CN113309573A - 一种隧道施工监理报警系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及隧道施工监理技术领域，尤其是涉及一种隧道施工监理报警系统及方法，其系统包括监测模块、报警模块、风机模块、预测模块、风量检测模块和控制模块，预测模块用于实时获取风机模块的进风量和出风量进行作差运算，再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，并基于计算结果模拟实际进风量的表征曲，判断风量检测模块检测的风量值是否位于实际进风量的表征曲线之下；当风量检测模块检测的风量值位于实际进风量的表征曲线之下时，控制模块接收预测模块的输出信号，报警模块响应于控制模块进行报警。解决了现有报警结果准确率低的问题。本申请具有提高准确率的效果。
Description
技术领域
本发明涉及隧道施工监理技术领域，尤其是涉及一种隧道施工监理报警系统及方法。
背景技术
施工监理对隧道工程项目的安全性十分重要。特别地，在隧道施工过程中，爆破作业频繁，稍有不慎就有可能发生爆炸伤人事故。
在爆破时会产生大量粉尘，使得周围环境扬尘，且施工设备也易遭受损害；更严重地，粉尘在生产过程中由于互相碰撞、磨擦等作用造成静电积累，当达到某一数值后，便出现静电放电而引起火灾和爆炸事故。
目前，一般通过粉尘检测仪对粉尘的浓度进行监测，当粉尘检测仪感应到粉尘且粉尘的浓度达到预警值时，粉尘检测仪报警。
针对上述中的相关技术，申请人认为粉尘爆炸还跟通风量有关，现有的报警结果准确率低，不利于隧道施工的有效监理的缺陷。
发明内容
为了提高隧道施工监理报警结果准确率，本申请提供了一种隧道施工监理报警系统及方法。
第一方面，本申请提供一种隧道施工监理报警系统，具有提高隧道施工监理报警结果准确率的特点。
本申请是通过以下技术方案得以实现的：
一种隧道施工监理报警系统，包括，
监测模块，用于实时监测隧道内的粉尘浓度值；
报警模块，连接于所述监测模块，用于在粉尘浓度值超过预警值报警；
还包括，
风机模块，用于根据预设需风量调控隧道的进风量和隧道的出风量；
控制模块，连接于所述风机模块和所述监测模块，用于接收和发送信号；
预测模块，连接于所述风机模块和所述控制模块之间，用于实时获取所述风机模块的进风量和出风量进行作差运算，再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，并基于计算结果模拟实际进风量的表征曲线；
风量检测模块，连接于所述控制模块，用于根据预设的隧道洞口截面积实时检测隧道内的风量，并录入所述预测模块内；
所述报警模块的输入端与所述控制模块的输出端连接；
所述预测模块判断所述风量检测模块检测的风量值是否位于实际进风量的表征曲线之下；
当风量检测模块检测的风量值位于实际进风量的表征曲线之下时，所述控制模块接收所述预测模块的输出信号，所述报警模块响应于所述控制模块进行报警。
通过采用上述技术方案，使监测模块实时获取隧道内粉尘浓度值，并在粉尘浓度值超过预警值使报警模块报警，以提醒施工人员注意粉尘爆炸危险；使风机模块根据预设需风量调控隧道的进风量和隧道的出风量，以使得隧道内有空气流通，改善了隧道中的空气质量，也有效降低了隧道中粉尘的浓度；使预测模块实时获取风机模块的进风量和出风量进行作差运算，再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，并基于计算结果模拟实际进风量的表征曲线，以反映预设需风量随时间的波动情况，用作报警评判标准；使风量检测模块根据预设的隧道洞口截面积实时检测隧道内的风量，并录入预测模块内；预测模块将风量与实际进风量的表征曲线进行比较，判断风量检测模块检测的风量值是否位于实际进风量的表征曲线之下；当风量检测模块检测的风量值位于实际进风量的表征曲线之下时，使报警模块报警；进而隧道施工监理报警系统在粉尘浓度值超过预警值或隧道内的风量不满足预设条件时均能进行预警，且基于反映预设需风量随时间波动情况的表征曲线作为评判标准，提高了预警的检测精度，使得隧道施工监理报警结果的准确率提高，利于隧道施工的有效监理。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括通信模块，所述通信模块连接于所述控制模块，用于当所述报警模块报警时向预设号码或预设IP地址拨号。
