翟君 ZHAI Jun

（中國鐵路設(shè)計集團(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產(chǎn)損失。

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

細(xì)水霧自動滅火系統(tǒng)作為滅火控火新技術(shù)近年來已經(jīng)發(fā)展成熟，可以彌補(bǔ)列車車廂內(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：列車電氣設(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，對于電氣設(shè)備火災(zāi)已經(jīng)有了多項(xiàng)應(yīng)對措施：

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

②車輛所使用的電線、電纜是無鹵低煙阻燃電纜。

③車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)滿足相關(guān)要求。滅火器的位置在車內(nèi)應(yīng)易于接近及取放，并有明顯的標(biāo)識。

⑤區(qū)間均選用無鹵低煙阻燃電纜，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，在列車上不易預(yù)防。一旦發(fā)人為因素火災(zāi)會造成巨大損失。人為因素引發(fā)的火災(zāi)一般不會導(dǎo)致列車失去動力，但是會因?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?yán)骄徒囌具M(jìn)行人員疏散和滅火。

通過分析區(qū)間隧道內(nèi)可能發(fā)生火災(zāi)的位置和類型，以及已經(jīng)采取的應(yīng)對措施可知，車廂內(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)間疏散平臺及聯(lián)絡(luò)通道、區(qū)間緊急照明及疏散指示系統(tǒng)、列車的火災(zāi)報警及滅火器配置、FAS/BAS系統(tǒng)及通信系統(tǒng)。

通過分析區(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)間和列車車輛火災(zāi)報警設(shè)施可及時探測到火災(zāi)并確定火災(zāi)位置，通信系統(tǒng)可確定列車位置，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，無自動滅火設(shè)施?？紤]探測火災(zāi)具體位置需要一定的時間，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)列車行駛在區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生人為縱火事故時，應(yīng)對措施較弱，一旦發(fā)生，極易造成人員傷亡事故[1]。

3 車載細(xì)水霧系統(tǒng)研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)40年代，西方國家首先提出細(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，列車車廂內(nèi)的應(yīng)用處于起步階段，尚未全面推廣使用，在國外地鐵中的應(yīng)用案例詳見表1，在國內(nèi)地鐵中的應(yīng)用案例詳見表2。

表1 細(xì)水霧系統(tǒng)在國外地鐵中的應(yīng)用案例

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

4 車載細(xì)水霧系統(tǒng)簡介

4.1 系統(tǒng)組成

車載細(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?？刂葡到y(tǒng)主要包括細(xì)水霧控制主機(jī)、線纜及其附件等，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)計工作壓力下，經(jīng)噴頭噴出并在噴頭軸線下方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)時間快，對煙霧的擦洗可降低火災(zāi)的危險。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)簡便、無次生污染。相對氣體滅火系統(tǒng)，細(xì)水霧系統(tǒng)拆裝、維護(hù)簡便，不會對環(huán)境及保護(hù)對象造成危害，避免了滅火劑與燃燒物發(fā)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)而產(chǎn)生對人有害的氣體。

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

⑥無毒環(huán)保。細(xì)水霧系統(tǒng)選用對人體無毒、無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)理確保了不會在車廂內(nèi)產(chǎn)生有毒有害粉塵和氣體，具有無毒環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)。

常見的自動滅火系統(tǒng)功能對比詳見表3。

表3 自動滅火系統(tǒng)主要功能對比表

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

5 車載細(xì)水霧系統(tǒng)技術(shù)方案簡介

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)備示意圖詳見圖1，瓶組式系統(tǒng)的瓶組實(shí)物圖詳見圖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)對比。

通過表4對兩種系統(tǒng)方案的對比看出：

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^高且隨車長時間處于振動狀態(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)營維護(hù)費(fèi)用較大。

由于瓶組式系統(tǒng)的高壓來源是高壓氣瓶，其維護(hù)難度較大，維護(hù)費(fèi)用較高。同時，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汽車的蓄電池進(jìn)行設(shè)計，因此推薦采用泵組式系統(tǒng)。

5.2 噴頭選擇

細(xì)水霧噴頭包括開式噴頭和閉式噴頭兩類。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)情況下及時響應(yīng)，車載系統(tǒng)建議采用開式噴頭，根據(jù)《細(xì)水霧滅火系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》的要求，對于不同類型的火災(zāi)噴頭布置間距選取3.0m，因此一節(jié)車廂布置7個噴頭，噴頭系數(shù)大于0.7。

5.3 噴放時間

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

5.4 系統(tǒng)用水量

考慮最長噴放時間6min，系統(tǒng)壓力4.5MPa，共設(shè)置7個噴頭，則系統(tǒng)用水量如表5所示。

表5 系統(tǒng)用水量表

5.5 車載細(xì)水霧系統(tǒng)啟動方式

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

5.6 與既有系統(tǒng)聯(lián)動方式

列車發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)車廂煙感（或吸入式感煙探測器）報警，聯(lián)鎖司機(jī)室視頻監(jiān)控畫面自動打到報警車廂，聯(lián)鎖打開車載細(xì)水霧滅火系統(tǒng)火災(zāi)車廂選擇閥，司機(jī)確認(rèn)火情后通過司機(jī)室啟動按鈕啟動車載細(xì)水霧系統(tǒng)控制火勢。同時向控制中心及前方車站報告火情，利用車載廣播系統(tǒng)向車廂乘客廣播，安撫乘客。

6 車載細(xì)水霧系統(tǒng)安裝簡介

目前車載高壓細(xì)水霧系統(tǒng)的可安裝位置主要有兩處，地鐵列車車廂底部和地鐵列車車廂內(nèi)部。設(shè)置在地鐵列車車廂底部時，不占用車廂面積，車載細(xì)水霧泵組系統(tǒng)的泵組較大，當(dāng)設(shè)置在車下時，空間條件不允許，同時對于既有設(shè)備影響較大，安裝、檢修相對不便。因此建議設(shè)置在車廂內(nèi)部，泵組可采用立式安裝設(shè)置在車廂端部，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)合車輛內(nèi)外部具體條件確定。

車載泵組式高壓細(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)采用列車牽引供電系統(tǒng)時，一旦列車失去動力，泵組將無法啟動，無法正常實(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)置車載UPS的地鐵列車車廂，可結(jié)合車載UPS電源設(shè)置備用電源。

管道可布置在車廂吊頂內(nèi)，噴頭可結(jié)合車頂裝修設(shè)置，閥箱可結(jié)合車廂側(cè)壁裝修設(shè)置，同時設(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內(nèi)的環(huán)境，能夠進(jìn)一步補(bǔ)強(qiáng)車內(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，更適合地鐵車輛安裝，建議推廣使用。在列車中增加車載細(xì)水霧滅火系統(tǒng)后，將既有防排煙、照明、車輛、信號及自動滅火等各個系統(tǒng)整合，在消防疏散過程中賦予新的功能定位和應(yīng)用形式，用行車調(diào)度、運(yùn)營管理及疏散模式多個角度，對現(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。