地鐵車輛防火安全設計現狀及發(fā)展建議

冷映麗 薛淑勝 張 琳

(南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，210031，南京∥第一作者，工程師)

火災是危及地鐵車輛安全的一項重要隱患。自1863年第一條地鐵建成以來，世界范圍內發(fā)生過多起嚴重的地鐵火災事故，最嚴重的是2003年韓國大邱市的地鐵火災事故，因人為縱火導致近200人喪生［1］。這起事故為各國地鐵車輛防火安全敲響了警鐘。

1 地鐵車輛防火設計框架

地鐵車輛防火是一個系統(tǒng)工程，貫穿于車輛的設計、制造、運營等過程中。在地鐵車輛設計中，防火設計主要包括兩部分內容(見圖1)。第一部分是從材料防火試驗、結構耐火性試驗以及結構設計三方面考慮如何防止火災發(fā)生。即:不使用易燃材料，要考慮車廂內結構件的耐火時間，通過結構設計避免火源的存在。第二部分，在車輛上配備火災探測、報警及滅火系統(tǒng)，以確保能夠及時發(fā)現火災并撲滅;保證必要設備的正常運行，且當火災發(fā)生時車輛能夠以受控方式運行至車站;車輛上有明顯的疏散指引標志，當火災發(fā)生時能指導乘客或乘務人員有序地逃離火災區(qū)域。

圖1 地鐵車輛防火工作框架圖

2 地鐵車輛防火設計現狀

2.1 地鐵車輛材料防煙火

在國內的地鐵項目設計中，對車輛上使用的非金屬材料是按照項目要求的材料防煙火標準進行的。其工作流程為:結合車輛運行條件確定車輛的防火等級;將用于不同位置的非金屬材料按照防煙火標準的規(guī)定進行防煙火試驗;車輛制造商將根據部件的各項要求，對其系統(tǒng)供應商提出防煙火要求，只有滿足防煙火標準要求的非金屬材料才可以安裝使用。

根據BS6853—1996《英國軌道車輛材料防火測試標準》［2］規(guī)定，運行于無疏散邊道的隧道中的某地鐵項目車輛地板布應滿足的防煙火要求見表1。

表1 地鐵車輛地板布應滿足的防煙火要求

2.2 車輛結構件耐火試驗

在國內地鐵車輛項目中，一般借助BS 476—20/22—1987或ISO 834—2009等建材耐火試驗標準對車體底架、司機室隔門、側墻等結構件進行試驗，獲得結構件的耐火時間和冷面溫度，以反映其結構在火災中的完整性和隔熱性能，確保車輛具有相應的結構耐火能力。

圖2為某項目中列車底架耐火試驗:將樣件安裝在水平爐內，在冷面放置7個冷面熱電偶。圖3為7個溫度探頭測得的平均冷面溫度曲線，經過1 h后，地板仍保持完整，且客室地板布溫度在120℃以下。

圖2 底架耐火試驗圖

2.3 地鐵車輛火災隱患措施

2.3.1 客室防火措施

在乘客可接觸到的區(qū)域內，減少非金屬材料的使用，避免向上開口的凹槽和尖銳物，以防止垃圾、油脂、粉塵等易燃物沉積［2］。貫通道連接處或側窗等縫隙處應進行密封，以避免乘客將垃圾等雜物塞入縫隙中，消除火災隱患。

2.3.2 機電設備防火措施

盡量將機電設備安裝在車外并放置在具有一定密封等級的金屬箱體內;對必須安裝在客室內的機電設備，應放置在電氣柜內或乘客無法接觸到的區(qū)域。電氣柜和金屬箱體應采用耐火材料，當火災發(fā)生時，能夠抵擋外界火焰并確保設備在一定時間內能正常工作。

圖3 平均冷面溫度時間曲線

為防止高壓設備因機械摩擦或使用時間過長等導致局部溫升過高，采用冷卻或內部風機降溫，且在高溫點附近避免非金屬材料或易燃物的存在。為防止設備中的潤滑油等易燃物泄漏，盛放油品的容器要有良好的密封性并盡量減少輸油管道接口，且接口處應進行防漏處理。

