钟昭路隧道消防控制系统设计分析

盘龙

摘要：文章介绍了贺巴高速公路钟昭路隧道消防系统组成，对长隧道消防泵PLC控制设计、隧道消防联动控制进行论述分析。隧道消防系统能够对高速公路隧道交通火灾事故进行准确的预报，在火灾的初期進行及时的报警提示，在隧道口变电房有声光报警器以及事故现场亦有蜂鸣报警器，通过管理分中心隧道视频监控，了解掌握火灾事故现场，以便高速运营公司采取有效防控救援工作，缩短救火时间，便于疏散隧道交通管制，确保人民的生命和财产安全。

关键词：隧道消防;PLC控制;消防泵;联动控制

0 引言

贺州至巴马高速公路，简称贺巴高速公路，是广西高速公路网规划修编（2010—2020）“6横7纵8支线”中的横3。贺巴高速公路呈东西走向，横贯广西中部，是两广的主要交通要道之一。全线通行车辆以重型货车、小轿车为主，建成后车流量较大，桥隧占比较高。贺巴高速公路钟山至昭平段有6段隧道，长隧道有木兰隧道、昭平隧道。长隧道（木兰、昭平）机电设施种类繁杂，涉及的领域广泛，对机电设施管理和运行维护，要求相关工作人员具有较高的专业知识和技能水平，同时隧道设施规模较大，更新迭代的速度也较快[1]。为了对隧道机电系统的建设和养护做进一步的保障，需要挖掘隧道机电系统设施和维护管理的整体状态和不足之处，对发现的问题进行研究并提出解决方案，以便更好地为高速公路运营管理做出安全保障，方便人们通行[2]。

隧道机电系统在高速公路运营中发挥重大作用的同时，其交通安全形势也愈发严峻[3]。自我国高速公路迅速发展以来，隧道特殊路段已经发生多起重特大隧道交通安全事故，针对高速公路隧道消防工程的质量要求越来越严格，我国虽在其消防控制系统及交通安全事故分析及设计方面取得了一定的成绩，但依然存在一些问题。因此，加强对长隧道消防控制系统设计，隧道交通火灾事故分析及设计的探讨，对高速公路隧道工程的安全以及设备管理维护运行具有重要的意义。

本文以广西壮族自治区贺州至巴马（钟山至昭平段）两阶段施工图隧道机电施工工程为依托[4]，针对钟山至昭平段高速公路隧道消防系统组成、消防泵PLC控制设计和消防联动控制做了详细的论述。

1 钟昭路隧道消防系统组成

按照《公路隧道设计规范》[5]及《建筑设计防火规范》[6]的有关规定，并借鉴国外有关消防规范以及国内已建成的隧道消防的经验，对本路段内的隧道设置消防设施。其中，隧道交通工程等级为C、D级的短隧道仅在隧道内设置灭火器系统;隧道交通工程等级为A+、A、B级的隧道拟采用水消防和化学消防相结合的方式，设置灭火器、消火栓、固定式水成膜泡沫灭火装置、隧道消防给水管道、消防高低位水池、深水井及消防泵控制、外设检测信息设备以及高低位水池监控摄像机等。

因此，贺巴高速公路钟昭路标段内的木兰、佛丁、昭平隧道应设置灭火器、消火栓、固定式水成膜泡沫灭火装置、隧道消防给水管道等消防设施，而白藤、定步、龙湾这3个短隧道只需考虑设置灭火器系统。

1.1 隧道消防系统组成

长隧道消防系统由灭火器、消火栓、固定式水成膜泡沫灭火装置、消防给水管道、钻探深水井、消防高/低位水池、深井泵（一用一备）、消防供水泵（一用一备）、泵的PLC控制、信号检测的液位仪和显示板、高低位水池的监控摄像机、光端机及光缆等设施组成，对于消防系统的各个子系统的功能作用，控制要求如下。

1.1.1 灭火器

钟昭路项目中，隧道交通工程等级为C、D级的短隧道仅在隧道内设置灭火器系统，在隧道洞内左、右线行车方向右侧每隔50m设置一处灭火器洞室并配置灭火器箱，每个灭火器材箱配置8kgMFZ/ABC8型干粉灭火器4具。灭火器箱要有明显的反光标志。隧道交通工程等级为A+、A、B级的隧道，在隧道消火栓箱（隧道行车方向右侧，每50m设置一处）内，设置4具8kgMFZ/ABC8型干粉灭火器[7]。

