段飛飛

（山西省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院，山西 太原030012）

1 概述

近年來，太原市總供熱面積以每年約800萬m2的速度增加，市區(qū)現(xiàn)有大型集中供熱熱源（太鋼、太一、太二、瑞光等）供熱能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足需求。古交電廠是發(fā)電容量1 800 MW的純凝火力發(fā)電廠，將古交電廠改造為供熱機(jī)組，并配合余熱回收及末端燃?xì)庹{(diào)峰，可承擔(dān)太原市8 000萬m2供熱面積的供熱量。在不增加當(dāng)?shù)丨h(huán)境污染排放量的情況下，可極大地緩解太原市熱源不足的問題。

古交電廠距太原市城區(qū)37.8 km，若要在古交電廠至太原市之間敷設(shè)專用供熱管道，需跨經(jīng)3座單洞隧道，分別為供熱1號(hào)隧道；供熱2號(hào)隧道（2 435 m）；供熱3號(hào)隧道（11 040 m）。3座隧道均凈高5 m，內(nèi)輪廓凈寬10.86 m，兩側(cè)分別布設(shè)有兩層直徑為DN1400的供熱管道，道路的中央為行車道，行車道路面凈寬4 m。隧道內(nèi)部環(huán)境較為特殊，典型的濕熱環(huán)境。在供暖3號(hào)隧道出口約800 m處設(shè)隧道監(jiān)控中心，為隧道運(yùn)營監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)營控制中心。隧道運(yùn)營監(jiān)控系統(tǒng)用于對(duì)隧道內(nèi)視頻監(jiān)控、火災(zāi)檢測(cè)、環(huán)境信息采集、通信系統(tǒng)的管理[1]，并具有控制隧道內(nèi)通風(fēng)、照明、供電等機(jī)電設(shè)施的功能。

2 設(shè)計(jì)采用的標(biāo)準(zhǔn)

由于本項(xiàng)目既不屬于公路隧道又不屬于城市管廊，缺少已運(yùn)營案例和可直接執(zhí)行的設(shè)計(jì)規(guī)范，因此采用專題研討、類比參考《公路隧道交通工程設(shè)計(jì)規(guī)范》JTG/T D71—2004和《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》GB 50838—2012，并依據(jù)供熱管道實(shí)際特點(diǎn)進(jìn)行歸納總結(jié)，并在此基礎(chǔ)上完成開拓性設(shè)計(jì)。

3 設(shè)計(jì)內(nèi)容

供暖隧道監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括[1]：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、信息采集系統(tǒng)、火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)、隧道緊急電話系統(tǒng)、通風(fēng)與照明控制系統(tǒng)、隧道本地控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)、隧道監(jiān)控系統(tǒng)軟件、隧道內(nèi)外監(jiān)控系統(tǒng)光、電纜工程等。

3.1 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)

本項(xiàng)目隧道監(jiān)控中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)采用最為廣泛的快速以太網(wǎng)技術(shù)，在隧道監(jiān)控中心設(shè)骨干交換機(jī)兩臺(tái)，通過布線系統(tǒng)分別與服務(wù)器、職能計(jì)算機(jī)相連，通過10/100 M接口，實(shí)現(xiàn)與外部數(shù)據(jù)的交換。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用“星型”模式，計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等設(shè)備均以超五類非屏蔽雙絞線直接接入交換機(jī)，連接速度為100 Mbps。

隧道監(jiān)控中心設(shè)置5臺(tái)服務(wù)器和9臺(tái)計(jì)算機(jī)，9臺(tái)計(jì)算機(jī)作為監(jiān)控系統(tǒng)的職能計(jì)算機(jī)，分工完成監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集、處理、控制等工作。

3.2 閉路電視系統(tǒng)

