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、遇襲后社會影響大，地鐵車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制定的《城市軌道交通安全防范系統(tǒng)技術要求》（GB/T 26718-2011）（以下稱<技術要求>），《技術要求》對軌道交通安裝毒氣探測系統(tǒng)的必要性和技術要求進行了明確[1]。上海、廣州等城市也已分別頒布了地方性安防技術標準《重點單位重要部位安全技術防范系統(tǒng)要求》、《城市軌道交通安全技術防范標準》等，提倡將地鐵安防范系統(tǒng)實現(xiàn)常態(tài)化建設。各種信息表明國家和地方政府已整體提高了城市軌道交通安全形勢關注度，未來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，氣體探測系統(tǒng)在地鐵線路籌建階段即被列入“三同時”安全設備建設項目中將是發(fā)展趨勢。

1 現(xiàn)狀分析

1.1 地鐵環(huán)境分析

（1）內(nèi)部因素

2014年，國內(nèi)已有36個城市正在建設地鐵，地鐵建設過程中因地質(zhì)條件特殊，結構自身內(nèi)部存在有毒要害氣體。2009年某城市地鐵建設期曾發(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。盡管工程建設期間采取了一定的預防措施，這些氣體仍不可避免通過隧道的盾構管片間的拼縫、車站局部漏水點等途徑滲透進入車站。有害氣體通過上述途徑進入地鐵隧道及車站，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。

（2）外部因素

地鐵作為重要的城市公共交通設施，被列為受恐怖襲擊的高風險目標之一。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，形成社會影響，給有關方面施壓。中國總體治安環(huán)境雖好，但國內(nèi)還是存在恐怖勢力，以及部分人員厭世報復社會、以引起重視為目的，蓄意投放有毒危險物的行為。

地鐵車站通風換氣口及隧道區(qū)間風亭分布廣泛，且較多地處偏僻地塊和城鄉(xiāng)結合部等區(qū)域，日常管理中難以實時進行監(jiān)控，此類風亭周邊環(huán)境復雜，易被選作蓄意投毒地點，存在一定的安全風險，是目前安全管理中的難點。同時城市燃氣管網(wǎng)和地下軌道交通網(wǎng)絡縱橫交錯，一旦燃氣管道破裂泄露擴散進入地鐵內(nèi)部，將會造成嚴重公共安全事件。

關于氣體探測系統(tǒng)在軌道交通方面應用國外較為成熟，據(jù)相關可查數(shù)據(jù)顯示，捷克布拉格地鐵，美國洛杉磯地鐵，日本東京地鐵，英國倫敦地鐵，德國柏林、慕尼黑地鐵等均已安裝此類探測毒氣的設備，但目前國內(nèi)城市軌道交通行業(yè)應用還是空白。

1.2 技術狀況分析

目前氣體探測技術正處成熟發(fā)展階段，探測機理較多，已在石油化工方面廣泛應用，這些產(chǎn)品成熟可靠，并有其行業(yè)相應技術規(guī)范和標準，1999年石油化工行業(yè)就已制定頒發(fā)了《石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范》[2]，2009年國家發(fā)布了《工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規(guī)范》（GBZT 223-2009）[3]，氣體探測系統(tǒng)從技術、設備上基本可以滿足城市軌道交通行業(yè)的氣體探測要求。

氣體探測系統(tǒng)核心部件是傳感器，一般每一種傳感器只能檢測一種氣體[4]。傳感器種類較多：有利用物理性質(zhì)的熱傳導式、光干涉式、紅外吸收式；有利用電化學性質(zhì)的定電位電解式、迦伐尼電池式；有利用物理化學性質(zhì)的催化燃燒式、半導體式。目前已有一款技術成熟的探測范圍廣、靈敏度高、使用壽命長的光離子PID探測器，能夠同時探測多種氣體，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制定和發(fā)布的《技術要求》，關于毒氣探測系統(tǒng)有強制要求，第10條明確了“系統(tǒng)應進行24小時連續(xù)探測；應能同時探測神經(jīng)性毒氣、糜爛性毒氣、全身中毒性、窒息性毒氣”等。《技術要求》主要技術內(nèi)容涵蓋了地鐵車站應設置相關安防系統(tǒng)種類和技術參數(shù)，對城市軌道交通區(qū)域毒氣探測、放射性物質(zhì)探測等安全防范系統(tǒng)的技術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)劃設計、建設安裝和驗收的基本依據(jù)。

