高速公路隧道通風、照明聯動控制方案探討

譚曉敏

【摘 要】高速公路隧道聯動控制是隧道監控系統通過檢測隧道內環境參數，如CO/VI（一氧化碳/能見度）、風速風向、洞內外亮度、隧道內溫度及火災探測、電力檢測等，按隧道監控軟件對各系統預設的控制方案進行運算和比對后形成控制指令，再通過隧道中央控制系統及各相關區域控制器執行這些指令，對隧道通風、照明、消防、視頻、交通控制設施、隧道廣播等進行協調控制，使隧道內環境始終處于有利行車安全的范圍，同時誘導過往車輛在不同工況（如正常雙洞通行、單洞雙向通行、單洞單車道通行、單洞局部封閉等）時都能各行其道，安全快捷的通過隧道。

【關鍵詞】高速公路監控系統；隧道監控系統聯動控制；隧道工況；控制預案；控制指令；隧道監控軟件；區域控制

1 高速公路監控系統與隧道聯動控制概述

高速公路監控系統是利用公路沿線安裝的各類檢測設備對交通、環境及設備狀態數據進行采集、分析和處理，并根據一定的規則進行決策，然后通過信息發布設備和交通控制設備對道路交通進行指揮和調度的集檢測、控制、管理于一體的綜合性交通指揮系統。高速公路長大隧道路段必須借助通風、照明等機電設施才能通行，為了確保安全還往往需要設置隧道消防、救援、檢測監視、報警管理等設備。為有效的集成和管理這些設備，必須配置實施完善的隧道監控系統。

隧道監控系統是專門針對長大隧道設置的監控管理系統，由隧道監控管理站系統和隧道外場機電系統構成。隧道監控系統既是高速公路監控系統的組成部分，同時也獨立于高速公路監控系統而自成系統。高速公路隧道監控系統堪稱是高速公路隧道的神經系統，它既通過交通誘導和控制設備使車輛按不同工況各行其道，又依據環境檢測及火災探測數據聯動控制隧道通風、照明、消防等各系統，同時還為交通管理者提供視頻、語音等輔助決策和管理的手段。

隧道聯動控制是隧道監控系統中極為關鍵一部分，它是監控計算機綜合分析隧道內交通運行狀況、環境指標狀況或接收到隧道內火災報警信號后需采取合理、有效的措施而設計的一系列程序。其方案設計的合理與否直接關系到隧道運營或事故的應急處理效果。隧道聯動控制方案主要涉及隧道視頻監視子系統、火災報警子系統、電力監控子系統（含通風、照明控制系統）、交通控制子系統（含車檢器、可變信息標志、交通信號燈、車道指示標志、橫洞指示標志等）、隧道有線廣播子系統等，所有系統即相對獨立，又協調統一。根據我省以往高速公路隧道聯動控制方案設計和實施的經驗，在此總結和探討高寒、高海拔地區隧道通風、照明聯動控制方案。

2 隧道通風聯動控制方案

通風控制程序運行于隧道通風管理計算機，以預案形式反映不同工況下風機啟停等動作指令組合，環境監測數據及通風控制指令均由區域控制器PLC完成。其控制原理是根據檢測到的CO濃度、透過率數據、交通量數據，控制風機的運行臺數、風向和運行時間，實現節能運行和保持風機較佳壽命的運行；并在發生火災時，根據不同地點，進行相應的火災排煙處理，以保證隧道運行環境的安全。

2.1 根據隧道內環境參數定制控制方案

根據我國隧道設計規范JTJ026.1-1999的要求，隧道內環境指標標準范圍為：隧道內CO正常運營時允許濃度：200～250ppm，交通阻滯（隧道內各車道均以怠速行駛，平均車速為10km/h）時可為300ppm，經歷時間不超過20min；隧道內煙霧允許濃度為7.0×10-3（m-1）；隧道內風速正常運營時推薦為10m/s。

對于CO濃度告警，建議當CO濃度<150ppm時，隧道內風機不啟動；當150ppm300ppm且持續時間超過15分鐘時，監控軟件需做出隧道封道告警的提示待監控人員進行判斷。

