高速公路隧道通风、照明联动控制方案探讨
2016-06-13谭晓敏
谭晓敏
【摘 要】高速公路隧道联动控制是隧道监控系统通过检测隧道内环境参数，如CO/VI（一氧化碳/能见度）、风速风向、洞内外亮度、隧道内温度及火灾探测、电力检测等，按隧道监控软件对各系统预设的控制方案进行运算和比对后形成控制指令，再通过隧道中央控制系统及各相关区域控制器执行这些指令，对隧道通风、照明、消防、视频、交通控制设施、隧道广播等进行协调控制，使隧道内环境始终处于有利行车安全的范围，同时诱导过往车辆在不同工况（如正常双洞通行、单洞双向通行、单洞单车道通行、单洞局部封闭等）时都能各行其道，安全快捷的通过隧道。
【关键词】高速公路监控系统；隧道监控系统联动控制；隧道工况；控制预案；控制指令；隧道监控软件；区域控制
1 高速公路监控系统与隧道联动控制概述
高速公路监控系统是利用公路沿线安装的各类检测设备对交通、环境及设备状态数据进行采集、分析和处理，并根据一定的规则进行决策，然后通过信息发布设备和交通控制设备对道路交通进行指挥和调度的集检测、控制、管理于一体的综合性交通指挥系统。高速公路长大隧道路段必须借助通风、照明等机电设施才能通行，为了确保安全还往往需要设置隧道消防、救援、检测监视、报警管理等设备。为有效的集成和管理这些设备，必须配置实施完善的隧道监控系统。
隧道监控系统是专门针对长大隧道设置的监控管理系统，由隧道监控管理站系统和隧道外场机电系统构成。隧道监控系统既是高速公路监控系统的组成部分，同时也独立于高速公路监控系统而自成系统。高速公路隧道监控系统堪称是高速公路隧道的神经系统，它既通过交通诱导和控制设备使车辆按不同工况各行其道，又依据环境检测及火灾探测数据联动控制隧道通风、照明、消防等各系统，同时还为交通管理者提供视频、语音等辅助决策和管理的手段。
隧道联动控制是隧道监控系统中极为关键一部分，它是监控计算机综合分析隧道内交通运行状况、环境指标状况或接收到隧道内火灾报警信号后需采取合理、有效的措施而设计的一系列程序。其方案设计的合理与否直接关系到隧道运营或事故的应急处理效果。隧道联动控制方案主要涉及隧道视频监视子系统、火灾报警子系统、电力监控子系统（含通风、照明控制系统）、交通控制子系统（含车检器、可变信息标志、交通信号灯、车道指示标志、横洞指示标志等）、隧道有线广播子系统等，所有系统即相对独立，又协调统一。根据我省以往高速公路隧道联动控制方案设计和实施的经验，在此总结和探讨高寒、高海拔地区隧道通风、照明联动控制方案。
2 隧道通风联动控制方案
通风控制程序运行于隧道通风管理计算机，以预案形式反映不同工况下风机启停等动作指令组合，环境监测数据及通风控制指令均由区域控制器PLC完成。其控制原理是根据检测到的CO浓度、透过率数据、交通量数据，控制风机的运行台数、风向和运行时间，实现节能运行和保持风机较佳寿命的运行；并在发生火灾时，根据不同地点，进行相应的火灾排烟处理，以保证隧道运行环境的安全。
2.1 根据隧道内环境参数定制控制方案
根据我国隧道设计规范JTJ026.1-1999的要求，隧道内环境指标标准范围为：隧道内CO正常运营时允许浓度：200～250ppm，交通阻滞（隧道内各车道均以怠速行驶，平均车速为10km/h）时可为300ppm，经历时间不超过20min；隧道内烟雾允许浓度为7.0×10-3（m-1）；隧道内风速正常运营时推荐为10m/s。
对于CO浓度告警，建议当CO浓度<150ppm时，隧道内风机不启动；当150ppm
对于隧道内透过率（VI），测量范围为0-15 1/KM，可将VI的数值范围分为3级。即VI<10 1/KM、10
2.2 小交通流工况下通风控制方案
当隧道内交通量数据、环境参数的检测数值正常时，说明隧道内环境满足运营要求，无需执行风机启停指令。但为了避免风机长期不运行可能导致风机转动机械出现故障，应制定定期（如按周）开机预案，每次轮询（如本周开启1、2组，下周开启3、4组）开启两组风机，每次运行时间可定为10分钟。监控软件上需定制运行记录报表以备查询。
2.3 火灾工况下通风控制方案
当隧道发生火灾时属于特殊工况的通风控制，此工况分为救援阶段和灭火两个阶段进行通风控制，目标确保控制火势不蔓延有利人员疏散和加强排烟有利灭火。具体控制方案将以预案形式在火灾报警联动控制方案中述及。
3 隧道照明联动控制方案
隧道照明控制子系统能根据检测到的隧道内外光强数据、交通量变化以及白天、黑夜等情况，控制隧道的照明系统，调节出入口以及洞口的照明，保证行车的安全，以及在满足照明要求的情况下达到节能运行的目的，同时对洞内照明以及照明控制设备的状况进行监视。
隧道内照明回路一般设有应急照明、引入段加强照明、适应段加强照明、基本段照明、出口段加强照明等主要回路。在平时隧道内环境及交通量正常时，交通监控系统为了洞内行车安全，同时达到节能的目的，我们将隧道照明分5个等级。
表1 隧道照明等级划分及回路组合表
其中A-基本照明，安装在洞内内侧壁；B-基本照明，安装在洞内外侧壁；C-加强照明，安装在洞内过渡段Ⅰ；D-加强照明，安装在洞内过渡段Ⅱ；E-加强照明，安装在洞内出口段；L-引道照明，安装洞外接近段和出口段路基。
隧道照明控制以自动控制为主，时序控制和手动控制为辅（自动控制故障，或者设备维修时采用时序控制或者手动控制）。
自动控制为按东内（Lt）外（La）亮度检测器检测数据之间的关系将照明等级划分为五级（组合方式如表1），如Lt≤0.2La时为1级（在此只为说明问题，具体分级较为复杂，属另一研究领域）。Lt、La数据的读取及照明等级执行指令均由区域控制器按组态软件设置值自动执行。
时序控制的实施比较容易，可靠度也较高，就是按季节、时间与亮度的对应关系，在区域控制器或者照明控制器上写入控制程序，就可按系统时间自动执行，确定是只能按时间周期控制亮度，而无法适应晴天、阴雨天等的环境光线差异。
手动控制的实施是靠操作人员手动按照表1的组合开关相应照明回路，也可以借助监控系统利用安装在照明管理工作站上的软件界面点击鼠标进行手动控制。
4 结束语
随着我国高速公路建设的快速发展，隧道的管理与运营工作也越来越多越来越复杂，特别是长隧道的运营管理，对于建设单位来说，隧道通行安全问题将是管理的重心，平时的主要工作是保障隧道内行车环境安全，引导交通有序通行；当发生异常或出现火灾时，能通过应急的处理程序或相关联动方案来对现场车辆进行诱导，最大限度的减少人员财产损失。由于每座隧道都有各自的特点，根据各自的特点，监控系统的设计、施工、监理以及建设单位必须从安全、稳定、经济、科学的角度共同制定相应的隧道联动控制方案，并在运营中不断完善。本文结合甘肃省部分高速公路长大监控系统的设计和实施进行了初步探讨，各部分的具体方案和实施细节还有待进一步论证和完善。
[责任编辑：汤静]
