劉 莉

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

0 引言

近年來(lái)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(fēng)控制系統(tǒng)是保障隧道安全運(yùn)營(yíng)及火災(zāi)事故時(shí)防排煙的重要設(shè)施，通風(fēng)系統(tǒng)的控制的可靠性對(duì)隧道安全運(yùn)行維護(hù)有較大的影響，需要引起設(shè)計(jì)人員的關(guān)注。

1 隧道排煙風(fēng)機(jī)的負(fù)荷等級(jí)

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB 50016—2014（2018年版）（以下簡(jiǎn)稱：建規(guī)），一、二類隧道的消防用電按一級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，三類隧道的消防用電按二級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，交通隧道（以下簡(jiǎn)稱：隧道）機(jī)械排煙系統(tǒng)可與通風(fēng)系統(tǒng)合用[5]。合用時(shí)風(fēng)機(jī)用電應(yīng)按消防用電設(shè)計(jì)，一、二類隧道排煙風(fēng)機(jī)為一級(jí)負(fù)荷，應(yīng)由雙重電源供電，三類隧道排煙風(fēng)機(jī)為二級(jí)負(fù)荷，宜由兩回路電源線路供電。

2 隧道排煙風(fēng)機(jī)的供電方案

2.1 負(fù)荷等級(jí)劃分及供電要求

當(dāng)用電負(fù)荷容量較大或用電負(fù)荷較重要時(shí)，宜采用放射式配電，因此隧道排煙風(fēng)機(jī)電源應(yīng)采用放射式供電。對(duì)于風(fēng)機(jī)負(fù)載來(lái)說(shuō)，低壓經(jīng)濟(jì)供電半徑不宜大于600 m，風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)供電電纜的引入位置。小容量排煙風(fēng)機(jī)采用直接啟動(dòng)，大容量排煙風(fēng)機(jī)采用軟啟動(dòng)，但是排煙風(fēng)機(jī)不得采用變頻啟動(dòng)。便于檢修和維護(hù)，在每組排煙風(fēng)機(jī)處設(shè)置1臺(tái)雙電源配電箱自動(dòng)切換供電。

2.2 電纜選擇

排煙風(fēng)機(jī)是隧道內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)需要持續(xù)運(yùn)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(wú)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(fēng)機(jī)的供電電纜應(yīng)采用低煙、無(wú)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(shí)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(wú)鹵阻燃耐火電纜穿防火金屬導(dǎo)管或金屬槽盒敷設(shè)。

就地雙電源配電箱至排煙風(fēng)機(jī)的供電電纜選用低煙、無(wú)鹵阻燃耐火電纜時(shí)，應(yīng)穿金屬導(dǎo)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(shí)，可沿隧道側(cè)壁明敷至設(shè)備處。

3 隧道排煙風(fēng)機(jī)的控制模式

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

不論在何種控制模式下，每臺(tái)風(fēng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)間間隔不小于30 s。

4 隧道機(jī)械排煙系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)合用的控制模式

4.1 系統(tǒng)概述

隧道機(jī)械排煙與通風(fēng)合用的系統(tǒng)，由隧道監(jiān)控中心通風(fēng)控制計(jì)算機(jī)、消控室火災(zāi)報(bào)警控制器、隧道區(qū)域控制器（PLC）、就地風(fēng)機(jī)控制柜、能見(jiàn)度檢測(cè)器、一氧化碳檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器及電纜附件等組成。

隧道機(jī)械排煙系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)合用風(fēng)機(jī)的控制模式分正常運(yùn)營(yíng)、交通阻滯和火災(zāi)3種工況[2]。

4.2 正常運(yùn)營(yíng)工況的風(fēng)機(jī)控制模式

在正常運(yùn)營(yíng)工況下，通風(fēng)系統(tǒng)為隧道內(nèi)提供足夠的新風(fēng)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(hù)人員提供合理的通風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)，為行車安全提供良好的環(huán)境。

4.2.1 風(fēng)機(jī)的控制

風(fēng)機(jī)控制具有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制2種方式，平時(shí)工作以自動(dòng)控制為主，按預(yù)先設(shè)定的程序運(yùn)行，異?；驒z修情況下可切換至手動(dòng)控制，其中手動(dòng)控制分為就地手動(dòng)控制和隧道管理中心遠(yuǎn)程手動(dòng)控制，其中就地手動(dòng)控制級(jí)優(yōu)先。

4.2.2 就地手動(dòng)控制

就地風(fēng)機(jī)控制柜安裝在每組風(fēng)機(jī)附近的設(shè)備洞室內(nèi)，對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行手動(dòng)控制，并顯示風(fēng)機(jī)運(yùn)行的各種狀態(tài)，柜體防護(hù)等級(jí)IP65。

