浅谈地铁车辆防火安全控制

刘小霞+黄雪飞+陈煜+汪星华+霍文彪

摘要：文章结合防火标准DIN 5510、BS 6853，从地铁车辆材料、结构及防火辅助措施三方面进行了防火安全设计说明，并重点分析了热释放速率、结构耐火试验以及应急疏散，提出了地铁车辆防火安全控制的建议。

关键词：地铁车辆；防火设计；车辆安全

中图分类号：D631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0119-03

在有效控制地铁车辆火灾发生的情况下，如何延迟火灾发展和蔓延是车辆制造商应考虑的重点。车辆防火设计都是基于着火时保护人身安全这一基本目的，包括防止车辆着火，遏止火势蔓延，降低火灾损失，并将车内主要材料燃烧释放的热量、烟毒性控制在可接受的范围之内。

1 地铁车辆防火安全设计

地铁车辆防火贯穿于车辆的研发设计、制造及运营管理的整个过程之中。地铁车辆防火设计方案如图1所示，首先从材料、结构设计两方面考虑如何防止火灾发生，其次在车辆上配置一定的防火辅助措施，一旦发生火灾，便可启动火灾报警、灭火系统、应急疏散等一系列安全预案，以减少人员伤亡及财产损失。

图1 地铁车辆防火设计方案

1.1 地铁车辆材料防火

地铁车辆材料防火主要指：在车辆设计时，考虑到一旦所选用的材料着火，应能控制材料的燃烧及其蔓延，以便对乘客造成的伤害和损失达到最小，主要从可燃性、烟雾性、烟毒性、火焰蔓延速度以及热释放速率等方面进行考虑。

根据德国标准DIN 5510-2规定，车辆材料测试方法及标准要求见表1。

标准DIN 5510未涉及材料热释放速率，但其大小直接影响火灾温度分布以及烟气流动，温度、烟毒性对人体健康都将构成严重威胁，因此对于具有相同防火等级的非金属材料，建议优先选择热释放速率较低的材料，以降低整车热释放速率。

目前已有多种热释放速率的计算方法，本文建议根据可燃物的火焰蔓延速度以及燃烧特性参数来进行计算，其公式如式（1）所示：

（1）

式中：

—第i种可燃物的单位面积质量损失速率，kg/m2s

Hi—第i种可燃物的燃烧热值，kJ/kg

—第i种可燃物的燃烧效率，%

A—第i种可燃物的燃烧表面积，m2

1.2 地铁车辆结构防火

在进行车辆结构防火设计时，需要考虑到以下四点：（1）增加人为纵火的难度；（2）防止由于技术故障或由于热量没有散出而引起的火灾；（3）电气设备、装运可燃气体或液体设备设置要求；（4）防火隔离区设置要求。

对于车辆结构防火设计，在DIN 5510-4标准中均有详细说明，本文不再赘述，关于车辆结构耐火试验，在DIN 5510中并未提出相关要求。根据BS 6853标准规定，车辆结构耐火试验相关要求见表2。

在国内地铁车辆项目中，一般借鉴BS 476-20/22等建筑中的耐火试验标准，根据规定的火灾试验程序，对地板、隔墙等结构进行试验，从而评估结构在火灾中的完整性和隔热性，并根据此试验评估，得出有效救援时间，确定合理疏散方案。

1.3 地铁车辆防火辅助措施

前两点主要侧重如何防止火灾发生，然而火灾隐患虽可减少却无法消除，因此本节主要侧重车辆防火辅助措施，一旦火灾发生，能够通过配置必要的应急设备和救援设施来确保人员及时发现火灾并能将其及时扑灭，同时能够引导乘客进行有顺序的疏散，并保证车辆在一定时间内能以受控方式运行到安全区域。车辆防火辅助措施，主要包括紧急维持功能、紧急制动功能、信息系统、火灾探测预警、消防设备以及应急疏散的安全要求，以达到防火与安全的目的。

