疏散模式下接觸軌系統控制方案研究

丁大鵬

(中鐵第一勘察設計院集團有限公司，西安 710043)

1 概述

地鐵空間較為封閉，進出方式單一，站內人員密集，一旦發生嚴重事故，后果不堪設想。地鐵事故多分為車站或區間火災、列車火災、列車相撞、恐怖襲擊等。在軌道交通系統發生的災害中，火災占的比例最高，并且大多是列車火災。近30年來，僅在歐洲和北美就發生的重大地鐵、輕軌火災50多起，最近的有:2003年2月18日韓國大邱地鐵縱火案，126人死亡，318人失蹤;2003年1月英國倫敦地鐵列車撞擊月臺引發大火，造成32人受傷［1］。因此，事故狀態下乘客疏散尤為重要，好的疏散設計方案可以最大可能地減少人員傷亡，將國家財產損失減至最低。

接觸軌由于其具有景觀效果好、供電可靠性高、對土建工程影響小及維護工作量少等優點，在國內諸多城市的地鐵項目中被采用，如北京地鐵、廣州地鐵、深圳地鐵等。但由于安裝位置較低，會對進入軌行區的工作人員和乘客人身安全造成極大的威脅。因此，地鐵疏散和救援活動中必須考慮對于接觸軌系統的應急處置。

2 地鐵火災事故特征

地鐵火災一般有以下幾個方面的特性［2］。

(1)煙氣流動速度快。由于地鐵封閉空間，因此造成比地面建筑更大的潛在危險。煙熱最集中的地方恰恰是狹長的通道、出入口等處，這些極不利于撲救和疏散工作的進行。

(2)能見度低。地鐵發生火災時，一旦電源切斷，地下空間一片昏黑，即使采用了事故照明燈，但由于濃煙遮光，能見度仍然很低，人們不易辨識方向和路線，影響疏散和滅火速度。

(3)隧道狹小，擁擠踏傷情況嚴重。由于地鐵區間隧道走行軌間有效的疏散寬度較窄，因此一旦發生事故，驚慌失措的逃難者亂沖亂撞，這樣必然會造成跌倒踏傷事故。

(4)障礙物多，疏散速度慢。隧道兩側墻上密布電纜托架、信號機、消防箱等多種設備，地面上有行走軌、排水溝、消防供水管等設備，再加上乘客對地形不熟悉等，必然造成疏散速度緩慢。

(5)易造成人員傷亡。地鐵火災產生的濃煙和高溫是造成人員傷亡的主要原因。火災時，隨著CO等有毒氣體的升高，人們受到的威脅逐漸加大。

(6)指揮決策實施慢。地鐵建筑屬地下工程，線長面廣，指揮員一時難以確定起火點和遇難人員集中點，再加上地下通訊聯絡不便，給現場指揮組織滅火和撲救增加了極大的困難。

3 疏散救援狀態下對接觸軌牽引供電系統的要求

BS EN 50122—1:1998規定直流牽引地鐵工程中，可觸帶電體的電位長期允許值不得高于120 V，車間(庫內)或者類似場所，帶電體電位長期允許值不得高于60 V。其瞬時和暫時狀態不同時限電位允許值見表 1 和表 2［3］。

表1 瞬時狀態不同時限電位允許值

表2 暫時狀態不同時限電位允許值

接觸軌作為向列車輸送直流1 500 V(或者750 V)電能的介質，一般安裝在距離軌面不到500 mm的位置，帶電狀態下其電壓遠大于標準中規定的限值。因此疏散救援狀態下對接觸軌牽引供電系統的要求一為:切斷疏散路徑上接觸軌電源，保證軌行區內人員安全。

地鐵范圍內發生緊急事故并且需要疏散救援時，如果通過控制中心電力調度人員進行牽引供電系統的相關操作，往往由于地下通信不暢、溝通不充分及電力監控系統操作時間過長等原因，不能達到最佳效果。因此疏散救援狀態下對接觸軌牽引供電系統的要求二為:第一時間在現場進行牽引電源切換操作，保證操作的準確性和快速性。

根據以上要求，當列車在隧道內發生火災需要就地緊急疏散時，為保證乘客在第一時間快速疏散，應在車站及區間適當位置設置緊急停電按鈕，以快速切斷相關接觸軌電源。國內目前一般作法是只在車站綜控室IBP盤上設置緊急停電按鈕，這樣其緊急停電權限僅局限于綜控室管理人員。國外通常作法是在車站站臺及隧道內同時設置接觸軌緊急停電按鈕［4］。

