車(chē)或相關(guān)的影響正常行駛的情況的出現(xiàn)，那么其對(duì)司機(jī)乘客及其有關(guān)人員也是有著不理的影響的。此是其一，而其二則是，一旦發(fā)生火災(zāi)后果也將是難以預(yù)料的，因?yàn)榛饎?shì)會(huì)順著風(fēng)行的風(fēng)向迅速響端口的另一端蔓延，即另一端的物品也將很容易引起火災(zāi)受到火災(zāi)的影響，而采用其他的方法進(jìn)行排煙，這種情況也是可以降低損失的。其次是半橫向的通風(fēng)方式，半橫向的通風(fēng)方式就是將新鮮空氣經(jīng)過(guò)風(fēng)道直接吹向汽車(chē)的排氣孔高度附近，直接將空氣稀釋?zhuān)廴镜目諝庠谒淼郎喜繑U(kuò)散，經(jīng)過(guò)兩端的洞口進(jìn)行排出。使用這種方式的優(yōu)點(diǎn)在于合理經(jīng)濟(jì)，不需要?jiǎng)佑么罅康娜肆ξ锪ω?cái)力去進(jìn)行大規(guī)模的設(shè)備安置和機(jī)械工程的建設(shè)。實(shí)際上，該系統(tǒng)又可以分為送風(fēng)型通風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)型通風(fēng)系統(tǒng)兩種通風(fēng)方式。前一種通風(fēng)方式是指新風(fēng)由風(fēng)道送至沿隧道長(zhǎng)度布置的各個(gè)風(fēng)口，廢氣則由隧道兩端口溢出，而另一種方式則正好相反，新風(fēng)從兩個(gè)端口吸入，排風(fēng)由布置在隧道不同長(zhǎng)度的各個(gè)排風(fēng)口抽出至排風(fēng)亭排出。橫向式通風(fēng)就是通風(fēng)機(jī)送出的新鮮空氣，經(jīng)過(guò)風(fēng)道在車(chē)道地板上的進(jìn)氣口橫向進(jìn)入車(chē)道，稀釋污濁的空氣以后橫向穿過(guò)車(chē)道，經(jīng)頂板上的排氣口進(jìn)入排氣通道，排出洞外。選擇這種通風(fēng)方式，有利于火災(zāi)的撲滅，同時(shí)車(chē)輛排放的煙氣也是可以以最短的路程被排除掉的，通風(fēng)效果也是比較好的，但是也是由于經(jīng)常用于較長(zhǎng)的隧道，所以直接導(dǎo)致的結(jié)果就是它需要的費(fèi)用過(guò)高，成本較大。

三、節(jié)能理念指導(dǎo)下的隧道通風(fēng)監(jiān)控方式的合理選擇

一般而言，隧道監(jiān)控方式的分為傳統(tǒng)的和現(xiàn)代的兩種。但是具體而言則有可以分為直接控制方式、間接控制方式、程序控制方式、組合控制方式、智能模糊控制方式等。另外還有一種分法是控制方式主要可以分為以下幾種類(lèi)型，其中包括反饋式控制法、程序控制法、前饋式控制法、前饋式智能控制法。

這里我們采取第一種分類(lèi)的方式。其中直接控制的基本思路是通過(guò)檢測(cè)隧道類(lèi)的一氧化碳的濃度值和能見(jiàn)度來(lái)控制處理空氣的質(zhì)量。間接的控制方式就是將隧道內(nèi)平均車(chē)速等作為參數(shù)輸入，然后經(jīng)過(guò)優(yōu)化的計(jì)算，最終確定風(fēng)機(jī)的運(yùn)行。程序控制法就是在此之前首先通過(guò)統(tǒng)計(jì)獲得相應(yīng)的技術(shù)參數(shù)，然后在此基礎(chǔ)上控制風(fēng)的運(yùn)行的一種方式。組合控制法，就是檢測(cè)得到的交通流數(shù)據(jù)，利用交通流預(yù)測(cè)模型得到下一個(gè)控制周期的交通流，并結(jié)合預(yù)測(cè)原件預(yù)測(cè)得到的污染物質(zhì)的濃度反饋值，通過(guò)污染物的濃度增量來(lái)確定風(fēng)機(jī)的運(yùn)行方式。而智能模型法主要就是經(jīng)過(guò)模型推理，得到風(fēng)機(jī)的變化量，最后結(jié)合風(fēng)機(jī)當(dāng)前的運(yùn)行狀況，決定開(kāi)啟風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)和風(fēng)機(jī)的位置，從而得到新的污染物動(dòng)態(tài)，再進(jìn)入下一個(gè)周期的運(yùn)行。其主要依賴(lài)的就是經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)，而不是數(shù)學(xué)的模型等等。

