鐘昭路隧道消防控制系統(tǒng)設(shè)計分析

盤龍

摘要：文章介紹了賀巴高速公路鐘昭路隧道消防系統(tǒng)組成，對長隧道消防泵PLC控制設(shè)計、隧道消防聯(lián)動控制進行論述分析。隧道消防系統(tǒng)能夠?qū)Ω咚俟匪淼澜煌ɑ馂?zāi)事故進行準確的預(yù)報，在火災(zāi)的初期進行及時的報警提示，在隧道口變電房有聲光報警器以及事故現(xiàn)場亦有蜂鳴報警器，通過管理分中心隧道視頻監(jiān)控，了解掌握火災(zāi)事故現(xiàn)場，以便高速運營公司采取有效防控救援工作，縮短救火時間，便于疏散隧道交通管制，確保人民的生命和財產(chǎn)安全。

關(guān)鍵詞：隧道消防;PLC控制;消防泵;聯(lián)動控制

0 引言

賀州至巴馬高速公路，簡稱賀巴高速公路，是廣西高速公路網(wǎng)規(guī)劃修編（2010—2020）“6橫7縱8支線”中的橫3。賀巴高速公路呈東西走向，橫貫廣西中部，是兩廣的主要交通要道之一。全線通行車輛以重型貨車、小轎車為主，建成后車流量較大，橋隧占比較高。賀巴高速公路鐘山至昭平段有6段隧道，長隧道有木蘭隧道、昭平隧道。長隧道（木蘭、昭平）機電設(shè)施種類繁雜，涉及的領(lǐng)域廣泛，對機電設(shè)施管理和運行維護，要求相關(guān)工作人員具有較高的專業(yè)知識和技能水平，同時隧道設(shè)施規(guī)模較大，更新迭代的速度也較快[1]。為了對隧道機電系統(tǒng)的建設(shè)和養(yǎng)護做進一步的保障，需要挖掘隧道機電系統(tǒng)設(shè)施和維護管理的整體狀態(tài)和不足之處，對發(fā)現(xiàn)的問題進行研究并提出解決方案，以便更好地為高速公路運營管理做出安全保障，方便人們通行[2]。

隧道機電系統(tǒng)在高速公路運營中發(fā)揮重大作用的同時，其交通安全形勢也愈發(fā)嚴峻[3]。自我國高速公路迅速發(fā)展以來，隧道特殊路段已經(jīng)發(fā)生多起重特大隧道交通安全事故，針對高速公路隧道消防工程的質(zhì)量要求越來越嚴格，我國雖在其消防控制系統(tǒng)及交通安全事故分析及設(shè)計方面取得了一定的成績，但依然存在一些問題。因此，加強對長隧道消防控制系統(tǒng)設(shè)計，隧道交通火災(zāi)事故分析及設(shè)計的探討，對高速公路隧道工程的安全以及設(shè)備管理維護運行具有重要的意義。

本文以廣西壯族自治區(qū)賀州至巴馬（鐘山至昭平段）兩階段施工圖隧道機電施工工程為依托[4]，針對鐘山至昭平段高速公路隧道消防系統(tǒng)組成、消防泵PLC控制設(shè)計和消防聯(lián)動控制做了詳細的論述。

1 鐘昭路隧道消防系統(tǒng)組成

按照《公路隧道設(shè)計規(guī)范》[5]及《建筑設(shè)計防火規(guī)范》[6]的有關(guān)規(guī)定，并借鑒國外有關(guān)消防規(guī)范以及國內(nèi)已建成的隧道消防的經(jīng)驗，對本路段內(nèi)的隧道設(shè)置消防設(shè)施。其中，隧道交通工程等級為C、D級的短隧道僅在隧道內(nèi)設(shè)置滅火器系統(tǒng);隧道交通工程等級為A+、A、B級的隧道擬采用水消防和化學(xué)消防相結(jié)合的方式，設(shè)置滅火器、消火栓、固定式水成膜泡沫滅火裝置、隧道消防給水管道、消防高低位水池、深水井及消防泵控制、外設(shè)檢測信息設(shè)備以及高低位水池監(jiān)控攝像機等。