在DIN 5510-6标准中，针对紧急维持、紧急制动、信息系统、火灾探测、消防等均有详细的防火要求，然而并未涉及应急疏散的相关要求。

应急疏散与火灾发展是同时沿着一条时间线并且不可逆转的进行，如图2所示：

图2 人员疏散与火灾发展时间线示意图

图3 列车疏散设计步骤

由图2可知，保证列车内人员安全疏散关键是列车到达危险状态的时间必须大于人员全部疏散完成所需时间，这样才能保证有足够的时间使人员疏散到安全区域，最大可能地减少人员伤亡，因此本文提出如图3所示的列车疏散设计方法。

1.3.1 列车达到危险状态时间。车厢内烟气的高度、温度、能见度、有害气体浓度是影响人员疏散与救援行动的主要障碍，在疏散过程中，本文采用的临界危险条件如下：在1.7m高度处温度不超过60℃，时间表示为T1；在1.7m高度处能见度不低于5m，时间表示为T2；在1.7m高度处CO浓度不超过0.25%，时间表示为T3。

当火灾发展到超过上述任一条件时，则认为人员所处的环境是危险的，因此列车达到危险状态的时间由确定。

1.3.2 人员疏散完成时间。人员疏散完成时间=探测报警时间+准备疏散时间+疏散行动时间，根据人员疏散时间相关理论及统计结果，本文取探测到火灾发生，人员听到报警并准备疏散的时间为60s。疏散行动时间按计算。

式中：

L—距出口端最远乘客的距离

V—人群步行速度，取0.18m/s

P—疏散人数

N—通过门的疏散人流数，取0.55人/m·s

B—门的宽度

此疏散方法确保了人员能在列车达到危险状态之前逃离列车，但地铁车辆大多数运行在隧道中，疏散到车外只是到达相对安全地点，并不是绝对安全地点，因此还需结合地铁内部结构及设施，按照同样的方法分析是否有足够的时间逃出隧道，到达绝对安全地点。

2 地铁车辆防火安全控制建议

2.1 完善地铁车辆防火标准体系

目前，地铁项目防火均采用国外防火标准，我国还没有完善的防火标准体系。虽然TB/T 3138、TB/T 3237都是新发布的防火标准，但只是针对内装非金属材料及电缆等阻燃性要求，因此需要深入开展防火技术研究，以DIN 5510系列标准为主线，结合现有标准实际情况及未来防火安全技术发展需要，并同时借鉴EN 45545等标准中适宜防火要求，形成适应国内地铁发展的防火与安全标准体系。

2.2 地铁车辆火灾危险分析与评估

随着新型复合材料及产品不断涌现，地铁车辆整体防火要求越来越高，因此车辆防火设计不仅要满足防火标准规定的防火设计要求，还需要对着火车辆进行危险分析与评估，对危险源进行有效控制，预防重大火灾发生，确保人员生命财产安全。

2.3 建立防火工程师资格认证体系

地铁车辆防火工作需要具备防火经验的专业人士才能胜任，然而我国并没有车辆防火工程师的资格认证体系，因此，我们需要参照建筑消防认证体系，建立适应轨道车辆的防火工程师认证体系，使得防火工作人员能够系统地学习防火理论知识，更好从事车辆防火安全设计工作。

3 结语

地铁车辆防火安全工作是安全行车的重要组成部分，本文比较系统地给出了车辆防火安全控制与建议，为列车安全运行提供了技术保障。

参考文献

[1] 李晶才.现代地铁车辆的整车防火性能要求[J].中国

城市轨道交通，2004.

[2] 常树民.城市轨道防火与安全撤离[J].装备机械，

2009.

[3] 孙忠选.城轨车辆非金属材料的防火控制[J].铁道车

辆，2012.

[4] 铁道机车车辆的预防性防火（第2部分）：材料和结

构部件的防火性能和燃烧并发现象分类、要求及测试

方法（DIN 5510-2：2009）[S].

[5] 旅客列车设计和结构方面防火实施规程（BS6853：

1999）[S].

