近年来,我国的公路隧道建设事业已取得了长足的进步,单洞延长超过500 km , 其中建成的大于3 000 m 的特长隧道有近20 多座,正在建设的秦岭终南山隧道长度达18 004 m 。随着公路隧道的日益长大化,通风技术作为21 世纪公路隧道发展的关键技术之一,已日益受到广泛的关注。目前,对公路隧道通风的一维计算已经有了一套完整的计算理论,但由于国内通风计算大多依靠手工进行,软件化程度比较低。为此,作者在现有通风计算理论的基础上, 利用可视化语言(DEL PHI) ,编制了一套公路隧道通风综合设计系统(VDSHT) ,可进行各类通风方式的计算并完成多方案评价及比选[ 2 ] 。
1 VDSHT 设计思路
VDSHT 的设计思路是依据公路隧道通风设计的一般流程,首先完成隧道通风量的计算,然后进行隧道通风方式的选择及计算,最后对隧道通风方案进行评价并完成多方案比较。
VDSHT 主要包含三大功能模块:通风量计算模块、通风计算模块和通风方案评价比选模块。其计算流程见图1 。
VDSHT 的特点
VDSHT 程序寄托在Windows 平台上, 具有Windows 程序的一贯特色:标准一致的用户界面,人机交互式输入输出,鼠标自由点取等。除此以外, VDSHT 程序本身还具有以下特点:
1. (1) 采用面向对象编程,使得用户对系统的干预能力加强。同时充分利用了Windows 本身的资源,减少了程序代码的重复开发。在程序编制中采用对象的链接和嵌入技术,与其它Windows 程序能够互相调用,使程序更加灵活。
(2) VDSHT 的编制充分利用了Delphi 语言的数据库和计算功能,在程序中主要建立了两大类数据库;一类是射流风机、轴流风机参数数据库;另一类是局部损失系数数据库。风机数据库主要包括目前常用的风机类型,局部损失系数数据库主要借鉴流体力学计算中提供的相关系数。
(3) 利用Delphi 语言与Excel 的数据接口,使得程序的输入输出更具直观性,操作更加简单。
公路隧道通风设计软件(VDSHT) 的编制及特点
通风方案评价比选模块是在经济评价的基础上,对选取的所有通风方案同时进行技术和服务水平评价,给出具体的评价指标。它使得对隧道通风方案的评价不仅从经济扩展到技术和服务水平,提高了评价的科学性和一致性,而且免除了手工运算的强度和差错。
(2) 各模块逻辑关系
在公路隧道通风综合设计程序(VDSHT) 的三大模块间,通风量计算模块是整个通风计算的基础, 通风量的确定对整个隧道通风的土建及设备费用和隧道开通后的运营费用有着极其重要的影响,所以在通风量计算中保证各计算参数取值的合理性是非常重要的。
通风计算模块是整个通风计算程序的核心,主要是对各通风方式进行计算,并得出结果。通过对计算结果进行分析,判断通风方案的技术可行性,并为进一步的经济比较和多方案比选提供依据。
通风方案评价比选模块是整个程序的结论部分,主要功能是对通风方案进行多方面综合评价,并对多个通风方案进行比较。
4 各计算模块简介
(1) 风量计算模块风量计算模块中的相关计算数据符合现行的《公路隧道通风照明设计规范》(2000) 标准,可与通风计算模块相互进入,图3 为通风量计算模块计算界面。
(2) 通风计算模块
通风计算模块包含若干个独立的子模块,每一个子模块代表一类通风方式。通风计算模块可以与通风量计算模块和方案评价比选模块互相进入。通风计算模块中的各子模块均具有相应的界面,这些界面包括全射流通风计算界面、集中送风式通风计算界面、分段纵向式通风计算界面、半横向通风计算界面、全横向通风计算界面、混合式通风计算界面等。其中分段纵向通风方式可以计算到12 个竖井,隧道长度超过20 km 。混合通风方式包括纵向-半横向和纵向-横向两种混合通风方式。图4 为纵向分段式通风计算界面,图5 为半横向通风计算模块。
图6 为混合式通风计算界面。
(3) 通风方案评价比选模块
通风方案评价比选模块可进行通风方案评价以及多方案的比选,评价、比选的结果输出形式包括表格形式、图形格式等,并能将结果以Excel 文件格式图7 通风方案评价比选模块界面进行存储。数据输入采用Excel 数据文件输入形式,数据文件即是通风计算模块计算的结果。图7是通风方案评价比选模块的界面。
(4) 通风计算辅助界面
通风计算辅助模块包括射流风机位置输入模块、竖井参数输入模块、风道参数输入模块以及结果输出模块。结果输出模块中包括多种结果显示方式,并与Excel 相连接,可以将计算结果输出至Ex2 cel 。数据输入可从界面直接输入,也可以利用文件进行间接输入。图8 为射流风机位置输入界面,图9 为竖井参数输入界面,图10 为计算结果输出界面,包括隧(风) 道风速、风压、浓度、风机配置等,图11 为生成的Excel 结果文件。
5 结束语
利用VDSHT 对以往通风计算实例进行验算[ 2～7 ] ,由计算结果与原设计的一致性, 证明了VDSHT 的实用性和正确性。
实现公路隧道通风方案设计的计算机程序化, 是进行隧道通风方案设计和多方案比选的必要手段。公路隧道通风综合设计系统(VDSHT) 不仅实现了公路隧道通风计算以及通风方案比选的计算机程序化,而且提高了通风方案评价比选的科学性和一致性,降低了劳动强度,减少了差错几率。
原作者：王守慧