因此，賀巴高速公路鐘昭路標段內(nèi)的木蘭、佛丁、昭平隧道應(yīng)設(shè)置滅火器、消火栓、固定式水成膜泡沫滅火裝置、隧道消防給水管道等消防設(shè)施，而白藤、定步、龍灣這3個短隧道只需考慮設(shè)置滅火器系統(tǒng)。

1.1 隧道消防系統(tǒng)組成

長隧道消防系統(tǒng)由滅火器、消火栓、固定式水成膜泡沫滅火裝置、消防給水管道、鉆探深水井、消防高/低位水池、深井泵（一用一備）、消防供水泵（一用一備）、泵的PLC控制、信號檢測的液位儀和顯示板、高低位水池的監(jiān)控攝像機、光端機及光纜等設(shè)施組成，對于消防系統(tǒng)的各個子系統(tǒng)的功能作用，控制要求如下。

1.1.1 滅火器

鐘昭路項目中，隧道交通工程等級為C、D級的短隧道僅在隧道內(nèi)設(shè)置滅火器系統(tǒng)，在隧道洞內(nèi)左、右線行車方向右側(cè)每隔50m設(shè)置一處滅火器洞室并配置滅火器箱，每個滅火器材箱配置8kgMFZ/ABC8型干粉滅火器4具。滅火器箱要有明顯的反光標志。隧道交通工程等級為A+、A、B級的隧道，在隧道消火栓箱（隧道行車方向右側(cè)，每50m設(shè)置一處）內(nèi)，設(shè)置4具8kgMFZ/ABC8型干粉滅火器[7]。

1.1.2 消火栓系統(tǒng)

在隧道交通工程等級為A+、A、B級的隧道內(nèi)，設(shè)置嵌入式消火栓箱（隧道行車方向右側(cè)，每50m設(shè)置一處，下同），箱內(nèi)設(shè)置DN65室內(nèi)消火栓兩只，25m水帶兩條，19mm水槍兩支;考慮水消防系統(tǒng)內(nèi)的水壓，選用穩(wěn)壓減壓型消火栓。消火栓箱門上應(yīng)注明“消火栓”字樣。

1.1.3 給水栓、水泵接合器

對應(yīng)設(shè)置水消防的隧道，考慮到隧道消防救援車輛的需要，在隧道洞口兩端附近各設(shè)置室外給水栓、水泵接合器。

1.1.4 固定式水成膜泡沫滅火裝置

在消火栓箱內(nèi)，除設(shè)置消火栓外，還需同時設(shè)置水成膜泡沫滅火系統(tǒng)裝置。水成膜泡沫滅火系統(tǒng)裝置泡沫罐內(nèi)貯存AFFF原液30L，混合液濃度為3%，噴射滅火時間≥25min，噴射距離≥6m，發(fā)泡倍數(shù)≥4.5。混合液應(yīng)注明有效期。每支噴槍設(shè)計流量≥0.5L/S，充實水柱≥6m。

1.1.5 隧道消防給水管網(wǎng)的系統(tǒng)

考慮消防用水在消防管網(wǎng)內(nèi)的流量和流速，隧道洞內(nèi)外消防主管道均采用DN150無縫鋼管（內(nèi)外加厚鍍鋅），采用溝槽卡箍連接，形成供水環(huán)網(wǎng)管路（通過在距離隧道口兩端10m外設(shè)置橫向管道，將隧道兩邊的管道連接成環(huán)狀供水管路），系統(tǒng)工作壓力為0.6～1.2MPa。洞外給水管道埋深應(yīng)保證在地面以下1.2m，水管過路應(yīng)穿鋼套管保護。為方便隧道內(nèi)消防管道的檢修及維護，考慮在隧道內(nèi)主干管道處，每隔350m左右設(shè)置一處檢修閘閥。同時，管道在施工階段應(yīng)適當設(shè)置管道伸縮器。隧道內(nèi)管道均采用卡箍連接方式，對隧道外山地埋設(shè)的消防管道采用法蘭連接方式。另外，考慮到隧道內(nèi)的水成膜泡沫滅火系統(tǒng)裝置對水源的潔凈度有一定要求，在高位水池向管網(wǎng)供水的管道中設(shè)置Y型過濾器，以便能為水成膜泡沫滅火系統(tǒng)裝置提供符合相應(yīng)要求的水源。

1.1.6 隧道消防給水系統(tǒng)

