公路隧道国家工程研究中心：引领隧道智慧运营 实现双碳+安全目标
时间：2023年03月02日
我国是世界第一隧道大国。随着国家高速公路路网建设向山岭重丘区、水下和海洋环境延伸，高海拔、大纵坡、多匝道等结构复杂隧道大量涌现。截至2021年底，我国已建成公路隧道23268处，共计2469.89万延米。部分公路隧道能耗高达40万元/年·公里，通风能耗占隧道日常运行开支的70%。近些年，重特大隧道火灾事故时有发生。隧道日常运营通风节能降耗与火灾安全高效保障对于交通运输行业实现“双碳”与“安全”目标至关重要。
公路隧道国家工程研究中心的智慧运营与管控科研团队在国家科技支撑计划课题、国家自然科学基金项目、省部级科技计划项目及重大工程科研项目等9项科研课题的资助下，历时十余年，通过理论分析、数值模拟、实验研究和现场实测等手段，对隧道通风精细节能管控和火灾烟气高效控制理论与关键技术进行了深入研究及工程实践。研发了隧道通风节能设计与精准调控技术，建立了隧道火灾烟气精细化控制理论及方法，研发了隧道火灾安全环境高效精准保障系列技术与装备，成果解决了隧道通风精细节能管控和火灾烟气高效控制理论与关键技术的系列难题。
研究成果获得授权发明专利10项、软件著作权9项，发表论文26篇（SCI/EI收录18篇），编制《公路隧道设计规范 第二册 交通工程与附属设施》、《公路隧道通风设计细则》行业与地方标准4部，出版专著3部。并依托项目培养了一支由博士、硕士、高级工程师组成的技术人才队伍。研究成果“隧道通风精细节能管控与火灾烟气高效控制关键技术及应用”总体达到国际领先水平，获得2022年度中国公路学会科学技术奖一等奖。
该研究成果应用于粤港澳大湾区水下沉管隧道、重庆解放碑地下环隧等10余项重大工程，多次验证了成果的可行性和先进性，具有巨大的经济、社会效益，对类似工程安全、低碳的管理和运营，具有重要的参考价值。特别值得一提的是在重庆曾家岩嘉陵江大桥隧道工程的应用中，取得了良好的效果。
重庆曾家岩嘉陵江大桥隧道起于重庆渝北区兴盛大道，在天江鼎城附近进洞，由北向南行，在龙湖春森彼岸出洞，跨越嘉陵江后，先后下穿曾家岩、中山思路、上清寺、两路口，再向南出洞口接长滨路后设置长滨路立交，连接菜园坝大桥及长滨路。曾家岩大桥隧道总长度为5.54公里，双向四车道，设计车速为50公里/小时。在主线隧道之外，还有7条连接线与之相连。结构复杂的多匝道隧道，会导致火灾风险高、火灾位置不定、高温烟气流动路径多样，烟气影响范围广且难以控制等难题，而且多匝道隧道通风排烟系统的合理设置将直接增加隧道的建设成本和日常运营费用。
为此，智慧运营与管控科研团队自2015年11月开始设计施工以来，采用自身研发的隧道通风精细节能管控和火灾烟气高效控制理论与关键技术的相关研究成果，进一步优化了曾家岩隧道、刘家台隧道多匝道纵向通风设计参数和火灾排烟设计。应用大纵坡隧道火灾烟气蔓延蔓延动力学模型及控制方法、纵向通风隧道烟气非对称流动特性及维持烟气分层稳定的风速模型、基于网络拓扑理论的多匝道隧道气流高效解算与火灾通风排烟动力匹配方法，解决了多匝道隧道通风排烟动力匹配失衡的难题；采用多匝道隧道全射流纵向通风排烟分区划分与风量分配方法，解决了多匝道隧道全射流纵向通风排烟难题，敲定了曾家岩隧道和刘家台采用全射流纵向通风排烟方案，避免了多匝道长隧道需采用重点排烟方式的常规设计方案，大大节约了建设成本。曾家岩大桥隧道应用了隧道自适应智能通风排烟系统，实现了日常运营工况的按需通风控制，大幅降低了隧道运营通风能耗，年通风运营成本得到大幅节约，实现隧道火灾高效精细排烟，有效提升了隧道通风防灾减灾水平。
隧道火灾精细化控烟实体隧道试验
（撰稿人：关书敏、陈建忠）
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