1.1.2 消火栓系统

在隧道交通工程等级为A+、A、B级的隧道内，设置嵌入式消火栓箱（隧道行车方向右侧，每50m设置一处，下同），箱内设置DN65室内消火栓两只，25m水带两条，19mm水枪两支;考虑水消防系统内的水压，选用稳压减压型消火栓。消火栓箱门上应注明“消火栓”字样。

1.1.3 给水栓、水泵接合器

对应设置水消防的隧道，考虑到隧道消防救援车辆的需要，在隧道洞口两端附近各设置室外给水栓、水泵接合器。

1.1.4 固定式水成膜泡沫灭火装置

在消火栓箱内，除设置消火栓外，还需同时设置水成膜泡沫灭火系统装置。水成膜泡沫灭火系统装置泡沫罐内贮存AFFF原液30L，混合液浓度为3%，喷射灭火时间≥25min，喷射距离≥6m，发泡倍数≥4.5。混合液应注明有效期。每支喷枪设计流量≥0.5L/S，充实水柱≥6m。

1.1.5 隧道消防给水管网的系统

考虑消防用水在消防管网内的流量和流速，隧道洞内外消防主管道均采用DN150无缝钢管（内外加厚镀锌），采用沟槽卡箍连接，形成供水环网管路（通过在距离隧道口两端10m外设置横向管道，将隧道两边的管道连接成环状供水管路），系统工作压力为0.6～1.2MPa。洞外给水管道埋深应保证在地面以下1.2m，水管过路应穿钢套管保护。为方便隧道内消防管道的检修及维护，考虑在隧道内主干管道处，每隔350m左右设置一处检修闸阀。同时，管道在施工阶段应适当设置管道伸缩器。隧道内管道均采用卡箍连接方式，对隧道外山地埋设的消防管道采用法兰连接方式。另外，考虑到隧道内的水成膜泡沫灭火系统装置对水源的洁净度有一定要求，在高位水池向管网供水的管道中设置Y型过滤器，以便能为水成膜泡沫灭火系统装置提供符合相应要求的水源。

1.1.6 隧道消防给水系统

（1）消防水源及给水系统构成

经过初步调查，考虑项目全线隧道的分布情况，以及沿线地质水文情况，全线隧道消防采用就地打井取用地下水作为消防水源的供水方式。隧道给水系统由低位集水池、水井、泵房、高位蓄水池和供水管网组成。供水系统中，高位水池中的水，通过水流自重引至隧道内消防主干管网，高位水池水位下降至一定水位后，水泵直接启动将低位水池中的水，泵送至高位水池中，满足供水要求。而在低位水池的水位下降至设定水位时，深水泵启动，将水井中的水抽入低位水池，达到限位高后自动停下潜水泵。

（2）消防用水量及消防水池

隧道用水量按同一时间内发生一次火灾计算，具体取值如表1所示。

1.1.7 隧道火灾检测系统

钟昭路隧道内火灾检测系统包括火灾自动报警系统设计、火灾手动报警系统设计。火灾报警系统主要由双波长火灾检测器、火灾报警控制器和手动报警按钮组成。双波长火灾检测器是能自动检测火灾信号，并将检测结果传回变电所的火灾报警控制器。手动报警及时显示报警位置和按钮的编号，并向控制器后台发出警报。当现场有火灾事故，就近找到综合盘按下手报按钮，即可向火灾报警控制器发送报警信号，经由火灾报警控制器汇集双波长火灾检测器和手动报警按钮的报警信号，生成火灾报警信息后将信息传至监控中心，后台监控计算机系统接收到报警信号并自动启动报警器，同时可显示可视化报警界面，经人工确认后，关闭输出报警和其他控制信号。

1.1.8 隧道内人行、车行横洞防火卷帘门

在设置有人行、车行横洞的中、长隧道内，设置相应的人行、车行横洞防火门。人行横洞门采用手推式对开门防火门（钢质A类隔热防火门），具有内向推开和自动关闭功能，设置位置在每处人行横洞两端进洞1m处;车行横洞采用电动（自动）卷帘门。防火门等级均应为A类。

