摘要 通風技術(shù)是21 世紀公路隧道發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一,但目前國內(nèi)的通風計算仍以手工為主,工作效率較低,不便于多方案的評價比選。文章介紹了一套隧道通風設計軟件(VDSHT) [ 2 ] ,它不僅可以進行各種縱向、半橫向、全橫向和混合通風方式的計算,而且可以進行多種通風方案的評價比選。
近年來,我國的公路隧道建設事業(yè)已取得了長足的進步,單洞延長超過500 km , 其中建成的大于3 000 m 的特長隧道有近20 多座,正在建設的秦嶺終南山隧道長度達18 004 m 。隨著公路隧道的日益長大化,通風技術(shù)作為21 世紀公路隧道發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一,已日益受到廣泛的關(guān)注。目前,對公路隧道通風的一維計算已經(jīng)有了一套完整的計算理論,但由于國內(nèi)通風計算大多依靠手工進行,軟件化程度比較低。為此,作者在現(xiàn)有通風計算理論的基礎上, 利用可視化語言(DEL PHI) ,編制了一套公路隧道通風綜合設計系統(tǒng)(VDSHT) ,可進行各類通風方式的計算并完成多方案評價及比選[ 2 ] 。
1 VDSHT 設計思路
VDSHT 的設計思路是依據(jù)公路隧道通風設計的一般流程,首先完成隧道通風量的計算,然后進行隧道通風方式的選擇及計算,最后對隧道通風方案進行評價并完成多方案比較。
VDSHT 主要包含三大功能模塊:通風量計算模塊、通風計算模塊和通風方案評價比選模塊。其計算流程見圖1 。
VDSHT 的特點
VDSHT 程序寄托在Windows 平臺上, 具有Windows 程序的一貫特色:標準一致的用戶界面,人機交互式輸入輸出,鼠標自由點取等。除此以外, VDSHT 程序本身還具有以下特點:
1. (1) 采用面向?qū)ο缶幊?使得用戶對系統(tǒng)的干預能力加強。同時充分利用了Windows 本身的資源,減少了程序代碼的重復開發(fā)。在程序編制中采用對象的鏈接和嵌入技術(shù),與其它Windows 程序能夠互相調(diào)用,使程序更加靈活。
(2) VDSHT 的編制充分利用了Delphi 語言的數(shù)據(jù)庫和計算功能,在程序中主要建立了兩大類數(shù)據(jù)庫;一類是射流風機、軸流風機參數(shù)數(shù)據(jù)庫;另一類是局部損失系數(shù)數(shù)據(jù)庫。風機數(shù)據(jù)庫主要包括目前常用的風機類型,局部損失系數(shù)數(shù)據(jù)庫主要借鑒流體力學計算中提供的相關(guān)系數(shù)。
(3) 利用Delphi 語言與Excel 的數(shù)據(jù)接口,使得程序的輸入輸出更具直觀性,操作更加簡單。
公路隧道通風設計軟件(VDSHT) 的編制及特點
通風方案評價比選模塊是在經(jīng)濟評價的基礎上,對選取的所有通風方案同時進行技術(shù)和服務水平評價,給出具體的評價指標。它使得對隧道通風方案的評價不僅從經(jīng)濟擴展到技術(shù)和服務水平,提高了評價的科學性和一致性,而且免除了手工運算的強度和差錯。
(2) 各模塊邏輯關(guān)系
在公路隧道通風綜合設計程序(VDSHT) 的三大模塊間,通風量計算模塊是整個通風計算的基礎, 通風量的確定對整個隧道通風的土建及設備費用和隧道開通后的運營費用有著極其重要的影響,所以在通風量計算中保證各計算參數(shù)取值的合理性是非常重要的。
通風計算模塊是整個通風計算程序的核心,主要是對各通風方式進行計算,并得出結(jié)果。通過對計算結(jié)果進行分析,判斷通風方案的技術(shù)可行性,并為進一步的經(jīng)濟比較和多方案比選提供依據(jù)。
通風方案評價比選模塊是整個程序的結(jié)論部分,主要功能是對通風方案進行多方面綜合評價,并對多個通風方案進行比較。
4 各計算模塊簡介
(1) 風量計算模塊風量計算模塊中的相關(guān)計算數(shù)據(jù)符合現(xiàn)行的《公路隧道通風照明設計規(guī)范》(2000) 標準,可與通風計算模塊相互進入,圖3 為通風量計算模塊計算界面。
