車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)在地鐵中的應(yīng)用研究

翟君 ZHAI Jun

（中國(guó)鐵路設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，天津 300010）

0 引言

地鐵作為大城市公共交通重要工具，具有運(yùn)輸量大、速度快的特點(diǎn)，因此軌道交通已成為人流最為密集的公共場(chǎng)合，因此一旦發(fā)生火災(zāi)事故，疏散難度大，容易造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。

隨著技術(shù)的發(fā)展，目前地鐵工程車(chē)站內(nèi)的消防設(shè)施配備完善，人員疏散效率高，火災(zāi)發(fā)生時(shí)可能產(chǎn)生的危害較低。與車(chē)站相比，區(qū)間隧道內(nèi)的消防設(shè)施配備相對(duì)薄弱。同時(shí)，區(qū)間隧道內(nèi)的狹小空間和列車(chē)內(nèi)人員的高密度特點(diǎn)，使得消防措施在地鐵車(chē)廂內(nèi)發(fā)生災(zāi)害時(shí)，短時(shí)間內(nèi)起到的作用十分有限。

細(xì)水霧自動(dòng)滅火系統(tǒng)作為滅火控火新技術(shù)近年來(lái)已經(jīng)發(fā)展成熟，可以彌補(bǔ)列車(chē)車(chē)廂內(nèi)的消防薄弱環(huán)節(jié)，控制火災(zāi)發(fā)生初期的煙氣和火勢(shì)的蔓延，進(jìn)一步提高消防救援能力。

1 區(qū)間火災(zāi)原因分析

地鐵區(qū)間火災(zāi)主要分為以下幾類(lèi)：列車(chē)電氣設(shè)備起火；旅客攜帶易燃物、吸煙；區(qū)間電氣設(shè)備起火；人為縱火。其中電氣設(shè)備火災(zāi)和人為縱火為主。隨著科技的發(fā)展，對(duì)于電氣設(shè)備火災(zāi)已經(jīng)有了多項(xiàng)應(yīng)對(duì)措施：

①車(chē)輛的設(shè)計(jì)有良好的防火性能，以便最大限度地防止火災(zāi)發(fā)生。

②車(chē)輛所使用的電線(xiàn)、電纜是無(wú)鹵低煙阻燃電纜。

③車(chē)輛上所用材料采用非延燃性材料和防火材料。

④客室及司機(jī)室內(nèi)配有滅火器，滅火器的數(shù)量、容量等應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)要求。滅火器的位置在車(chē)內(nèi)應(yīng)易于接近及取放，并有明顯的標(biāo)識(shí)。

⑤區(qū)間均選用無(wú)鹵低煙阻燃電纜，在電纜穿越孔洞等處采取防火封堵措施，在變電所設(shè)繼電保護(hù)快速切除電纜故障。

人為因素引起的火災(zāi)是地鐵隧道危害最嚴(yán)重的火災(zāi)，主要是人為縱火、爆炸，攜帶易燃易爆物品，以及抽煙引起物品和設(shè)備起火。

人為因素引起的火災(zāi)位置不定，在列車(chē)上不易預(yù)防。一旦發(fā)人為因素火災(zāi)會(huì)造成巨大損失。人為因素引發(fā)的火災(zāi)一般不會(huì)導(dǎo)致列車(chē)失去動(dòng)力，但是會(huì)因?yàn)殡娐繁Ｗo(hù)造成跳閘斷電，因此最主要的措施就是在保證供電情況下把列車(chē)?yán)骄徒?chē)站進(jìn)行人員疏散和滅火。

通過(guò)分析區(qū)間隧道內(nèi)可能發(fā)生火災(zāi)的位置和類(lèi)型，以及已經(jīng)采取的應(yīng)對(duì)措施可知，車(chē)廂內(nèi)的人為縱火已成為區(qū)間隧道火災(zāi)救援的重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象。

2 區(qū)間消防設(shè)施分析

目前建設(shè)的地鐵區(qū)間隧道的設(shè)置的用于疏散救援的設(shè)施主要包括：區(qū)間通風(fēng)排煙系統(tǒng)、區(qū)間消火栓系統(tǒng)、區(qū)間疏散平臺(tái)及聯(lián)絡(luò)通道、區(qū)間緊急照明及疏散指示系統(tǒng)、列車(chē)的火災(zāi)報(bào)警及滅火器配置、FAS/BAS系統(tǒng)及通信系統(tǒng)。