風(fēng)機(jī)控制柜面板上設(shè)置了轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、控制按鈕及狀態(tài)指示燈，轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)有自動(dòng)、停止和手動(dòng)3種選擇模式，當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到“停止”檔位時(shí)，風(fēng)機(jī)電源切斷，不能開(kāi)啟風(fēng)機(jī)；當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到“自動(dòng)”檔位時(shí)，由隧道區(qū)域控制器或者隧道管理中心通風(fēng)工作站控制風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；當(dāng)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)到“手動(dòng)”檔位時(shí)，由風(fēng)機(jī)控制柜的柜門面板上的按鈕對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)控制。同時(shí)，風(fēng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)通過(guò)面板上的指示燈顯示其啟動(dòng)、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(fēng)工作站上進(jìn)行顯示。

4.2.3 隧道管理中心遠(yuǎn)程手動(dòng)控制

管理中心遠(yuǎn)程手動(dòng)控制分人工控制和人機(jī)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(yùn)營(yíng)的實(shí)際情況，手工修改控制方案，通風(fēng)工作站發(fā)出指令控制現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。2） 人機(jī)交互控制模式即半自動(dòng)控制，通風(fēng)計(jì)算機(jī)通過(guò)采集的數(shù)據(jù)，運(yùn)算后給出控制方案提示，經(jīng)人工確認(rèn)，由通風(fēng)工作站給出控制指令執(zhí)行。

4.2.4 自動(dòng)控制

隧道區(qū)域控制器采集分布在隧道內(nèi)各點(diǎn)的能見(jiàn)度檢測(cè)器、一氧化碳檢測(cè)器、風(fēng)速風(fēng)向檢測(cè)器的數(shù)據(jù)，每臺(tái)區(qū)域控制器，控制其就近的風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)設(shè)備按程序運(yùn)行，并通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)傳輸至隧道管理中心通風(fēng)工作站。區(qū)域控制器設(shè)有CPU，具備記錄風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)、自診斷故障等功能，在通信傳輸故障時(shí)，可根據(jù)其內(nèi)部設(shè)定的控制方案，實(shí)現(xiàn)隧道區(qū)域控制功能，隧道控制中心工作站的控制級(jí)優(yōu)先。

一氧化碳濃度、煙霧濃度、風(fēng)速、風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，均在隧道管理中心通風(fēng)工作站監(jiān)控畫(huà)面中顯示，管理者可在隧道管理中心內(nèi)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

檢測(cè)器預(yù)警標(biāo)準(zhǔn)值見(jiàn)表1。

表1 一氧化碳濃度設(shè)計(jì)濃度

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

隧道內(nèi)換氣風(fēng)速：不低于2.5 m/s[6]。

如果采集的檢測(cè)數(shù)據(jù)低于規(guī)范要求，則繼續(xù)檢測(cè)，當(dāng)一氧化碳濃度、煙霧濃度大于規(guī)范要求，或風(fēng)速低于規(guī)范要求，則通過(guò)設(shè)定程序計(jì)算需要的風(fēng)量，輸出信號(hào)，控制風(fēng)機(jī)開(kāi)啟的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)隧道內(nèi)風(fēng)量，以達(dá)到環(huán)保的標(biāo)準(zhǔn)[1]。

也可以按時(shí)間段，例如上下班的行車高峰時(shí)間段、節(jié)假日行車高峰時(shí)間段、平時(shí)常規(guī)時(shí)間段等，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，仍由隧道本地控制器自動(dòng)控制風(fēng)機(jī)開(kāi)啟的數(shù)量。

4.3 阻滯交通時(shí)的風(fēng)機(jī)控制模式

隧道出入口設(shè)有車輛檢測(cè)器，通過(guò)實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地獲取各車道交通運(yùn)行參數(shù)（車速、流量和占有率等），經(jīng)區(qū)域控制器通過(guò)光纖網(wǎng)絡(luò)傳送至交通監(jiān)控計(jì)算機(jī)，分析并計(jì)算出車輛排放量。

當(dāng)隧道內(nèi)出現(xiàn)交通阻滯時(shí)，交通監(jiān)控系統(tǒng)檢測(cè)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(fēng)工作站送來(lái)交通信息，控制風(fēng)機(jī)開(kāi)啟的數(shù)量。

4.4 火災(zāi)事故時(shí)的風(fēng)機(jī)控制模式

圖1 隧道機(jī)械排煙系統(tǒng)與通風(fēng)系統(tǒng)合用的原理圖

正常運(yùn)營(yíng)工況如圖1所示，排煙風(fēng)機(jī)由隧道本地控制器自動(dòng)控制，當(dāng)火災(zāi)事故發(fā)生，火災(zāi)報(bào)警工作站向通風(fēng)工作站發(fā)出程序指令，進(jìn)入消防系統(tǒng)控制模式。風(fēng)機(jī)通過(guò)消防的多線輸入輸出模塊，由隧道管理中心的火災(zāi)報(bào)警控制器按設(shè)定程序，自動(dòng)控制排煙風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，也可以由火災(zāi)報(bào)警控制器的聯(lián)動(dòng)控制器直接手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止。