(2) 通風計算模塊
通風計算模塊包含若干個獨立的子模塊,每一個子模塊代表一類通風方式。通風計算模塊可以與通風量計算模塊和方案評價比選模塊互相進入。通風計算模塊中的各子模塊均具有相應的界面,這些界面包括全射流通風計算界面、集中送風式通風計算界面、分段縱向式通風計算界面、半橫向通風計算界面、全橫向通風計算界面、混合式通風計算界面等。其中分段縱向通風方式可以計算到12 個豎井,隧道長度超過20 km ?；旌贤L方式包括縱向-半橫向和縱向-橫向兩種混合通風方式。圖4 為縱向分段式通風計算界面,圖5 為半橫向通風計算模塊。
圖6 為混合式通風計算界面。
(3) 通風方案評價比選模塊
通風方案評價比選模塊可進行通風方案評價以及多方案的比選,評價、比選的結(jié)果輸出形式包括表格形式、圖形格式等,并能將結(jié)果以Excel 文件格式圖7 通風方案評價比選模塊界面進行存儲。數(shù)據(jù)輸入采用Excel 數(shù)據(jù)文件輸入形式,數(shù)據(jù)文件即是通風計算模塊計算的結(jié)果。圖7是通風方案評價比選模塊的界面。
(4) 通風計算輔助界面
通風計算輔助模塊包括射流風機位置輸入模塊、豎井參數(shù)輸入模塊、風道參數(shù)輸入模塊以及結(jié)果輸出模塊。結(jié)果輸出模塊中包括多種結(jié)果顯示方式,并與Excel 相連接,可以將計算結(jié)果輸出至Ex2 cel 。數(shù)據(jù)輸入可從界面直接輸入,也可以利用文件進行間接輸入。圖8 為射流風機位置輸入界面,圖9 為豎井參數(shù)輸入界面,圖10 為計算結(jié)果輸出界面,包括隧(風) 道風速、風壓、濃度、風機配置等,圖11 為生成的Excel 結(jié)果文件。
5 結(jié)束語
利用VDSHT 對以往通風計算實例進行驗算[ 2～7 ] ,由計算結(jié)果與原設計的一致性, 證明了VDSHT 的實用性和正確性。
實現(xiàn)公路隧道通風方案設計的計算機程序化, 是進行隧道通風方案設計和多方案比選的必要手段。公路隧道通風綜合設計系統(tǒng)(VDSHT) 不僅實現(xiàn)了公路隧道通風計算以及通風方案比選的計算機程序化,而且提高了通風方案評價比選的科學性和一致性,降低了勞動強度,減少了差錯幾率。
原作者：王守慧
近年來,我國的公路隧道建設事業(yè)已取得了長足的進步,單洞延長超過500 km , 其中建成的大于3 000 m 的特長隧道有近20 多座,正在建設的秦嶺終南山隧道長度達18 004 m 。隨著公路隧道的日益長大化,通風技術(shù)作為21 世紀公路隧道發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一,已日益受到廣泛的關(guān)注。目前,對公路隧道通風的一維計算已經(jīng)有了一套完整的計算理論,但由于國內(nèi)通風計算大多依靠手工進行,軟件化程度比較低。為此,作者在現(xiàn)有通風計算理論的基礎上, 利用可視化語言(DEL PHI) ,編制了一套公路隧道通風綜合設計系統(tǒng)(VDSHT) ,可進行各類通風方式的計算并完成多方案評價及比選[ 2 ] 。
1 VDSHT 設計思路
VDSHT 的設計思路是依據(jù)公路隧道通風設計的一般流程,首先完成隧道通風量的計算,然后進行隧道通風方式的選擇及計算,最后對隧道通風方案進行評價并完成多方案比較。
VDSHT 主要包含三大功能模塊:通風量計算模塊、通風計算模塊和通風方案評價比選模塊。其計算流程見圖1 。
VDSHT 的特點
VDSHT 程序寄托在Windows 平臺上, 具有Windows 程序的一貫特色:標準一致的用戶界面,人機交互式輸入輸出,鼠標自由點取等。除此以外, VDSHT 程序本身還具有以下特點:
1. (1) 采用面向?qū)ο缶幊?使得用戶對系統(tǒng)的干預能力加強。同時充分利用了Windows 本身的資源,減少了程序代碼的重復開發(fā)。在程序編制中采用對象的鏈接和嵌入技術(shù),與其它Windows 程序能夠互相調(diào)用,使程序更加靈活。
