有害气体探测安防系统在地铁车站的应用浅析

潘志刚

（广州市地下铁道总公司，广东广州 510000）

0 前言

1995年3月20日，邪教奥姆真理教在东京地铁释放沙林毒气，共造成13人死亡，约6 300人受伤；2005年7月7日，伦敦地铁遭自杀式爆炸袭击，死亡56人；2011年4月11日白俄罗斯明斯克市地铁爆炸，12人死亡，地铁遭袭给全球轨道交通行业敲响了警钟。城市轨道交通系统人群高度密集，安全防范困难、遇袭后社会影响大，地铁车站健全安防措施已经迫在眉睫。

2009年，由公安部科技局、公安部第三研究所等部门制定的《城市轨道交通安全防范系统技术要求》（GB/T 26718-2011）（以下称<技术要求>），《技术要求》对轨道交通安装毒气探测系统的必要性和技术要求进行了明确[1]。上海、广州等城市也已分别颁布了地方性安防技术标准《重点单位重要部位安全技术防范系统要求》、《城市轨道交通安全技术防范标准》等，提倡将地铁安防范系统实现常态化建设。各种信息表明国家和地方政府已整体提高了城市轨道交通安全形势关注度，未来阶段城市轨道交通行业安全防范要求将逐步完善和提高，气体探测系统在地铁线路筹建阶段即被列入“三同时”安全设备建设项目中将是发展趋势。

1 现状分析

1.1 地铁环境分析

（1）内部因素

2014年，国内已有36个城市正在建设地铁，地铁建设过程中因地质条件特殊，结构自身内部存在有毒要害气体。2009年某城市地铁建设期曾发生因地层有害气体逸出造成伤亡事故，事后查明为地质中CO泄露。尽管工程建设期间采取了一定的预防措施，这些气体仍不可避免通过隧道的盾构管片间的拼缝、车站局部漏水点等途径渗透进入车站。有害气体通过上述途径进入地铁隧道及车站，在低洼或空气不流通的部位积聚，将可能引起中毒或爆炸的危险。

（2）外部因素

地铁作为重要的城市公共交通设施，被列为受恐怖袭击的高风险目标之一。从地铁安全威胁的角度，可能遭受爆炸、毒气恐怖袭击，不法分子蓄意在地铁制造伤害，形成社会影响，给有关方面施压。中国总体治安环境虽好，但国内还是存在恐怖势力，以及部分人员厌世报复社会、以引起重视为目的，蓄意投放有毒危险物的行为。

地铁车站通风换气口及隧道区间风亭分布广泛，且较多地处偏僻地块和城乡结合部等区域，日常管理中难以实时进行监控，此类风亭周边环境复杂，易被选作蓄意投毒地点，存在一定的安全风险，是目前安全管理中的难点。同时城市燃气管网和地下轨道交通网络纵横交错，一旦燃气管道破裂泄露扩散进入地铁内部，将会造成严重公共安全事件。

关于气体探测系统在轨道交通方面应用国外较为成熟，据相关可查数据显示，捷克布拉格地铁，美国洛杉矶地铁，日本东京地铁，英国伦敦地铁，德国柏林、慕尼黑地铁等均已安装此类探测毒气的设备，但目前国内城市轨道交通行业应用还是空白。

1.2 技术状况分析

目前气体探测技术正处成熟发展阶段，探测机理较多，已在石油化工方面广泛应用，这些产品成熟可靠，并有其行业相应技术规范和标准，1999年石油化工行业就已制定颁发了《石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范》[2]，2009年国家发布了《工作场所有毒气体检测报警装置设置规范》（GBZT 223-2009）[3]，气体探测系统从技术、设备上基本可以满足城市轨道交通行业的气体探测要求。

气体探测系统核心部件是传感器，一般每一种传感器只能检测一种气体[4]。传感器种类较多：有利用物理性质的热传导式、光干涉式、红外吸收式；有利用电化学性质的定电位电解式、迦伐尼电池式；有利用物理化学性质的催化燃烧式、半导体式。目前已有一款技术成熟的探测范围广、灵敏度高、使用寿命长的光离子PID探测器，能够同时探测多种气体，更适合城市轨道交通行业使用。

