地铁车辆防火安全设计现状及发展建议

冷映丽 薛淑胜 张 琳

(南车南京浦镇车辆有限公司，210031，南京∥第一作者，工程师)

火灾是危及地铁车辆安全的一项重要隐患。自1863年第一条地铁建成以来，世界范围内发生过多起严重的地铁火灾事故，最严重的是2003年韩国大邱市的地铁火灾事故，因人为纵火导致近200人丧生［1］。这起事故为各国地铁车辆防火安全敲响了警钟。

1 地铁车辆防火设计框架

地铁车辆防火是一个系统工程，贯穿于车辆的设计、制造、运营等过程中。在地铁车辆设计中，防火设计主要包括两部分内容(见图1)。第一部分是从材料防火试验、结构耐火性试验以及结构设计三方面考虑如何防止火灾发生。即:不使用易燃材料，要考虑车厢内结构件的耐火时间，通过结构设计避免火源的存在。第二部分，在车辆上配备火灾探测、报警及灭火系统，以确保能够及时发现火灾并扑灭;保证必要设备的正常运行，且当火灾发生时车辆能够以受控方式运行至车站;车辆上有明显的疏散指引标志，当火灾发生时能指导乘客或乘务人员有序地逃离火灾区域。

图1 地铁车辆防火工作框架图

2 地铁车辆防火设计现状

2.1 地铁车辆材料防烟火

在国内的地铁项目设计中，对车辆上使用的非金属材料是按照项目要求的材料防烟火标准进行的。其工作流程为:结合车辆运行条件确定车辆的防火等级;将用于不同位置的非金属材料按照防烟火标准的规定进行防烟火试验;车辆制造商将根据部件的各项要求，对其系统供应商提出防烟火要求，只有满足防烟火标准要求的非金属材料才可以安装使用。

根据BS6853—1996《英国轨道车辆材料防火测试标准》［2］规定，运行于无疏散边道的隧道中的某地铁项目车辆地板布应满足的防烟火要求见表1。

表1 地铁车辆地板布应满足的防烟火要求

2.2 车辆结构件耐火试验

在国内地铁车辆项目中，一般借助BS 476—20/22—1987或ISO 834—2009等建材耐火试验标准对车体底架、司机室隔门、侧墙等结构件进行试验，获得结构件的耐火时间和冷面温度，以反映其结构在火灾中的完整性和隔热性能，确保车辆具有相应的结构耐火能力。

图2为某项目中列车底架耐火试验:将样件安装在水平炉内，在冷面放置7个冷面热电偶。图3为7个温度探头测得的平均冷面温度曲线，经过1 h后，地板仍保持完整，且客室地板布温度在120℃以下。

图2 底架耐火试验图

2.3 地铁车辆火灾隐患措施

2.3.1 客室防火措施

在乘客可接触到的区域内，减少非金属材料的使用，避免向上开口的凹槽和尖锐物，以防止垃圾、油脂、粉尘等易燃物沉积［2］。贯通道连接处或侧窗等缝隙处应进行密封，以避免乘客将垃圾等杂物塞入缝隙中，消除火灾隐患。

2.3.2 机电设备防火措施

尽量将机电设备安装在车外并放置在具有一定密封等级的金属箱体内;对必须安装在客室内的机电设备，应放置在电气柜内或乘客无法接触到的区域。电气柜和金属箱体应采用耐火材料，当火灾发生时，能够抵挡外界火焰并确保设备在一定时间内能正常工作。

图3 平均冷面温度时间曲线

为防止高压设备因机械摩擦或使用时间过长等导致局部温升过高，采用冷却或内部风机降温，且在高温点附近避免非金属材料或易燃物的存在。为防止设备中的润滑油等易燃物泄漏，盛放油品的容器要有良好的密封性并尽量减少输油管道接口，且接口处应进行防漏处理。

2.3.3 车辆电路防火设计

电线电缆的老化、选型不当或质量等原因会导致短路或接触不量，产生电火花、电弧或局部发热，引起电线电缆着火，使车辆供电设备无法正常运行等。为避免此类问题的出现，可采取的措施为:①对电线电缆进行选型计算，保证所选电线电缆能够满足设计要求的负荷;②计算出高压设备的最大短路电流，配备过流保护和灭弧装置以防止电路短路时出现电弧或电火花;③对超过500 V的电线电缆应采用金属护套保护(护套散热快)，并能够防止水或液体的渗入;④确保电线电缆的可靠性，防止出现松动、接触不良等状况，接口尽量安装在便于维护且乘客无法接触到的区域，接口处要能防止水汽或油脂类易燃物渗入。

2.4 车辆的灭火及救援措施

火灾隐患可以减少但无法消除。通过配置必要的应急系统和救援设施能确保乘务员或乘客及时发现火灾并将其扑灭，同时能引导乘客有序疏散，并保证车辆可以在一定时间内以受控方式运行至车站。应急系统包括火灾报警及灭火系统、乘客紧急通信系统和应急设备(如紧急照明、紧急通风、紧急逃生等设备)。在火灾发生时，应急系统应能够正常工作并可以跨过火灾发生的区域工作(如车辆网络系统)。

3 地铁车辆防火控制建议

3.1 完善地铁车辆防火标准

目前，在地铁车辆项目中实施的防火标准均为国外的标准，我国暂无完整的地铁车辆防火标准体系。我国需要从材料、设计、灭火、救援等几个方面建立一个“消与防”相结合的完整防火标准体系。表2为国内外部分现行的地铁车辆防烟火标准。由于国外的防火工作起步早，其列车防火标准更加系统和完善。国内地铁车辆项目的防火要求应参考或等效采用国外的防烟火标准。