將隧道內(nèi)供暖管道閥門集中處作為重點(diǎn)監(jiān)控路段，設(shè)置網(wǎng)絡(luò)高清紅外快球攝像機(jī)，既可以更全面地了解隧道內(nèi)供暖管道的運(yùn)行狀況，也可以在異常情況下控制攝像機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)及調(diào)整焦距，對(duì)前后幾百米范圍內(nèi)的隧道情況進(jìn)行監(jiān)視。

其余路段按間距100 m設(shè)置高清網(wǎng)絡(luò)固定槍式攝像機(jī)[1]，并為每臺(tái)固定攝像機(jī)配置LED紅外補(bǔ)光燈，攝像機(jī)吊裝于隧道頂端。另外在隧道外變電所，隧道內(nèi)箱變洞室及斜井變電所也設(shè)置網(wǎng)絡(luò)高清紅外快球攝像機(jī)[2]。實(shí)現(xiàn)對(duì)供暖管道、風(fēng)機(jī)房、隧道外變電所、隧道內(nèi)箱變洞室的實(shí)時(shí)監(jiān)視。

隧道監(jiān)控中心設(shè)置數(shù)字視頻綜合平臺(tái)、液晶監(jiān)視器（高清）、視頻服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)服務(wù)器等設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)視頻圖像通過環(huán)網(wǎng)方式接入數(shù)字視頻綜合平臺(tái)，經(jīng)高清解碼卡輸出在電視墻顯示，通過IP-SAN存儲(chǔ)系統(tǒng)進(jìn)行圖像的存儲(chǔ)。

3.3 信息采集系統(tǒng)

環(huán)境信息檢測(cè)系統(tǒng)用于實(shí)時(shí)掌握隧道內(nèi)當(dāng)前的溫度、濕度、風(fēng)速、氧氣含量等指標(biāo)，用于監(jiān)控人員對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的自動(dòng)控制運(yùn)行是否正常提供依據(jù)[2]，一旦發(fā)生管道事故，采集的各類指標(biāo)信息還能為是否具備進(jìn)洞檢修條件提供依據(jù)。除此外，系統(tǒng)應(yīng)具有綜合分析、處理并形成控制方案的能力。

隧道環(huán)境信息采集系統(tǒng)由溫度檢測(cè)器、濕度檢測(cè)器、風(fēng)速檢測(cè)器、氧含量檢測(cè)器、主洞光纖光柵檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)組成[2]。

3.4 火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)

隧道內(nèi)火災(zāi)檢測(cè)系統(tǒng)[1]由手動(dòng)報(bào)警按鈕、煙感、溫感探測(cè)器、光纖光柵檢測(cè)、感溫光纜檢測(cè)系統(tǒng)組成。

隧道內(nèi)每隔50 m設(shè)置1套手動(dòng)報(bào)警按鈕[1]，各隧道外變電所、隧道內(nèi)地下箱變、斜井風(fēng)機(jī)房均設(shè)置手動(dòng)報(bào)警按鈕、煙感、溫感探測(cè)器和聲光報(bào)警器[1]。手動(dòng)報(bào)警按鈕以總線方式接入火災(zāi)報(bào)警主機(jī)，火災(zāi)報(bào)警主機(jī)的通訊口（RS485）采用光端機(jī)方式傳到監(jiān)控中心的火災(zāi)報(bào)警主機(jī)。

隧道拱頂按不大于10 m的間距布設(shè)光纖光柵火災(zāi)檢測(cè)單元[1]，每250 m范圍內(nèi)的光纖光柵火災(zāi)檢測(cè)單元用1芯光纜將其串接并接入光纖光柵處理主機(jī)，光纖光柵處理主機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)與火災(zāi)報(bào)警計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，可實(shí)時(shí)自動(dòng)顯示洞內(nèi)各檢測(cè)單元串的實(shí)時(shí)溫度，一旦超過設(shè)定溫度時(shí)，可輸出火災(zāi)報(bào)警信號(hào)。