作者简介：刘小霞（1986—），女，河北唐山人，唐山轨道客车有限责任公司产品技术研究中心工程师，工学硕士，研究方向：城市轨道车辆系统集成及防火设计。endprint

摘要：文章结合防火标准DIN 5510、BS 6853，从地铁车辆材料、结构及防火辅助措施三方面进行了防火安全设计说明，并重点分析了热释放速率、结构耐火试验以及应急疏散，提出了地铁车辆防火安全控制的建议。

关键词：地铁车辆；防火设计；车辆安全

中图分类号：D631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0119-03

在有效控制地铁车辆火灾发生的情况下，如何延迟火灾发展和蔓延是车辆制造商应考虑的重点。车辆防火设计都是基于着火时保护人身安全这一基本目的，包括防止车辆着火，遏止火势蔓延，降低火灾损失，并将车内主要材料燃烧释放的热量、烟毒性控制在可接受的范围之内。

1 地铁车辆防火安全设计

地铁车辆防火贯穿于车辆的研发设计、制造及运营管理的整个过程之中。地铁车辆防火设计方案如图1所示，首先从材料、结构设计两方面考虑如何防止火灾发生，其次在车辆上配置一定的防火辅助措施，一旦发生火灾，便可启动火灾报警、灭火系统、应急疏散等一系列安全预案，以减少人员伤亡及财产损失。

图1 地铁车辆防火设计方案

1.1 地铁车辆材料防火

地铁车辆材料防火主要指：在车辆设计时，考虑到一旦所选用的材料着火，应能控制材料的燃烧及其蔓延，以便对乘客造成的伤害和损失达到最小，主要从可燃性、烟雾性、烟毒性、火焰蔓延速度以及热释放速率等方面进行考虑。

根据德国标准DIN 5510-2规定，车辆材料测试方法及标准要求见表1。

标准DIN 5510未涉及材料热释放速率，但其大小直接影响火灾温度分布以及烟气流动，温度、烟毒性对人体健康都将构成严重威胁，因此对于具有相同防火等级的非金属材料，建议优先选择热释放速率较低的材料，以降低整车热释放速率。

目前已有多种热释放速率的计算方法，本文建议根据可燃物的火焰蔓延速度以及燃烧特性参数来进行计算，其公式如式（1）所示：

（1）

式中：

—第i种可燃物的单位面积质量损失速率，kg/m2s

Hi—第i种可燃物的燃烧热值，kJ/kg

—第i种可燃物的燃烧效率，%

A—第i种可燃物的燃烧表面积，m2

1.2 地铁车辆结构防火

在进行车辆结构防火设计时，需要考虑到以下四点：（1）增加人为纵火的难度；（2）防止由于技术故障或由于热量没有散出而引起的火灾；（3）电气设备、装运可燃气体或液体设备设置要求；（4）防火隔离区设置要求。

对于车辆结构防火设计，在DIN 5510-4标准中均有详细说明，本文不再赘述，关于车辆结构耐火试验，在DIN 5510中并未提出相关要求。根据BS 6853标准规定，车辆结构耐火试验相关要求见表2。

在国内地铁车辆项目中，一般借鉴BS 476-20/22等建筑中的耐火试验标准，根据规定的火灾试验程序，对地板、隔墙等结构进行试验，从而评估结构在火灾中的完整性和隔热性，并根据此试验评估，得出有效救援时间，确定合理疏散方案。

1.3 地铁车辆防火辅助措施

前两点主要侧重如何防止火灾发生，然而火灾隐患虽可减少却无法消除，因此本节主要侧重车辆防火辅助措施，一旦火灾发生，能够通过配置必要的应急设备和救援设施来确保人员及时发现火灾并能将其及时扑灭，同时能够引导乘客进行有顺序的疏散，并保证车辆在一定时间内能以受控方式运行到安全区域。车辆防火辅助措施，主要包括紧急维持功能、紧急制动功能、信息系统、火灾探测预警、消防设备以及应急疏散的安全要求，以达到防火与安全的目的。