(2) VDSHT 的編制充分利用了Delphi 語言的數(shù)據(jù)庫和計算功能,在程序中主要建立了兩大類數(shù)據(jù)庫;一類是射流風機、軸流風機參數(shù)數(shù)據(jù)庫;另一類是局部損失系數(shù)數(shù)據(jù)庫。風機數(shù)據(jù)庫主要包括目前常用的風機類型,局部損失系數(shù)數(shù)據(jù)庫主要借鑒流體力學計算中提供的相關(guān)系數(shù)。
(3) 利用Delphi 語言與Excel 的數(shù)據(jù)接口,使得程序的輸入輸出更具直觀性,操作更加簡單。
公路隧道通風設計軟件(VDSHT) 的編制及特點
通風方案評價比選模塊是在經(jīng)濟評價的基礎上,對選取的所有通風方案同時進行技術(shù)和服務水平評價,給出具體的評價指標。它使得對隧道通風方案的評價不僅從經(jīng)濟擴展到技術(shù)和服務水平,提高了評價的科學性和一致性,而且免除了手工運算的強度和差錯。
(2) 各模塊邏輯關(guān)系
在公路隧道通風綜合設計程序(VDSHT) 的三大模塊間,通風量計算模塊是整個通風計算的基礎, 通風量的確定對整個隧道通風的土建及設備費用和隧道開通后的運營費用有著極其重要的影響,所以在通風量計算中保證各計算參數(shù)取值的合理性是非常重要的。
通風計算模塊是整個通風計算程序的核心,主要是對各通風方式進行計算,并得出結(jié)果。通過對計算結(jié)果進行分析,判斷通風方案的技術(shù)可行性,并為進一步的經(jīng)濟比較和多方案比選提供依據(jù)。
通風方案評價比選模塊是整個程序的結(jié)論部分,主要功能是對通風方案進行多方面綜合評價,并對多個通風方案進行比較。
4 各計算模塊簡介
(1) 風量計算模塊風量計算模塊中的相關(guān)計算數(shù)據(jù)符合現(xiàn)行的《公路隧道通風照明設計規(guī)范》(2000) 標準,可與通風計算模塊相互進入,圖3 為通風量計算模塊計算界面。
(2) 通風計算模塊
通風計算模塊包含若干個獨立的子模塊,每一個子模塊代表一類通風方式。通風計算模塊可以與通風量計算模塊和方案評價比選模塊互相進入。通風計算模塊中的各子模塊均具有相應的界面,這些界面包括全射流通風計算界面、集中送風式通風計算界面、分段縱向式通風計算界面、半橫向通風計算界面、全橫向通風計算界面、混合式通風計算界面等。其中分段縱向通風方式可以計算到12 個豎井,隧道長度超過20 km ?；旌贤L方式包括縱向-半橫向和縱向-橫向兩種混合通風方式。圖4 為縱向分段式通風計算界面,圖5 為半橫向通風計算模塊。
圖6 為混合式通風計算界面。
(3) 通風方案評價比選模塊
通風方案評價比選模塊可進行通風方案評價以及多方案的比選,評價、比選的結(jié)果輸出形式包括表格形式、圖形格式等,并能將結(jié)果以Excel 文件格式圖7 通風方案評價比選模塊界面進行存儲。數(shù)據(jù)輸入采用Excel 數(shù)據(jù)文件輸入形式,數(shù)據(jù)文件即是通風計算模塊計算的結(jié)果。圖7是通風方案評價比選模塊的界面。
(4) 通風計算輔助界面
通風計算輔助模塊包括射流風機位置輸入模塊、豎井參數(shù)輸入模塊、風道參數(shù)輸入模塊以及結(jié)果輸出模塊。結(jié)果輸出模塊中包括多種結(jié)果顯示方式,并與Excel 相連接,可以將計算結(jié)果輸出至Ex2 cel 。數(shù)據(jù)輸入可從界面直接輸入,也可以利用文件進行間接輸入。圖8 為射流風機位置輸入界面,圖9 為豎井參數(shù)輸入界面,圖10 為計算結(jié)果輸出界面,包括隧(風) 道風速、風壓、濃度、風機配置等,圖11 為生成的Excel 結(jié)果文件。
5 結(jié)束語
利用VDSHT 對以往通風計算實例進行驗算[ 2～7 ] ,由計算結(jié)果與原設計的一致性, 證明了VDSHT 的實用性和正確性。
實現(xiàn)公路隧道通風方案設計的計算機程序化, 是進行隧道通風方案設計和多方案比選的必要手段。公路隧道通風綜合設計系統(tǒng)(VDSHT) 不僅實現(xiàn)了公路隧道通風計算以及通風方案比選的計算機程序化,而且提高了通風方案評價比選的科學性和一致性,降低了勞動強度,減少了差錯幾率。
原作者：王守慧
