一種新型環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測車的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

崔麗影

本文介紹了一種在有害環(huán)境下進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測工作的新型環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測車及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。該車采用客車底盤，車內(nèi)設(shè)計(jì)的車載正壓系統(tǒng)與車載實(shí)驗(yàn)平臺、大氣采樣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、監(jiān)測分析設(shè)備、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)及供配電系統(tǒng)等有機(jī)融合，構(gòu)成一處移動式環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測站，能保證其在惡劣環(huán)境下順利完成監(jiān)測任務(wù)。

隨著我國環(huán)境保護(hù)日益得到社會的重視，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測站已經(jīng)不能完全滿足環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測的需求，我國對各大、中城市及其突發(fā)災(zāi)害事故的環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測已納入到預(yù)案，并將實(shí)施常態(tài)化管理。因此，環(huán)境監(jiān)測車因具有機(jī)動、靈活、功能集成性的特點(diǎn)，能夠快速、高效地完成特定區(qū)域內(nèi)環(huán)境應(yīng)急的監(jiān)測工作，其發(fā)展前景看好。本文將介紹一種以客車底盤為平臺的新型環(huán)境監(jiān)測車，其內(nèi)部所設(shè)計(jì)的車載正壓系統(tǒng)與車載實(shí)驗(yàn)監(jiān)測等設(shè)備有機(jī)地相融合，可深入到中度、重度污染區(qū)域進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測，能夠進(jìn)行樣品采集、監(jiān)測分析、樣品保存，儲備第一手現(xiàn)場資料等，在任務(wù)完成之后還能保障工作人員安全地撤離被檢環(huán)境。

1 環(huán)境監(jiān)測車總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

總體設(shè)計(jì)須遵循以下設(shè)計(jì)理念：選用合理底盤車型以有效地控制整備質(zhì)量與整車質(zhì)心，車身結(jié)構(gòu)安全可靠性和密封防水性好，功能集成性佳，上裝部件牢固與抗震性好，車輛通過性與環(huán)境適應(yīng)性、使用方便性與維修便利性等良好。

為保證車輛出行具有機(jī)動靈活、安全可靠和高效便捷，客車底盤的動力性、制動性、通過性、承載能力等技術(shù)特性是第一要素；而為了滿足環(huán)境現(xiàn)場監(jiān)測工作的需要和工作人員的人身安全，該車配備有環(huán)境監(jiān)測設(shè)備、大氣采樣系統(tǒng)、氣體分析氣源與分析設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)及車載正壓系統(tǒng)，能適用于對中度、重度污染環(huán)境進(jìn)行污染物的各種指標(biāo)的檢測與分析，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供準(zhǔn)確、及時(shí)和全面地反映環(huán)境質(zhì)量的科學(xué)依據(jù)。

1.1 底盤選型

該環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測車根據(jù)車輛功能需求配置改裝部件、空間需求及其總質(zhì)量等進(jìn)行底盤選型。車輛左右兩側(cè)質(zhì)量分配合理，前后軸載荷分配合理，不得超過車軸規(guī)定載荷。

滿足監(jiān)測工作需求的空間(正壓區(qū)域)長度在3 m左右，后部儲物區(qū)空間不少于1.3 m，駕駛室滿足乘坐5人(包含駕駛員和場外服務(wù)人員各1人、進(jìn)入正壓區(qū)域工作人員3人)，底盤總長度在7 m左右、內(nèi)部有效空間為5 m左右。目前具有國家新產(chǎn)品公告的特種車輛底盤，如依維柯23座客車、考斯特23座客車、奔馳凌特524、奔馳615D可滿足上述要求。但是，后兩者為進(jìn)口底盤，超出了項(xiàng)目預(yù)算；前兩者的性價(jià)比適中，然而考斯特23座客車乘坐舒適性相對較優(yōu)，內(nèi)部有效空間更大，且為方便加注汽油的發(fā)動機(jī)驅(qū)動，故選用考斯特底盤。基于客車底盤為平臺改裝的車輛，對改裝部件自質(zhì)量進(jìn)行合理分配與控制后，改裝完后車輛的整備質(zhì)量和總質(zhì)量一般不會超過相應(yīng)國家公告產(chǎn)品的車輛整備質(zhì)量和總質(zhì)量。

本車上裝部件自質(zhì)量較大，可減重部分主要是車身改制加強(qiáng)部分和正壓系統(tǒng)，設(shè)計(jì)及生產(chǎn)過程中要對這兩部分嚴(yán)格控制。