防火门在正常情况下为关闭状态，在火灾状态下，防火卷帘门开启，用于疏散火灾隧道人员及车辆，同时给消防救援提供方便。防火卷帘门设置有相应的控制装置，有手动及自动控制两种模式。正常情况下，为自控状态。控制信号接入就近隧道现场PLC，并通过传输系统上传至相应的隧道监控站内。当发生火灾时，通过后台实时监控事故现场，根据需要将车行横洞两头卷帘门实时控制，现场人员可手动打开火灾疏散卷帘门逃生，配合横洞隧道指示灯和诱导标志有目标、有方向地逃脱火灾事故现场。

2 隧道消防泵PLC控制设计

2.1 消防泵控制要求

2.1.1 自动/手动控制模式

选择开关拨至手动状态，通过现场消防控制柜开关按钮实现深水井泵的抽水启动、停止（深水井有水检测传感器，低位水池有高低位水池信号，综合判断是否能启动深水井泵）。同理，通过现场消防控制柜开关按钮实现消防泵（1#泵、2#泵，一用一泵）往高位水池打水的启动、停止（高、低位水池有液位传感器，检测到是否有水，综合判断是否能启动消防泵）[8]。

2.1.2 远程自动

选择开关拨至自动状态下，高、低位水池的水位情况通过水位遥测装置来获取，水位遥测信号直接传输至隧道消防泵的本地控制器（PLC）系统内控制泵启动、停止，并通过PLC上传到隧道管理站监控计算机上，实时监控泵的运行、停止、故障状态以及高、低水池的水位状态。当监测到高、低位水池的水位达到需要供水的水位时，相应的水泵便会启动，为水池供水[9]。

2.1.3 消防水池设置

针对钟昭路长隧道消防系统设置了低位集水池、水井、泵房、高位蓄水池和供水管网的隧道，同时考虑在泵房内设置水泵，达到一用一备的目的。水泵的扬尘和流量均满足要求，并能在48h内为高位水池注满水。在水井设置深水泵，为低位水池供水。高、低位水池的水位情况通过水位遥测装置来获取，水位遥测信号直接传输至隧道消防泵的PLC系统内控制，并通过PLC上传到隧道管理站监控计算机上，实时监控现场情况。

2.2 消防泵PLC控制

根据钟昭路长隧道消防系统要求，完成隧道消防水泵自动控制系统，需要2个功率15kW的消防水泵（一用一备），1个1.5kW的深水泵、3个液位控制器仪表、9个液位传感器、海威PLC（规格型号：C24SOR/E）、1个I/O模块、2个A/D扩展模块、1个电源模块100W、交流接触器kM、热继电器FR、断路器QF、开关电源、控制变压器TM、中间继电器KA、微型继电器ZJ、时间继电器KT、指示灯HG、按钮SB、导线等若干数量。完成自动/手动控制模式下消防水泵电气控制原理图，见下页图1。

2.3 编写消防泵PLC控制程序

2.3.1 消防泵PLC的端口配置I/O见表2。

2.3.2 编写程序

在PLC（海威C24S0R/E）官方下载安装编程软件HaiwellHappyV2.2.8，启动软件编写消防泵控制程序。

编写消防泵控制程序后，在软件模拟环境下，逐一检测各输入点与输出点的逻辑关系是否正确，通过模拟软件上I/O灯指示状态，反复修正控制逻辑顺序，纠偏、检查，确保满足现场控制要求，各输入输出点一一对应。在监控软件模拟点位符合控制要求后，方能下载程序到海威PLC控制器上（C24SOR/E），进一步实现PLC控制的单机调试，最终完成各系统的联合调试，使得各系统设备正常运行。

3 隧道消防系统联动控制

隧道内各监控设备、通风、照明、火灾报警、卷帘门、水泵控制均接入就近的PLC，PLC通过以太网交换机组成工业以太网环网，经以太网光端机将信息通过通信系统传至后台管理监控分中心。而火灾报警主机通过数据光端机经通信系统传至昭平监控管理分中心。同时，火灾报警信息可通过工业以太环网上传路段监控中心，作为火灾信息传输的备用通道[10]。

3.1 消防水泵手動控制

通过监控计算机或启动柜直接控制消防泵启、停。