對于隧道內透過率（VI），測量范圍為0-15 1/KM，可將VI的數值范圍分為3級。即VI<10 1/KM、1015 1/KM。當能見度VI<10 1/KM時為正常，隧道內風機不啟動；當10 1/KM15 1/KM時，監控軟件需做出隧道封道告警的提示待監控人員進行判斷。

2.2 小交通流工況下通風控制方案

當隧道內交通量數據、環境參數的檢測數值正常時，說明隧道內環境滿足運營要求，無需執行風機啟停指令。但為了避免風機長期不運行可能導致風機轉動機械出現故障，應制定定期（如按周）開機預案，每次輪詢（如本周開啟1、2組，下周開啟3、4組）開啟兩組風機，每次運行時間可定為10分鐘。監控軟件上需定制運行記錄報表以備查詢。

2.3 火災工況下通風控制方案

當隧道發生火災時屬于特殊工況的通風控制，此工況分為救援階段和滅火兩個階段進行通風控制，目標確?？刂苹饎莶宦佑欣藛T疏散和加強排煙有利滅火。具體控制方案將以預案形式在火災報警聯動控制方案中述及。

3 隧道照明聯動控制方案

隧道照明控制子系統能根據檢測到的隧道內外光強數據、交通量變化以及白天、黑夜等情況，控制隧道的照明系統，調節出入口以及洞口的照明，保證行車的安全，以及在滿足照明要求的情況下達到節能運行的目的，同時對洞內照明以及照明控制設備的狀況進行監視。

隧道內照明回路一般設有應急照明、引入段加強照明、適應段加強照明、基本段照明、出口段加強照明等主要回路。在平時隧道內環境及交通量正常時，交通監控系統為了洞內行車安全，同時達到節能的目的，我們將隧道照明分5個等級。

表1 隧道照明等級劃分及回路組合表

其中A-基本照明，安裝在洞內內側壁；B-基本照明，安裝在洞內外側壁；C-加強照明，安裝在洞內過渡段Ⅰ；D-加強照明，安裝在洞內過渡段Ⅱ；E-加強照明，安裝在洞內出口段；L-引道照明，安裝洞外接近段和出口段路基。

隧道照明控制以自動控制為主，時序控制和手動控制為輔（自動控制故障，或者設備維修時采用時序控制或者手動控制）。

自動控制為按東內（Lt）外（La）亮度檢測器檢測數據之間的關系將照明等級劃分為五級（組合方式如表1），如Lt≤0.2La時為1級（在此只為說明問題，具體分級較為復雜，屬另一研究領域）。Lt、La數據的讀取及照明等級執行指令均由區域控制器按組態軟件設置值自動執行。

時序控制的實施比較容易，可靠度也較高，就是按季節、時間與亮度的對應關系，在區域控制器或者照明控制器上寫入控制程序，就可按系統時間自動執行，確定是只能按時間周期控制亮度，而無法適應晴天、陰雨天等的環境光線差異。

手動控制的實施是靠操作人員手動按照表1的組合開關相應照明回路，也可以借助監控系統利用安裝在照明管理工作站上的軟件界面點擊鼠標進行手動控制。

4 結束語

隨著我國高速公路建設的快速發展，隧道的管理與運營工作也越來越多越來越復雜，特別是長隧道的運營管理，對于建設單位來說，隧道通行安全問題將是管理的重心，平時的主要工作是保障隧道內行車環境安全，引導交通有序通行；當發生異?；虺霈F火災時，能通過應急的處理程序或相關聯動方案來對現場車輛進行誘導，最大限度的減少人員財產損失。由于每座隧道都有各自的特點，根據各自的特點，監控系統的設計、施工、監理以及建設單位必須從安全、穩定、經濟、科學的角度共同制定相應的隧道聯動控制方案，并在運營中不斷完善。本文結合甘肅省部分高速公路長大監控系統的設計和實施進行了初步探討，各部分的具體方案和實施細節還有待進一步論證和完善。

[責任編輯：湯靜]