1.2 車身加強(qiáng)與改制

車身進(jìn)行改制時(shí)，嚴(yán)格遵循“改制與加強(qiáng)相結(jié)合”的設(shè)計(jì)原則。車頂換氣扇及分體空體室外機(jī)布置在后部儲物區(qū)，以免破壞正壓系統(tǒng)。車頂換氣扇和升降桿對應(yīng)車頂安裝位置開孔，周邊做加強(qiáng)骨架與預(yù)埋鋼板加強(qiáng)。側(cè)圍發(fā)電機(jī)和分體駐車空調(diào)室外機(jī)安裝處，開艙制作上翻式艙門，艙門制作通風(fēng)隔柵。在安裝車頂檢修平臺、工程警示燈、車頂升降照明燈處，倒栽不銹鋼螺栓，在其底部做傳遞梁，與車頂橫梁焊接為一體。內(nèi)部設(shè)備柜體、隔斷墻體對應(yīng)車身的固定位置焊接預(yù)埋板，以便與車體更有效地固定。

車輛頂蓋開采樣管、過線管、倒栽不銹鋼螺栓等孔，后部區(qū)域地板上開排氣孔，在接觸面與外露縫隙間進(jìn)行密封處理，保證車輛的防水防塵性能。

2 環(huán)境監(jiān)測車功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

整車平面布置如圖1所示。整車按功能及區(qū)域分為3個(gè)分區(qū)：駕乘區(qū)，內(nèi)部布置有5把座椅、2套呼吸器；監(jiān)測分析區(qū)(正壓區(qū)域)，配備正壓系統(tǒng)、應(yīng)急空氣呼吸器、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)等；儲物區(qū)，配備發(fā)電機(jī)、正壓用氣源、實(shí)驗(yàn)用氣源、設(shè)備柜等。此外，對其他配套裝置也需進(jìn)行合理的布局和設(shè)計(jì)。

2.1 駕乘區(qū)設(shè)計(jì)

駕乘區(qū)安裝有正、副駕駛座椅和3把乘用座椅。在乘客門旁邊位置配備有2套個(gè)人呼吸系統(tǒng)(如圖2)，每套呼吸系統(tǒng)配備有8 L高壓鋼瓶、面罩供氣閥及外接接頭，通過氣路連接，可滿足駕駛員配戴；儀表盤處安裝有倒車監(jiān)視器和倒車?yán)走_(dá)，保證車輛駕駛的安全性。

2.2 監(jiān)測區(qū)(正壓區(qū))設(shè)計(jì)

2.2.1 正壓艙

監(jiān)測區(qū)，為整車的核心區(qū)域，本區(qū)域設(shè)計(jì)制作成整體密閉的正壓艙。為控制改裝質(zhì)量，正壓艙采用鋁板制作，地板、側(cè)圍、前后圍、頂蓋之間整體滿焊。首先在正壓艙內(nèi)對應(yīng)內(nèi)部部件安裝位置焊接固定筋板，在整體制作完畢之后，在鋁膽內(nèi)表面噴刷一層環(huán)保密封膠，以便更好地保證艙體的氣密性。正壓艙的保溫層分為2層，一層在車身與鋁膽之間，另一層在鋁膽和內(nèi)飾之間。正壓艙內(nèi)部所有線路和氣路全部布置好后，表面再封內(nèi)飾板，內(nèi)飾板選用防酸堿、耐磨、抗滑、易清洗的白色ABS內(nèi)飾板。安裝完內(nèi)飾后，墻體上不允許再進(jìn)行開孔。正壓艙墻體上過管、過線孔處均需作密封處置。正壓氣密門的門框和包邊采用鋁制材料，門框與鋁膽滿焊連接。

2.2.2 正壓控制系統(tǒng)

正壓系統(tǒng)由正壓艙、氣源和控制系統(tǒng)構(gòu)成。正壓艙的氣源布置在正壓艙外的后部儲物區(qū)內(nèi)，根據(jù)正壓區(qū)內(nèi)工作人數(shù)和工作時(shí)間要求，對高壓儲氣鋼瓶的規(guī)格進(jìn)行選型。正壓自動控制系統(tǒng)由減壓閥、氣路控制模塊、電磁閥、壓差傳感器、氣路球閥、壓差表等組成。正壓狀態(tài)開啟時(shí)，正壓艙內(nèi)壓力要大于艙外壓力，且差值控制在15～100 Pa范圍，這是一種極微壓差狀態(tài)，人體一般感覺不到，可通過控制系統(tǒng)自行調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，也可由壓差表和球閥相結(jié)合實(shí)現(xiàn)壓差控制。系統(tǒng)自動控制時(shí)，當(dāng)壓差低于15 Pa，電磁閥將自動開啟給正壓艙充氣；當(dāng)壓差高于100 Pa，電磁閥自動關(guān)閉，停止向正壓艙充氣。

