鐘昭路隧道消防控制系統設計分析

盤龍

摘要：文章介紹了賀巴高速公路鐘昭路隧道消防系統組成，對長隧道消防泵PLC控制設計、隧道消防聯動控制進行論述分析。隧道消防系統能夠對高速公路隧道交通火災事故進行準確的預報，在火災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場亦有蜂鳴報警器，通過管理分中心隧道視頻監控，了解掌握火災事故現場，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安全。

關鍵詞：隧道消防;PLC控制;消防泵;聯動控制

0 引言

賀州至巴馬高速公路，簡稱賀巴高速公路，是廣西高速公路網規劃修編（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）機電設施種類繁雜，涉及的領域廣泛，對機電設施管理和運行維護，要求相關工作人員具有較高的專業知識和技能水平，同時隧道設施規模較大，更新迭代的速度也較快[1]。為了對隧道機電系統的建設和養護做進一步的保障，需要挖掘隧道機電系統設施和維護管理的整體狀態和不足之處，對發現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]。

隧道機電系統在高速公路運營中發揮重大作用的同時，其交通安全形勢也愈發嚴峻[3]。自我國高速公路迅速發展以來，隧道特殊路段已經發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量要求越來越嚴格，我國雖在其消防控制系統及交通安全事故分析及設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設計，隧道交通火災事故分析及設計的探討，對高速公路隧道工程的安全以及設備管理維護運行具有重要的意義。

本文以廣西壯族自治區賀州至巴馬（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組成、消防泵PLC控制設計和消防聯動控制做了詳細的論述。

1 鐘昭路隧道消防系統組成

按照《公路隧道設計規范》[5]及《建筑設計防火規范》[6]的有關規定，并借鑒國外有關消防規范以及國內已建成的隧道消防的經驗，對本路段內的隧道設置消防設施。其中，隧道交通工程等級為C、D級的短隧道僅在隧道內設置滅火器系統;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消防相結合的方式，設置滅火器、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、外設檢測信息設備以及高低位水池監控攝像機等。

因此，賀巴高速公路鐘昭路標段內的木蘭、佛丁、昭平隧道應設置滅火器、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施，而白藤、定步、龍灣這3個短隧道只需考慮設置滅火器系統。

1.1 隧道消防系統組成

長隧道消防系統由滅火器、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、高低位水池的監控攝像機、光端機及光纜等設施組成，對于消防系統的各個子系統的功能作用，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設置滅火器系統，在隧道洞內左、右線行車方向右側每隔50m設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，每50m設置一處）內，設置4具8kgMFZ/ABC8型干粉滅火器[7]。

1.1.2 消火栓系統

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

1.1.3 給水栓、水泵接合器

對應設置水消防的隧道，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，除設置消火栓外，還需同時設置水成膜泡沫滅火系統裝置。水成膜泡沫滅火系統裝置泡沫罐內貯存AFFF原液30L，混合液濃度為3%，噴射滅火時間≥25min，噴射距離≥6m，發泡倍數≥4.5。混合液應注明有效期。每支噴槍設計流量≥0.5L/S，充實水柱≥6m。

1.1.5 隧道消防給水管網的系統

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

1.1.6 隧道消防給水系統

（1）消防水源及給水系統構成

經過初步調查，考慮項目全線隧道的分布情況，以及沿線地質水文情況，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。隧道給水系統由低位集水池、水井、泵房、高位蓄水池和供水管網組成。供水系統中，高位水池中的水，通過水流自重引至隧道內消防主干管網，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發生一次火災計算，具體取值如表1所示。

1.1.7 隧道火災檢測系統

鐘昭路隧道內火災檢測系統包括火災自動報警系統設計、火災手動報警系統設計。火災報警系統主要由雙波長火災檢測器、火災報警控制器和手動報警按鈕組成。雙波長火災檢測器是能自動檢測火災信號，并將檢測結果傳回變電所的火災報警控制器。手動報警及時顯示報警位置和按鈕的編號，并向控制器后臺發出警報。當現場有火災事故，就近找到綜合盤按下手報按鈕，即可向火災報警控制器發送報警信號，經由火災報警控制器匯集雙波長火災檢測器和手動報警按鈕的報警信號，生成火災報警信息后將信息傳至監控中心，后臺監控計算機系統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，經人工確認后，關閉輸出報警和其他控制信號。

1.1.8 隧道內人行、車行橫洞防火卷簾門

在設置有人行、車行橫洞的中、長隧道內，設置相應的人行、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A類隔熱防火門），具有內向推開和自動關閉功能，設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。防火門等級均應為A類。

防火門在正常情況下為關閉狀態，在火災狀態下，防火卷簾門開啟，用于疏散火災隧道人員及車輛，同時給消防救援提供方便。防火卷簾門設置有相應的控制裝置，有手動及自動控制兩種模式。正常情況下，為自控狀態。控制信號接入就近隧道現場PLC，并通過傳輸系統上傳至相應的隧道監控站內。當發生火災時，通過后臺實時監控事故現場，根據需要將車行橫洞兩頭卷簾門實時控制，現場人員可手動打開火災疏散卷簾門逃生，配合橫洞隧道指示燈和誘導標志有目標、有方向地逃脫火災事故現場。

2 隧道消防泵PLC控制設計

2.1 消防泵控制要求

2.1.1 自動/手動控制模式

選擇開關撥至手動狀態，通過現場消防控制柜開關按鈕實現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，通過現場消防控制柜開關按鈕實現消防泵（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

選擇開關撥至自動狀態下，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）系統內控制泵啟動、停止，并通過PLC上傳到隧道管理站監控計算機上，實時監控泵的運行、停止、故障狀態以及高、低水池的水位狀態。當監測到高、低位水池的水位達到需要供水的水位時，相應的水泵便會啟動，為水池供水[9]。

2.1.3 消防水池設置

針對鐘昭路長隧道消防系統設置了低位集水池、水井、泵房、高位蓄水池和供水管網的隧道，同時考慮在泵房內設置水泵，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內為高位水池注滿水。在水井設置深水泵，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系統內控制，并通過PLC上傳到隧道管理站監控計算機上，實時監控現場情況。

2.2 消防泵PLC控制

根據鐘昭路長隧道消防系統要求，完成隧道消防水泵自動控制系統，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、導線等若干數量。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，在軟件模擬環境下，逐一檢測各輸入點與輸出點的邏輯關系是否正確，通過模擬軟件上I/O燈指示狀態，反復修正控制邏輯順序，糾偏、檢查，確保滿足現場控制要求，各輸入輸出點一一對應。在監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PLC控制的單機調試，最終完成各系統的聯合調試，使得各系統設備正常運行。

3 隧道消防系統聯動控制

隧道內各監控設備、通風、照明、火災報警、卷簾門、水泵控制均接入就近的PLC，PLC通過以太網交換機組成工業以太網環網，經以太網光端機將信息通過通信系統傳至后臺管理監控分中心。而火災報警主機通過數據光端機經通信系統傳至昭平監控管理分中心。同時，火災報警信息可通過工業以太環網上傳路段監控中心，作為火災信息傳輸的備用通道[10]。

3.1 消防水泵手動控制

通過監控計算機或啟動柜直接控制消防泵啟、停。