复杂隧道群施工期通风网络动态特性分析与系统智能化控制研究

According to tunnel construction ventilation with dynamic characters of diachronic, stage and succession, ventilation scheme should be optimized by using the dynamic programming method. Reasonable selection of wind volume, wind pressure and other ventilation parameters is needed to determine the correct matching of ventilation equipment, capacity and number at different stages. Based on actual engineering, by adopting methods of technical investigation, theoretical analysis, numerical modeling, program development, field monitoring etc, a deep and comprehensive study will be carried out on the dynamic simulation of construction ventilation networks and 3D visualization simulation, natural ventilation mechanism, dynamic characteristics and energy saving system of tunnel group construction ventilation depending on intelligent control. A series of research achievements will be obtained, including :(1) establish mathematical model of ventilation network adapted to the characteristics of tunnel group construction ventilation and propose the main flow of ventilation networks dynamic simulation and implementation methods, (2) develop 3D interactive analysis platform of construction ventilation model and construction schedule optimization, (3) reveal the law of natural ventilation flow stability and coupling mechanism between wind-flowing field and temperature field, (4) design control system of construction ventilation based on fuzzy theory. The research results can be integrated to optimize construction scheme, which are beneficial to reasonable, effective scheme evaluation and prediction, so as to reduce the risk in practical application. It can surely provide a very valuable reference for the construction of similar underground projects worldwide in the future.

针对隧道施工通风具有历时性、阶段性、顺序性等动态特征，应采用动态规划方法来优化通风方案，合理选择其施工通风的风量和风压等参数，从而确定不同阶段通风设备、容量和数量的正确搭配。本申请项目依托实际工程，综合采用技术调研、理论分析、数值模拟、程序开发、现场测试等研究手段，围绕施工通风网络动态模拟与三维可视化仿真、自然通风机理与动态特性及基于智能控制的隧道群施工通风节能系统等问题开展深入研究。建立适应隧道群施工通风特点的通风网络数学模型并提出通风网络的动态仿真主要流程及其实现方法；开发隧道群施工通风模型与施工进度优化的三维交互分析平台；揭示隧道群自然通风流向稳定性的规律及风流温度场与风流流场的耦合作用机理；设计基于模糊理论的施工通风控制系统。研究成果可综合优化隧道施工方案，以利于合理、有效地进行方案评价和预测，减少实际应用中的盲目性，降低风险，对地下工程设计和施工提供了非常有价值的参考和借鉴。

长大隧道群通风系统是一个复杂的动态体系。整个隧道通路中风流方向的判断、各通路风量分配比例、各通道通风参数界定、风机的配置等问题均属于整个通风系统研究的问题。隧道爆破开挖施工是一个复杂的随机过程，难以用解析方法计算的数学模型描述，仅依靠设计人员采用传统的方法分析计算，难以进行施工方案的综合优化。因此，有必要系统地分析研究隧道爆破开挖施工中各方面因素，协调各施工环节间的相互关系，使施工方案更加合理、施工组织更加科学，达到施工快速、经济、安全的目的。. 本申请项目依托实际工程，综合采用技术调研、理论分析、数值模拟、程序开发、现场测试等研究手段，围绕施工通风网络动态模拟与三维可视化仿真、自然通风机理与动态特性及基于智能控制的隧道群施工通风节能系统等问题开展深入研究。建立了适应隧道群施工通风特点的通风网络数学模型并提出通风网络的动态仿真主要流程及其实现方法；开发了隧道群施工通风模型与施工进度优化的三维交互分析平台；揭示了隧道群自然通风流向稳定性的规律及风流温度场与风流流场的耦合作用机理；设计了基于模糊理论的施工通风控制系统。. 本项目研究融合了隧道施工、系统工程、计算机科学、隧道通风工程和计算流体力学等多个交叉学科的先进理论方法与技术，提出了隧道群爆破开挖施工通风CFD数值模拟分析理论方法及施工三维可视化仿真和施工通风系统的智能化控制系统。研究成果可综合优化隧道施工方案，以利于合理、有效地进行方案评价和预测，减少实际应用中的盲目性，降低风险，对地下工程设计和施工提供了非常有价值的参考和借鉴。