正壓艙內(nèi)同時(shí)配備了手動控制系統(tǒng)，通過手動打開、關(guān)閉閥門，控制氣源給正壓艙內(nèi)充氣與停氣的操作，保證正壓狀態(tài)監(jiān)測工作繼續(xù)進(jìn)行。

同時(shí)，考慮到泄壓的情況，即當(dāng)電控元件失效或管路漏氣、破裂等導(dǎo)致艙內(nèi)壓力急速升高的情況，正壓艙體配備了泄壓裝置，當(dāng)壓差超過400 Pa時(shí)，由自控系統(tǒng)自動打開或手動打開泄壓閥進(jìn)行泄壓，當(dāng)艙內(nèi)壓差回落到100 Pa時(shí)，泄壓閥門被自動關(guān)閉，如此反復(fù)循環(huán)。

上述控制方式的共同作用，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測分析區(qū)內(nèi)壓力的調(diào)節(jié)與平衡，保證了實(shí)驗(yàn)區(qū)的正壓狀態(tài)。

2.2.3 除臭、CO2吸附系統(tǒng)

除臭、CO2吸附系統(tǒng)如圖3所示。為凈化正壓艙內(nèi)空氣的純度，配備除臭、CO2吸附系統(tǒng)。此套系統(tǒng)采用集成式，分為主箱體、送風(fēng)機(jī)、吸附劑托盤等，送風(fēng)機(jī)裝在主箱體下部，吸附劑裝在托盤的上部，空氣經(jīng)過濾后，由上部排出，達(dá)到除臭、凈化的效果。吸附劑呈蜂窩多孔狀結(jié)構(gòu)，吸附效率高，每100 g吸附劑可吸收高達(dá)68 g的CO2，吸附效率是普通吸附材料的5倍以上，裝載試劑的托盤也為多孔狀，增大吸附面積；1人在8 h呼出的CO2需要0.85 kg的吸附劑，根據(jù)人員的數(shù)量，配備相應(yīng)的吸附劑。吸附劑提前裝入真空袋內(nèi)，存放在監(jiān)測分析區(qū)。當(dāng)監(jiān)測分析區(qū)采用正壓狀態(tài)時(shí)，打開真空袋放在托盤上即可。

2.2.4 觀察窗與對講系統(tǒng)

觀察窗與對講系統(tǒng)如圖4所示。正壓艙前圍設(shè)計(jì)了一套密閉觀察窗，并配備有對講系統(tǒng)，可方便與駕乘區(qū)人員相互聯(lián)系。此觀察窗同時(shí)具備逃生窗功能，窗戶旁邊配備了安全錘，在應(yīng)急狀態(tài)下可啟用。

2.2.5 空氣呼吸器

空氣呼吸器裝備有6.8 L碳纖維背負(fù)式高壓鋼瓶，內(nèi)含壓縮空氣。當(dāng)監(jiān)測區(qū)在正壓狀態(tài)工況下，正壓氣源的氣量不足出現(xiàn)低壓報(bào)警時(shí)，進(jìn)行啟用。該裝置為便攜裝備，配有手提設(shè)備箱，固定在監(jiān)測區(qū)內(nèi)?？諝夂粑魅鐖D5所示。

2.2.6 實(shí)驗(yàn)分析用氣路設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)區(qū)為實(shí)驗(yàn)儀器配備有氦氣和氮?dú)?種實(shí)驗(yàn)用氣，氣源存放在正壓艙外部的8 L高壓鋼瓶內(nèi)，各有2瓶；通過不銹鋼管路輸送到正壓艙內(nèi)，出口位置在對應(yīng)監(jiān)測設(shè)備處。

2.2.7 大氣采樣與廢氣排放系統(tǒng)

通常的大氣采樣裝置，不適于在正壓監(jiān)測車上應(yīng)用。本車的大氣采樣系統(tǒng)，采氣初始端固定在現(xiàn)場升降照明燈的頂端，可到達(dá)高出車頂上方1.2 m處的高度；近端出口連接監(jiān)測儀器；動力源采用單向抽氣泵；設(shè)備排氣口連接管路遠(yuǎn)端接口。該種方式的采樣系統(tǒng)在正壓監(jiān)測車上應(yīng)用更為合理與便捷。