4 接觸軌緊急停電功能的實現

4.1 相關設計標準

《地鐵設計規范》(GB 50157—2003)自實施以來，明確了地鐵工程中諸多的技術問題，為近幾年地鐵的設計工作奠定了基礎。但是在地鐵緊急疏散設計措施方面，該規范暫時還沒有與牽引供電系統相關的規定。NFPA 130是由美國國家消防協會制定頒布的關于軌道交通消防設計的規范，它涉及專業較為全面，被公認為是解決地鐵消防問題的最適宜及完善的標準［5］。該規范規定:地鐵沿線應設置藍光站。工作人員可通過藍光站電話與中心監控站聯系并切斷牽引供電系統。藍光站應顯示相關逃生信息，顯示到達出入口的路徑及位置，顯示所處位置以及距離每個出入口的距離。

沿線應在如下位置設置藍光站:

(1)車站站臺的端頭;

(2)逃生橫通道;

(3)緊急逃生點;

(4)牽引變電所;

(5)有管轄權的職能部門所要求的地下鐵路軌旁 ［6］。

藍光站配備有通信電話、接觸網帶電狀態顯示燈、ECO和引導用的藍燈，如圖1所示［7］。

圖1 藍光站外形

4.2 地下線路ECO的設置

地鐵線路一般地處城市內部，站間距較小，多為1 km左右。若采用直流1 500 V電壓等級向列車供電，由于其供電能力較強，牽引變電所通常隔站設置。如圖2所示，A、B、C是地鐵3個車站，其站間距均按照1 km考慮，A、C站分別設置牽引變電所，構成一個牽引供電分區。《地鐵設計規范》(GB 50157—2003)規定:兩條單線區間隧道之間，當隧道連貫長度大于600 m時，應設聯絡通道［8］。因此兩個區間分別在中間位置設置橫向逃生通道α和β，將全部區間分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個區段。

圖2 火災時區間疏散示意

4.2.1 列車行駛至Ⅰ區間發生火災停車，進行乘客疏散

考慮到列車發生火災的部位以及和就近逃生點的距離，會有以下3種疏散路徑。

(1)乘客向A車站疏散

列車尾部發生火情，乘客從列車頭部向A站疏散。列車司機在向地鐵控制中心報告火情的同時，應迅速切斷疏散路徑上的接觸軌電源，并密切觀察接觸軌帶電狀態，引導乘客疏散。因此有必要在區間隧道沿線設置ECO，采用合理的間隔距離設置ECO可使現場人員在較短時間內進行斷電操作，提高逃生幾率。區間隧道內，除了在逃生橫通道處設置ECO外，NPFA 130未要求在其他地點設置。因此區間隧道沿線ECO的設置建議按照NPFA 130內規定的設置逃生橫通道的間隔距離考慮，即每隔244 m上下行分別設置ECO，且距離車站最近的ECO距離車站不應大于244 m。

區間列車發生火災時，救援人員需要快速從A站進入軌行區，趕往事故現場。因此建議在車站端頭處設置ECO，以快速切斷所在區段接觸軌電源，保證前往救援人員的人身安全。NFPA 130同樣要求在車站端頭設置藍光站。

(2)乘客經α橫通道向A車站或B車站疏散

地下區間逃生橫通道的設計，是將非事故隧道視為安全區域，列車司機或者前往救援人員會根據列車起火部位的不同引導乘客向就近的車站或者逃生橫通道疏散。當車頭部位發生火災事故時，乘客需要由車尾部開始疏散，途經α橫通道進入下行隧道區間，然后沿下行區間進入A站或者B站。因此除了要在區間隧道沿線設置ECO外，還需要在每個逃生橫通道設置。

(3)乘客從車頭和車尾分別向A車站和α橫通道疏散

列車中部起火，乘客從列車兩端分別向前后兩個方向進行疏散。因此需要在車站站臺、區間隧道沿線和逃生橫通道處設置ECO。

4.2.2 列車行駛至Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ區間發生火災停車，進行乘客疏散緊急停電要求同4.2.1中所述。

