劉 莉

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢 430010）

0 引言

近年來隨著市政道路建設(shè)的迅速發(fā)展，交通隧道監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)要求日益提高，隧道通風控制系統(tǒng)是保障隧道安全運營及火災(zāi)事故時防排煙的重要設(shè)施，通風系統(tǒng)的控制的可靠性對隧道安全運行維護有較大的影響，需要引起設(shè)計人員的關(guān)注。

1 隧道排煙風機的負荷等級

根據(jù)《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GB 50016—2014（2018年版）（以下簡稱：建規(guī)），一、二類隧道的消防用電按一級負荷設(shè)計，三類隧道的消防用電按二級負荷設(shè)計，交通隧道（以下簡稱：隧道）機械排煙系統(tǒng)可與通風系統(tǒng)合用[5]。合用時風機用電應(yīng)按消防用電設(shè)計，一、二類隧道排煙風機為一級負荷，應(yīng)由雙重電源供電，三類隧道排煙風機為二級負荷，宜由兩回路電源線路供電。

2 隧道排煙風機的供電方案

2.1 負荷等級劃分及供電要求

當用電負荷容量較大或用電負荷較重要時，宜采用放射式配電，因此隧道排煙風機電源應(yīng)采用放射式供電。對于風機負載來說，低壓經(jīng)濟供電半徑不宜大于600 m，風機端子處電壓偏差為±5%的額定電壓，應(yīng)根據(jù)變電所設(shè)置位置確定隧道排煙風機供電電纜的引入位置。小容量排煙風機采用直接啟動，大容量排煙風機采用軟啟動，但是排煙風機不得采用變頻啟動。便于檢修和維護，在每組排煙風機處設(shè)置1臺雙電源配電箱自動切換供電。

2.2 電纜選擇

排煙風機是隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時需要持續(xù)運行的設(shè)備，從變電所至就地雙電源配電箱的供電電纜應(yīng)選用低煙、無鹵阻燃耐火電纜或柔性礦物絕緣電纜；就地雙電源配電箱至排煙風機的供電電纜應(yīng)采用低煙、無鹵阻燃耐火電纜或柔性礦物絕緣電纜[5]。

2.3 電纜敷設(shè)

變電所至就地雙電源配電箱的供電電纜，與其他供電線路在隧道內(nèi)共用同一電纜溝敷設(shè)，此時應(yīng)采用柔性礦物絕緣電纜；若沿隧道側(cè)壁敷設(shè)，明敷可采用柔性礦物絕緣電纜，也可采用低煙、無鹵阻燃耐火電纜穿防火金屬導管或金屬槽盒敷設(shè)。

就地雙電源配電箱至排煙風機的供電電纜選用低煙、無鹵阻燃耐火電纜時，應(yīng)穿金屬導管沿隧道側(cè)壁敷設(shè)至設(shè)備處，選用柔性礦物絕緣電纜時，可沿隧道側(cè)壁明敷至設(shè)備處。

3 隧道排煙風機的控制模式

根據(jù)規(guī)范，機械排煙系統(tǒng)與隧道通風系統(tǒng)合用時，通風系統(tǒng)應(yīng)符合在火災(zāi)時機械排煙系統(tǒng)的要求。因此隧道排煙風機控制模式分為2種，隧道機械排煙系統(tǒng)與通風系統(tǒng)合用的控制模式，和僅用作隧道機械排煙系統(tǒng)的控制模式。

不論在何種控制模式下，每臺風機啟動時間間隔不小于30 s。

4 隧道機械排煙系統(tǒng)與通風系統(tǒng)合用的控制模式

4.1 系統(tǒng)概述

隧道機械排煙與通風合用的系統(tǒng)，由隧道監(jiān)控中心通風控制計算機、消控室火災(zāi)報警控制器、隧道區(qū)域控制器（PLC）、就地風機控制柜、能見度檢測器、一氧化碳檢測器、風速風向檢測器及電纜附件等組成。

隧道機械排煙系統(tǒng)與通風系統(tǒng)合用風機的控制模式分正常運營、交通阻滯和火災(zāi)3種工況[2]。

4.2 正常運營工況的風機控制模式

在正常運營工況下，通風系統(tǒng)為隧道內(nèi)提供足夠的新風量，稀釋隧道內(nèi)行駛車輛排放的廢氣，稀釋煙霧，為乘用人員和維護人員提供合理的通風標準，為行車安全提供良好的環(huán)境。