5 僅用作隧道機(jī)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(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50116—2013（以下簡(jiǎn)稱：火規(guī)），僅用作隧道機(jī)械排煙的系統(tǒng)，由隧道管理中心火災(zāi)報(bào)警控制器、排煙風(fēng)機(jī)、光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器、火焰探測(cè)器、消防模塊箱、手動(dòng)報(bào)警按鈕、火災(zāi)聲光報(bào)警器、就地風(fēng)機(jī)控制柜等設(shè)備及電纜附件等組成。

隧道內(nèi)火災(zāi)探測(cè)設(shè)備采用光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器和火焰探測(cè)器的組合報(bào)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(cè)器，隧道側(cè)壁安裝火焰探測(cè)器[3]。

火焰探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)通過(guò)總線傳送至隧道管理中心的火災(zāi)報(bào)警控制器，光纖光柵火災(zāi)探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)經(jīng)光纖傳送至隧道管理中心的光纖光柵報(bào)警主機(jī)，通過(guò)協(xié)議模塊轉(zhuǎn)換信號(hào)至火災(zāi)報(bào)警控制器，并在火災(zāi)報(bào)警工作站上顯示對(duì)應(yīng)火災(zāi)發(fā)生位置的報(bào)警信息，同時(shí)也可以經(jīng)隧道內(nèi)攝像機(jī)的圖像進(jìn)行確認(rèn)火災(zāi)信息，控制排煙風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，如圖2所示。

圖2 隧道火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)通信示意圖

排煙風(fēng)機(jī)火災(zāi)情況下開(kāi)啟，同樣設(shè)置就地風(fēng)機(jī)控制柜，設(shè)置原則同4.2.2，就地手動(dòng)控制級(jí)優(yōu)先。火災(zāi)狀況由隧道管理中心火災(zāi)報(bào)警控制器控制，分為消防自動(dòng)控制和消防手動(dòng)控制2種控制方式。

5.2 消防自動(dòng)控制

隧道火災(zāi)發(fā)生后，隧道監(jiān)控中心火災(zāi)報(bào)警控制器接收到火災(zāi)信息，傳遞信號(hào)給隧道管理中心中央管理系統(tǒng)，立即啟動(dòng)救援聯(lián)動(dòng)程序，關(guān)閉隧道，火災(zāi)報(bào)警控制器啟動(dòng)滅火系統(tǒng)滅火，啟動(dòng)排煙風(fēng)機(jī)控制隧道內(nèi)煙氣彌漫。

當(dāng)隧道內(nèi)同一防煙分區(qū)內(nèi)的火焰探測(cè)器和光纖光柵探測(cè)器，或1只火災(zāi)探測(cè)器與手動(dòng)報(bào)警按鈕的報(bào)警信號(hào)，作為隧道排煙風(fēng)機(jī)的運(yùn)行觸發(fā)信號(hào)，根據(jù)火災(zāi)發(fā)生點(diǎn)設(shè)置的風(fēng)機(jī)運(yùn)行方案進(jìn)行控制[4]。

5.3 消防手動(dòng)控制

由于隧道內(nèi)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)存在誤報(bào)、漏報(bào)的情況，或起火地點(diǎn)定位不準(zhǔn)確的情況，因此通過(guò)隧道管理中心人工確認(rèn)火災(zāi)信息更加可靠，當(dāng)火災(zāi)發(fā)生，火災(zāi)報(bào)警控制器接收火災(zāi)信息，并在火災(zāi)報(bào)警工作站上進(jìn)行顯示，經(jīng)人工確認(rèn)后方才聯(lián)動(dòng)，且在管理中心中心火災(zāi)報(bào)警控制器的消防聯(lián)動(dòng)控制器上，可多線制手動(dòng)直接控制排煙風(fēng)機(jī)的啟動(dòng)、停止[4]。

6 結(jié)語(yǔ)

交通隧道排煙風(fēng)機(jī)可兼用于平時(shí)通風(fēng)時(shí)使用，其功能由隧道通風(fēng)專業(yè)定義，排煙風(fēng)機(jī)屬于消防負(fù)荷，其配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，需按照隧道的等級(jí)劃分來(lái)確定風(fēng)機(jī)的負(fù)荷等級(jí)，還應(yīng)注意根據(jù)低壓經(jīng)濟(jì)的供電半徑和風(fēng)機(jī)的位置來(lái)確定變電所的位置。

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