2.3.3 車輛電路防火設計

電線電纜的老化、選型不當或質量等原因會導致短路或接觸不量，產生電火花、電弧或局部發(fā)熱，引起電線電纜著火，使車輛供電設備無法正常運行等。為避免此類問題的出現，可采取的措施為:①對電線電纜進行選型計算，保證所選電線電纜能夠滿足設計要求的負荷;②計算出高壓設備的最大短路電流，配備過流保護和滅弧裝置以防止電路短路時出現電弧或電火花;③對超過500 V的電線電纜應采用金屬護套保護(護套散熱快)，并能夠防止水或液體的滲入;④確保電線電纜的可靠性，防止出現松動、接觸不良等狀況，接口盡量安裝在便于維護且乘客無法接觸到的區(qū)域，接口處要能防止水汽或油脂類易燃物滲入。

2.4 車輛的滅火及救援措施

火災隱患可以減少但無法消除。通過配置必要的應急系統(tǒng)和救援設施能確保乘務員或乘客及時發(fā)現火災并將其撲滅，同時能引導乘客有序疏散，并保證車輛可以在一定時間內以受控方式運行至車站。應急系統(tǒng)包括火災報警及滅火系統(tǒng)、乘客緊急通信系統(tǒng)和應急設備(如緊急照明、緊急通風、緊急逃生等設備)。在火災發(fā)生時，應急系統(tǒng)應能夠正常工作并可以跨過火災發(fā)生的區(qū)域工作(如車輛網絡系統(tǒng))。

3 地鐵車輛防火控制建議

3.1 完善地鐵車輛防火標準

目前，在地鐵車輛項目中實施的防火標準均為國外的標準，我國暫無完整的地鐵車輛防火標準體系。我國需要從材料、設計、滅火、救援等幾個方面建立一個“消與防”相結合的完整防火標準體系。表2為國內外部分現行的地鐵車輛防煙火標準。由于國外的防火工作起步早，其列車防火標準更加系統(tǒng)和完善。國內地鐵車輛項目的防火要求應參考或等效采用國外的防煙火標準。

表2 國內外地鐵車輛防煙火標準

3.2 建立地鐵車輛防火實驗室

地鐵車輛防火工作中的一項重要工作就是根據車輛防火標準要求對非金屬材料進行試驗，滿足一定要求的非金屬材料方可使用在車輛上。在以往的地鐵車輛項目中，車輛防煙火標準以BS 6853/NF F16 101/DIN 5510為主，均按國外的材料試驗或建筑試驗標準進行，供應商需將材料送至國外實驗室進行試驗，其中存在試驗花費高、試驗周期長，以及試驗報告的真?zhèn)巍㈥惻f等問題。

為解決此類問題，我國在編制地鐵車輛防火標準時，建議引用國內現有的建筑防火試驗或材料阻燃試驗標準，如 GB/T 2406—2008、GB/T 2408—2008、GB/T 8323—2008等，利用國內原有的實驗室資源或建立相應完善的車輛防火實驗室進行材料防煙火試驗。此項工作的開展，不僅能降低試驗費用，也能縮短試驗周期。車輛制造商還可以與實驗室合作，對非金屬材料進行抽檢或通過試驗跟蹤等方式保證試驗結果的真實性和有效性。供應商在改進產品力學性能的同時也應進行防煙火試驗，以滿足材料防火的要求。

3.3 加強結構防火試驗工作

結構試驗的目的在于利用地鐵車輛上的部件或車輛一角模擬火災發(fā)生的情形進行防火試驗。根據其試驗結果獲得火災發(fā)生時可能出現的問題，并獲得一定時間內的煙密度、表面溫度變化、結構完整性破壞時間等數據。根據試驗結果，估計有效的疏散時間并確定疏散方案，保證乘客在有效時間內均能夠疏散至安全區(qū)域。

