國家安全生產(chǎn)監(jiān)管總局、交通運輸部、國務(wù)院國資委、國家鐵路局四部門聯(lián)合印發(fā)的《隧道施工安全九條規(guī)定》中第五條明確規(guī)定“必須對有毒有害氣體進行監(jiān)測監(jiān)控，加強通風(fēng)管理，嚴(yán)禁濃度超標(biāo)施工作業(yè)。”當(dāng)前隧道施工環(huán)境安全監(jiān)測大多以儀器設(shè)備監(jiān)測為主，根據(jù)通風(fēng)時間人工判別有害氣體濃度下降速率，沒有科學(xué)的理論依據(jù)及試驗證明。當(dāng)前隧道施工環(huán)境急需一套能夠自動監(jiān)測有害氣體濃度并且自動控制風(fēng)機、霧炮機等設(shè)備通風(fēng)功率的智慧系統(tǒng)。

一、應(yīng)用

       隧道施工期間，鉆孔、爆破、出碴和支護等工序會產(chǎn)生大量的有害氣體，例如：爆破、出碴裝備和車輛會排放大量一氧化碳（CO）、氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、氨氣（NH3）和硫化氫（H2S）等有害氣體，隧道內(nèi)支護焊接作業(yè)會排放臭氧（O3）等氣體。CO通過與血液中的血紅蛋白結(jié)合，形成穩(wěn)定的碳氧血紅蛋白而引起人體窒息；NOx、SO2、NH3和O3可以對呼吸系統(tǒng)和皮膚黏膜等產(chǎn)生強烈刺激作用；H2S同時具有刺激性和窒息性，對神經(jīng)系統(tǒng)也能產(chǎn)生強烈損傷，危害巨大。因此，從職業(yè)衛(wèi)生防護和環(huán)境保護角度出發(fā)，必須監(jiān)測隧道空間的空氣質(zhì)量，從而實施相應(yīng)的職業(yè)衛(wèi)生防護措施。

二、總體目標(biāo)

1) 監(jiān)測隧道內(nèi)的有害氣體濃度，如CO、SO2、NO2、O3等，確保空氣質(zhì)量符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

2) 通過實施方案，可實現(xiàn)隧道施工環(huán)境的實時監(jiān)測與控制，有效降低施工過程中的環(huán)境風(fēng)險，保障施工人員的健康與安全。同時，有利于提高隧道施工的工程質(zhì)量與進度，為我國隧道工程建設(shè)貢獻力量。

三、總體架構(gòu)

       隧道環(huán)境智能監(jiān)測系統(tǒng)是一個信息化系統(tǒng)工程，其核心任務(wù)是獲得對隧道施工環(huán)境有害氣體，如CH4、CO、CO2、O2、H2S、SO2、NO、NO2、粉塵等多項參數(shù)監(jiān)測實時數(shù)據(jù)。進行統(tǒng)計分析后，為隧道施工安全和人員職業(yè)健康安全提供可靠數(shù)據(jù)支持。根據(jù)功能要求，此系統(tǒng)主要由前端采集系統(tǒng)、通信傳輸系統(tǒng)、預(yù)警和統(tǒng)計分析系統(tǒng)三大部分組成。

四、系統(tǒng)特色

       根據(jù)有害氣體、氧氣、粉塵濃度和風(fēng)速等變化情況，及通過風(fēng)速和風(fēng)管尺寸計算出的出風(fēng)口風(fēng)量，實時調(diào)整通風(fēng)機的運行功率和霧炮的運行狀態(tài)，動態(tài)控制送風(fēng)量，實現(xiàn)通風(fēng)、除塵的動態(tài)管理，同時考慮風(fēng)機啟動時的氣錘效應(yīng)對風(fēng)管的沖擊破壞，系統(tǒng)自動控制采用分級啟動，分級間隔時間為3min。通過風(fēng)機檔位對應(yīng)的理論送風(fēng)量（手動錄入），考慮風(fēng)管百米漏風(fēng)系數(shù)β（一般取2%，可根據(jù)實際情況修改）和通風(fēng)距離（手動錄入），按Q= Q機*（1-β）L/100計算出風(fēng)口理論風(fēng)量，對比實測計算風(fēng)量，如存在異常則報警，提醒管理人員檢查風(fēng)管損壞漏風(fēng)情況，及時進行修補、更換。

五、傳輸系統(tǒng)設(shè)計

       建立基于隧道環(huán)境監(jiān)測的通風(fēng)管理系統(tǒng)，通過對隧道有害氣體探測孔周圍及隧道環(huán)境中不同位置有害氣體濃度變化、風(fēng)速變化監(jiān)測，動態(tài)調(diào)整風(fēng)機、霧炮的運行狀態(tài)，以及移動風(fēng)扇的位置，達到加速有害氣體稀釋，防止有害氣體聚集和濃度超標(biāo)、避免施工人員缺氧、降低粉塵濃度、降低隧道內(nèi)溫度、風(fēng)管損壞漏風(fēng)監(jiān)測報警的目的。

       基于隧道環(huán)境監(jiān)測的通風(fēng)管理系統(tǒng)由氣體、粉塵和風(fēng)速監(jiān)測模塊、報警系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)、風(fēng)機電源智能控制系統(tǒng)等組成。當(dāng)有害氣體濃度超標(biāo)、氧氣不足、粉塵濃度過高等不滿足要求情況發(fā)生時，由傳感器現(xiàn)場報警，報警信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸至洞口控制室同步報警，計算機系統(tǒng)將報警信號轉(zhuǎn)換為通風(fēng)設(shè)備電源控制信號，通過電源智能控制系統(tǒng)，啟動霧炮，同時調(diào)整通風(fēng)機運行功率。手持設(shè)備完成數(shù)據(jù)采集后通過人工手機端上傳檢測數(shù)據(jù)，計算機系統(tǒng)判定不合格后將自動報警，報警信號轉(zhuǎn)換為通風(fēng)設(shè)備電源控制信號，通過電源智能控制系統(tǒng)啟動霧炮，同時調(diào)整通風(fēng)機運行功率；如果理論計算風(fēng)量對比實測計算風(fēng)量存在異常則報警，通過平臺報警或手機短信報警等形式提醒管理人員檢查風(fēng)管損壞漏風(fēng)情況，及時進行修補、更換。

       隧道有害氣體監(jiān)測采集數(shù)據(jù)的分析方法是一個綜合且復(fù)雜的過程。通過綜合運用描述性統(tǒng)計分析、相關(guān)性分析、時間序列分析、聚類分析、回歸分析和機器學(xué)習(xí)算法等多種方法和技術(shù)手段，我們可以更深入地了解隧道內(nèi)有害氣體的分布特征和影響因素，為隧道的施工安全提供有力支持。

       中交路橋科技依托勘察、檢測（含特檢）、設(shè)計等傳統(tǒng)行業(yè)能力，可提供“檢、診、修、應(yīng)”的全生命周期綜合一體化服務(wù)，推動城市安全風(fēng)險管理技術(shù)創(chuàng)新、模式創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新，提升城市安全運行風(fēng)險隱患發(fā)現(xiàn)、防范、化解、管控的智能化水平，為推動城市安全發(fā)展提供堅實保障。在邁向智慧城市的新時代征程中，中交路橋科技有限公司將始終堅守安全底線，不斷完善和優(yōu)化城市安全運行綜合服務(wù)平臺，為城市的平穩(wěn)運行貢獻科技力量。