崔麗影

本文介紹了一種在有害環(huán)境下進行環(huán)境監(jiān)測工作的新型環(huán)境應急監(jiān)測車及其結構設計。該車采用客車底盤，車內設計的車載正壓系統(tǒng)與車載實驗平臺、大氣采樣系統(tǒng)、水系統(tǒng)、監(jiān)測分析設備、空氣調節(jié)系統(tǒng)及供配電系統(tǒng)等有機融合，構成一處移動式環(huán)境應急監(jiān)測站，能保證其在惡劣環(huán)境下順利完成監(jiān)測任務。

隨著我國環(huán)境保護日益得到社會的重視，傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測站已經不能完全滿足環(huán)境應急監(jiān)測的需求，我國對各大、中城市及其突發(fā)災害事故的環(huán)境進行實時監(jiān)測已納入到預案，并將實施常態(tài)化管理。因此，環(huán)境監(jiān)測車因具有機動、靈活、功能集成性的特點，能夠快速、高效地完成特定區(qū)域內環(huán)境應急的監(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，其內部所設計的車載正壓系統(tǒng)與車載實驗監(jiān)測等設備有機地相融合，可深入到中度、重度污染區(qū)域進行環(huán)境質量監(jiān)測，能夠進行樣品采集、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)測車總體結構設計

總體設計須遵循以下設計理念：選用合理底盤車型以有效地控制整備質量與整車質心，車身結構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)測設備、大氣采樣系統(tǒng)、氣體分析氣源與分析設備、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、空氣調節(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)境進行污染物的各種指標的檢測與分析，為環(huán)境管理、污染源控制、環(huán)境規(guī)劃等提供準確、及時和全面地反映環(huán)境質量的科學依據(jù)。

1.1 底盤選型

該環(huán)境應急監(jiān)測車根據(jù)車輛功能需求配置改裝部件、空間需求及其總質量等進行底盤選型。車輛左右兩側質量分配合理，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人員各1人、進入正壓區(qū)域工作人員3人)，底盤總長度在7 m左右、內部有效空間為5 m左右。目前具有國家新產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，后兩者為進口底盤，超出了項目預算；前兩者的性價比適中，然而考斯特23座客車乘坐舒適性相對較優(yōu)，內部有效空間更大，且為方便加注汽油的發(fā)動機驅動，故選用考斯特底盤?；诳蛙嚨妆P為平臺改裝的車輛，對改裝部件自質量進行合理分配與控制后，改裝完后車輛的整備質量和總質量一般不會超過相應國家公告產品的車輛整備質量和總質量。

本車上裝部件自質量較大，可減重部分主要是車身改制加強部分和正壓系統(tǒng)，設計及生產過程中要對這兩部分嚴格控制。

1.2 車身加強與改制

車身進行改制時，嚴格遵循“改制與加強相結合”的設計原則。車頂換氣扇及分體空體室外機布置在后部儲物區(qū)，以免破壞正壓系統(tǒng)。車頂換氣扇和升降桿對應車頂安裝位置開孔，周邊做加強骨架與預埋鋼板加強。側圍發(fā)電機和分體駐車空調室外機安裝處，開艙制作上翻式艙門，艙門制作通風隔柵。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。內部設備柜體、隔斷墻體對應車身的固定位置焊接預埋板，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)測車功能結構設計

整車平面布置如圖1所示。整車按功能及區(qū)域分為3個分區(qū)：駕乘區(qū)，內部布置有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)、應急空氣呼吸器、實驗系統(tǒng)、空調系統(tǒng)等；儲物區(qū)，配備發(fā)電機、正壓用氣源、實驗用氣源、設備柜等。此外，對其他配套裝置也需進行合理的布局和設計。

