公路隧道火灾探测与应急处置平台.pdf
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1、技术:公路隧道火灾探测 与应急处置平台王锐,陈句,许卫华(浙江数智交院科技股份有限公司,浙江杭州)摘要:公路隧道属于 长 大结构物,发 生在其内部的火灾造成的后果严重程度大于一般开放路段,因此对公路隧道火 灾的探测、预警和及时处置至关重要。本文统计分析了国内二十多年来公路隧道火灾 的 时间、车辆、报警途径、后果损失等特征,在此基础上分析了公路隧道风场、火源温度场等隧道特有 的环境特征;然后,对比了现有不同的公路隧道火灾检測技术的特征和适用性;最后,根据公路隧道的火灾及运行环境特性,基于物联网和人工智能技术,提出了检測 火 灾多个物理量、多阶段的冗余检测系统框架,构建系统联动、信息共享、资源协调
2、、智 能决策信 息化的平台,实现公路隧道火灾的快速发现及有效处置,降低隧道内火灾造成 的人员和财产损失。关键词:公路隧道;火灾检测;环境特征;深度学习;智能检测根据交通运输部 年月发布的交通统计数据显示,截至 年底,全国已通车的公路隧道数量 处,万延米。公路隧道在提升公路技术指标、缩短总体路线距离、提高运输能力、减少交通事故等方面起到重要的作用。公路隧道属于长大结构物,发生在其内部的火灾造成的后果损失严重程度一般大于开放路段,如:年月日晋济高速公路岩后隧道的火灾事故造成人死亡、人受伤和辆车烧毁,直接经济损失万元;年月 日沈海高速猫狸岭隧道火灾造成人死亡、人受伤,其中人重伤,直接经济损失 余万元
3、。上述两起火灾事故均造成了严重的负面社会影响。若公路隧道内的火灾能够在初期、早期阶段得到有效检测和预警,及时釆取处置措施,则可以大大降低火灾事故的损失。本文首先统计分析了国内多年来公路隧道火灾事故特性,在此基础上总结了隧道内运营环境特征,以及这些环境特征对隧道火灾检测的影响,然后分析了现有不同公路隧道火灾检测技术的特点和适用性,最 后基于物联网、人工智能技术提出了基于多物理量的隧道火灾冗余快速检测与应急处置平台体系。一、公路隧道火灾特征为了掌握国内公路隧道内火灾类型、火 灾诱因、火 灾车 辆类型、火灾报警途径、伤亡人数、涉 及车辆数量、持续时间等特征,通过互联网搜索、学术论文检索、运营单位调研
4、等方式收集了自 年期间例国内公路隧道火灾事故案例,由图可知,在诱发隧道火灾的诱因 中,车辆电气系统自燃的案例数量最多,占火灾案例总数量的,该类火灾事故的特征是车辆因为抛锚停止行进,车辆会停在隧道行车道或者紧急停车带内;其次为车辆轮胎自燃,距占案例总数量的,在长下坡情况下,为了控制车速货车频繁制动导致轮毂过热而引燃轮胎,轮胎起火后往往引燃货物,从而引起更大规模的火灾;货物本身自燃案例共起,占案 例 总数量的,该类火 灾事故主要由货物自身升温至燃点,无外部加热源,因此其数量小于轮胎自燃;车辆相碰撞和追尾诱发的火灾占案例总数量,一般情况下是后方车辆追尾前方静止的车辆,导致发动机受较大的冲击力着火,或
5、者油箱泄漏 燃油而起火,属于二次事故灾害;共有起火灾事故时车辆失控撞击隧道衬砌后而起火,占总数量的;危险化学品泄漏燃烧案例起,占案例总数量的。从上面的分析可以 看出,绝大多数的火灾是因车辆 本身 的电气故障、轮毂过热而引起 的,加强车辆本身的状态监测可以提升隧道内火灾的检测率。车辆相碰撞燃烧和撞结构物燃烧是车辆与外界发生机械撞击后而发生,可以通过控制行车速度、提升运营环境质量而降低火灾事故的发生率。隧道火灾类型分布如图所示。图隧道火灾 类型分布隧道火灾涉及的车辆类型有货车、客车、危险品车辆、小轿车、特种车辆等,如图所示,在起火灾案例中,货车火灾有起,占案例总数量;小轿车 火 灾起,占案例 总数
6、量;危险品车辆起,占案例总数量;客车火灾起,占 年增刊(总第 期)中国交通信息化 案例总数量的;特种车辆起,占案例总数量。从统计数据可以看出,因货车引起的火灾 的数量多、占比高,同时货车火灾具有规模大、发展速度快、持续时间长、对隧道内人员、车辆和隧道结构 危害大的特点,应加强通行隧道的货车及危险品车辆的动态监测,以及时进行预警。隧道火灾涉及车辆类型分布如图所示。货车客车特种车辆危险品车辆小轿车图隧道火灾涉 及车辆类型隧道内发生火 灾 的发现途径有人工报警、人工巡视发现、视频监控发现等 方式,具体如图所示,人工报警为主要的发现方式,起隧道火灾案例有例是人工报警获得的,占案例总数量的;视频监控发现
7、的案例有起,占案例总数量的;人工巡逻起,占案例总数量的。由于收集案例的途径原因,因隧道火灾检测系统报警的案例数量不详。从统计数据可以看出,隧道内火灾事故主要发现途径是人工报警,部分是通过视频监控和人工巡逻发现。人工报警是被动式接收信息 的方式,具有一定的滞后性,从接警 到釆取应对措施需要一定的时间,从而错过最佳的灭火时机。人工巡 逻是发现隧道火 灾的有效手段,但由于隧道内火灾的发生在时间和空间上具有很大的随机性,通过人工巡逻的方式需要耗费大量的人力和物力。视频监控能够在第一时间了解 现场的情况,当隧道 的视频图像路数较多时,釆用轮巡显 示的 方式对隧道进行火灾检测具有很大的局限性。通 过物联网
8、、大数据、人工智能技术实现火 灾报警的自动化、智 能化、信息化水平是隧道机电 系统发展的主要方向之一,改变现有的以人工报警的被动模式,当隧道内发生火灾时,由监控系统主动将火灾信息推送给监控人员。隧道事故发现途径分布如图所示。报窖人工巡逻视频监控图隧道事 故发现途径分布公路隧道火灾伤亡人数分布如图所示。统计的隧道火灾案例中,因火灾造成的死亡 人,受伤人,死亡和受伤人数主要分布在个别案例中,大多数的火灾事故因得到有效处置或者火灾规模较小,没有造成人员伤亡。在统计的起火灾 案例中,没有发生人员死亡的案例有起,占案例总数量的,没有发生人员受伤的案例有 起,占案例总数量的。可以看出,公路隧道火灾事故处置
9、得当的情况下,发生人员伤亡的概率较小,但当隧道火灾检测不及时、隧道内受困人员较多、交通组织不当、逃生意识差、救援不力等多种情况耦合的情况下,单个火灾事故会造成大量的人员伤亡和财产损失。)死亡受伤图公路隧道火 灾伤亡人数二、隧道内运营环境特性区别于房屋建筑等封闭空间环境,公路隧道内存在着不稳定的纵向气流运动。按通风方式,隧道通风分 为纵向通风、横向通风及半横向通风。由于开挖断面小、设备前期资金投人低,公路隧道一般采用纵向通风方式,该通风方式通过气流沿隧道纵向流动实现火灾烟气和污染物的排出。公路險道内风的来源主要有风机机械风、车辆活塞风以及自然风。在正常交通状态下,公路隧道内的风流主要为车辆活塞风
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