在DIN 5510-6标准中，针对紧急维持、紧急制动、信息系统、火灾探测、消防等均有详细的防火要求，然而并未涉及应急疏散的相关要求。

应急疏散与火灾发展是同时沿着一条时间线并且不可逆转的进行，如图2所示：

图2 人员疏散与火灾发展时间线示意图

图3 列车疏散设计步骤

由图2可知，保证列车内人员安全疏散关键是列车到达危险状态的时间必须大于人员全部疏散完成所需时间，这样才能保证有足够的时间使人员疏散到安全区域，最大可能地减少人员伤亡，因此本文提出如图3所示的列车疏散设计方法。

1.3.1 列车达到危险状态时间。车厢内烟气的高度、温度、能见度、有害气体浓度是影响人员疏散与救援行动的主要障碍，在疏散过程中，本文采用的临界危险条件如下：在1.7m高度处温度不超过60℃，时间表示为T1；在1.7m高度处能见度不低于5m，时间表示为T2；在1.7m高度处CO浓度不超过0.25%，时间表示为T3。

当火灾发展到超过上述任一条件时，则认为人员所处的环境是危险的，因此列车达到危险状态的时间由确定。

1.3.2 人员疏散完成时间。人员疏散完成时间=探测报警时间+准备疏散时间+疏散行动时间，根据人员疏散时间相关理论及统计结果，本文取探测到火灾发生，人员听到报警并准备疏散的时间为60s。疏散行动时间按计算。

式中：

L—距出口端最远乘客的距离

V—人群步行速度，取0.18m/s

P—疏散人数

N—通过门的疏散人流数，取0.55人/m·s

B—门的宽度

此疏散方法确保了人员能在列车达到危险状态之前逃离列车，但地铁车辆大多数运行在隧道中，疏散到车外只是到达相对安全地点，并不是绝对安全地点，因此还需结合地铁内部结构及设施，按照同样的方法分析是否有足够的时间逃出隧道，到达绝对安全地点。

2 地铁车辆防火安全控制建议

2.1 完善地铁车辆防火标准体系

目前，地铁项目防火均采用国外防火标准，我国还没有完善的防火标准体系。虽然TB/T 3138、TB/T 3237都是新发布的防火标准，但只是针对内装非金属材料及电缆等阻燃性要求，因此需要深入开展防火技术研究，以DIN 5510系列标准为主线，结合现有标准实际情况及未来防火安全技术发展需要，并同时借鉴EN 45545等标准中适宜防火要求，形成适应国内地铁发展的防火与安全标准体系。

2.2 地铁车辆火灾危险分析与评估

随着新型复合材料及产品不断涌现，地铁车辆整体防火要求越来越高，因此车辆防火设计不仅要满足防火标准规定的防火设计要求，还需要对着火车辆进行危险分析与评估，对危险源进行有效控制，预防重大火灾发生，确保人员生命财产安全。

2.3 建立防火工程师资格认证体系

地铁车辆防火工作需要具备防火经验的专业人士才能胜任，然而我国并没有车辆防火工程师的资格认证体系，因此，我们需要参照建筑消防认证体系，建立适应轨道车辆的防火工程师认证体系，使得防火工作人员能够系统地学习防火理论知识，更好从事车辆防火安全设计工作。

3 结语

地铁车辆防火安全工作是安全行车的重要组成部分，本文比较系统地给出了车辆防火安全控制与建议，为列车安全运行提供了技术保障。

参考文献

[1] 李晶才.现代地铁车辆的整车防火性能要求[J].中国

城市轨道交通，2004.

[2] 常树民.城市轨道防火与安全撤离[J].装备机械，

2009.

[3] 孙忠选.城轨车辆非金属材料的防火控制[J].铁道车

辆，2012.

[4] 铁道机车车辆的预防性防火（第2部分）：材料和结

构部件的防火性能和燃烧并发现象分类、要求及测试

方法（DIN 5510-2：2009）[S].

[5] 旅客列车设计和结构方面防火实施规程（BS6853：

1999）[S].

