有害氣體探測(cè)安防系統(tǒng)在地鐵車(chē)站的應(yīng)用淺析

潘志剛

（廣州市地下鐵道總公司，廣東廣州 510000）

0 前言

1995年3月20日，邪教奧姆真理教在東京地鐵釋放沙林毒氣，共造成13人死亡，約6 300人受傷；2005年7月7日，倫敦地鐵遭自殺式爆炸襲擊，死亡56人；2011年4月11日白俄羅斯明斯克市地鐵爆炸，12人死亡，地鐵遭襲給全球軌道交通行業(yè)敲響了警鐘。城市軌道交通系統(tǒng)人群高度密集，安全防范困難、遇襲后社會(huì)影響大，地鐵車(chē)站健全安防措施已經(jīng)迫在眉睫。

2009年，由公安部科技局、公安部第三研究所等部門(mén)制定的《城市軌道交通安全防范系統(tǒng)技術(shù)要求》（GB/T 26718-2011）（以下稱(chēng)<技術(shù)要求>），《技術(shù)要求》對(duì)軌道交通安裝毒氣探測(cè)系統(tǒng)的必要性和技術(shù)要求進(jìn)行了明確[1]。上海、廣州等城市也已分別頒布了地方性安防技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)《重點(diǎn)單位重要部位安全技術(shù)防范系統(tǒng)要求》、《城市軌道交通安全技術(shù)防范標(biāo)準(zhǔn)》等，提倡將地鐵安防范系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)常態(tài)化建設(shè)。各種信息表明國(guó)家和地方政府已整體提高了城市軌道交通安全形勢(shì)關(guān)注度，未來(lái)階段城市軌道交通行業(yè)安全防范要求將逐步完善和提高，氣體探測(cè)系統(tǒng)在地鐵線路籌建階段即被列入“三同時(shí)”安全設(shè)備建設(shè)項(xiàng)目中將是發(fā)展趨勢(shì)。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 地鐵環(huán)境分析

（1）內(nèi)部因素

2014年，國(guó)內(nèi)已有36個(gè)城市正在建設(shè)地鐵，地鐵建設(shè)過(guò)程中因地質(zhì)條件特殊，結(jié)構(gòu)自身內(nèi)部存在有毒要害氣體。2009年某城市地鐵建設(shè)期曾發(fā)生因地層有害氣體逸出造成傷亡事故，事后查明為地質(zhì)中CO泄露。盡管工程建設(shè)期間采取了一定的預(yù)防措施，這些氣體仍不可避免通過(guò)隧道的盾構(gòu)管片間的拼縫、車(chē)站局部漏水點(diǎn)等途徑滲透進(jìn)入車(chē)站。有害氣體通過(guò)上述途徑進(jìn)入地鐵隧道及車(chē)站，在低洼或空氣不流通的部位積聚，將可能引起中毒或爆炸的危險(xiǎn)。

（2）外部因素

地鐵作為重要的城市公共交通設(shè)施，被列為受恐怖襲擊的高風(fēng)險(xiǎn)目標(biāo)之一。從地鐵安全威脅的角度，可能遭受爆炸、毒氣恐怖襲擊，不法分子蓄意在地鐵制造傷害，形成社會(huì)影響，給有關(guān)方面施壓。中國(guó)總體治安環(huán)境雖好，但國(guó)內(nèi)還是存在恐怖勢(shì)力，以及部分人員厭世報(bào)復(fù)社會(huì)、以引起重視為目的，蓄意投放有毒危險(xiǎn)物的行為。

地鐵車(chē)站通風(fēng)換氣口及隧道區(qū)間風(fēng)亭分布廣泛，且較多地處偏僻地塊和城鄉(xiāng)結(jié)合部等區(qū)域，日常管理中難以實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控，此類(lèi)風(fēng)亭周邊環(huán)境復(fù)雜，易被選作蓄意投毒地點(diǎn)，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，是目前安全管理中的難點(diǎn)。同時(shí)城市燃?xì)夤芫W(wǎng)和地下軌道交通網(wǎng)絡(luò)縱橫交錯(cuò)，一旦燃?xì)夤艿榔屏研孤稊U(kuò)散進(jìn)入地鐵內(nèi)部，將會(huì)造成嚴(yán)重公共安全事件。

