陳玉鍵CHEN Yu-jian；王璐WANG Lu；閉芬BI Fen；李強(qiáng)LI Qiang

（云南建設(shè)投資控股集團(tuán)有限公司路橋總承包部，昆明650000）

0 引言

隧道工程的安全問(wèn)題一直是人們探討的重點(diǎn)，科技的快速發(fā)展使得隧道施工越來(lái)越安全。PLC（Programmable Logic Controller） 技術(shù)是世界上較為成熟監(jiān)測(cè)技術(shù)，利用PLC 技術(shù)對(duì)隧道進(jìn)行監(jiān)測(cè)成為了提高隧道施工安全的一項(xiàng)重要舉措。在我國(guó)隧道中實(shí)行PLC 安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)隧道進(jìn)行安全監(jiān)控，能隨時(shí)獲取隧道內(nèi)的有效信息并能夠有效保證隧道的安全，文章通過(guò)對(duì)PLC 安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行合理的分析并提出相關(guān)意見(jiàn)，為我國(guó)隧道建設(shè)提供參考。

1 PLC 隧道安全監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)技術(shù)快速發(fā)展，隧道建設(shè)在公路與橋梁建設(shè)中有著舉足輕重的地位，但隧道建設(shè)有著中國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)中最為密閉的施工環(huán)境，其隧道建設(shè)中空氣流通性差，光線強(qiáng)度微弱，建設(shè)環(huán)境也較為密閉[1]。出于對(duì)施工安全因素的考慮，我國(guó)對(duì)隧道施工安全有著極為嚴(yán)格的安全要求，同時(shí)我國(guó)也積極引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)與工藝，通過(guò)利用智能化的方式對(duì)隧道施工安全進(jìn)行監(jiān)控。

武文天（2020）提出在隧道中安裝PLC 監(jiān)控系統(tǒng)能夠有效的獲取隧道的相關(guān)信息。楊恪（2020）對(duì)PLC 系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)的優(yōu)化升級(jí)能夠確保PLC 系統(tǒng)更為高效的運(yùn)行。朱晶、彭敏（2019）提出PLC 以其簡(jiǎn)單、快速、智能和多功能的優(yōu)點(diǎn)逐步在公路隧道中得到廣泛運(yùn)用。彭立（2018）通過(guò)對(duì)控制隧道安全出發(fā)，討論了PLC 監(jiān)控技術(shù)在公路隧道中疏導(dǎo)監(jiān)控管理的應(yīng)用。許永軍（2014）對(duì)利用PLC 控制系統(tǒng)對(duì)鳳永高速隧道群進(jìn)行監(jiān)控設(shè)計(jì)，探討智能聯(lián)動(dòng)與工程管理的合理方案。趙向南（2016）利用PLC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了對(duì)高速公路隧道的車道指示標(biāo)志、限速標(biāo)志、風(fēng)機(jī)及照明等終端設(shè)備的控制。

我國(guó)大多數(shù)地區(qū)隧道呈現(xiàn)地理位置復(fù)雜、施工難度大、隧道施工長(zhǎng)度長(zhǎng)的特點(diǎn)。安全問(wèn)題成為隧道施工中最為重要的部分，為了防止隧道施工中安全事故的發(fā)生，近幾年，我國(guó)加強(qiáng)對(duì)隧道安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化與升級(jí)，對(duì)施工環(huán)境及隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，從而確保隧道施工的安全性。我國(guó)現(xiàn)階段有著較為成熟的集成化綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且正朝著更加安全與智能化的方向發(fā)展，如圖1 所示。

圖1 隧道安全監(jiān)控系統(tǒng)

2 PLC 在隧道安全監(jiān)控系統(tǒng)中的可行性

2.1 隧道環(huán)境指標(biāo)分析

隧道施工會(huì)讓人長(zhǎng)期處于一個(gè)相對(duì)密閉的狀態(tài)并且通風(fēng)效果差，其內(nèi)部環(huán)境以及機(jī)械設(shè)備所產(chǎn)生的氣體可能會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生不利的影響，因此需要對(duì)隧道內(nèi)部環(huán)境參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。參照GB/T18883-2002 標(biāo)準(zhǔn)及查閱有關(guān)文獻(xiàn)資料，隧道內(nèi)部環(huán)境參數(shù)對(duì)人體的影響如表1 所示。

從表中可以得到，H2S、CH4、CO 都屬于有害氣體，濃度到達(dá)一定量的時(shí)候會(huì)對(duì)施工人員造成身體損傷，并且氧氣濃度、相對(duì)濕度與溫度也會(huì)影響隧道施工人員的舒適性[2]。