通过采用上述技术方案，当报警模块报警时，通信模块向预设号码或预设IP地址拨号，以联系后端的管理人员及时采取措施，利于减少损失。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括后台，所述后台与所述控制模块通讯连接，备份存储所述监测模块、所述风机模块、所述预测模块和所述风量检测模块的数据并在所述控制模块中将已存储的数据删除。
通过采用上述技术方案，后台备份存储监测模块、风机模块、预测模块和风量检测模块的数据并在控制模块中将已存储的数据删除，减轻了控制模块的负担，保证了数据的安全性，也有利于进行大数据分析和应用。
第二方面，本申请提供一种隧道施工监理报警方法，具有提高隧道施工监理报警结果准确率的特点。
本申请是通过以下技术方案得以实现的：
一种隧道施工监理报警方法，包括，
实时获取进风量和出风量，进行作差运算；
再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，获得计算结果；
基于所述计算结果模拟实际进风量的表征曲线；
实时获取隧道内的风量，判断隧道内的风量是否位于实际进风量的表征曲线之下；
当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时进行报警。
通过采用上述技术方案，实时获取风机模块的进风量和出风量进行作差运算，再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，并基于计算结果模拟实际进风量的表征曲线，以反映预设需风量随时间的波动情况，用作隧道施工监理报警方法的报警评判标准；当实时获取的隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时进行报警，提高了预警的检测精度，使得隧道施工监理报警结果的准确率提高，利于隧道施工的有效监理。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括，
备份存储所述进风量和出风量的数据。
通过采用上述技术方案，备份存储进风量和出风量的数据，以保证进风量和出风量数据的安全性，也有利于进风量和出风量的数据应用和分析。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：还包括，
基于备份存储的所述进风量和所述出风量的数据，定期复核所述进风量和所述出风量并调整至合适大小；
基于复核的所述进风量和所述出风量修正实际进风量的表征曲线。
通过采用上述技术方案，基于备份存储的进风量和出风量数据，定期复核进风量和出风量并调整至合适大小，有利于保证进风量和出风量数据的准确性，使得实际进风量的表征曲线更精准，提高了预警的检测精度，有利于提高隧道施工监理报警结果的准确率，也实现了进风量和出风量的数据应用。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时进行报警的步骤还包括，向预设号码或预设IP地址拨号。
通过采用上述技术方案，当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时，向预设号码或预设IP地址拨号，以联系后端的管理人员及时采取措施，利于减少损失。
本申请在一较佳示例中可以进一步配置为：所述当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时进行报警的步骤还包括，根据隧道内的风量与此时对应的表征曲线上的实际进风量的差值，增大隧道的进风量，直至隧道内的风量与此时对应的表征曲线上的实际进风量相等。
通过采用上述技术方案，当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时，根据隧道内的风量与此时对应的表征曲线上的实际进风量的差值，增大隧道的进风量，直至隧道内的风量与此时对应的表征曲线上的实际进风量相等，以自动调整隧道内的通风量，使得隧道内的通风量满足要求，响应速度更快，操作更方便。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、一种隧道施工监理报警系统及方法在粉尘浓度值超过预警值或隧道内的风量不满足预设条件时均能进行预警，且基于反映预设需风量随时间波动情况的表征曲线作为评判标准，提高了预警的检测精度，使得隧道施工监理报警结果的准确率提高，利于隧道施工的有效监理；