2.1 駕乘區(qū)設計

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)視器和倒車雷達，保證車輛駕駛的安全性。

2.2 監(jiān)測區(qū)(正壓區(qū))設計

2.2.1 正壓艙

監(jiān)測區(qū)，為整車的核心區(qū)域，本區(qū)域設計制作成整體密閉的正壓艙。為控制改裝質量，正壓艙采用鋁板制作，地板、側圍、前后圍、頂蓋之間整體滿焊。首先在正壓艙內對應內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，另一層在鋁膽和內飾之間。正壓艙內部所有線路和氣路全部布置好后，表面再封內飾板，內飾板選用防酸堿、耐磨、抗滑、易清洗的白色ABS內飾板。安裝完內飾后，墻體上不允許再進行開孔。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)構成。正壓艙的氣源布置在正壓艙外的后部儲物區(qū)內，根據(jù)正壓區(qū)內工作人數(shù)和工作時間要求，對高壓儲氣鋼瓶的規(guī)格進行選型。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，正壓艙內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)自行調節(jié)實現(xiàn)，也可由壓差表和球閥相結合實現(xiàn)壓差控制。系統(tǒng)自動控制時，當壓差低于15 Pa，電磁閥將自動開啟給正壓艙充氣；當壓差高于100 Pa，電磁閥自動關閉，停止向正壓艙充氣。

正壓艙內同時配備了手動控制系統(tǒng)，通過手動打開、關閉閥門，控制氣源給正壓艙內充氣與停氣的操作，保證正壓狀態(tài)監(jiān)測工作繼續(xù)進行。

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

上述控制方式的共同作用，實現(xiàn)了監(jiān)測分析區(qū)內壓力的調節(jié)與平衡，保證了實驗區(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、送風機、吸附劑托盤等，送風機裝在主箱體下部，吸附劑裝在托盤的上部，空氣經過濾后，由上部排出，達到除臭、凈化的效果。吸附劑呈蜂窩多孔狀結構，吸附效率高，每100 g吸附劑可吸收高達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，配備相應的吸附劑。吸附劑提前裝入真空袋內，存放在監(jiān)測分析區(qū)。當監(jiān)測分析區(qū)采用正壓狀態(tài)時，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。正壓艙前圍設計了一套密閉觀察窗，并配備有對講系統(tǒng)，可方便與駕乘區(qū)人員相互聯(lián)系。此觀察窗同時具備逃生窗功能，窗戶旁邊配備了安全錘，在應急狀態(tài)下可啟用。

2.2.5 空氣呼吸器

空氣呼吸器裝備有6.8 L碳纖維背負式高壓鋼瓶，內含壓縮空氣。當監(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)低壓報警時，進行啟用。該裝置為便攜裝備，配有手提設備箱，固定在監(jiān)測區(qū)內?？諝夂粑魅鐖D5所示。

2.2.6 實驗分析用氣路設計

實驗區(qū)為實驗儀器配備有氦氣和氮氣2種實驗用氣，氣源存放在正壓艙外部的8 L高壓鋼瓶內，各有2瓶；通過不銹鋼管路輸送到正壓艙內，出口位置在對應監(jiān)測設備處。

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；設備排氣口連接管路遠端接口。該種方式的采樣系統(tǒng)在正壓監(jiān)測車上應用更為合理與便捷。

2.2.8 設備柜與實驗工作臺

在車內，根據(jù)監(jiān)測設備的安裝要求和工作的便利性，而設計定做了設備柜。其中減震設備柜的下方，設計安裝專業(yè)車載減震器，并使設備柜與周邊墻體縫隙均勻。設備柜內部可放置便攜設備和實驗用具。設備柜上方平鋪安裝實驗工作臺面。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品——便攜設備固定地鎖，包含地軌及張緊固定帶。如圖6所示。

2.2.9 實驗水系統(tǒng)

實驗水系統(tǒng)安裝在水系統(tǒng)柜內，凈水桶、污水箱、蒸餾水桶布置在水系統(tǒng)柜下方柜體內，實驗水槽、實驗水龍頭、緊急洗眼器、試管沖刷槍安裝在實驗臺面上。水系統(tǒng)臺面上方靠側圍處設計有擋水沿，外側下方設計有返水沿。