節(jié)能理念要求我們?cè)谶_(dá)到同樣的目的的前提下通過(guò)比較各種不同的通風(fēng)方式，選擇最為合理的最為節(jié)約能源和資源的通風(fēng)系統(tǒng)的監(jiān)控方式。有學(xué)者在研究總結(jié)高速公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)的指出“高速公路隧道通風(fēng)監(jiān)控系統(tǒng)將朝著智能化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展?！惫P者也較為認(rèn)可這種觀點(diǎn)。一般而言國(guó)內(nèi)的隧道通風(fēng)系統(tǒng)大多數(shù)會(huì)選擇射流風(fēng)機(jī)誘導(dǎo)式縱向的通風(fēng)系統(tǒng)，其實(shí)這樣的選擇也是有其服人的利用的，比如說(shuō)設(shè)備比較簡(jiǎn)單，同時(shí)安裝也是比較方便的，這樣一來(lái)，經(jīng)濟(jì)效益就明顯的顯現(xiàn)出來(lái)了，而實(shí)踐中也證明該種組合的通風(fēng)效果是比較好的。針對(duì)有些地方多單向交通的運(yùn)營(yíng)模式，應(yīng)當(dāng)開(kāi)展車(chē)輛活塞的較好利用，如當(dāng)車(chē)速一定的時(shí)候，其活塞可以用來(lái)稀釋有害的物質(zhì)濃度，滿(mǎn)足通風(fēng)要求，此是的射流機(jī)就是無(wú)需開(kāi)啟的，這樣也減少了設(shè)備運(yùn)營(yíng)的費(fèi)用，符合節(jié)約能源資源的理念。

而在控制系統(tǒng)的選擇方面，則多采用前饋控制方式，這樣的選擇是為了更好的滿(mǎn)足正常情況下的交通火災(zāi)等相關(guān)事故的救助。還有一點(diǎn)也是不容忽視的，那就是選擇這樣的控制方式，也可以控制隧道的噪音污染以及其他諸如一氧化氮，氮氧化合物的排放，起到保護(hù)環(huán)境的良好作用。改善交通效果，增加行車(chē)的舒適程度、提高車(chē)輛的安全性以及預(yù)防火災(zāi)和其它重大的交通事故的發(fā)生，同時(shí)還可以增加車(chē)輛的通行能力節(jié)約電力能耗，所以這一些都是與筆者所提倡的環(huán)保理念是不謀而合的，所以前饋式控制系統(tǒng)的通風(fēng)控制方式的選擇是最為合理的。

總而言之，節(jié)能理念的提倡在隧道通風(fēng)系統(tǒng)中的應(yīng)用的重點(diǎn)就在于通風(fēng)方式的選擇和監(jiān)控系統(tǒng)的選擇之上。但是由于節(jié)能環(huán)保工程建設(shè)的復(fù)雜性，是一個(gè)綜合的系統(tǒng)的工程，所以在節(jié)能設(shè)計(jì)的發(fā)展必然要求廣大的設(shè)計(jì)人員從更多的更切合實(shí)踐的角度著手，唯有如此，才可能發(fā)掘出更多的改進(jìn)空間，使得節(jié)能的理念更為深入人心，同時(shí)節(jié)能的實(shí)際效果也將更為多樣化的體現(xiàn)在實(shí)際的隧道的運(yùn)營(yíng)中。

［1］鄭道訪．隧道通風(fēng)方式研究［M］．北京:北京科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2000．

［2］何川．公路隧道通風(fēng)系統(tǒng)的前饋式智能模糊控制［J］．西安交通大學(xué)學(xué)報(bào)．

［3］劉力力．隧道通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］．上海公路，2010，(2)．

［4］馬生瑞．公路隧道群交通事故分布特點(diǎn)［J］．長(zhǎng)安大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，(1)．

2012－02－16

張永利(1971－)，男，陜西寶雞人，高級(jí)工程師。