2.2.8 設(shè)備柜與實(shí)驗(yàn)工作臺

在車內(nèi)，根據(jù)監(jiān)測設(shè)備的安裝要求和工作的便利性，而設(shè)計(jì)定做了設(shè)備柜。其中減震設(shè)備柜的下方，設(shè)計(jì)安裝專業(yè)車載減震器，并使設(shè)備柜與周邊墻體縫隙均勻。設(shè)備柜內(nèi)部可放置便攜設(shè)備和實(shí)驗(yàn)用具。設(shè)備柜上方平鋪安裝實(shí)驗(yàn)工作臺面。工作臺面為耐酸堿、防腐蝕、易擦洗理化板，臺面上方安裝專利產(chǎn)品——便攜設(shè)備固定地鎖，包含地軌及張緊固定帶。如圖6所示。

2.2.9 實(shí)驗(yàn)水系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)水系統(tǒng)安裝在水系統(tǒng)柜內(nèi)，凈水桶、污水箱、蒸餾水桶布置在水系統(tǒng)柜下方柜體內(nèi)，實(shí)驗(yàn)水槽、實(shí)驗(yàn)水龍頭、緊急洗眼器、試管沖刷槍安裝在實(shí)驗(yàn)臺面上。水系統(tǒng)臺面上方靠側(cè)圍處設(shè)計(jì)有擋水沿，外側(cè)下方設(shè)計(jì)有返水沿。

2.2.10 車載冰箱

配備50 L車載冰箱，有冷藏和冷凍功能，結(jié)構(gòu)緊湊，完全安裝于工作臺面下方。用于樣品或試劑的冷藏、保存與運(yùn)輸。

2.2.11 空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)

車輛空調(diào)系統(tǒng)分為2部分：行車空調(diào)系統(tǒng)和駐車空調(diào)系統(tǒng)。行車空調(diào)為底盤自帶空調(diào)，由駕駛區(qū)控制；監(jiān)測分析區(qū)內(nèi)非正壓狀態(tài)時(shí)，可開啟本空調(diào)。駐車空調(diào)采用1.5 P分體壁掛空調(diào)，室內(nèi)機(jī)安裝在正壓艙側(cè)壁上，室外機(jī)布置在后部的儲物區(qū)，排水管在末端制作U型造型，滿足正壓狀態(tài)監(jiān)測區(qū)的工作溫度。儲物區(qū)車頂部安裝雙向換氣扇，保證儲物區(qū)內(nèi)空氣的更新，為工作人員在監(jiān)測現(xiàn)場提供一個(gè)舒適的作業(yè)環(huán)境。

正壓艙后圍墻壁上的功能通風(fēng)口在非正壓使用狀態(tài)時(shí)，與儲物區(qū)相通；而在正壓狀態(tài)時(shí)，此口安裝有預(yù)留的堵板，用膠木螺栓進(jìn)行檸緊，可保證正壓艙的密閉。

2.3 儲物區(qū)設(shè)計(jì)

2.3.1 發(fā)電機(jī)

配備車載超靜音發(fā)電機(jī)，電啟動方式。底部安裝有高強(qiáng)度抽拉托盤，在拉出和閉合狀態(tài)可自鎖。車身制作密閉發(fā)電機(jī)艙，外部為上翻式艙門。

2.3.2 正壓用氣路與實(shí)驗(yàn)用氣路

正壓用氣源與實(shí)驗(yàn)用氣源如圖7所示。正壓用氣源選用2個(gè)大容積高壓儲氣鋼瓶，固定牢固，配套減壓閥和高壓軟管；實(shí)驗(yàn)用氣源選用8 L高壓鋼瓶。正壓氣路和實(shí)驗(yàn)氣路由不銹鋼管路穿過正壓艙后部墻體，將氣源分別送到正壓艙內(nèi)。為使測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，正壓出氣口要盡量遠(yuǎn)離壓差傳感器和壓差表。

2.4 其他配套裝置設(shè)計(jì)

2.4.1 視頻現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)

車頂配備升降照明攝像一體機(jī)，攝像機(jī)可以360°旋轉(zhuǎn)。正壓區(qū)內(nèi)配置視頻服務(wù)器、工控機(jī)、顯示器、攝像機(jī)，監(jiān)控車頂和現(xiàn)場狀況，攝像記錄保存在硬盤刻錄機(jī)內(nèi)。