關(guān)于氣體探測(cè)系統(tǒng)在軌道交通方面應(yīng)用國(guó)外較為成熟，據(jù)相關(guān)可查數(shù)據(jù)顯示，捷克布拉格地鐵，美國(guó)洛杉磯地鐵，日本東京地鐵，英國(guó)倫敦地鐵，德國(guó)柏林、慕尼黑地鐵等均已安裝此類(lèi)探測(cè)毒氣的設(shè)備，但目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通行業(yè)應(yīng)用還是空白。

1.2 技術(shù)狀況分析

目前氣體探測(cè)技術(shù)正處成熟發(fā)展階段，探測(cè)機(jī)理較多，已在石油化工方面廣泛應(yīng)用，這些產(chǎn)品成熟可靠，并有其行業(yè)相應(yīng)技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，1999年石油化工行業(yè)就已制定頒發(fā)了《石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]，2009年國(guó)家發(fā)布了《工作場(chǎng)所有毒氣體檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)置規(guī)范》（GBZT 223-2009）[3]，氣體探測(cè)系統(tǒng)從技術(shù)、設(shè)備上基本可以滿(mǎn)足城市軌道交通行業(yè)的氣體探測(cè)要求。

氣體探測(cè)系統(tǒng)核心部件是傳感器，一般每一種傳感器只能檢測(cè)一種氣體[4]。傳感器種類(lèi)較多：有利用物理性質(zhì)的熱傳導(dǎo)式、光干涉式、紅外吸收式；有利用電化學(xué)性質(zhì)的定電位電解式、迦伐尼電池式；有利用物理化學(xué)性質(zhì)的催化燃燒式、半導(dǎo)體式。目前已有一款技術(shù)成熟的探測(cè)范圍廣、靈敏度高、使用壽命長(zhǎng)的光離子PID探測(cè)器，能夠同時(shí)探測(cè)多種氣體，更適合城市軌道交通行業(yè)使用。

1.3 法規(guī)要求分析

2010年，公安部科技局、公安部第三研究所等部門(mén)制定和發(fā)布的《技術(shù)要求》，關(guān)于毒氣探測(cè)系統(tǒng)有強(qiáng)制要求，第10條明確了“系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行24小時(shí)連續(xù)探測(cè)；應(yīng)能同時(shí)探測(cè)神經(jīng)性毒氣、糜爛性毒氣、全身中毒性、窒息性毒氣”等?！都夹g(shù)要求》主要技術(shù)內(nèi)容涵蓋了地鐵車(chē)站應(yīng)設(shè)置相關(guān)安防系統(tǒng)種類(lèi)和技術(shù)參數(shù)，對(duì)城市軌道交通區(qū)域毒氣探測(cè)、放射性物質(zhì)探測(cè)等安全防范系統(tǒng)的技術(shù)條件做出了要求和規(guī)定，是軌道交通安全防范系統(tǒng)產(chǎn)品規(guī)劃設(shè)計(jì)、建設(shè)安裝和驗(yàn)收的基本依據(jù)。

表1 探測(cè)器機(jī)理對(duì)比

2 解決方案

為系統(tǒng)性解決車(chē)站風(fēng)亭、出入口等位置的外來(lái)有害氣體侵入車(chē)站、隧道區(qū)間的問(wèn)題，防止乘客攜帶易燃易爆有毒危險(xiǎn)品進(jìn)站乘車(chē)，應(yīng)在地鐵風(fēng)亭、車(chē)站出入口、站內(nèi)公共區(qū)安裝在線式氣體探測(cè)系統(tǒng)，對(duì)車(chē)站環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，快速報(bào)警和響應(yīng)。