作者简介：刘小霞（1986—），女，河北唐山人，唐山轨道客车有限责任公司产品技术研究中心工程师，工学硕士，研究方向：城市轨道车辆系统集成及防火设计。endprint

摘要：文章结合防火标准DIN 5510、BS 6853，从地铁车辆材料、结构及防火辅助措施三方面进行了防火安全设计说明，并重点分析了热释放速率、结构耐火试验以及应急疏散，提出了地铁车辆防火安全控制的建议。

关键词：地铁车辆；防火设计；车辆安全

中图分类号：D631 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0119-03

在有效控制地铁车辆火灾发生的情况下，如何延迟火灾发展和蔓延是车辆制造商应考虑的重点。车辆防火设计都是基于着火时保护人身安全这一基本目的，包括防止车辆着火，遏止火势蔓延，降低火灾损失，并将车内主要材料燃烧释放的热量、烟毒性控制在可接受的范围之内。

1 地铁车辆防火安全设计

地铁车辆防火贯穿于车辆的研发设计、制造及运营管理的整个过程之中。地铁车辆防火设计方案如图1所示，首先从材料、结构设计两方面考虑如何防止火灾发生，其次在车辆上配置一定的防火辅助措施，一旦发生火灾，便可启动火灾报警、灭火系统、应急疏散等一系列安全预案，以减少人员伤亡及财产损失。

图1 地铁车辆防火设计方案

1.1 地铁车辆材料防火

地铁车辆材料防火主要指：在车辆设计时，考虑到一旦所选用的材料着火，应能控制材料的燃烧及其蔓延，以便对乘客造成的伤害和损失达到最小，主要从可燃性、烟雾性、烟毒性、火焰蔓延速度以及热释放速率等方面进行考虑。

根据德国标准DIN 5510-2规定，车辆材料测试方法及标准要求见表1。

标准DIN 5510未涉及材料热释放速率，但其大小直接影响火灾温度分布以及烟气流动，温度、烟毒性对人体健康都将构成严重威胁，因此对于具有相同防火等级的非金属材料，建议优先选择热释放速率较低的材料，以降低整车热释放速率。

目前已有多种热释放速率的计算方法，本文建议根据可燃物的火焰蔓延速度以及燃烧特性参数来进行计算，其公式如式（1）所示：

（1）

式中：

—第i种可燃物的单位面积质量损失速率，kg/m2s

Hi—第i种可燃物的燃烧热值，kJ/kg

—第i种可燃物的燃烧效率，%

A—第i种可燃物的燃烧表面积，m2

1.2 地铁车辆结构防火

在进行车辆结构防火设计时，需要考虑到以下四点：（1）增加人为纵火的难度；（2）防止由于技术故障或由于热量没有散出而引起的火灾；（3）电气设备、装运可燃气体或液体设备设置要求；（4）防火隔离区设置要求。

对于车辆结构防火设计，在DIN 5510-4标准中均有详细说明，本文不再赘述，关于车辆结构耐火试验，在DIN 5510中并未提出相关要求。根据BS 6853标准规定，车辆结构耐火试验相关要求见表2。

在国内地铁车辆项目中，一般借鉴BS 476-20/22等建筑中的耐火试验标准，根据规定的火灾试验程序，对地板、隔墙等结构进行试验，从而评估结构在火灾中的完整性和隔热性，并根据此试验评估，得出有效救援时间，确定合理疏散方案。

1.3 地铁车辆防火辅助措施

前两点主要侧重如何防止火灾发生，然而火灾隐患虽可减少却无法消除，因此本节主要侧重车辆防火辅助措施，一旦火灾发生，能够通过配置必要的应急设备和救援设施来确保人员及时发现火灾并能将其及时扑灭，同时能够引导乘客进行有顺序的疏散，并保证车辆在一定时间内能以受控方式运行到安全区域。车辆防火辅助措施，主要包括紧急维持功能、紧急制动功能、信息系统、火灾探测预警、消防设备以及应急疏散的安全要求，以达到防火与安全的目的。