目前，在國外地鐵車輛結構防火試驗中，較廣泛的試驗有“整體模型阻燃試驗”和“結構件完整性和隔熱性試驗”。

“整體模型阻燃試驗”是利用客室車廂或客室車廂模型(材料及座椅等配件擺放與真實車廂一致)進行試驗。如圖4所示，將特制的煙頭或紙團放置于座椅上或其附近，通過視頻或圖片的方式了解火災發(fā)生時的現場狀況，并測得閃弧的時間點、墻壁和地板的溫度時間變化曲線以及客室內的煙密度。

“結構件完整性和隔熱性試驗”［3］的目的在于獲得底架或客室內著火時結構件能夠保持完整性的時間。利用與地板、司機室隔墻或司機室座椅等結構相同且使用相同材料制成的試驗樣件進行試驗。在受火面加熱，溫度變化模擬火災發(fā)生時的溫升變化，得到結構件能夠維持完整性的時間以及冷面的時間溫度變化曲線。試驗參見圖2和圖4。在國內地鐵車輛項目中，地板進行結構件完整性和隔熱性試驗，一般能夠達到30～45 min的完整性要求，且客室面的最高溫度低于300℃，平均溫度低于250℃。

圖4 整體模型阻燃試驗

3.4 利用社會有效資源做好火災預警及防范工作

地鐵車輛防火不僅僅是車輛制造商在車輛設計制造過程中以及運營商在運營過程中的工作，也需要消防、設計院、實驗室等社會團體的配合。消防部門對建筑火災及消防有對應的審核及評估標準。地鐵車輛也可被視為微縮的建筑物，通過與消防部門建立合作關系，定時與消防部門專業(yè)人士進行交流，能夠獲得合理的防火設計意見。車輛制造商可通過與設計院、實驗室合作，研究地鐵火災的成因，模擬地鐵火災煙霧濃度等，并結合車輛、隧道、站臺的設計，綜合評估地鐵車輛防火的安全性。

在地鐵車輛的運營中存在許多不確定因素，很多因素都會導致火災事故的發(fā)生。為此，應建立火災安全隱患分析制度，以起到較好的火災預警作用。對于火災風險較大的區(qū)域及部件，應通過制度化的風險分析以及實時監(jiān)測或檢查能夠及時消除火災隱患。還可借助于消防部門的配合，通過定期的消防培訓或演習，提高乘務人員的消防意識和事故處理能力，當火災發(fā)生時，使乘務人員能夠做到不慌不亂，有條不紊地安排滅火以及疏散工作，保證乘客的安全。

3.5 建立防火工程師資格認證體系

在地鐵車輛項目合同中，均要求有一名防火專家對車輛的火災控制進行管理，但目前在軌道交通行業(yè)尚無防火工程師的資格認證。在建筑行業(yè)中，只有經過特定專業(yè)培訓并獲得消防工程師資格認證的人員方可從事建筑防火工作。因此，建議結合建筑消防認證的內容并與軌道交通行業(yè)實際相結合，建立完善的防火工程師認證體系，使從事該項工作的人員能夠得到系統(tǒng)的理論學習。

4 結語

“火患猛于虎，防范于未然”。只有認真做好防范措施，不忽視任何小隱患，才不會導致大事故。在我國軌道交通行業(yè)快速發(fā)展的時期，應高度重視完善的地鐵車輛防火規(guī)范體系的建立。根據目前的國外防火標準，一套完善的地鐵車輛防火規(guī)范應包含以下要求:①列車材料防煙火要求以及測試標準;②車體的結構防火設計;③機電設備的防火設計;④電回路以及電線電纜的防火設計;⑤車輛結構耐火試驗;⑥車輛火災報警系統(tǒng)和滅火裝置;⑦緊急疏散時的注意事項以及需配備的應急設備的要求。

［1］ 孫爽.從韓國大邱市地鐵火災談地鐵的防火安全消防［J］.科學與技術，2004，23(增刊):109.

［2］ BS 6853:1999 Code of practice for fire precautions in the design and construction of passenger carrying trains［S］.

［3］ BS476 －20:1987 Fire test on building materials and structurespart 20:Method for determination of the fire resistance of elements of construction(general principles)［S］.

［4］ 孫末囡.歐洲軌道車輛材料防火標準及其啟示［J］.城市軌道交通研究，2010(4):79.