2.1 設(shè)備選型

（1）探測(cè)氣體類(lèi)型：《技術(shù)要求》10.3條要求，地鐵車(chē)站安裝的氣體探測(cè)儀應(yīng)能同時(shí)探測(cè)神經(jīng)性毒氣、糜爛性毒氣、全身中毒性、窒息性毒氣、可燃?xì)怏w等地鐵車(chē)站可能出現(xiàn)的易燃易爆有毒要害氣體。在實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生乘客攜帶常見(jiàn)的H2S、CO、CO2、可燃性氣體等進(jìn)站乘車(chē)，以及地鐵車(chē)站還飽受周邊外環(huán)境產(chǎn)生的垃圾、塑料燃燒產(chǎn)生的煙氣侵?jǐn)_。因此，結(jié)合法規(guī)要求和日常常見(jiàn)有毒有害氣體，地鐵車(chē)站探測(cè)氣體需求應(yīng)包括：生化類(lèi)毒氣（沙林、VX、芥子氣、氫氰酸、光氣等），日常常接觸的可燃性氣體、H2S、CO、NOX以及塑料制品燃燒產(chǎn)生的HCN、HF、HCl等有毒和可燃性氣體。

（2）檢測(cè)限要求：由于在軌道交通等大型公共場(chǎng)所使用，人身上的香水、酒精、糖等物質(zhì)和各種地鐵內(nèi)建筑材料等無(wú)毒物質(zhì)都會(huì)干擾設(shè)備的檢測(cè)，干擾物是一種既可引起檢測(cè)器誤報(bào)，也會(huì)使檢測(cè)器不報(bào)警的化合物。設(shè)備精準(zhǔn)度及誤報(bào)率等檢測(cè)限應(yīng)滿(mǎn)足《技術(shù)要求》要求；適合地鐵車(chē)站及隧道的通風(fēng)環(huán)境，方便維護(hù)、維修。

（3）數(shù)據(jù)傳輸方式：氣體在線探測(cè)系統(tǒng)，無(wú)論它是以何種方式產(chǎn)生報(bào)警，最終的目的均是要準(zhǔn)確反映現(xiàn)場(chǎng)情況，以便及時(shí)查看處理險(xiǎn)情。按通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸方式不同，數(shù)據(jù)信息可分為有線信號(hào)傳輸和無(wú)線信號(hào)傳輸。即探測(cè)器在檢測(cè)到氣體在線探測(cè)系統(tǒng)后，能以?xún)煞N方式將報(bào)警信號(hào)等傳輸給系統(tǒng)主機(jī)：無(wú)線網(wǎng)絡(luò)發(fā)一定頻率的電磁波傳輸信號(hào)，有線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)線纜傳輸信號(hào)。

方案一：采用無(wú)線方式傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)：（1）安裝方便、靈活，不需要布線；（2）擴(kuò)展性較強(qiáng)，只需要增加微波發(fā)射機(jī)與接收機(jī)及前端設(shè)備就完成。缺點(diǎn)：（1）傳輸質(zhì)量差，易受外界多種因素干擾(如手機(jī)信號(hào)等)，容易誤報(bào)；（2）傳輸距離短，信號(hào)隨傳輸距離衰減；（3）無(wú)線信號(hào)易受監(jiān)聽(tīng)與入侵，安全保密性差；（4）存在同頻、鄰頻等各類(lèi)干擾問(wèn)題。

方案二：采用有線方式傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)點(diǎn)：（1）通訊可靠，抗干擾能力強(qiáng)；（2）專(zhuān)線專(zhuān)用，能有效保證網(wǎng)絡(luò)安全；（3）傳輸質(zhì)量好；（4）傳輸距離遠(yuǎn)。缺點(diǎn)：（1）靈活性差，對(duì)線纜的安裝、維護(hù)及更換難度高、費(fèi)用大；（2）布線煩瑣，施工難度高，需要大量人力物力。

由于地鐵內(nèi)部電磁波環(huán)境復(fù)雜，存在手機(jī)信號(hào)、常規(guī)對(duì)講機(jī)信號(hào)、數(shù)字集群對(duì)講機(jī)無(wú)線信號(hào)、PIDS無(wú)線信號(hào)、信號(hào)系統(tǒng)無(wú)線信號(hào)等，基于系統(tǒng)信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性要求，應(yīng)盡量避免因外界干擾造成誤報(bào)，及避免因無(wú)線信號(hào)被監(jiān)聽(tīng)或非法入侵。有線傳輸方式因其專(zhuān)線專(zhuān)用，信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定，且不易受到外界因素干擾或入侵，更能保證系統(tǒng)工作的安全可靠性。綜上所述，確定數(shù)據(jù)傳輸方式為有線傳輸。