通過(guò)分析區(qū)間隧道內(nèi)火災(zāi)的發(fā)生原因和既有的消防設(shè)施可知，既有區(qū)間和列車(chē)車(chē)輛火災(zāi)報(bào)警設(shè)施可及時(shí)探測(cè)到火災(zāi)并確定火災(zāi)位置，通信系統(tǒng)可確定列車(chē)位置，但乘客或乘務(wù)人員需采用滅火器或消火栓栓口進(jìn)行滅火，無(wú)自動(dòng)滅火設(shè)施。考慮探測(cè)火災(zāi)具體位置需要一定的時(shí)間，且到發(fā)生火災(zāi)造成人員恐慌，乘務(wù)人員很難抵達(dá)現(xiàn)場(chǎng)滅火，用滅火器將火撲滅，乘客在恐慌狀態(tài)下，也很難用滅火器將火撲滅，因此當(dāng)列車(chē)行駛在區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生人為縱火事故時(shí)，應(yīng)對(duì)措施較弱，一旦發(fā)生，極易造成人員傷亡事故[1]。

3 車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)40年代，西方國(guó)家首先提出細(xì)水霧的概念，至今細(xì)水霧技術(shù)已應(yīng)用在電氣設(shè)備房間、檔案館、交通工具、變電站等多種場(chǎng)合，在軌道交通工程中主要應(yīng)用在電氣設(shè)備房間中，列車(chē)車(chē)廂內(nèi)的應(yīng)用處于起步階段，尚未全面推廣使用，在國(guó)外地鐵中的應(yīng)用案例詳見(jiàn)表1，在國(guó)內(nèi)地鐵中的應(yīng)用案例詳見(jiàn)表2。

表1 細(xì)水霧系統(tǒng)在國(guó)外地鐵中的應(yīng)用案例

表2 細(xì)水霧系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)地鐵中的應(yīng)用案例

4 車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)簡(jiǎn)介

4.1 系統(tǒng)組成

車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)主要包括控制系統(tǒng)和管網(wǎng)系統(tǒng)兩部分，其中管網(wǎng)系統(tǒng)可分為泵組系統(tǒng)和瓶組系統(tǒng)兩類(lèi)。控制系統(tǒng)主要包括細(xì)水霧控制主機(jī)、線(xiàn)纜及其附件等，泵組系統(tǒng)主要包括細(xì)水霧泵組、區(qū)域閥、噴頭、管道及其附件等，瓶組系統(tǒng)主要包括細(xì)水霧瓶組、區(qū)域閥、噴頭、管道及其附件等。

4.2 技術(shù)分析

細(xì)水霧是使用特殊噴嘴，高壓產(chǎn)生的水微粒，要求在最小設(shè)計(jì)工作壓力下，經(jīng)噴頭噴出并在噴頭軸線(xiàn)下方1.0m處的平面上形成直徑Dv0.50小于200μm，Dv0.99小于400μm的水滴[3]。與其他滅火系統(tǒng)相比，細(xì)水霧系統(tǒng)具有如下優(yōu)點(diǎn)：

①滅火效能高。細(xì)水霧冷卻性能好、抑制性強(qiáng)，同時(shí)具有一定的穿透性，可防止火災(zāi)的復(fù)燃。

②用水量較少、可減少水的危害。火災(zāi)的撲滅相對(duì)傳統(tǒng)的噴淋，細(xì)水霧系統(tǒng)僅需10%或更少的水量。

③反應(yīng)時(shí)間快，對(duì)煙霧的擦洗可降低火災(zāi)的危險(xiǎn)。細(xì)水霧的噴頭具有快速響應(yīng)熱量釋放的機(jī)械結(jié)構(gòu)。細(xì)水霧具有自動(dòng)擦洗煙霧的能力，可減少煙霧中的二氧化碳的傷害。

④安裝、維護(hù)簡(jiǎn)便、無(wú)次生污染。相對(duì)氣體滅火系統(tǒng)，細(xì)水霧系統(tǒng)拆裝、維護(hù)簡(jiǎn)便，不會(huì)對(duì)環(huán)境及保護(hù)對(duì)象造成危害，避免了滅火劑與燃燒物發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而產(chǎn)生對(duì)人有害的氣體。

⑤管道管徑較小、節(jié)省管材。相對(duì)于傳統(tǒng)的自動(dòng)噴水滅火系統(tǒng)而言，其重量輕，可減少90%，且便于結(jié)合車(chē)體安裝。

⑥無(wú)毒環(huán)保。細(xì)水霧系統(tǒng)選用對(duì)人體無(wú)毒、無(wú)副作用的純凈水作為滅火劑。高壓細(xì)水霧因其表面積大，熱交換能力強(qiáng)，其在火源附近可以迅速汽化起到降溫和隔絕空氣中氧氣的效果，破壞燃燒條件，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)滅火的功能，其滅火的機(jī)理確保了不會(huì)在車(chē)廂內(nèi)產(chǎn)生有毒有害粉塵和氣體，具有無(wú)毒環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