2.4.2 工程警示燈

長排工程警燈橫裝在車頂前上方，側(cè)頻閃燈根據(jù)需要配備。工程警示燈在車輛點(diǎn)火啟動后可以開啟，對環(huán)境進(jìn)行警示，便于開展工作。使用單位需要具備使用資質(zhì)才能在國家規(guī)定的車輛上進(jìn)行安裝。

2.4.3 照明系統(tǒng)

正壓區(qū)、駕駛區(qū)、儲物區(qū)均配備12 V照明燈和220 V照明燈。12 V照明燈由儀表臺處控制；正壓區(qū)和儲物區(qū)的220 V雙管日光燈，各自有開關(guān)單獨(dú)控制。按區(qū)域特點(diǎn)配置燈具，燈光充足、柔和，符合各區(qū)域照明要求。

車頂外部安裝倒伏式照明燈，燈頭可360°旋轉(zhuǎn)；燈頭為聚光燈束，射程遠(yuǎn)；也可選用泛光燈，射程近，照明范圍大。

2.4.4 車頂檢修平臺

為方便車頂外部設(shè)備的安裝與檢修，車頂配備有鋁合金平臺，表面鋪設(shè)防滑花紋鋁板。為加強(qiáng)對車頂工作人員的安全保護(hù)，平臺周邊設(shè)計(jì)有一圈護(hù)欄。車身后圍還裝備有登車梯，便于工作人員上下車頂。

2.4.5 電動平衡支撐

車輛底部設(shè)計(jì)為4點(diǎn)支撐機(jī)構(gòu)，駐車時(shí)對底盤進(jìn)行輔助支撐，并可自動對車輛地板找平，保證車輛地板的水平度和底盤的穩(wěn)定性，使監(jiān)測數(shù)據(jù)和結(jié)果更準(zhǔn)確。

2.4.6 供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為滿足車輛在各種工況下的工作要求，車輛配備功率匹配的車載靜音發(fā)電機(jī)、UPS電源系統(tǒng)、穩(wěn)壓電源、市電接口。一般情況下，小功率檢測設(shè)備及車載攝像系統(tǒng)，采用車內(nèi)的蓄電池通過UPS供電，持續(xù)供電時(shí)間≥2 h；工程警示燈、倒車監(jiān)視與GPS導(dǎo)航系統(tǒng)，由底盤車電瓶供電。有外接市電的情況下，通過車內(nèi)所配的電纜線盤，將市電引入車內(nèi)，可對檢測設(shè)備、駐車空調(diào)、外部照明鏑燈供電，同時(shí)還可對車內(nèi)的蓄電池充電，以備無交流電源輸入時(shí)使用；多數(shù)大功率檢測設(shè)備的用電是經(jīng)過穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓后接入?，F(xiàn)場需要較長時(shí)間用電而無外接市電時(shí)，則采用車載發(fā)電機(jī)給檢測設(shè)備、車頂鏑燈及駐車空調(diào)進(jìn)行供電。

2.4.7 防雷接地系統(tǒng)

整車設(shè)置接地裝置，為避免干擾，分為電源接地、設(shè)備接地、信號接地、車體接地，匯總成統(tǒng)一的對外地線。配備接地釬，電阻要求≤5 Ω，駐車時(shí)插入地下，與大地接觸良好。車內(nèi)安裝電源防雷器，為防止感應(yīng)雷電波從電源線纜引入口進(jìn)入車內(nèi)，在電源入口處安裝電源防雷器和濾波器；氣動升降桿頂端還配置有避雷針。符合國家防雷接地標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，保證系統(tǒng)設(shè)備及車輛安全。

3 總結(jié)

現(xiàn)場環(huán)境應(yīng)急監(jiān)測車在設(shè)計(jì)過程中充分結(jié)合底盤車的性能優(yōu)勢，使改裝完成的車輛，功能性、美觀性、實(shí)用性均得到充分展現(xiàn)，能實(shí)現(xiàn)對污染物樣品的采集和對其濃度、構(gòu)成等做進(jìn)一步分析測試、數(shù)據(jù)處理，從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)影響環(huán)境質(zhì)量的異常因素，以便對環(huán)境質(zhì)量做出綜合評價(jià)。該車的投入使用，可大大提高環(huán)境監(jiān)測工作的安全性。

[1] GB/T 7258-2004.[S].機(jī)動車運(yùn)行安全技術(shù)條件.

[2] JT 3103-1982.公路客運(yùn)車輛改裝技術(shù)要求和檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn).

[3] GB 1589-2004.道路車輛外廓尺寸、軸荷及質(zhì)量限值.