4.2.1 風機的控制

風機控制具有手動控制和自動控制2種方式，平時工作以自動控制為主，按預(yù)先設(shè)定的程序運行，異常或檢修情況下可切換至手動控制，其中手動控制分為就地手動控制和隧道管理中心遠程手動控制，其中就地手動控制級優(yōu)先。

4.2.2 就地手動控制

就地風機控制柜安裝在每組風機附近的設(shè)備洞室內(nèi)，對風機進行手動控制，并顯示風機運行的各種狀態(tài)，柜體防護等級IP65。

風機控制柜面板上設(shè)置了轉(zhuǎn)換開關(guān)、控制按鈕及狀態(tài)指示燈，轉(zhuǎn)換開關(guān)有自動、停止和手動3種選擇模式，當轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“停止”檔位時，風機電源切斷，不能開啟風機；當轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“自動”檔位時，由隧道區(qū)域控制器或者隧道管理中心通風工作站控制風機運行狀態(tài)；當轉(zhuǎn)換開關(guān)旋轉(zhuǎn)到“手動”檔位時，由風機控制柜的柜門面板上的按鈕對風機進行啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。同時，風機的運行狀態(tài)通過面板上的指示燈顯示其啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)或故障狀態(tài)。這些狀態(tài)同步上傳至隧道區(qū)域控制器，并在隧道管理中心通風工作站上進行顯示。

4.2.3 隧道管理中心遠程手動控制

管理中心遠程手動控制分人工控制和人機交互控制2種控制模式。1） 人工控制模式管理者根據(jù)隧道運營的實際情況，手工修改控制方案，通風工作站發(fā)出指令控制現(xiàn)場風機運行狀態(tài)。2） 人機交互控制模式即半自動控制，通風計算機通過采集的數(shù)據(jù)，運算后給出控制方案提示，經(jīng)人工確認，由通風工作站給出控制指令執(zhí)行。

4.2.4 自動控制

隧道區(qū)域控制器采集分布在隧道內(nèi)各點的能見度檢測器、一氧化碳檢測器、風速風向檢測器的數(shù)據(jù)，每臺區(qū)域控制器，控制其就近的風機聯(lián)動設(shè)備按程序運行，并通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸至隧道管理中心通風工作站。區(qū)域控制器設(shè)有CPU，具備記錄風機數(shù)據(jù)、自診斷故障等功能，在通信傳輸故障時，可根據(jù)其內(nèi)部設(shè)定的控制方案，實現(xiàn)隧道區(qū)域控制功能，隧道控制中心工作站的控制級優(yōu)先。

一氧化碳濃度、煙霧濃度、風速、風機運行狀態(tài)，均在隧道管理中心通風工作站監(jiān)控畫面中顯示，管理者可在隧道管理中心內(nèi)實時監(jiān)控。

檢測器預(yù)警標準值見表1。

表1 一氧化碳濃度設(shè)計濃度

適用于縱向通風，采用全橫向或半橫向通風方式時，CO設(shè)計濃度可比表中規(guī)定值降低50 ppm。采用熒光燈源時，煙霧設(shè)計濃度應(yīng)提高一級。

隧道內(nèi)換氣風速：不低于2.5 m/s[6]。

如果采集的檢測數(shù)據(jù)低于規(guī)范要求，則繼續(xù)檢測，當一氧化碳濃度、煙霧濃度大于規(guī)范要求，或風速低于規(guī)范要求，則通過設(shè)定程序計算需要的風量，輸出信號，控制風機開啟的數(shù)量，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)隧道內(nèi)風量，以達到環(huán)保的標準[1]。

也可以按時間段，例如上下班的行車高峰時間段、節(jié)假日行車高峰時間段、平時常規(guī)時間段等，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)指標進行比對，仍由隧道本地控制器自動控制風機開啟的數(shù)量。

4.3 阻滯交通時的風機控制模式

隧道出入口設(shè)有車輛檢測器，通過實時準確地獲取各車道交通運行參數(shù)（車速、流量和占有率等），經(jīng)區(qū)域控制器通過光纖網(wǎng)絡(luò)傳送至交通監(jiān)控計算機，分析并計算出車輛排放量。

當隧道內(nèi)出現(xiàn)交通阻滯時，交通監(jiān)控系統(tǒng)檢測到的交通流量參數(shù)偏離正常流量，交通監(jiān)控工作站則向通風工作站送來交通信息，控制風機開啟的數(shù)量。