各隧道外變電所、隧道內(nèi)地下箱變、斜井風(fēng)機(jī)房?jī)?nèi)的高低壓柜均設(shè)置光纖光柵感溫檢測(cè)單元，其中高壓進(jìn)線柜、出線柜連接電纜的每根相線的接頭處均設(shè)置接觸式檢測(cè)單元，低壓電容柜每層電容器進(jìn)線處設(shè)置接觸式檢測(cè)單元，低壓出線柜電纜接頭處的電纜本體位置設(shè)置接觸式檢測(cè)單元。斜井風(fēng)機(jī)房高壓進(jìn)線柜、中壓出線柜連接電纜的每根相線的接頭處均設(shè)置接觸式檢測(cè)單元。

隧道主洞兩側(cè)電纜管箱、變電所和箱變的電纜溝中設(shè)置感溫光纜火災(zāi)探測(cè)器，感溫光纜在電纜管箱中采用接觸式敷設(shè)方式對(duì)所有線纜進(jìn)行保護(hù)，敷設(shè)時(shí)需重點(diǎn)對(duì)10 kV高壓線纜、風(fēng)機(jī)供電電纜、電磁閥供電電纜多次反復(fù)接觸，其他線纜適當(dāng)接觸。

所有火災(zāi)檢測(cè)設(shè)施均接入隧道管理中心，當(dāng)檢測(cè)到火災(zāi)發(fā)生或收到報(bào)警信號(hào)時(shí)，自動(dòng)向監(jiān)控人員發(fā)出預(yù)警，并將距離報(bào)警點(diǎn)最近的攝像機(jī)圖像顯示至主監(jiān)視器上，供監(jiān)控人員人工確認(rèn)，若確實(shí)異常，則立即啟動(dòng)相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案。

3.5 隧道緊急電話系統(tǒng)

緊急電話系統(tǒng)是為供暖隧道內(nèi)人員提供緊急呼叫設(shè)置的[1]，當(dāng)隧道內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生意外時(shí)，使用者可以利用設(shè)置在隧道內(nèi)的緊急電話向緊急電話控制臺(tái)進(jìn)行呼叫，報(bào)告事故情況，控制臺(tái)值班員由監(jiān)控圖像確認(rèn)后啟動(dòng)相應(yīng)預(yù)案并及時(shí)處置。

考慮本項(xiàng)目的特殊性，在全部隧道均設(shè)置光纖型緊急電話，在隧道監(jiān)控中心設(shè)置緊急電話主控制臺(tái)，光纖型緊急電話設(shè)備信號(hào)衰減較小、傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾、抗雷擊能力強(qiáng)。

3.6 通風(fēng)與照明控制系統(tǒng)

3.6.1 通風(fēng)控制可分自動(dòng)控制模式和手動(dòng)控制模式[3]

a）自動(dòng)模式下，光纖光柵火災(zāi)檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)和感溫光纜檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)可以顯示隧道內(nèi)各點(diǎn)的環(huán)境溫度，各點(diǎn)環(huán)境溫度應(yīng)從隧道送風(fēng)口至排風(fēng)口段線性升高，當(dāng)某點(diǎn)溫度異常時(shí)，應(yīng)及時(shí)啟動(dòng)附近攝像機(jī)判定漏水或火災(zāi)。

b）手動(dòng)控制模式下，以隧道本地控制器為控制終端；在手動(dòng)控制模式下，操作員可在觸摸屏軟件界面下點(diǎn)擊相應(yīng)風(fēng)機(jī)圖標(biāo)通過隧道本地控制器下發(fā)風(fēng)機(jī)組編號(hào)，實(shí)現(xiàn)隧道通風(fēng)的控制。

3.6.2 照明控制

隧道內(nèi)設(shè)置照明系統(tǒng)主要是為檢修人員例行進(jìn)洞維修提供所需的亮度，其次可為隧道監(jiān)控中心監(jiān)控值班人員隨時(shí)遠(yuǎn)程巡視洞內(nèi)狀況時(shí)提供所需的亮度。一般工況下，燈具處于關(guān)閉狀態(tài)。

