全自動運行系統火災控制策略研究

■ 孫軍國 孫玉鵬 楊旭文

0 引言

城市軌道交通系統是現代化大都市最為重要的公共交通系統，具有運量大、速度快、安全、準點、環保、節能等特點，成為實現城市交通可持續發展的重要組成部分。作為一種包括地下與地上、路權專有、高密度、高運量的城市交通運輸系統，如何進行火災應急防護是全世界都非常關心的命題。

1903年8月10日，巴黎地鐵大火（見圖1）奪去了百余人的生命。在梅尼蒙坦站—庫隆站區間，列車的一節車廂發生了短路，機車因此而脫節，且未能用手邊的器材熄滅大火。由于濃煙，另一列車的司機沒有及時發現這節起火車廂，全速與之相撞。為了到達事故地點，不得不炸出地道，讓消防員從地面上的缺口爬進去。救援姍姍來遲，一氧化碳造成大量死亡。

1987年11月18日，倫敦國王十字地鐵站自動扶梯起火（見圖2）的原因很有可能是一根被丟棄的火柴。31人被活活燒死，12人被嚴重燒傷。這起事故后即頒布了地鐵禁煙令，對安全規范也進行了徹底的修改，在車站安裝了煙霧探測器，設置了監控室，升降梯由木制改為金屬制。

1987年4月20日，莫斯科地鐵的起火原因是電路短路（見圖3）。幸運的是無人員傷亡，但造成了巨大的財產損失。巴維列茨基區南部遭受重創，進行了大規模重建。本次事故促成了自動消防系統“尖頂”的建立，到1994年前，莫斯科所有地鐵列車都配備了這套系統。

2012年3月14日，基輔奧薩科爾加地鐵站大廳起火（見圖4）。枝形吊燈由于線路年久失修而起火，隨后塑料天花板開始熊熊燃燒，地鐵站本身幾乎被焚燒殆盡。

2003年2月18日，韓國第三大城市大邱市的地鐵遭人蓄意縱火。據不完全統計，此次大火至少造成196人死亡、289人失蹤、146人受傷，并導致大邱市地鐵系統陷入癱瘓，市中心秩序一片混亂。

1969年11月11日，北京地鐵萬壽路站—五棵松站，由于電動機車短路引起火災，6人死亡，200多人中毒。

地鐵火災造成的嚴重后果令人觸目驚心。尤其是在全自動運行系統中，如何在沒有司乘人員干預的情況下，通過集成的信號及綜合系統進行火災預警，并在發生火災后最大化地降低危害是自動化系統亟待解決的關鍵問題。在此，就全自動運行系統下信號及綜合監控系統對站臺火災和車輛火災的應急處置策略進行研究。

1 全自動運行系統概述

城市軌道交通全自動運行系統是一種全自動化的、高度集中控制的列車運行控制系統，具備列車自動喚醒啟動和休眠、自動出入停車場、自動清洗、自動行駛、自動停車、自動開/關車門等功能，并具有常規運行、降級運行和災害工況等多重運行模式。

在城市軌道交通全自動運行系統中，通過信號系統與綜合監控系統中的變電所綜合自動化系統（PSCADA）、環境與機電設備監控系統（BAS）、閉路電視系統（CCTV）、廣播系統（PA）、 火災自動報警系統（FAS）、 乘客信息系統（PIS）等相關系統的信息整合，形成了以行車指揮為核心的城市軌道交通綜合自動化系統（簡稱行車綜合自動化系統，TIAS）。該系統由中央級、車站級、現場級3級系統構成，其中中央級、車站級系統包括原綜合監控系統與原列車自動監控系統（ATS）；現場級系統包括ATS、列車自動防護系統（ATP）、列車自動運行系統（ATP）、計算機聯鎖系統（CI）、PSCADA、BAS等，全系統以行車指揮為核心。

TIAS的主要目的是用系統化方法將各分散的自動化系統聯結為一個有機的整體，實現城市軌道交通各專業系統之間的信息互通、資源共享，提高各系統的協調配合能力，高效實現系統間的聯動，提高城市軌道交通全線的整體自動化水平，建立以行車指揮為核心的綜合調度指揮系統，從而將城市軌道交通的運營管理建立在較高的技術支撐平臺之上，從技術層面上提供切實高效的技術手段，提高城市軌道交通的綜合效率，增強應對各種突發事件的應變能力，提高反應速度；增強災害事故的抵御能力，提高城市軌道交通的運營管理水平，服務質量和服務水平，更好地為廣大乘客服務，為建設數字化軌道交通打好基礎，有利于改進軌道交通資源管理水平，提高經濟效益。