（4）系統(tǒng)拓展：地鐵整個(gè)氣體探測(cè)系統(tǒng)可采用分級(jí)設(shè)置、統(tǒng)一管理。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)為指揮中心、控制中心級(jí)、車(chē)站級(jí)、就地級(jí)四級(jí)監(jiān)控，三級(jí)管理。整個(gè)系統(tǒng)與地鐵現(xiàn)有的FAS、BAS、CCTV等安防系統(tǒng)集成整合，利用遠(yuǎn)程控制軟件將各種現(xiàn)場(chǎng)信息通過(guò)已有的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和軌道交通安防總系統(tǒng)專(zhuān)用服務(wù)器、安防集成管理控制平臺(tái)等交換數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)氣體檢測(cè)子系統(tǒng)和安防總系統(tǒng)的集成。

安裝位置除了地鐵風(fēng)亭，還應(yīng)該設(shè)置于乘客進(jìn)站必經(jīng)之處，如出入口通道、樓梯口、閘機(jī)等位置，一旦乘客攜帶易燃危險(xiǎn)品，經(jīng)過(guò)時(shí)其揮發(fā)物散溢出即可得到快速探測(cè)。同時(shí)根據(jù)各種氣體與空氣之間的比重差異，在站廳、站臺(tái)、區(qū)間風(fēng)亭等區(qū)域進(jìn)行分層設(shè)置。

氣體探測(cè)系統(tǒng)兼容到地鐵車(chē)站已普及的BAS/EMCS系統(tǒng)的可行性：輸出信號(hào)：氣體探測(cè)器輸出信號(hào)為模擬量（4～20 mA）、數(shù)字量RS485、開(kāi)關(guān)量（無(wú)源觸點(diǎn)）三種類(lèi)型（或其中1～3種類(lèi)型）。其中模擬量輸出可以顯示氣體探測(cè)器的濃度值，氣體探測(cè)器生產(chǎn)商和BAS/EMCS生產(chǎn)商對(duì)模擬量輸出值與探測(cè)器濃度值換算曲線進(jìn)行比對(duì)和編程調(diào)試，可與現(xiàn)有的BAS/EMCS模塊兼容連接傳輸信號(hào)；開(kāi)關(guān)量（無(wú)源觸點(diǎn)）輸出氣體探測(cè)器的報(bào)警信號(hào)與BAS/EMCS模塊兼容連接傳輸信號(hào)，顯示故障、報(bào)警信號(hào)；升級(jí)BAS/EMCS系統(tǒng)，可使數(shù)字量RS485與BAS/EMCS兼容連接。因而如需與BAS/EMCS兼容可選取有模擬量或開(kāi)關(guān)量輸出的氣體探測(cè)器，另外需加裝BAS/EMCS模塊和對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行修改和更新升級(jí)。

綜上所述，通過(guò)改造、加裝相應(yīng)的BAS/EMCS模塊、選取有模擬量或開(kāi)關(guān)量輸出的氣體探測(cè)器，和對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行修改和更新升級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)兼容。最佳方案則是氣體探測(cè)系統(tǒng)與火災(zāi)探測(cè)報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行合并設(shè)計(jì)，當(dāng)氣體探測(cè)系統(tǒng)與生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)（包括BAS、EMCS等）合并設(shè)計(jì)時(shí)，I/O卡件應(yīng)獨(dú)立設(shè)置。同時(shí)氣體探測(cè)系統(tǒng)采用不間斷電源或雙電源供電，確保事故情況下正常工作。

2.2 應(yīng)急響應(yīng)與處置研究

為了確保準(zhǔn)確區(qū)分誤報(bào)和真實(shí)報(bào)警，以便正確決策，可采取“3取2”的方式進(jìn)行安裝和應(yīng)用，即同一位置安裝3個(gè)探頭，僅1個(gè)探頭報(bào)警時(shí)則可視為誤報(bào)，當(dāng)2個(gè)及以上探頭報(bào)警時(shí)確認(rèn)為真實(shí)報(bào)警，應(yīng)及時(shí)采取應(yīng)急措施。弊端則是投入成本高，因部分氣體探測(cè)探頭具有單一性，一種探頭只能檢測(cè)一種或一類(lèi)氣體，因此安裝需求較大而增加了設(shè)備成本，目前石化行業(yè)均采用此種方法。

