高速公路隧道通风控制策略探讨

这次我们来探讨一下高速公路隧道的通风控制如何开展，算是抛砖引玉。

我一直参与高速公路监控系统的开发和实施工作，其中参与了多个隧道监控系统的开发，基本一直在这个领域摸爬滚打。但是，心中有个疙瘩，有关隧道通风控制的。当发生火灾时，这些风机到底何时控制、怎么控制？尤其是后来在做应急预案策略时，客户都要求发生火灾时，风机不能受软件系统的自动控制，需要人工控制。但是往往发生火灾事故时，风机控制的及时性、正确性还是有待商榷的。

这里注意的是，本文只探讨隧道顶部安装的射流风机，竖井安装的轴流风机暂时不考虑。

通风系统的设计目的是紧急撤离阶段保持隧道空间的底部空气清净（增加可视性、降低毒性）。历史上来看，第一次在隧道内安装风机设备的原因就是降低污染物水平。

射流风机属于纵向通风，其实质就是把射流风机顺着隧道连续排列，靠射流风机高速出口气流的带动，将隧道内污染的空气或火灾烟气通过“接力”的方式排出隧道外。

有两个数值，需要大家熟悉：

目前公路隧道射流风机的风机出口风速一般为20~30m/s。隧道内平均风速要求在2m/s以上，俗称临界风速。

排烟的理论依据可以简单认为：只要射流风机排烟速度使得隧道内风速在“临界风速”以上,则能够使得隧道内烟气不出现逆流现象，按照控制方向进行排烟。

通过世界道路协会的公路隧道手册，我们看看通风系统的功能，有以下两个：

正常运营情况下，高效地为隧道提供的新鲜空气，一般是通过稀释污染物的方式实现。这个基本是风速风向传感器、COVI传感器与风机的设备逻辑联动控制实现的。这个工况控制基本自动化，无需人员干涉。

火灾情况下，通过合适的方式控制烟雾，使隧道内环境尽量保持在安全状态下，保障用户和救援服务的安全。相关内容可参考《公路隧道手册》报告05.16.B第1.6、1.7节：“通风系统在自我疏散过程中扮演的角色”和“通风系统在消防中扮演的角色”。

火灾下，风机采用纵向通风策略，即通过在隧道内产生纵向空气流，将洞内燃烧车辆产生的烟雾推到火灾的一边。如果用户正好在那一边，他们可能会受到有毒气体和可视性减弱的影响。

我们知道烟雾很容易聚集在隧道顶部空间，如下图：

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如果公路隧道发生火灾，对于不同火灾情况，设计合适的通风控制方案是非常重要的。风机控制风向的方法通常包括：

火灾联动控制：通过火灾探测器和控制系统，隧道风机可以在火灾发生后迅速启动或改变运行模式，以控制风向，帮助排烟和人员疏散。

风机正反转控制：隧道风机可以在火灾情况下迅速切换旋转方向，以实现排烟或阻止烟气扩散。

排烟逻辑：

1.一般来说，风机的控制方向必须向车辆行驶方向进行进风控制，因为下游车辆基本驶离隧道了。

2.一侧无人受困时，根据火灾在隧道中的位置，确定风机的工作方向，控制高温烟气向无车辆人员的方向排烟。

3.两侧有人受困时，采用逆向送风排烟的通风模式，也就是火源两侧的风机同时相对抽风排烟。虽然烟气向两侧扩散，但能够保持烟气层稳定，最大限度控制烟气下沉，使得隧道内火源两侧高温烟气保持在上部，2m以下的人员疏散区域平均温度是最低的，保障逃生能见度。

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1.控制风机的选择

在论文《基于FDS的公路隧道火灾射流风机通风模式数值模拟研究》的模拟研究中，风机的位置也会对排烟存在影响，建议着火点30米内的风机不做控制。这个在联合设计文件中，没有看到过，具体实践还有待商榷。

2.排烟的时机

鉴于目前高速公路隧道监测的不全面性，发生火灾时，消防人员基本是等待现场情况摸底完成后，才进行施救。什么时候开始排烟？只有明确排烟侧没有人员时，结合消防人员的建议才可进行。

3.联动广播

广播内容需要提示人员朝着火势、烟雾流相反的方向逃离，弯腰下走（因为着火时，扩散在隧道里的烟雾和毒气最初是不平均分布的，顶部较浓，下部较稀，而且温度分布也是上高下低;不要高声喊叫，否则会吸入较多的烟雾和有毒气体）。

目前的问题是，我们的联动广播内容不够精准，还需将广播内容与排烟方向进行综合考虑。

目前隧道监控系统的火灾应急处置措施分监测预警、确认报警、实施救灾、清理现场、解除报警等部分。

①监测预警：由紧急电话、现场火灾自动报警器、手动报警按钮、现场巡逻人员等触发。

②确认报警：由监控中心（或隧道所）监控人员通过视频确认，判定事故的性质、规模、部位，以确定救灾方案。

③实施救灾：灭火器为自救手段；火灾时的通风控制，信号灯控制为管理疏导手段；消防队强力灭火为后续专业手段。

④清理现场：火灾消灭后清理现场杂物，抢修被毁器具、设备等。

⑤解除报警：清理现场完成后，如无问题，可手动解除报警，信号灯放行，车辆可驶入。

⑥工作过程：正常情况下各传感器均工作在检测工作状态，当发生火灾事故时，通过自动或手动报警发出信号并确认后，实施报警，这时信号自动变换，并对灾情区域型、发生区域及严重程度，确定救助手段及疏导方案。如是火灾报警值班人员则进入紧急状态，系统进行紧急救灾程序实施救灾。

以上就是针对高速公路隧道通风控制的探讨，其重点还是对火灾下的通风控制研究。欢迎大家拍砖。