2 火災控制關鍵系統

火災的成因多種多樣，可以按照以下幾種情況進行分類：

（1）按照發生火災的地點可分為車輛火災和車站火災；

（2）按照火災的原因可大致分為蓄意縱火、設備年久失修、機電設備故障等；

（3）按照火災最終的形態可分為濃煙、大火；

（4）按照火災可能對人產生的危害可分為碰撞、窒息、中毒。

與火災應急情況密切相關的幾個系統概況如下：

（1）BAS與TIAS集成。BAS負責全線正常、火災工況下的機電設備如通風空調系統、給排水系統、照明系統、扶梯系統（自動扶梯、電梯）等設備的運行狀態監視和控制管理。BAS實行中心級、車站級2級管理，實行中心級、車站級、就地級3級控制方式，中心級主要負責全線BAS的日常調度、控制模式、運行統計等工作，車站級主要負責本站機電設備的單點控制、執行中心級模式控制、編輯臨時時間表控制、顯示各種工作狀態與報警。車站級不設專職BAS操作員，而由車站值班員兼任。

（2）CCTV與TIAS操作界面集成。根據軌道交通運營、管理特點，軌道交通CCTV從使用上滿足中心總調度員操作工作站、中心行車調度員操作工作站、中心環境調度員操作工作站、中心供電調度員操作工作站和車站值班站長操作工作站等，對相應的管轄區域進行監視。其中站廳區的主要監視區域包括自動售檢票進出口閘機以及上下站臺的自動扶梯等；站臺監視區主要包括乘客上下列車的區域、安全門開/關的情況。其功能主要為中心級監控功能和車站級監控功能。

（3）PA與TIAS操作界面集成。軌道交通有線PA由車站廣播、停車場廣播這兩個相互獨立的子系統組成，主要用于軌道交通運營時對乘客進行公告信息廣播，并在發生災害時兼做防災廣播，從而保證軌道交通運營的服務管理質量，為運營管理及維護人員提供更靈活、快捷的管理手段，各車站作為一個獨立的區域廣播，而中心能夠對每個車站進行播音。

（4）FAS與TIAS互聯。FAS對車站、停車場、電纜通道等建筑設施的火警安全進行可靠監視管理，具有火災探測和報警功能，并能在火災時發出模式指令，使相關BAS運行轉入火災模式，實現消防聯動。FAS實現中心級、車站級2級管理，實行中心級、車站級、就地級3級控制方式。中心級由中心環境調度員負責全線FAS集中監控與管理，以及運營模式、設備運行統計等工作；車站級由車站值班調度員負責車站級FAS的管理與聯動控制。

（5）無線通信系統與TIAS互聯。TIAS向控制中心調度指揮無線通信系統傳送實時變化的車次號和車組號等信息，以使無線車載臺編號時刻與車次號對應，便于中心調度員準確地與在線運行列車的司機（非全自動運行時）聯系，并實現中心對列車乘客的對講功能。

全自動運行系統中通過對以上各系統深度整合和有效傳輸，以保證實現設備級的火災防護。

3 火災控制實施方案

3.1 車輛火災

3.1.1 停站期間

當停站期間車輛發生火災時，信號系統車載設備從車輛獲得火災報警信息，收到火災報警信息后，信號系統車載設備控制列車打開車門不關閉，并將火災報警信息通過無線通信系統上報中心TIAS。

車輛PIS將火災報警區域的畫面推送給中心TIAS車輛調CCTV監視器。

車輛調度員通過CCTV查看車輛火災報警區域，如果發現煙霧或者火災的確發生而非車輛誤報，則通過車輛調向信號系統發送火災確認命令；信號系統接收到火災確認命令后，控制列車打開車門不關閉，并觸發車輛列車控制與管理系統（TCM S）預錄廣播對列車進行廣播，車輛自行觸發預錄制的PIS信息，疏散乘客。

乘客調度員也可通過地面陸上集群無線電（TETRA）向車上TETRA發送人工廣播信號，疏散乘客；同時，觸發PA系統站臺廣播，禁止乘客進入發生火災的車輛。

在通過車輛調匯報確定火災情況下，提示行調工作站針對火災車輛所在站臺的鄰線站臺設置跳停。行車調度員按照提示操作本站臺鄰線跳停，使鄰線通過列車經過本站不停車。同時設置上下行相鄰站臺的扣車，不允許未進入區間內的列車進入該區間；如果本線存在正在接近的后續列車，車輛調度員手動遠程發送遠程緊急制動命令，使后續列車停車。

如果車輛調度員通過CCTV無法確認是否有火災，由車載控制器（VOBC）保持在站臺打開車門不關閉狀態，車輛調度員通知站臺人員上車，站臺人員上車檢查無火災情況后，手動通過TCM S界面復位，撤銷FAS報警，關閉車門，通過人機接口（M M I）提示確認發車，并按下車載臺的確認發車按鈕后發車。