1.3 法规要求分析

2010年，公安部科技局、公安部第三研究所等部门制定和发布的《技术要求》，关于毒气探测系统有强制要求，第10条明确了“系统应进行24小时连续探测；应能同时探测神经性毒气、糜烂性毒气、全身中毒性、窒息性毒气”等。《技术要求》主要技术内容涵盖了地铁车站应设置相关安防系统种类和技术参数，对城市轨道交通区域毒气探测、放射性物质探测等安全防范系统的技术条件做出了要求和规定，是轨道交通安全防范系统产品规划设计、建设安装和验收的基本依据。

表1 探测器机理对比

2 解决方案

为系统性解决车站风亭、出入口等位置的外来有害气体侵入车站、隧道区间的问题，防止乘客携带易燃易爆有毒危险品进站乘车，应在地铁风亭、车站出入口、站内公共区安装在线式气体探测系统，对车站环境进行实时监测，及时发现异常情况，快速报警和响应。

2.1 设备选型

（1）探测气体类型：《技术要求》10.3条要求，地铁车站安装的气体探测仪应能同时探测神经性毒气、糜烂性毒气、全身中毒性、窒息性毒气、可燃气体等地铁车站可能出现的易燃易爆有毒要害气体。在实际运营过程中，经常发生乘客携带常见的H2S、CO、CO2、可燃性气体等进站乘车，以及地铁车站还饱受周边外环境产生的垃圾、塑料燃烧产生的烟气侵扰。因此，结合法规要求和日常常见有毒有害气体，地铁车站探测气体需求应包括：生化类毒气（沙林、VX、芥子气、氢氰酸、光气等），日常常接触的可燃性气体、H2S、CO、NOX以及塑料制品燃烧产生的HCN、HF、HCl等有毒和可燃性气体。

（2）检测限要求：由于在轨道交通等大型公共场所使用，人身上的香水、酒精、糖等物质和各种地铁内建筑材料等无毒物质都会干扰设备的检测，干扰物是一种既可引起检测器误报，也会使检测器不报警的化合物。设备精准度及误报率等检测限应满足《技术要求》要求；适合地铁车站及隧道的通风环境，方便维护、维修。

（3）数据传输方式：气体在线探测系统，无论它是以何种方式产生报警，最终的目的均是要准确反映现场情况，以便及时查看处理险情。按通信网络数据传输方式不同，数据信息可分为有线信号传输和无线信号传输。即探测器在检测到气体在线探测系统后，能以两种方式将报警信号等传输给系统主机：无线网络发一定频率的电磁波传输信号，有线网络通过线缆传输信号。

方案一：采用无线方式传输数据，优点：（1）安装方便、灵活，不需要布线；（2）扩展性较强，只需要增加微波发射机与接收机及前端设备就完成。缺点：（1）传输质量差，易受外界多种因素干扰(如手机信号等)，容易误报；（2）传输距离短，信号随传输距离衰减；（3）无线信号易受监听与入侵，安全保密性差；（4）存在同频、邻频等各类干扰问题。

方案二：采用有线方式传输数据，优点：（1）通讯可靠，抗干扰能力强；（2）专线专用，能有效保证网络安全；（3）传输质量好；（4）传输距离远。缺点：（1）灵活性差，对线缆的安装、维护及更换难度高、费用大；（2）布线烦琐，施工难度高，需要大量人力物力。

由于地铁内部电磁波环境复杂，存在手机信号、常规对讲机信号、数字集群对讲机无线信号、PIDS无线信号、信号系统无线信号等，基于系统信号传输的稳定性要求，应尽量避免因外界干扰造成误报，及避免因无线信号被监听或非法入侵。有线传输方式因其专线专用，信号数据传输稳定，且不易受到外界因素干扰或入侵，更能保证系统工作的安全可靠性。综上所述，确定数据传输方式为有线传输。

（4）系统拓展：地铁整个气体探测系统可采用分级设置、统一管理。系统结构为指挥中心、控制中心级、车站级、就地级四级监控，三级管理。整个系统与地铁现有的FAS、BAS、CCTV等安防系统集成整合，利用远程控制软件将各种现场信息通过已有的计算机网络系统和轨道交通安防总系统专用服务器、安防集成管理控制平台等交换数据，从而实现气体检测子系统和安防总系统的集成。

安装位置除了地铁风亭，还应该设置于乘客进站必经之处，如出入口通道、楼梯口、闸机等位置，一旦乘客携带易燃危险品，经过时其挥发物散溢出即可得到快速探测。同时根据各种气体与空气之间的比重差异，在站厅、站台、区间风亭等区域进行分层设置。