2.2.10 車載冰箱

配備50 L車載冰箱，有冷藏和冷凍功能，結構緊湊，完全安裝于工作臺面下方。用于樣品或試劑的冷藏、保存與運輸。

2.2.11 空氣調節(jié)系統(tǒng)

車輛空調系統(tǒng)分為2部分：行車空調系統(tǒng)和駐車空調系統(tǒng)。行車空調為底盤自帶空調，由駕駛區(qū)控制；監(jiān)測分析區(qū)內非正壓狀態(tài)時，可開啟本空調。駐車空調采用1.5 P分體壁掛空調，室內機安裝在正壓艙側壁上，室外機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)內空氣的更新，為工作人員在監(jiān)測現(xiàn)場提供一個舒適的作業(yè)環(huán)境。

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

2.3 儲物區(qū)設計

2.3.1 發(fā)電機

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

2.3.2 正壓用氣路與實驗用氣路

正壓用氣源與實驗用氣源如圖7所示。正壓用氣源選用2個大容積高壓儲氣鋼瓶，固定牢固，配套減壓閥和高壓軟管；實驗用氣源選用8 L高壓鋼瓶。正壓氣路和實驗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。為使測量數(shù)據(jù)準確，正壓出氣口要盡量遠離壓差傳感器和壓差表。

2.4 其他配套裝置設計

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，攝像機可以360°旋轉。正壓區(qū)內配置視頻服務器、工控機、顯示器、攝像機，監(jiān)控車頂和現(xiàn)場狀況，攝像記錄保存在硬盤刻錄機內。

2.4.2 工程警示燈

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

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，各自有開關單獨控制。按區(qū)域特點配置燈具，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；燈頭為聚光燈束，射程遠；也可選用泛光燈，射程近，照明范圍大。

2.4.4 車頂檢修平臺

為方便車頂外部設備的安裝與檢修，車頂配備有鋁合金平臺，表面鋪設防滑花紋鋁板。為加強對車頂工作人員的安全保護，平臺周邊設計有一圈護欄。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

車輛底部設計為4點支撐機構，駐車時對底盤進行輔助支撐，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)和結果更準確。

2.4.6 供配電系統(tǒng)設計

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、UPS電源系統(tǒng)、穩(wěn)壓電源、市電接口。一般情況下，小功率檢測設備及車載攝像系統(tǒng)，采用車內的蓄電池通過UPS供電，持續(xù)供電時間≥2 h；工程警示燈、倒車監(jiān)視與GPS導航系統(tǒng)，由底盤車電瓶供電。有外接市電的情況下，通過車內所配的電纜線盤，將市電引入車內，可對檢測設備、駐車空調、外部照明鏑燈供電，同時還可對車內的蓄電池充電，以備無交流電源輸入時使用；多數(shù)大功率檢測設備的用電是經過穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓后接入。現(xiàn)場需要較長時間用電而無外接市電時，則采用車載發(fā)電機給檢測設備、車頂鏑燈及駐車空調進行供電。

2.4.7 防雷接地系統(tǒng)

整車設置接地裝置，為避免干擾，分為電源接地、設備接地、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，駐車時插入地下，與大地接觸良好。車內安裝電源防雷器，為防止感應雷電波從電源線纜引入口進入車內，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準規(guī)范，保證系統(tǒng)設備及車輛安全。

3 總結

現(xiàn)場環(huán)境應急監(jiān)測車在設計過程中充分結合底盤車的性能優(yōu)勢，使改裝完成的車輛，功能性、美觀性、實用性均得到充分展現(xiàn)，能實現(xiàn)對污染物樣品的采集和對其濃度、構成等做進一步分析測試、數(shù)據(jù)處理，從而及時發(fā)現(xiàn)影響環(huán)境質量的異常因素，以便對環(huán)境質量做出綜合評價。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].機動車運行安全技術條件.

[2] JT 3103-1982.公路客運車輛改裝技術要求和檢驗標準.

[3] GB 1589-2004.道路車輛外廓尺寸、軸荷及質量限值.