表1 探測器機理對比

2 解決方案

為系統(tǒng)性解決車站風亭、出入口等位置的外來有害氣體侵入車站、隧道區(qū)間的問題，防止乘客攜帶易燃易爆有毒危險品進站乘車，應在地鐵風亭、車站出入口、站內(nèi)公共區(qū)安裝在線式氣體探測系統(tǒng)，對車站環(huán)境進行實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常情況，快速報警和響應。

2.1 設備選型

（1）探測氣體類型：《技術要求》10.3條要求，地鐵車站安裝的氣體探測儀應能同時探測神經(jīng)性毒氣、糜爛性毒氣、全身中毒性、窒息性毒氣、可燃氣體等地鐵車站可能出現(xiàn)的易燃易爆有毒要害氣體。在實際運營過程中，經(jīng)常發(fā)生乘客攜帶常見的H2S、CO、CO2、可燃性氣體等進站乘車，以及地鐵車站還飽受周邊外環(huán)境產(chǎn)生的垃圾、塑料燃燒產(chǎn)生的煙氣侵擾。因此，結合法規(guī)要求和日常常見有毒有害氣體，地鐵車站探測氣體需求應包括：生化類毒氣（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）檢測限要求：由于在軌道交通等大型公共場所使用，人身上的香水、酒精、糖等物質(zhì)和各種地鐵內(nèi)建筑材料等無毒物質(zhì)都會干擾設備的檢測，干擾物是一種既可引起檢測器誤報，也會使檢測器不報警的化合物。設備精準度及誤報率等檢測限應滿足《技術要求》要求；適合地鐵車站及隧道的通風環(huán)境，方便維護、維修。

（3）數(shù)據(jù)傳輸方式：氣體在線探測系統(tǒng)，無論它是以何種方式產(chǎn)生報警，最終的目的均是要準確反映現(xiàn)場情況，以便及時查看處理險情。按通信網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方式不同，數(shù)據(jù)信息可分為有線信號傳輸和無線信號傳輸。即探測器在檢測到氣體在線探測系統(tǒng)后，能以兩種方式將報警信號等傳輸給系統(tǒng)主機：無線網(wǎng)絡發(fā)一定頻率的電磁波傳輸信號，有線網(wǎng)絡通過線纜傳輸信號。

方案一：采用無線方式傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)點：（1）安裝方便、靈活，不需要布線；（2）擴展性較強，只需要增加微波發(fā)射機與接收機及前端設備就完成。缺點：（1）傳輸質(zhì)量差，易受外界多種因素干擾(如手機信號等)，容易誤報；（2）傳輸距離短，信號隨傳輸距離衰減；（3）無線信號易受監(jiān)聽與入侵，安全保密性差；（4）存在同頻、鄰頻等各類干擾問題。

方案二：采用有線方式傳輸數(shù)據(jù)，優(yōu)點：（1）通訊可靠，抗干擾能力強；（2）專線專用，能有效保證網(wǎng)絡安全；（3）傳輸質(zhì)量好；（4）傳輸距離遠。缺點：（1）靈活性差，對線纜的安裝、維護及更換難度高、費用大；（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)境復雜，存在手機信號、常規(guī)對講機信號、數(shù)字集群對講機無線信號、PIDS無線信號、信號系統(tǒng)無線信號等，基于系統(tǒng)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性要求，應盡量避免因外界干擾造成誤報，及避免因無線信號被監(jiān)聽或非法入侵。有線傳輸方式因其專線專用，信號數(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：地鐵整個氣體探測系統(tǒng)可采用分級設置、統(tǒng)一管理。系統(tǒng)結構為指揮中心、控制中心級、車站級、就地級四級監(jiān)控，三級管理。整個系統(tǒng)與地鐵現(xiàn)有的FAS、BAS、CCTV等安防系統(tǒng)集成整合，利用遠程控制軟件將各種現(xiàn)場信息通過已有的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)和軌道交通安防總系統(tǒng)專用服務器、安防集成管理控制平臺等交換數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)氣體檢測子系統(tǒng)和安防總系統(tǒng)的集成。

安裝位置除了地鐵風亭，還應該設置于乘客進站必經(jīng)之處，如出入口通道、樓梯口、閘機等位置，一旦乘客攜帶易燃危險品，經(jīng)過時其揮發(fā)物散溢出即可得到快速探測。同時根據(jù)各種氣體與空氣之間的比重差異，在站廳、站臺、區(qū)間風亭等區(qū)域進行分層設置。