气体探测系统兼容到地铁车站已普及的BAS/EMCS系统的可行性：输出信号：气体探测器输出信号为模拟量（4～20 mA）、数字量RS485、开关量（无源触点）三种类型（或其中1～3种类型）。其中模拟量输出可以显示气体探测器的浓度值，气体探测器生产商和BAS/EMCS生产商对模拟量输出值与探测器浓度值换算曲线进行比对和编程调试，可与现有的BAS/EMCS模块兼容连接传输信号；开关量（无源触点）输出气体探测器的报警信号与BAS/EMCS模块兼容连接传输信号，显示故障、报警信号；升级BAS/EMCS系统，可使数字量RS485与BAS/EMCS兼容连接。因而如需与BAS/EMCS兼容可选取有模拟量或开关量输出的气体探测器，另外需加装BAS/EMCS模块和对系统软件进行修改和更新升级。

综上所述，通过改造、加装相应的BAS/EMCS模块、选取有模拟量或开关量输出的气体探测器，和对系统软件进行修改和更新升级，可以实现系统兼容。最佳方案则是气体探测系统与火灾探测报警系统进行合并设计，当气体探测系统与生产过程控制系统（包括BAS、EMCS等）合并设计时，I/O卡件应独立设置。同时气体探测系统采用不间断电源或双电源供电，确保事故情况下正常工作。

2.2 应急响应与处置研究

为了确保准确区分误报和真实报警，以便正确决策，可采取“3取2”的方式进行安装和应用，即同一位置安装3个探头，仅1个探头报警时则可视为误报，当2个及以上探头报警时确认为真实报警，应及时采取应急措施。弊端则是投入成本高，因部分气体探测探头具有单一性，一种探头只能检测一种或一类气体，因此安装需求较大而增加了设备成本，目前石化行业均采用此种方法。

（1）基本流程，接收到可燃气体报警信息后（2个以上探测器动作），车站人员立即携带便携式气体探测仪到报警点确认。一旦发现可疑气体或物质，应马上报告给控制中心，并采取措施对可燃气体进行抽排，进行先期的外围警戒和疏散工作。

启动通风装置，需要对地铁系统、所泄露（或释放）可燃气体的类型和浓度进行评估之后才能做出正确决定。根据实验室计算机模型仿真的结果，在所有情况下，在最初时候都应采用更加保守的控制策略，即维持原有环控模式不便，只有在气体浓度得到控制后才能开启全排通风模式。

（2）安装前后管理流程对比及风险，气体系统报警处置与火警处置相比，两者应急处置流程基本相同，但可燃气体无色、无直观特征，难以直观判断，且确认过程中危及工作人员生命安全，因此气体探测报警现场确认较火警更为复杂。

图1 气体探测系统运作示意图

因可燃气体易燃易爆，一定浓度下遇火星或产生后果严重，相应处置对策等级较高，社会影响较大，如果处置过度将引起负面影响，存在一定的决策风险，因此要求探测设备的稳定性及准确率非常高。

图2 气体探测系统示意图

3 结论

由于气体探测不同于火灾探测，对于系统报警难以有直观的判断，同时气体探测设备在地铁中的应用国内尚无借鉴学习的案例，系统在人员密集区域应用的匹配性和抗干扰性存在不可预测性，若受干扰报警（误报）而采取了相应应急措施，存在处置过当的决策风险，整体还需结合其他企业经验、案例进行系统性研究。

通过上面对安全形势、地铁行业特点和法规要求分析，目前国家法规有要求，地铁运营有需求，开展车站有毒有害气体探测、拓展地铁安全技防措施已是发展必选趋势。目前气体探测技术已具备条件，但在地铁推广应用还需政府政策支持、法规规范配套、技术研发融合等多举措并行。通过地铁车站及隧道安装有毒要害气体在线监测系统，增加运营安全管理手段，威慑不法分子妄为，及时发现、快速响应，将强有力的保障乘客安全。

［1］GB/T 26718-2011.城市轨道交通安全防范系统技术要求［S］.

［2］GB 50493-2009.石油化工企业可燃气体和有毒气体检测报警设计规范［S］.

［3］GBZT 223-2009.工作场所有毒气体检测报警装置设置规范［S］.

［4］梁剑江.大型博物场馆安全防范系统的构建及其技术要求［J］.机电工程技术，2013（7）：187-190.