4.3 高架區間ECO設置

地鐵工程中，高架區間是敞開式空間，只要人快速疏散至距火災源一定距離，煙熱對人造成傷害就很有限。然后再向車站或者開闊地面繼續撤離，直至抵達安全地帶。地鐵工程中線路敷設方式采用高架橋梁的區段一般處于非城市中心地帶，因此站間距較大，甚至有的工程高架區間長度超過6 km。若列車在區間發生火險，沿線路向兩端車站撤離，由于距離相鄰車站過遠，對疏散很不利。此外高架區間空間狹小，驚慌失措、秩序混亂的疏散人群在撤離過程中很容易發生觸電事故。因此高架區間適宜位置設置ECO，有利于事故時快速、準確的斷電操作。NPFA 130規定:高架區間最少每隔762 m設置緊急逃生點，使乘客等人員能夠通過移動式梯子從高架橋上撤離，也可使救援人員快速進入事故現場;每個緊急逃生點設置藍光站。建議高架區間ECO的設置遵循NPFA 130的規定:(1)在區間逃生點設置;(2)區間每隔762 m上下行分別設置。

4.4 ECO控制系統

緊急停電按鈕的功能是在牽引供電系統直流雙邊聯跳原理的基礎上實現的［9］。ECO操作應具有最高的優先級。觸發后，其他任何地方都無法使其合閘。只有工作人員現場將ECO復位后，分閘直流斷路器閉鎖關系才能解除，從而進行當地或遠方的合閘操作。

4.4.1 車站站臺ECO

在設置了牽引變電所的車站，ECO可通過控制電纜接入該車站牽引變電所SCADA監控盤直流斷路器聯跳回路，從而實現向相應直流快速斷路器發送分閘命令的功能，同時聯跳相鄰牽引變電所對應直流開關，最終實現整個供電分區的斷電。在沒有設置牽引變電所的車站，ECO可通過控制電纜接入就近牽引變電所SCADA監控盤直流斷路器聯跳回路。

4.4.2 區間ECO

ECO通過控制電纜接入就近牽引變電所SCADA監控盤直流斷路器聯跳回路。

5 架空接觸網ECO設置

采用架空接觸網供電的地鐵工程，由于接觸網設置于列車上部，而且接觸網支柱和導線嚴格絕緣且每根支柱都有良好的接地，不會對軌行區內人員造成電擊危險。NPFA 130規定:對于藍光站在采用架空接觸網供電系統中的設置，可采用批準的替代方法切除牽引供電。國外目前常規做法是在牽引變電所內設置ECO，便于在需要時快速切除本所牽引供電［10］。

6 結語

在接觸軌供電系統中，事故狀態下能否準確、快速的切斷接觸軌電源，對疏散救援的成功與否有著重大的意義，上述對接觸軌系統ECO的控制方式、設置地點等問題分析，希望能對相關系統設計提供借鑒，并提出如下建議。

(1)接觸軌或接觸網牽引供電系統，均在控制中心設置ECO，控制全線牽引供電系統。進一步提高牽引供電系統應急處置的靈活性，提高救援的可靠性。

(2)線路上設置的ECO考慮集成電話和接觸軌帶電顯示燈，按照NPFA 130規定的藍光站標準進行配置。

(3)建議新版《地鐵設計規范》考慮和牽引供電相關的消防緊急疏散設計措施，給設計工作者提供更好的指導。

［1］張蘇敏.地鐵火災事故的預防及應對措施［J］.上海鐵道科技，2004(6):25-26.

［2］董漢達，顧建林，等.上海地鐵一號線防火工作探討［J］.海消防，1996(4):26-28.

［3］BS EN 50122—1:1998 Railway applications-Fixed installations-Part 1:Protection provisions relating to electrical safety and earthing［S］.EU:European Committee for Electrotechnical Standardization，1998.

［4］于松偉，周菁，韓連祥，張維，王凱建.直流1500V接觸軌系統的安全防護［J］.都市快軌交通，2010(1):5-10.

［5］洪若榮.關于地鐵的安全疏散設計［J］.都市快軌交通，2007(2):18-21.

［6］NFPA 130 standard for fixed guideway transit and passenger rail system［S］.USA:National Fire Protection Association(NFPA)，2010.

［7］Siemens AG.Design Description Integration of ECO Switches in Blue Light Station System［G］，2010.

［8］北京城建設計研究總院.GB50157—2003 地鐵設計規范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［9］江安.緊急停電按鈕在軌道交通接觸軌供電中的應用［J］.都市快軌交通，2010(2):99-102.

［10］SYSTRA.Traction and Auxiliaries Power Supply［G］.Extension of MMMP，2009.