在DIN 5510-6标准中，针对紧急维持、紧急制动、信息系统、火灾探测、消防等均有详细的防火要求，然而并未涉及应急疏散的相关要求。

应急疏散与火灾发展是同时沿着一条时间线并且不可逆转的进行，如图2所示：

图2 人员疏散与火灾发展时间线示意图

图3 列车疏散设计步骤

由图2可知，保证列车内人员安全疏散关键是列车到达危险状态的时间必须大于人员全部疏散完成所需时间，这样才能保证有足够的时间使人员疏散到安全区域，最大可能地减少人员伤亡，因此本文提出如图3所示的列车疏散设计方法。

1.3.1 列车达到危险状态时间。车厢内烟气的高度、温度、能见度、有害气体浓度是影响人员疏散与救援行动的主要障碍，在疏散过程中，本文采用的临界危险条件如下：在1.7m高度处温度不超过60℃，时间表示为T1；在1.7m高度处能见度不低于5m，时间表示为T2；在1.7m高度处CO浓度不超过0.25%，时间表示为T3。

当火灾发展到超过上述任一条件时，则认为人员所处的环境是危险的，因此列车达到危险状态的时间由确定。

1.3.2 人员疏散完成时间。人员疏散完成时间=探测报警时间+准备疏散时间+疏散行动时间，根据人员疏散时间相关理论及统计结果，本文取探测到火灾发生，人员听到报警并准备疏散的时间为60s。疏散行动时间按计算。

式中：

L—距出口端最远乘客的距离

V—人群步行速度，取0.18m/s

P—疏散人数

N—通过门的疏散人流数，取0.55人/m·s

B—门的宽度

此疏散方法确保了人员能在列车达到危险状态之前逃离列车，但地铁车辆大多数运行在隧道中，疏散到车外只是到达相对安全地点，并不是绝对安全地点，因此还需结合地铁内部结构及设施，按照同样的方法分析是否有足够的时间逃出隧道，到达绝对安全地点。

2 地铁车辆防火安全控制建议

2.1 完善地铁车辆防火标准体系

目前，地铁项目防火均采用国外防火标准，我国还没有完善的防火标准体系。虽然TB/T 3138、TB/T 3237都是新发布的防火标准，但只是针对内装非金属材料及电缆等阻燃性要求，因此需要深入开展防火技术研究，以DIN 5510系列标准为主线，结合现有标准实际情况及未来防火安全技术发展需要，并同时借鉴EN 45545等标准中适宜防火要求，形成适应国内地铁发展的防火与安全标准体系。

2.2 地铁车辆火灾危险分析与评估

随着新型复合材料及产品不断涌现，地铁车辆整体防火要求越来越高，因此车辆防火设计不仅要满足防火标准规定的防火设计要求，还需要对着火车辆进行危险分析与评估，对危险源进行有效控制，预防重大火灾发生，确保人员生命财产安全。

2.3 建立防火工程师资格认证体系

地铁车辆防火工作需要具备防火经验的专业人士才能胜任，然而我国并没有车辆防火工程师的资格认证体系，因此，我们需要参照建筑消防认证体系，建立适应轨道车辆的防火工程师认证体系，使得防火工作人员能够系统地学习防火理论知识，更好从事车辆防火安全设计工作。

3 结语

地铁车辆防火安全工作是安全行车的重要组成部分，本文比较系统地给出了车辆防火安全控制与建议，为列车安全运行提供了技术保障。

参考文献

[1] 李晶才.现代地铁车辆的整车防火性能要求[J].中国

城市轨道交通，2004.

[2] 常树民.城市轨道防火与安全撤离[J].装备机械，

2009.

[3] 孙忠选.城轨车辆非金属材料的防火控制[J].铁道车

辆，2012.

[4] 铁道机车车辆的预防性防火（第2部分）：材料和结

构部件的防火性能和燃烧并发现象分类、要求及测试

方法（DIN 5510-2：2009）[S].

[5] 旅客列车设计和结构方面防火实施规程（BS6853：

1999）[S].

作者简介：刘小霞（1986—），女，河北唐山人，唐山轨道客车有限责任公司产品技术研究中心工程师，工学硕士，研究方向：城市轨道车辆系统集成及防火设计。endprint