氣體探測系統(tǒng)兼容到地鐵車站已普及的BAS/EMCS系統(tǒng)的可行性：輸出信號：氣體探測器輸出信號為模擬量（4～20 mA）、數(shù)字量RS485、開關量（無源觸點）三種類型（或其中1～3種類型）。其中模擬量輸出可以顯示氣體探測器的濃度值，氣體探測器生產(chǎn)商和BAS/EMCS生產(chǎn)商對模擬量輸出值與探測器濃度值換算曲線進行比對和編程調(diào)試，可與現(xiàn)有的BAS/EMCS模塊兼容連接傳輸信號；開關量（無源觸點）輸出氣體探測器的報警信號與BAS/EMCS模塊兼容連接傳輸信號，顯示故障、報警信號；升級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關量輸出的氣體探測器，另外需加裝BAS/EMCS模塊和對系統(tǒng)軟件進行修改和更新升級。

綜上所述，通過改造、加裝相應的BAS/EMCS模塊、選取有模擬量或開關量輸出的氣體探測器，和對系統(tǒng)軟件進行修改和更新升級，可以實現(xiàn)系統(tǒng)兼容。最佳方案則是氣體探測系統(tǒng)與火災探測報警系統(tǒng)進行合并設計，當氣體探測系統(tǒng)與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)（包括BAS、EMCS等）合并設計時，I/O卡件應獨立設置。同時氣體探測系統(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 應急響應與處置研究

為了確保準確區(qū)分誤報和真實報警，以便正確決策，可采取“3取2”的方式進行安裝和應用，即同一位置安裝3個探頭，僅1個探頭報警時則可視為誤報，當2個及以上探頭報警時確認為真實報警，應及時采取應急措施。弊端則是投入成本高，因部分氣體探測探頭具有單一性，一種探頭只能檢測一種或一類氣體，因此安裝需求較大而增加了設備成本，目前石化行業(yè)均采用此種方法。

（1）基本流程，接收到可燃氣體報警信息后（2個以上探測器動作），車站人員立即攜帶便攜式氣體探測儀到報警點確認。一旦發(fā)現(xiàn)可疑氣體或物質(zhì)，應馬上報告給控制中心，并采取措施對可燃氣體進行抽排，進行先期的外圍警戒和疏散工作。

啟動通風裝置，需要對地鐵系統(tǒng)、所泄露（或釋放）可燃氣體的類型和濃度進行評估之后才能做出正確決定。根據(jù)實驗室計算機模型仿真的結果，在所有情況下，在最初時候都應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啟全排通風模式。

（2）安裝前后管理流程對比及風險，氣體系統(tǒng)報警處置與火警處置相比，兩者應急處置流程基本相同，但可燃氣體無色、無直觀特征，難以直觀判斷，且確認過程中危及工作人員生命安全，因此氣體探測報警現(xiàn)場確認較火警更為復雜。

圖1 氣體探測系統(tǒng)運作示意圖

因可燃氣體易燃易爆，一定濃度下遇火星或產(chǎn)生后果嚴重，相應處置對策等級較高，社會影響較大，如果處置過度將引起負面影響，存在一定的決策風險，因此要求探測設備的穩(wěn)定性及準確率非常高。

圖2 氣體探測系統(tǒng)示意圖

3 結論

由于氣體探測不同于火災探測，對于系統(tǒng)報警難以有直觀的判斷，同時氣體探測設備在地鐵中的應用國內(nèi)尚無借鑒學習的案例，系統(tǒng)在人員密集區(qū)域應用的匹配性和抗干擾性存在不可預測性，若受干擾報警（誤報）而采取了相應應急措施，存在處置過當?shù)臎Q策風險，整體還需結合其他企業(yè)經(jīng)驗、案例進行系統(tǒng)性研究。

通過上面對安全形勢、地鐵行業(yè)特點和法規(guī)要求分析，目前國家法規(guī)有要求，地鐵運營有需求，開展車站有毒有害氣體探測、拓展地鐵安全技防措施已是發(fā)展必選趨勢。目前氣體探測技術已具備條件，但在地鐵推廣應用還需政府政策支持、法規(guī)規(guī)范配套、技術研發(fā)融合等多舉措并行。通過地鐵車站及隧道安裝有毒要害氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)，增加運營安全管理手段，威懾不法分子妄為，及時發(fā)現(xiàn)、快速響應，將強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)技術要求［S］.

［2］GB 50493-2009.石油化工企業(yè)可燃氣體和有毒氣體檢測報警設計規(guī)范［S］.

［3］GBZT 223-2009.工作場所有毒氣體檢測報警裝置設置規(guī)范［S］.

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