隧道主洞照明燈具平時(shí)不開啟，當(dāng)需要工作人員進(jìn)洞進(jìn)行檢修時(shí)，通過監(jiān)控系統(tǒng)照明控制系統(tǒng)開啟全線應(yīng)急照明，部分段落需要增強(qiáng)照明亮度時(shí)，由檢修人員通過現(xiàn)場(chǎng)按鈕或通過對(duì)講設(shè)備通知監(jiān)控室值班人員開啟。當(dāng)檢修完畢后，確定檢修人員安全撤離后，通過監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程關(guān)閉全部照明燈具[3]。

3.7 隧道本地控制系統(tǒng)

3座供暖隧道均采用工業(yè)以太網(wǎng)組成獨(dú)立的環(huán)網(wǎng)，通過光纜進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。各工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)均設(shè)置1臺(tái)主控PLC，主控PLC設(shè)置觸摸屏。隧道內(nèi)監(jiān)控設(shè)備（如隧道內(nèi)溫度檢測(cè)器、濕度檢測(cè)器、氧含量檢測(cè)器、風(fēng)速檢測(cè)器、風(fēng)機(jī)照明控制等）通過隧道現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)以太網(wǎng)+PLC系統(tǒng)集成并與隧道監(jiān)控中心通信。

3.8 網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)

隧道廣播功放與監(jiān)控?cái)z像機(jī)同址，與監(jiān)控?cái)z像機(jī)共用1臺(tái)千兆環(huán)網(wǎng)遠(yuǎn)端設(shè)備，依靠視頻自愈環(huán)網(wǎng)傳輸。廣播系統(tǒng)的用途是，當(dāng)隧道內(nèi)發(fā)生供暖管道故障或火災(zāi)等緊急情況時(shí)，隧道監(jiān)控中心可通過本系統(tǒng)對(duì)隧道洞內(nèi)外進(jìn)行廣播，指揮調(diào)度和組織救援等[1]。

本子系統(tǒng)主要由控制臺(tái)、功放設(shè)備、遠(yuǎn)端控制模塊、揚(yáng)聲器、廣播電纜等組成。

3.9 光、電纜工程

隧道內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)供電主電纜選用硅橡膠絕緣和護(hù)套耐火電力電纜（NH-YGF），最高工作溫度可達(dá)180℃，具有耐熱輻射、耐寒、耐酸堿及防水等特性，電纜結(jié)構(gòu)柔軟，敷設(shè)方便，高溫環(huán)境下電氣性能穩(wěn)定，抗老化性能較好，變電所及箱變洞室內(nèi)設(shè)備供電電纜采用阻燃或耐火型電纜。

根據(jù)隧道監(jiān)控設(shè)備布設(shè)特點(diǎn)分設(shè)監(jiān)控光纜，32/64芯監(jiān)控系統(tǒng)主干光纜主要用于供暖隧道視頻主干線、PLC、環(huán)境監(jiān)測(cè)、消防系統(tǒng)的傳輸；斜井風(fēng)機(jī)房采用12芯主干光纜連接至最近的箱變洞室。閉路電視系統(tǒng)采用4芯分支光纜組環(huán)后通過沿線的32芯/64芯主干光纜將視頻信號(hào)傳輸至隧道監(jiān)控中心。

在隧道拱頂中線處設(shè)置1道強(qiáng)電電纜橋架，用于照明供電線纜、監(jiān)控供電線纜的敷設(shè)；另外靠近外側(cè)再設(shè)置1道弱電電纜橋架，用于手動(dòng)報(bào)警按鈕、監(jiān)控系統(tǒng)光纜、光纖光柵用纜等的敷設(shè)。

4 結(jié)語

本文介紹了古交興能電廠至太原集中供熱主管線及中繼能源站工程中供暖隧道的監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，具體說明了隧道監(jiān)控系統(tǒng)各子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案、功能及布設(shè)原則。對(duì)同類隧道監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有一定的借鑒作用。