國家安全生產監管總局、交通運輸部、國務院國資委、國家鐵路局四部門聯合印發的《隧道施工安全九條規定》中第五條明確規定“必須對有毒有害氣體進行監測監控，加強通風管理，嚴禁濃度超標施工作業。”當前隧道施工環境安全監測大多以儀器設備監測為主，根據通風時間人工判別有害氣體濃度下降速率，沒有科學的理論依據及試驗證明。當前隧道施工環境急需一套能夠自動監測有害氣體濃度并且自動控制風機、霧炮機等設備通風功率的智慧系統。

一、應用

       隧道施工期間，鉆孔、爆破、出碴和支護等工序會產生大量的有害氣體，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，隧道內支護焊接作業會排放臭氧（O3）等氣體。CO通過與血液中的血紅蛋白結合，形成穩定的碳氧血紅蛋白而引起人體窒息；NOx、SO2、NH3和O3可以對呼吸系統和皮膚黏膜等產生強烈刺激作用；H2S同時具有刺激性和窒息性，對神經系統也能產生強烈損傷，危害巨大。因此，從職業衛生防護和環境保護角度出發，必須監測隧道空間的空氣質量，從而實施相應的職業衛生防護措施。

二、總體目標

1) 監測隧道內的有害氣體濃度，如CO、SO2、NO2、O3等，確保空氣質量符合國家相關標準。

2) 通過實施方案，可實現隧道施工環境的實時監測與控制，有效降低施工過程中的環境風險，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量與進度，為我國隧道工程建設貢獻力量。

三、總體架構

       隧道環境智能監測系統是一個信息化系統工程，其核心任務是獲得對隧道施工環境有害氣體，如CH4、CO、CO2、O2、H2S、SO2、NO、NO2、粉塵等多項參數監測實時數據。進行統計分析后，為隧道施工安全和人員職業健康安全提供可靠數據支持。根據功能要求，此系統主要由前端采集系統、通信傳輸系統、預警和統計分析系統三大部分組成。

四、系統特色

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

五、傳輸系統設計

       建立基于隧道環境監測的通風管理系統，通過對隧道有害氣體探測孔周圍及隧道環境中不同位置有害氣體濃度變化、風速變化監測，動態調整風機、霧炮的運行狀態，以及移動風扇的位置，達到加速有害氣體稀釋，防止有害氣體聚集和濃度超標、避免施工人員缺氧、降低粉塵濃度、降低隧道內溫度、風管損壞漏風監測報警的目的。

       基于隧道環境監測的通風管理系統由氣體、粉塵和風速監測模塊、報警系統、數據傳輸系統、計算機控制系統、風機電源智能控制系統等組成。當有害氣體濃度超標、氧氣不足、粉塵濃度過高等不滿足要求情況發生時，由傳感器現場報警，報警信息通過無線網絡傳輸至洞口控制室同步報警，計算機系統將報警信號轉換為通風設備電源控制信號，通過電源智能控制系統，啟動霧炮，同時調整通風機運行功率。手持設備完成數據采集后通過人工手機端上傳檢測數據，計算機系統判定不合格后將自動報警，報警信號轉換為通風設備電源控制信號，通過電源智能控制系統啟動霧炮，同時調整通風機運行功率；如果理論計算風量對比實測計算風量存在異常則報警，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管損壞漏風情況，及時進行修補、更換。

       隧道有害氣體監測采集數據的分析方法是一個綜合且復雜的過程。通過綜合運用描述性統計分析、相關性分析、時間序列分析、聚類分析、回歸分析和機器學習算法等多種方法和技術手段，我們可以更深入地了解隧道內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）、設計等傳統行業能力，可提供“檢、診、修、應”的全生命周期綜合一體化服務，推動城市安全風險管理技術創新、模式創新、應用創新，提升城市安全運行風險隱患發現、防范、化解、管控的智能化水平，為推動城市安全發展提供堅實保障。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，不斷完善和優化城市安全運行綜合服務平臺，為城市的平穩運行貢獻科技力量。