2、预警的同时自动联系后端的管理人员及时采取措施，利于减少损失；
3、后台备份存储监测模块、风机模块、预测模块和风量检测模块的数据并在控制模块中将已存储的数据删除，减轻了控制模块的负担，保证了数据的安全性，也有利于进行大数据分析和应用；
4、定期复核进风量和出风量并调整至合适大小，有利于保证进风量和出风量数据的准确性，使得实际进风量的表征曲线更精准；
5、预警时还能自动调整隧道内的通风量，使得隧道内的通风量满足要求，响应速度更快，操作更方便。
附图说明
图1是本申请其中一实施例一种隧道施工监理报警系统的结构框图。
图2是本申请其中一实施例一种隧道施工监理报警方法的流程示意图。
具体实施方式
本具体实施例仅仅是对本申请的解释，其并不是对本申请的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本申请的权利要求范围内都受到专利法的保护。
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请实施例提供一种隧道施工监理报警系统，包括以下模块。
监测模块，用于实时监测隧道内的粉尘浓度值。
风量检测模块，用于根据预设的隧道洞口截面积实时检测隧道内的风量。
风机模块，用于根据预设需风量调控隧道的进风量和隧道的出风量。
控制模块，连接于监测模块和风量检测模块的输出端，用于接收和发送信号。
预测模块，连接于风机模块和控制模块之间，用于实时获取风机模块的进风量和出风量进行作差运算，再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，并基于计算结果模拟实际进风量的表征曲线。风量检测模块检测的隧道内风量经控制模块录入预测模块内，预测模块判断风量检测模块检测的风量值是否位于实际进风量的表征曲线之下。
报警模块，连接于控制模块的输出端，用于在粉尘浓度值超过预警值或当风量检测模块检测的风量值位于实际进风量的表征曲线之下时报警。
下面结合说明书附图对本申请实施例作进一步详细描述。
参照图1，监测模块可以为粉尘检测仪，风量检测模块可以为风量计，控制模块为微控制器，本实施例中，微控制器的型号为单片机MCS-5，粉尘检测仪和风量计的输出端与微控制器的输入端电性连接。
粉尘检测仪实时监测隧道内的粉尘浓度值并将监测到的数据信息传输至微控制器内。
风量计实时监测隧道内的风速，并根据预先设置的隧道洞口截面积，使隧道内的风速和隧道洞口截面积进行乘积运算，以计算隧道内的风量，并将检测到的隧道内的风量信息传输至微控制器内，经微控制器录入预测模块内。
进一步地，本申请根据隧道的长度信息，在隧道沿线间隔修建竖井并设置通风机房。通风机房分进风和抽风两种。风机模块包括设置在通风机房内的风机。风机经预测模块与微控制器通讯连接。
竖井和通风机房的数量根据预设的需风量计算。通过修建竖井将长隧道分成了若干短隧道以进行纵向通风，改善了隧道中的空气质量，有效降低了隧道中污染物浓度，也有利于行车安全。
具体地，进风用途的通风机房内的风机安装在隧道外空气清洁流通及安全处，以将新鲜空气经风管直接送到隧道内。抽风用途的通风机房内的风机安装在开挖作业面附近，将炮烟及污浊空气由风管直接抽出，进而新鲜空气由洞口流入洞内。抽出风管与压入风管分别布置在隧道洞口的两侧位置，且抽出风管在上部，压入风管在下部。
为防止在作业面附近形成涡流和炮烟扩散，风机以抽出为主、压入为辅。抽出风量应比压入风量大20%-30%。本实施例中，抽出风量比压入风量大25%。
报警模块可以为声光警报器，声光警报器的输入端与微控制器的输出端电性连接，声光警报器响应于微控制器的输出信号进行声光预警。
一种隧道施工监理报警系统还包括后台和通信模块。
后台与微控制器通讯连接，后台备份存储监测模块、风机模块、预测模块和风量检测模块的数据并在控制模块将已存储的数据删除，减轻了控制模块的负担，保证了数据的安全性，也有利于进行大数据分析和应用。
通信模块连接于微控制器的输出端，通信模块用于当报警模块报警时向预设号码或预设IP地址拨号。通信模块可以为CR6262模块，其具有电话接口的完整功能，能独立完成了电话接口摘机、信号语音识别、DTMF发号、隔离变压器和音频信号分离与匹配等全部功能，功能强大且实现简单。预设号码即绑定指定联系人的移动设备，有利于即时通讯。预设IP地址即绑定后台，有利于远程通知后端管理人员进行查看和援助。