（1）消防水源及給水系統(tǒng)構(gòu)成

經(jīng)過初步調(diào)查，考慮項目全線隧道的分布情況，以及沿線地質(zhì)水文情況，全線隧道消防采用就地打井取用地下水作為消防水源的供水方式。隧道給水系統(tǒng)由低位集水池、水井、泵房、高位蓄水池和供水管網(wǎng)組成。供水系統(tǒng)中，高位水池中的水，通過水流自重引至隧道內(nèi)消防主干管網(wǎng)，高位水池水位下降至一定水位后，水泵直接啟動將低位水池中的水，泵送至高位水池中，滿足供水要求。而在低位水池的水位下降至設(shè)定水位時，深水泵啟動，將水井中的水抽入低位水池，達到限位高后自動停下潛水泵。

（2）消防用水量及消防水池

隧道用水量按同一時間內(nèi)發(fā)生一次火災(zāi)計算，具體取值如表1所示。

1.1.7 隧道火災(zāi)檢測系統(tǒng)

鐘昭路隧道內(nèi)火災(zāi)檢測系統(tǒng)包括火災(zāi)自動報警系統(tǒng)設(shè)計、火災(zāi)手動報警系統(tǒng)設(shè)計?；馂?zāi)報警系統(tǒng)主要由雙波長火災(zāi)檢測器、火災(zāi)報警控制器和手動報警按鈕組成。雙波長火災(zāi)檢測器是能自動檢測火災(zāi)信號，并將檢測結(jié)果傳回變電所的火災(zāi)報警控制器。手動報警及時顯示報警位置和按鈕的編號，并向控制器后臺發(fā)出警報。當現(xiàn)場有火災(zāi)事故，就近找到綜合盤按下手報按鈕，即可向火災(zāi)報警控制器發(fā)送報警信號，經(jīng)由火災(zāi)報警控制器匯集雙波長火災(zāi)檢測器和手動報警按鈕的報警信號，生成火災(zāi)報警信息后將信息傳至監(jiān)控中心，后臺監(jiān)控計算機系統(tǒng)接收到報警信號并自動啟動報警器，同時可顯示可視化報警界面，經(jīng)人工確認后，關(guān)閉輸出報警和其他控制信號。

1.1.8 隧道內(nèi)人行、車行橫洞防火卷簾門

在設(shè)置有人行、車行橫洞的中、長隧道內(nèi)，設(shè)置相應(yīng)的人行、車行橫洞防火門。人行橫洞門采用手推式對開門防火門（鋼質(zhì)A類隔熱防火門），具有內(nèi)向推開和自動關(guān)閉功能，設(shè)置位置在每處人行橫洞兩端進洞1m處;車行橫洞采用電動（自動）卷簾門。防火門等級均應(yīng)為A類。

防火門在正常情況下為關(guān)閉狀態(tài)，在火災(zāi)狀態(tài)下，防火卷簾門開啟，用于疏散火災(zāi)隧道人員及車輛，同時給消防救援提供方便。防火卷簾門設(shè)置有相應(yīng)的控制裝置，有手動及自動控制兩種模式。正常情況下，為自控狀態(tài)?？刂菩盘柦尤刖徒淼垃F(xiàn)場PLC，并通過傳輸系統(tǒng)上傳至相應(yīng)的隧道監(jiān)控站內(nèi)。當發(fā)生火災(zāi)時，通過后臺實時監(jiān)控事故現(xiàn)場，根據(jù)需要將車行橫洞兩頭卷簾門實時控制，現(xiàn)場人員可手動打開火災(zāi)疏散卷簾門逃生，配合橫洞隧道指示燈和誘導(dǎo)標志有目標、有方向地逃脫火災(zāi)事故現(xiàn)場。

2 隧道消防泵PLC控制設(shè)計

2.1 消防泵控制要求

2.1.1 自動/手動控制模式

選擇開關(guān)撥至手動狀態(tài)，通過現(xiàn)場消防控制柜開關(guān)按鈕實現(xiàn)深水井泵的抽水啟動、停止（深水井有水檢測傳感器，低位水池有高低位水池信號，綜合判斷是否能啟動深水井泵）。同理，通過現(xiàn)場消防控制柜開關(guān)按鈕實現(xiàn)消防泵（1#泵、2#泵，一用一泵）往高位水池打水的啟動、停止（高、低位水池有液位傳感器，檢測到是否有水，綜合判斷是否能啟動消防泵）[8]。