常見(jiàn)的自動(dòng)滅火系統(tǒng)功能對(duì)比詳見(jiàn)表3。

表3 自動(dòng)滅火系統(tǒng)主要功能對(duì)比表

根據(jù)以上分析，在地鐵列車(chē)車(chē)廂設(shè)置自動(dòng)式滅火系統(tǒng)是非常必要的，且相比與其它種類(lèi)滅火系統(tǒng)，細(xì)水霧系統(tǒng)高效率、無(wú)毒環(huán)保、釋煙濾毒、安裝方便的優(yōu)點(diǎn)[4][5]，因此更適合應(yīng)用在列車(chē)車(chē)廂內(nèi)。

5 車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)技術(shù)方案簡(jiǎn)介

5.1 泵組系統(tǒng)和瓶組系統(tǒng)方案比較

目前，應(yīng)用于地鐵車(chē)輛的細(xì)水霧滅火系統(tǒng)主要有泵組式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)和瓶組式細(xì)水霧兩種滅火系統(tǒng)，泵組式系統(tǒng)的泵組設(shè)備示意圖詳見(jiàn)圖1，瓶組式系統(tǒng)的瓶組實(shí)物圖詳見(jiàn)圖2。

圖1 泵組式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)示意圖

圖2 瓶組式細(xì)水霧滅火系統(tǒng)實(shí)物圖

表4中表示了泵組式細(xì)水霧系統(tǒng)和瓶組式細(xì)水霧系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)對(duì)比。

通過(guò)表4對(duì)兩種系統(tǒng)方案的對(duì)比看出：

表4 泵組式細(xì)水霧與瓶組式細(xì)水霧系統(tǒng)的參數(shù)對(duì)比表

①泵組式高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)需要設(shè)置外部電源供電，瓶組式滅火系統(tǒng)不需要設(shè)置外部電源。

②瓶組式細(xì)水霧系統(tǒng)，氮?dú)馄繅毫^高且隨車(chē)長(zhǎng)時(shí)間處于振動(dòng)狀態(tài)，維護(hù)難度較大，泵組式滅火屬常壓設(shè)置，維護(hù)難度較小。

③泵組式高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)先期投入費(fèi)用較高，但后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用較低，瓶組式高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)先期投入稍低，但后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用較大。

由于瓶組式系統(tǒng)的高壓來(lái)源是高壓氣瓶，其維護(hù)難度較大，維護(hù)費(fèi)用較高。同時(shí)，隨著電池技術(shù)的發(fā)展，泵組系統(tǒng)所需的蓄電池可參考電動(dòng)汽車(chē)的蓄電池進(jìn)行設(shè)計(jì)，因此推薦采用泵組式系統(tǒng)。

5.2 噴頭選擇

細(xì)水霧噴頭包括開(kāi)式噴頭和閉式噴頭兩類(lèi)。閉式噴頭當(dāng)達(dá)到一定溫度才可進(jìn)行噴放，因此為保證火災(zāi)情況下及時(shí)響應(yīng)，車(chē)載系統(tǒng)建議采用開(kāi)式噴頭，根據(jù)《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的要求，對(duì)于不同類(lèi)型的火災(zāi)噴頭布置間距選取3.0m，因此一節(jié)車(chē)廂布置7個(gè)噴頭，噴頭系數(shù)大于0.7。

5.3 噴放時(shí)間

根據(jù)《地鐵安全疏散規(guī)范》的要求，當(dāng)列車(chē)行駛在區(qū)間內(nèi)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，應(yīng)盡量行駛至臨近車(chē)站進(jìn)行疏散救援，因此車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)的噴放時(shí)間的選取應(yīng)考慮列車(chē)在線(xiàn)路中兩座車(chē)站間的最長(zhǎng)行駛時(shí)間，一般可選擇3min。當(dāng)列車(chē)進(jìn)入車(chē)站后，滯留在車(chē)廂內(nèi)的人員即可疏散至站臺(tái)層，同時(shí)可利用車(chē)站內(nèi)的消火栓進(jìn)行撲救，可停止車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)。

5.4 系統(tǒng)用水量

考慮最長(zhǎng)噴放時(shí)間6min，系統(tǒng)壓力4.5MPa，共設(shè)置7個(gè)噴頭，則系統(tǒng)用水量如表5所示。

表5 系統(tǒng)用水量表

5.5 車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)啟動(dòng)方式

車(chē)廂內(nèi)設(shè)置有火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，可將細(xì)水霧系統(tǒng)的泵組與火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)，當(dāng)煙霧報(bào)警器報(bào)警時(shí)，即可聯(lián)動(dòng)啟動(dòng)泵組，開(kāi)啟閥組，噴頭噴放，此種控制方式反應(yīng)速度較快，但煙霧報(bào)警器存在誤報(bào)的可能，一旦發(fā)生誤報(bào)的情況，噴頭噴放可能造成人員恐慌，引發(fā)不必要的騷動(dòng)，因此建議采用手動(dòng)啟動(dòng)方式，司機(jī)在接收到火災(zāi)報(bào)警信息后，通過(guò)視頻方式確認(rèn)火情后，再通過(guò)控制主機(jī)啟動(dòng)泵組，噴頭噴放，實(shí)施救援。