表2 国内外地铁车辆防烟火标准

3.2 建立地铁车辆防火实验室

地铁车辆防火工作中的一项重要工作就是根据车辆防火标准要求对非金属材料进行试验，满足一定要求的非金属材料方可使用在车辆上。在以往的地铁车辆项目中，车辆防烟火标准以BS 6853/NF F16 101/DIN 5510为主，均按国外的材料试验或建筑试验标准进行，供应商需将材料送至国外实验室进行试验，其中存在试验花费高、试验周期长，以及试验报告的真伪、陈旧等问题。

为解决此类问题，我国在编制地铁车辆防火标准时，建议引用国内现有的建筑防火试验或材料阻燃试验标准，如 GB/T 2406—2008、GB/T 2408—2008、GB/T 8323—2008等，利用国内原有的实验室资源或建立相应完善的车辆防火实验室进行材料防烟火试验。此项工作的开展，不仅能降低试验费用，也能缩短试验周期。车辆制造商还可以与实验室合作，对非金属材料进行抽检或通过试验跟踪等方式保证试验结果的真实性和有效性。供应商在改进产品力学性能的同时也应进行防烟火试验，以满足材料防火的要求。

3.3 加强结构防火试验工作

结构试验的目的在于利用地铁车辆上的部件或车辆一角模拟火灾发生的情形进行防火试验。根据其试验结果获得火灾发生时可能出现的问题，并获得一定时间内的烟密度、表面温度变化、结构完整性破坏时间等数据。根据试验结果，估计有效的疏散时间并确定疏散方案，保证乘客在有效时间内均能够疏散至安全区域。

目前，在国外地铁车辆结构防火试验中，较广泛的试验有“整体模型阻燃试验”和“结构件完整性和隔热性试验”。

“整体模型阻燃试验”是利用客室车厢或客室车厢模型(材料及座椅等配件摆放与真实车厢一致)进行试验。如图4所示，将特制的烟头或纸团放置于座椅上或其附近，通过视频或图片的方式了解火灾发生时的现场状况，并测得闪弧的时间点、墙壁和地板的温度时间变化曲线以及客室内的烟密度。

“结构件完整性和隔热性试验”［3］的目的在于获得底架或客室内着火时结构件能够保持完整性的时间。利用与地板、司机室隔墙或司机室座椅等结构相同且使用相同材料制成的试验样件进行试验。在受火面加热，温度变化模拟火灾发生时的温升变化，得到结构件能够维持完整性的时间以及冷面的时间温度变化曲线。试验参见图2和图4。在国内地铁车辆项目中，地板进行结构件完整性和隔热性试验，一般能够达到30～45 min的完整性要求，且客室面的最高温度低于300℃，平均温度低于250℃。

图4 整体模型阻燃试验

3.4 利用社会有效资源做好火灾预警及防范工作

地铁车辆防火不仅仅是车辆制造商在车辆设计制造过程中以及运营商在运营过程中的工作，也需要消防、设计院、实验室等社会团体的配合。消防部门对建筑火灾及消防有对应的审核及评估标准。地铁车辆也可被视为微缩的建筑物，通过与消防部门建立合作关系，定时与消防部门专业人士进行交流，能够获得合理的防火设计意见。车辆制造商可通过与设计院、实验室合作，研究地铁火灾的成因，模拟地铁火灾烟雾浓度等，并结合车辆、隧道、站台的设计，综合评估地铁车辆防火的安全性。

在地铁车辆的运营中存在许多不确定因素，很多因素都会导致火灾事故的发生。为此，应建立火灾安全隐患分析制度，以起到较好的火灾预警作用。对于火灾风险较大的区域及部件，应通过制度化的风险分析以及实时监测或检查能够及时消除火灾隐患。还可借助于消防部门的配合，通过定期的消防培训或演习，提高乘务人员的消防意识和事故处理能力，当火灾发生时，使乘务人员能够做到不慌不乱，有条不紊地安排灭火以及疏散工作，保证乘客的安全。

3.5 建立防火工程师资格认证体系

在地铁车辆项目合同中，均要求有一名防火专家对车辆的火灾控制进行管理，但目前在轨道交通行业尚无防火工程师的资格认证。在建筑行业中，只有经过特定专业培训并获得消防工程师资格认证的人员方可从事建筑防火工作。因此，建议结合建筑消防认证的内容并与轨道交通行业实际相结合，建立完善的防火工程师认证体系，使从事该项工作的人员能够得到系统的理论学习。

4 结语

“火患猛于虎，防范于未然”。只有认真做好防范措施，不忽视任何小隐患，才不会导致大事故。在我国轨道交通行业快速发展的时期，应高度重视完善的地铁车辆防火规范体系的建立。根据目前的国外防火标准，一套完善的地铁车辆防火规范应包含以下要求:①列车材料防烟火要求以及测试标准;②车体的结构防火设计;③机电设备的防火设计;④电回路以及电线电缆的防火设计;⑤车辆结构耐火试验;⑥车辆火灾报警系统和灭火装置;⑦紧急疏散时的注意事项以及需配备的应急设备的要求。

［1］ 孙爽.从韩国大邱市地铁火灾谈地铁的防火安全消防［J］.科学与技术，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］ 孙末囡.欧洲轨道车辆材料防火标准及其启示［J］.城市轨道交通研究，2010(4):79.