2.2 PLC 技術(shù)在隧道安全監(jiān)控系統(tǒng)中可行性分析

隨著科技技術(shù)的發(fā)展，PLC 控制系統(tǒng)已經(jīng)具備抗干擾能力強(qiáng)、性能平穩(wěn)、適應(yīng)性與兼容性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)特點(diǎn)。安全指標(biāo)權(quán)重系數(shù)能夠反映各施工段的允許安全值，PLC 技術(shù)用于隧道安全監(jiān)測(cè)中需要滿足對(duì)各個(gè)安全指標(biāo)能賦予相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，使得該監(jiān)測(cè)區(qū)間處于系統(tǒng)所允許的安全范圍內(nèi)并且最為直觀的反映在系統(tǒng)顯示器上?，F(xiàn)通過(guò)層次分析法來(lái)探討PLC 技術(shù)能否滿足理論分析所得的權(quán)重系數(shù)，從而驗(yàn)證該方法的可行性。根據(jù)層次分析法對(duì)隧道安全環(huán)境評(píng)估各級(jí)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算如下：

建立判斷矩陣P：

表1 隧道內(nèi)部環(huán)境對(duì)人體的影響

aij表示指標(biāo)i 與指標(biāo)j 之間相比的重要性標(biāo)度。

計(jì)算P 的特征向量及特征值，所求特征向量即為各安全指標(biāo)的權(quán)重排序[3]。

計(jì)算mi矩陣P 每一行元素乘積：

通過(guò)對(duì)ω~=（ω1，ω2，…，ωn）向量歸一化，得到特征向量ω=（ω1，ω2，…，ωn）。

矩陣的一致性驗(yàn)證：判斷矩陣的一致性，利用CR 檢驗(yàn)公式對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)：

CR：一致性比率；CI：衡量判斷矩陣一致性程度指標(biāo)；RI：平均隨機(jī)一致性指標(biāo)。

RI 的數(shù)值與判斷矩陣的階數(shù)n 相關(guān)，其關(guān)系如表2所示。

表2 RI 值與階數(shù)的關(guān)系

CI 定義：

當(dāng)滿足CR＜0.10 時(shí)，則判斷矩陣建構(gòu)合理。

利用PLC 控制系統(tǒng)進(jìn)行模擬分析，將模擬數(shù)據(jù)按上式進(jìn)行計(jì)算。PLC 安全監(jiān)控評(píng)估體系指標(biāo)權(quán)重如表3 所示。

表3 PLC 安全監(jiān)控評(píng)估體系指標(biāo)權(quán)重

PLC 舒適性指標(biāo)判斷矩陣如表4 所示：最大特征值λmax=2.0000，CI=0.0000，RI=0.0000，CR=0.0000＜0.1 滿足一致性檢驗(yàn)，滿足可行性要求。

表4 PLC 舒適性指標(biāo)判斷矩陣

構(gòu)件安全性指標(biāo)判斷矩陣如表5 所示，最大特征值λmax=3.0952，CI=0.0476，RI=0.58，CR=0.0820＜0.1 滿足一致性檢驗(yàn)，滿足可行性要求。通過(guò)對(duì)PLC 安全監(jiān)控系統(tǒng)導(dǎo)出數(shù)據(jù)利用層次分析法分析，可以得到該方法滿足可行性驗(yàn)證，符合要求。

表5 PLC 安全性指標(biāo)判斷矩陣

由表5 可知，在隧道安全監(jiān)控評(píng)估體系中，安全性與舒適性所占權(quán)重分別為0.8571、0.1429，很容易得到安全性說(shuō)占權(quán)重更大；其中在安全性中，消防聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)所占權(quán)重最大，其次是事故報(bào)警系統(tǒng)，最后為火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)。

2.3 PLC 技術(shù)在隧道安全監(jiān)控系統(tǒng)中的注意事項(xiàng)

在隧道中利用PLC 安全監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，需注意根據(jù)隧道長(zhǎng)度以及數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量的大小合理選擇所需要的儲(chǔ)存空間以及模擬量數(shù)字量I/O 點(diǎn)的數(shù)量，進(jìn)而選擇所需要的型號(hào)[4]。因?yàn)樾枰獙?duì)隧道進(jìn)行長(zhǎng)期且穩(wěn)定的安全監(jiān)控，所以在考慮隧道監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)從隧道的綜合特征以及特別關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，從而達(dá)到對(duì)隧道的全面監(jiān)控，做到對(duì)重點(diǎn)安全點(diǎn)重點(diǎn)監(jiān)控，一般監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證隧道監(jiān)控系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作。

3 結(jié)語(yǔ)

隧道安全一直是科學(xué)家們研究的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題，本文提出對(duì)隧道現(xiàn)有環(huán)境及安全問(wèn)題的探討，基于現(xiàn)有問(wèn)題提出了利用PLC 安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)隧道進(jìn)行安全監(jiān)控，并對(duì)該方法利用層次分析法進(jìn)行分析，驗(yàn)證該方法的可行性[5]。利用PLC 安全監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)隧道進(jìn)行監(jiān)控，從一定程度上保證了隧道的施工安全，降低了隧道安全事故發(fā)生的可能性。