如果車輛調度員通過CCTV確認無煙霧或者火災等緊急情況，可遠程通過車輛調界面向VOBC發送復位FAS報警命令，并發送發車命令。車輛TCM S收到車載VOBC轉發的FAS復位指令后，復位FAS報警或對煙感降級處理，完成后，車載VOBC通過中心確認關門并發車。

3.1.2 區間運行

當車輛在區間運行時發生火災，考慮到火災誤報情況，信號系統控制列車不自動打開車門，應自動運行運行至下一站站臺對標停車，并打開車門不關閉。同時，將火災報警信息通過無線通信系統上報中心TIAS。

車輛PIS系統將火災報警區域的畫面推送給中心TIAS車輛調CCTV監視器。

車輛調度員通過CCTV查看車輛火災報警區域，如果發現煙霧或者火災的確發生而非車輛誤報，則通過車輛調向信號系統發送火災確認命令；信號系統接收到火災確認命令后，控制列車打開車門不關閉，并觸發車輛TCM S預錄廣播對列車進行廣播，車輛自行觸發預錄制的PIS信息，疏散乘客。

乘客調度員也可通過地面TETRA向車上TETRA發送人工廣播信號，疏散乘客；同時，觸發PA系統站臺廣播，禁止乘客進入發生火災的車輛。

在通過車輛調匯報確定火災情況下，提示行調工作站針對火災車輛所在站臺的鄰線站臺設置跳停。行車調度員按照提示操作本站臺鄰線跳停，使鄰線通過列車經過本站不停車。同時設置上下行相鄰站臺的扣車，不允許未進入區間內的列車進入該區間；如果本線存在正在接近的后續列車，車輛調度員手動遠程發送遠程緊急制動命令，使后續列車停車。

如果車輛調度員通過CCTV無法確認是否有火災，由車載VOBC保持在站臺打開車門不關閉狀態，車輛調度員通知站臺人員上車，站臺人員上車檢查無火災情況后，手動通過TCMS界面復位，撤銷FAS報警，關閉車門，通過MM I提示確認發車，并按下車載臺的確認發車按鈕后發車。

如果車輛調度員通過CCTV確認無煙霧或者火災等緊急情況，可遠程通過車輛調界面向VOBC發送復位FAS報警命令，并發送發車命令。車輛TCM S收到車載VOBC轉發的FAS復位指令后，復位FAS報警或對煙感降級處理，完成后，車載VOBC通過中心確認關門并發車。

3.2 站臺火災

當站臺發生火災時，車站FAS系統立即上報TIAS中心調度臺，中心調度臺進行站臺火災報警。

中心調度臺行調、環調（BAS系統）通過CCTV確認現場火災情況，當該火災站臺存在停站列車時，行車調度員應執行扣車，乘客調通過地面TETRA向車上TETRA發送廣播信號，觸發預錄制的車輛廣播，并觸發站臺廣播。

行車調度員確定執行扣車后，如列車車門和站臺門關閉，則車載VOBC應重新打開車門和站臺門，并自動廣播；扣車命令取消后，列車應自動關門并發車。

當本站無停站列車，相鄰區間內有運行列車時，中心調度臺車輛調度臺應向相鄰區間列車發送站臺火災應急指令，同時行調工作站對相鄰上下行車站提示扣車，由行車調度員確定是否允許列車繼續進入火災站臺相鄰區間。

乘客調通過地面TETRA向車上TETRA發送廣播信號，觸發預錄制的車輛廣播，并觸發站臺廣播。

乘客調觸發車輛PIS顯示，向車內乘客說明站臺火災情況。

對于相鄰區間列車，接收到TIAS發送的站臺火災應急指令，若滿足停在站外的條件，則實施緊急制動停車；若不滿足停在站外的條件，但滿足跳停條件即列車能夠完整出清站臺，則實施跳停；若既不滿足停在站外，也不滿足跳停條件，則實施緊急制動停車。

4 結束語

闡述軌道交通全自動運行信號系統對火災控制處理策略，在車輛發生火災和站臺發生火災的情況下，信號系統聯合FAS、BAS、PA、CCTV以及無線通信系統，達到最有效地保證生命財產安全的目的，并保證其他列車不再繼續接近火災區域。另外，對地鐵運營而言，僅從信號系統角度制定處理策略是不夠的，還需要完備的火災應急方案，通過管理手段有效組織救援，通過火災演練對應急方案及相關運營操作進行實戰演習，并加強對乘客的消防安全培訓，以實現將火災損傷降至最低。

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