（1）基本流程，接收到可燃?xì)怏w報(bào)警信息后（2個(gè)以上探測(cè)器動(dòng)作），車(chē)站人員立即攜帶便攜式氣體探測(cè)儀到報(bào)警點(diǎn)確認(rèn)。一旦發(fā)現(xiàn)可疑氣體或物質(zhì)，應(yīng)馬上報(bào)告給控制中心，并采取措施對(duì)可燃?xì)怏w進(jìn)行抽排，進(jìn)行先期的外圍警戒和疏散工作。

啟動(dòng)通風(fēng)裝置，需要對(duì)地鐵系統(tǒng)、所泄露（或釋放）可燃?xì)怏w的類(lèi)型和濃度進(jìn)行評(píng)估之后才能做出正確決定。根據(jù)實(shí)驗(yàn)室計(jì)算機(jī)模型仿真的結(jié)果，在所有情況下，在最初時(shí)候都應(yīng)采用更加保守的控制策略，即維持原有環(huán)控模式不便，只有在氣體濃度得到控制后才能開(kāi)啟全排通風(fēng)模式。

（2）安裝前后管理流程對(duì)比及風(fēng)險(xiǎn)，氣體系統(tǒng)報(bào)警處置與火警處置相比，兩者應(yīng)急處置流程基本相同，但可燃?xì)怏w無(wú)色、無(wú)直觀特征，難以直觀判斷，且確認(rèn)過(guò)程中危及工作人員生命安全，因此氣體探測(cè)報(bào)警現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)較火警更為復(fù)雜。

圖1 氣體探測(cè)系統(tǒng)運(yùn)作示意圖

因可燃?xì)怏w易燃易爆，一定濃度下遇火星或產(chǎn)生后果嚴(yán)重，相應(yīng)處置對(duì)策等級(jí)較高，社會(huì)影響較大，如果處置過(guò)度將引起負(fù)面影響，存在一定的決策風(fēng)險(xiǎn)，因此要求探測(cè)設(shè)備的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確率非常高。

圖2 氣體探測(cè)系統(tǒng)示意圖

3 結(jié)論

由于氣體探測(cè)不同于火災(zāi)探測(cè)，對(duì)于系統(tǒng)報(bào)警難以有直觀的判斷，同時(shí)氣體探測(cè)設(shè)備在地鐵中的應(yīng)用國(guó)內(nèi)尚無(wú)借鑒學(xué)習(xí)的案例，系統(tǒng)在人員密集區(qū)域應(yīng)用的匹配性和抗干擾性存在不可預(yù)測(cè)性，若受干擾報(bào)警（誤報(bào)）而采取了相應(yīng)應(yīng)急措施，存在處置過(guò)當(dāng)?shù)臎Q策風(fēng)險(xiǎn)，整體還需結(jié)合其他企業(yè)經(jīng)驗(yàn)、案例進(jìn)行系統(tǒng)性研究。

通過(guò)上面對(duì)安全形勢(shì)、地鐵行業(yè)特點(diǎn)和法規(guī)要求分析，目前國(guó)家法規(guī)有要求，地鐵運(yùn)營(yíng)有需求，開(kāi)展車(chē)站有毒有害氣體探測(cè)、拓展地鐵安全技防措施已是發(fā)展必選趨勢(shì)。目前氣體探測(cè)技術(shù)已具備條件，但在地鐵推廣應(yīng)用還需政府政策支持、法規(guī)規(guī)范配套、技術(shù)研發(fā)融合等多舉措并行。通過(guò)地鐵車(chē)站及隧道安裝有毒要害氣體在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，增加運(yùn)營(yíng)安全管理手段，威懾不法分子妄為，及時(shí)發(fā)現(xiàn)、快速響應(yīng)，將強(qiáng)有力的保障乘客安全。

［1］GB/T 26718-2011.城市軌道交通安全防范系統(tǒng)技術(shù)要求［S］.

［2］GB 50493-2009.石油化工企業(yè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］GBZT 223-2009.工作場(chǎng)所有毒氣體檢測(cè)報(bào)警裝置設(shè)置規(guī)范［S］.

［4］梁劍江.大型博物場(chǎng)館安全防范系統(tǒng)的構(gòu)建及其技術(shù)要求［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2013（7）：187-190.