4.4 火災(zāi)事故時的風機控制模式

圖1 隧道機械排煙系統(tǒng)與通風系統(tǒng)合用的原理圖

正常運營工況如圖1所示，排煙風機由隧道本地控制器自動控制，當火災(zāi)事故發(fā)生，火災(zāi)報警工作站向通風工作站發(fā)出程序指令，進入消防系統(tǒng)控制模式。風機通過消防的多線輸入輸出模塊，由隧道管理中心的火災(zāi)報警控制器按設(shè)定程序，自動控制排煙風機的啟動、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，也可以由火災(zāi)報警控制器的聯(lián)動控制器直接手動控制風機的啟動、停止。

5 僅用作隧道機械排煙系統(tǒng)的控制模式

5.1 系統(tǒng)概述

根據(jù)《火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》GB 50116—2013（以下簡稱：火規(guī)），僅用作隧道機械排煙的系統(tǒng)，由隧道管理中心火災(zāi)報警控制器、排煙風機、光纖光柵火災(zāi)探測器、火焰探測器、消防模塊箱、手動報警按鈕、火災(zāi)聲光報警器、就地風機控制柜等設(shè)備及電纜附件等組成。

隧道內(nèi)火災(zāi)探測設(shè)備采用光纖光柵火災(zāi)探測器和火焰探測器的組合報警方式，隧道車行道頂部及電纜溝內(nèi)敷設(shè)光纖光柵探測器，隧道側(cè)壁安裝火焰探測器[3]。

火焰探測器的報警信號通過總線傳送至隧道管理中心的火災(zāi)報警控制器，光纖光柵火災(zāi)探測器的報警信號經(jīng)光纖傳送至隧道管理中心的光纖光柵報警主機，通過協(xié)議模塊轉(zhuǎn)換信號至火災(zāi)報警控制器，并在火災(zāi)報警工作站上顯示對應(yīng)火災(zāi)發(fā)生位置的報警信息，同時也可以經(jīng)隧道內(nèi)攝像機的圖像進行確認火災(zāi)信息，控制排煙風機運行狀態(tài)，如圖2所示。

圖2 隧道火災(zāi)自動報警系統(tǒng)通信示意圖

排煙風機火災(zāi)情況下開啟，同樣設(shè)置就地風機控制柜，設(shè)置原則同4.2.2，就地手動控制級優(yōu)先。火災(zāi)狀況由隧道管理中心火災(zāi)報警控制器控制，分為消防自動控制和消防手動控制2種控制方式。

5.2 消防自動控制

隧道火災(zāi)發(fā)生后，隧道監(jiān)控中心火災(zāi)報警控制器接收到火災(zāi)信息，傳遞信號給隧道管理中心中央管理系統(tǒng)，立即啟動救援聯(lián)動程序，關(guān)閉隧道，火災(zāi)報警控制器啟動滅火系統(tǒng)滅火，啟動排煙風機控制隧道內(nèi)煙氣彌漫。

當隧道內(nèi)同一防煙分區(qū)內(nèi)的火焰探測器和光纖光柵探測器，或1只火災(zāi)探測器與手動報警按鈕的報警信號，作為隧道排煙風機的運行觸發(fā)信號，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生點設(shè)置的風機運行方案進行控制[4]。

5.3 消防手動控制

由于隧道內(nèi)火災(zāi)報警系統(tǒng)存在誤報、漏報的情況，或起火地點定位不準確的情況，因此通過隧道管理中心人工確認火災(zāi)信息更加可靠，當火災(zāi)發(fā)生，火災(zāi)報警控制器接收火災(zāi)信息，并在火災(zāi)報警工作站上進行顯示，經(jīng)人工確認后方才聯(lián)動，且在管理中心中心火災(zāi)報警控制器的消防聯(lián)動控制器上，可多線制手動直接控制排煙風機的啟動、停止[4]。

6 結(jié)語

交通隧道排煙風機可兼用于平時通風時使用，其功能由隧道通風專業(yè)定義，排煙風機屬于消防負荷，其配電系統(tǒng)設(shè)計，需按照隧道的等級劃分來確定風機的負荷等級，還應(yīng)注意根據(jù)低壓經(jīng)濟的供電半徑和風機的位置來確定變電所的位置。

該文還論述了排煙風機在純消防和消防與平時合用的情況下不同的控制方式，在自動控制、就地手動控制、遠程控制的基礎(chǔ)上還須滿足消防控制室遠程手動控制的要求，此時隧道管理中心的監(jiān)控大廳兼有消防控制室功能。有時隧道內(nèi)排煙風機還須與防火閥、排煙口聯(lián)動，具體以通風專業(yè)實際的系統(tǒng)設(shè)計為準。電氣設(shè)計人應(yīng)了解不同功能下的排煙風機的控制設(shè)計要點，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新，將有更先進的方案為隧道排煙風機的安全運行提供支持。