2.1.2 遠程自動

選擇開關(guān)撥至自動狀態(tài)下，高、低位水池的水位情況通過水位遙測裝置來獲取，水位遙測信號直接傳輸至隧道消防泵的本地控制器（PLC）系統(tǒng)內(nèi)控制泵啟動、停止，并通過PLC上傳到隧道管理站監(jiān)控計算機上，實時監(jiān)控泵的運行、停止、故障狀態(tài)以及高、低水池的水位狀態(tài)。當監(jiān)測到高、低位水池的水位達到需要供水的水位時，相應(yīng)的水泵便會啟動，為水池供水[9]。

2.1.3 消防水池設(shè)置

針對鐘昭路長隧道消防系統(tǒng)設(shè)置了低位集水池、水井、泵房、高位蓄水池和供水管網(wǎng)的隧道，同時考慮在泵房內(nèi)設(shè)置水泵，達到一用一備的目的。水泵的揚塵和流量均滿足要求，并能在48h內(nèi)為高位水池注滿水。在水井設(shè)置深水泵，為低位水池供水。高、低位水池的水位情況通過水位遙測裝置來獲取，水位遙測信號直接傳輸至隧道消防泵的PLC系統(tǒng)內(nèi)控制，并通過PLC上傳到隧道管理站監(jiān)控計算機上，實時監(jiān)控現(xiàn)場情況。

2.2 消防泵PLC控制

根據(jù)鐘昭路長隧道消防系統(tǒng)要求，完成隧道消防水泵自動控制系統(tǒng)，需要2個功率15kW的消防水泵（一用一備），1個1.5kW的深水泵、3個液位控制器儀表、9個液位傳感器、海威PLC（規(guī)格型號：C24SOR/E）、1個I/O模塊、2個A/D擴展模塊、1個電源模塊100W、交流接觸器kM、熱繼電器FR、斷路器QF、開關(guān)電源、控制變壓器TM、中間繼電器KA、微型繼電器ZJ、時間繼電器KT、指示燈HG、按鈕SB、導(dǎo)線等若干數(shù)量。完成自動/手動控制模式下消防水泵電氣控制原理圖，見下頁圖1。

2.3 編寫消防泵PLC控制程序

2.3.1 消防泵PLC的端口配置I/O見表2。

2.3.2 編寫程序

在PLC（海威C24S0R/E）官方下載安裝編程軟件HaiwellHappyV2.2.8，啟動軟件編寫消防泵控制程序。

編寫消防泵控制程序后，在軟件模擬環(huán)境下，逐一檢測各輸入點與輸出點的邏輯關(guān)系是否正確，通過模擬軟件上I/O燈指示狀態(tài)，反復(fù)修正控制邏輯順序，糾偏、檢查，確保滿足現(xiàn)場控制要求，各輸入輸出點一一對應(yīng)。在監(jiān)控軟件模擬點位符合控制要求后，方能下載程序到海威PLC控制器上（C24SOR/E），進一步實現(xiàn)PLC控制的單機調(diào)試，最終完成各系統(tǒng)的聯(lián)合調(diào)試，使得各系統(tǒng)設(shè)備正常運行。

3 隧道消防系統(tǒng)聯(lián)動控制

隧道內(nèi)各監(jiān)控設(shè)備、通風、照明、火災(zāi)報警、卷簾門、水泵控制均接入就近的PLC，PLC通過以太網(wǎng)交換機組成工業(yè)以太網(wǎng)環(huán)網(wǎng)，經(jīng)以太網(wǎng)光端機將信息通過通信系統(tǒng)傳至后臺管理監(jiān)控分中心。而火災(zāi)報警主機通過數(shù)據(jù)光端機經(jīng)通信系統(tǒng)傳至昭平監(jiān)控管理分中心。同時，火災(zāi)報警信息可通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)上傳路段監(jiān)控中心，作為火災(zāi)信息傳輸?shù)膫溆猛ǖ繹10]。

3.1 消防水泵手動控制

通過監(jiān)控計算機或啟動柜直接控制消防泵啟、停。