5.6 與既有系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)方式

列車(chē)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，火災(zāi)車(chē)廂煙感（或吸入式感煙探測(cè)器）報(bào)警，聯(lián)鎖司機(jī)室視頻監(jiān)控畫(huà)面自動(dòng)打到報(bào)警車(chē)廂，聯(lián)鎖打開(kāi)車(chē)載細(xì)水霧滅火系統(tǒng)火災(zāi)車(chē)廂選擇閥，司機(jī)確認(rèn)火情后通過(guò)司機(jī)室啟動(dòng)按鈕啟動(dòng)車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)控制火勢(shì)。同時(shí)向控制中心及前方車(chē)站報(bào)告火情，利用車(chē)載廣播系統(tǒng)向車(chē)廂乘客廣播，安撫乘客。

6 車(chē)載細(xì)水霧系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)介

目前車(chē)載高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的可安裝位置主要有兩處，地鐵列車(chē)車(chē)廂底部和地鐵列車(chē)車(chē)廂內(nèi)部。設(shè)置在地鐵列車(chē)車(chē)廂底部時(shí)，不占用車(chē)廂面積，車(chē)載細(xì)水霧泵組系統(tǒng)的泵組較大，當(dāng)設(shè)置在車(chē)下時(shí)，空間條件不允許，同時(shí)對(duì)于既有設(shè)備影響較大，安裝、檢修相對(duì)不便。因此建議設(shè)置在車(chē)廂內(nèi)部，泵組可采用立式安裝設(shè)置在車(chē)廂端部，也可采用臥式安裝設(shè)置在座椅下部。具體安裝方式需結(jié)合車(chē)輛內(nèi)外部具體條件確定。

車(chē)載泵組式高壓細(xì)水霧系統(tǒng)需設(shè)置外部電源，電源可選擇兩種方式：取自列車(chē)的牽引供電系統(tǒng)、單獨(dú)設(shè)置蓄電池供電。當(dāng)采用列車(chē)牽引供電系統(tǒng)時(shí)，一旦列車(chē)失去動(dòng)力，泵組將無(wú)法啟動(dòng)，無(wú)法正常實(shí)施滅火。為保障系統(tǒng)供電安全，建議設(shè)置蓄電池等備用電源。設(shè)置車(chē)載UPS的地鐵列車(chē)車(chē)廂，可結(jié)合車(chē)載UPS電源設(shè)置備用電源。

管道可布置在車(chē)廂吊頂內(nèi)，噴頭可結(jié)合車(chē)頂裝修設(shè)置，閥箱可結(jié)合車(chē)廂側(cè)壁裝修設(shè)置，同時(shí)設(shè)置防誤操作措施。細(xì)水霧控制主機(jī)可結(jié)合司機(jī)室內(nèi)的設(shè)備布置。布置方案詳見(jiàn)圖3。

圖3 泵組式細(xì)水霧系統(tǒng)布置方案

7 小結(jié)

高壓細(xì)水霧系統(tǒng)作為一種新型的滅火技術(shù)，能夠較好地適用于列車(chē)內(nèi)的環(huán)境，能夠進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)車(chē)內(nèi)的消防救援能力。與瓶組式高壓細(xì)水霧系統(tǒng)相比，泵組式高壓細(xì)水霧系統(tǒng)技術(shù)更加成熟，全生命周期費(fèi)用較低，更適合地鐵車(chē)輛安裝，建議推廣使用。在列車(chē)中增加車(chē)載細(xì)水霧滅火系統(tǒng)后，將既有防排煙、照明、車(chē)輛、信號(hào)及自動(dòng)滅火等各個(gè)系統(tǒng)整合，在消防疏散過(guò)程中賦予新的功能定位和應(yīng)用形式，用行車(chē)調(diào)度、運(yùn)營(yíng)管理及疏散模式多個(gè)角度，對(duì)現(xiàn)有地鐵消防疏散體系進(jìn)行了補(bǔ)強(qiáng)，使地鐵消防疏散涉及的各套設(shè)施，在運(yùn)作時(shí)更加有條不紊的高效運(yùn)作，提升消防疏散的安全性和效率。