进而隧道施工监理报警系统在粉尘浓度值超过预警值或隧道内的风量不满足预设条件时均能进行预警，且基于反映预设需风量随时间波动情况的表征曲线作为评判标准，提高了预警的检测精度，使得隧道施工监理报警结果的准确率提高，利于隧道施工的有效监理。
上述一种隧道施工监理报警系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
参照图2，本申请实施例还提供一种隧道施工监理报警方法，该一种隧道施工监理报警方法与上述实施例中一种隧道施工监理报警系统一一对应。该一种隧道施工监理报警方法主要包括以下步骤。
实时获取进风量和出风量，进行作差运算；
再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，获得计算结果；
基于计算结果模拟实际进风量的表征曲线；
实时获取隧道内的风量，判断隧道内的风量是否位于实际进风量的表征曲线外；
当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时进行报警。
具体地包括以下步骤。
S1：使粉尘检测仪、风量计和风机工作，并实时获取隧道内的粉尘浓度值、隧道内风量、进风量和出风量信息。
S2：使预测模块将实时获取的进风量和出风量进行作差运算，再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，并基于计算结果模拟实际进风量的表征曲线的功能。预测模块可以为运行在某微控制器上的算法模块。
具体地，预设需风量=压入风量-抽出风量-施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量-排除内燃机废气所需风量。
压入式通风量Y与隧道洞口的断面积S、风管口至工作面距离L、爆破的炸药量Q和通风时间T相关，且Y= 𝑎 𝑇 3 𝑄 𝑆 2 𝐿 2 ，其中a为根据隧道施工情况设计的预设参数，本实施例中可以为7.8。
抽出式通风量E与隧道洞口的断面积S、爆破的炸药量Q和通风时间T相关，且E=b*（ 𝑎 𝑇 3 𝑄 𝑆 2 𝐿 2 ）/S，其中b为根据隧道施工情况设计的预设参数，本实施例中可以为1.2。
每位作业人员呼吸所需风量可以为3m³/min。
施工设备作业时所需风量根据设备数量和种类而定。本实施例中，一台内燃机应通风2.75m³/min·kW。
S3：定期获取后台内的进风量和出风量数据，并基于备份存储的进风量和出风量数据，复核进风量和出风量并调整至合适大小。复核工作通过人工进行。当发现数据不准确时，复核人员参考以往调研结果和自身经验对数据进行手动调整，直至数据结果准确，以基于复核的进风量和出风量修正实际进风量的表征曲线，使得实际进风量的表征曲线更精准。
S4：基于实时获取的隧道内风量，判断该风量是否位于修正的实际进风量的表征曲线之下。若风量位于修正的实际进风量的表征曲线之下，即需风量不足，容易产生粉尘爆炸隐患。
S5：当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下，或隧道内的粉尘浓度值超过预警值时，使声光报警器进行报警；同时，使通信模块向预设号码或预设IP地址拨号；并根据隧道内的风量与此时对应的表征曲线上的实际进风量的差值，增大隧道的进风量，使得隧道内的风量增大，直至隧道内的风量与此时对应的表征曲线上的实际进风量相等，使隧道内的风量满足要求，响应速度更快，操作更方便。
进而隧道施工监理报警方法在粉尘浓度值超过预警值或隧道内的风量不满足预设条件时均能进行预警，且基于反映预设需风量随时间波动情况的表征曲线作为评判标准，提高了预警的检测精度，使得隧道施工监理报警结果的准确率提高，利于隧道施工的有效监理。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现上述的一种隧道施工监理报警方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
实时获取进风量和出风量，进行作差运算；
再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，获得计算结果；
基于所述计算结果模拟实际进风量的表征曲线；
实时获取隧道内的风量，判断隧道内的风量是否位于实际进风量的表征曲线外；
当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时进行报警。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述系统的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
Claims (8)
1.一种隧道施工监理报警系统，包括，
监测模块，用于实时监测隧道内的粉尘浓度值；
报警模块，连接于所述监测模块，用于在粉尘浓度值超过预警值报警；
其特征在于，还包括，
风机模块，用于根据预设需风量调控隧道的进风量和隧道的出风量；
控制模块，连接于所述风机模块和所述监测模块，用于接收和发送信号；
预测模块，连接于所述风机模块和所述控制模块之间，用于实时获取所述风机模块的进风量和出风量进行作差运算，再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，并基于计算结果模拟实际进风量的表征曲线；
风量检测模块，连接于所述控制模块，用于根据预设的隧道洞口截面积实时检测隧道内的风量，并录入所述预测模块内；
所述报警模块的输入端与所述控制模块的输出端连接；
所述预测模块判断所述风量检测模块检测的风量值是否位于实际进风量的表征曲线之下；
当风量检测模块检测的风量值位于实际进风量的表征曲线之下时，所述控制模块接收所述预测模块的输出信号，所述报警模块响应于所述控制模块进行报警。
2.根据权利要求1所述的一种隧道施工监理报警系统，其特征在于，还包括通信模块，所述通信模块连接于所述控制模块，用于当所述报警模块报警时向预设号码或预设IP地址拨号。
3.根据权利要求1所述的一种隧道施工监理报警系统，其特征在于，还包括后台，所述后台与所述控制模块通讯连接，备份存储所述监测模块、所述风机模块、所述预测模块和所述风量检测模块的数据并在所述控制模块将已存储的数据删除。
4.一种隧道施工监理报警方法，根据权利要求1-3任一项所述的一种隧道施工监理报警系统，包括，
实时获取进风量和出风量，进行作差运算；
再将隧道内施工人员作业时呼吸所需的最大含氧量和排除内燃机废气所需风量作为减数进行计算，获得计算结果；
基于所述计算结果模拟实际进风量的表征曲线；
实时获取隧道内的风量，判断隧道内的风量是否位于实际进风量的表征曲线之下；
当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时进行报警。
5.根据权利要求4所述的一种隧道施工监理报警方法，其特征在于，还包括，
备份存储所述进风量和出风量的数据。
6.根据权利要求5所述的一种隧道施工监理报警方法，其特征在于，还包括，
基于备份存储的所述进风量和所述出风量的数据，定期复核所述进风量和所述出风量并调整至合适大小；
基于复核的所述进风量和所述出风量修正实际进风量的表征曲线。
7.根据权利要求6所述的一种隧道施工监理报警方法，其特征在于，所述当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时进行报警的步骤还包括，向预设号码或预设IP地址拨号。
8.根据权利要求6所述的一种隧道施工监理报警方法，其特征在于，所述当隧道内的风量位于实际进风量的表征曲线之下时进行报警的步骤还包括，根据隧道内的风量与此时对应的表征曲线上的实际进风量的差值，增大隧道的进风量，直至隧道内的风量与此时对应的表征曲线上的实际进风量相等。
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Citations (3)
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| CN108590765A (zh) * | 2018-03-26 | 2018-09-28 | 山东大学 | 适用于隧道与地下工程施工期的通风智能监控系统及方法 |
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-
2021
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| Title |
|---|
| 钟彬: "羊八井一号隧道施工通风探讨", 《施工技术》 * |
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