京張高鐵八達嶺長城站防災疏散救援強化設計

孫 嶸

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京 100055)

1 研究背景

京張高鐵八達嶺隧道全長12 010 m,為單洞雙線隧道；八達嶺長城站為三層三縱的地下暗挖高鐵車站,地下建筑面積達3.6萬m2,軌面埋深102 m,旅客提升高度62 m,是目前國內埋深及提升高度最大的高速鐵路地下站。

針對八達嶺長城站的特點,土建工程設置有救援廊道、緊急出口、消防水池、消火栓等基礎設施[1]。八達嶺長城站還設置了專門用于救援的立體環形廊道。環形救援廊道連接左右線站臺和進站通道,共有5個連接口,提供了緊急情況下快速無死角救援的條件。環形救援廊道如圖1所示。

圖1 環形救援廊道

機電工程設置有應急通風[2]、車站通風空調、火災報警(FAS)、機電設備監控(BAS)[3]、隧道防災救援監控、隧道報警電話、智能客站旅客服務與生產管控平臺(智能客站大腦)、客站設備智能監控與能源管理等系統[4]。

2 必要性分析

地下八達嶺長城站車站級各類監控、管理子系統眾多,存在信息不集中、數據交互性差的問題,主要表現如下。

(1)各信息子系統眾多,各司其職、相對獨立,信息交互共享性差,存在“信息孤島”。

(2)在防災監測方面,沒有集成和互聯所有的防災及預警信息。對防災人員來說,防災監測信息沒有統一的匯聚點和一體化界面展示。

(3)在車站沒有建立細化到防災分區、分塊的排煙、煙氣控制、人員疏散的防災預案[5]。

(4)在防災聯動控制方面,防災預案一般是文字和流程化管理制度,防災預案范圍較小,沒有做到全程信息化、流程化。

(5)在防災仿真培訓演練方面,沒有采用信息化的手段在災害尚未發生前就做到各類災害事件疏散和救援的仿真、推演。

鑒于地下八達嶺長城站復雜的建筑結構,建立一個一體化防災綜合監控平臺系統,實現與已有的各個防災相關系統進行數據對接；研究深埋高鐵地下站防災救援聯動控制預案,防災仿真培訓、應急事件演練是十分必要的。

3 設計方案

3.1 設計思路

八達嶺隧道及地下車站防災救援疏散土建工程已很完善,完全能滿足應急情況的需要；機電設備系統設置基本完備。因用于防災救援的各系統獨立設計,信息共享和協同控制能力差,強化設計旨在為提升八達嶺隧道及地下車站的防災疏散救援能力和效率,對現有防災救援設施進行補強,通過新設防災綜合監控平臺系統有效地進行運營安全監控,信息聯動,制定信息化的防災聯動預案,全面提高防災救援疏散智能化水平。具體內容如下。

(1)消防控制室功能強化設計

在消防控制室原設計基礎上,設置一套“基于三維可視化的防災綜合監控及仿真演練平臺”(簡稱：防災綜合監控平臺)。把各類防災信息進行了綜合、集中、三維可視化展示[6],實現車站消防控制室的日常智能化綜合監控功能；提升車站消防控制室災害救援、疏散與聯動控制響應的效率,可有效應對復雜結構的地下車站防災問題[7]。

(2)環形救援廊道增強設計

環型廊道內補充設置廣播系統、視頻監控系統、誘導標識系統，以提升防災救援疏散時的系統能力；無線信號引入納入公網覆蓋工程統籌解決。

(3)北京局應急指揮中心系統擴容

北京局既有應急指揮中心系統已經實現了局內各專業應急信息融合顯示功能,可以保證各級領導在不影響正常行車指揮前提下,了解現場情況、科學處理突發事件。防災綜合監控平臺監測及視頻數據復示至北京局應急指揮中心系統,實現本系統與應急指揮中心功能的融合。

(4)防災救援聯動控制預案設計

建立八達嶺長城站救援聯動控制預案,能夠在災害發生時科學指導防災、減災、疏散處置；實現站內防災救援預案推演、疏散救援協調控制,提供站外救援車輛及人員指揮調度信息服務,并將科學的聯動控制預案植入防災綜合監控平臺系統[8]。

(5)三維可視化防災仿真培訓、演練示范

防災綜合監控平臺提供車站三維可視化防災仿真培訓、演練示范功能,可有針對性地進行防災仿真培訓、應急事件演練,把復雜地下結構圖形化、三維化,利用VR等技術,進行可視化的3D仿真培訓演練,為了充分利用既有資源,該功能同時部署在車站消防控制室和北京局應急指揮中心[9]。

3.2 設計原則

強化設計遵循如下原則。

(1)集成、互聯的原則

設在車站消防控制室的防災綜合監控平臺為解決各防災系統眾多、分散、防災信息不集中的問題,原有的各系統各自實現自身功能,防災綜合監控平臺系統不取代原有系統。

(2)獨立運行、融合統一的原則

設在車站消防控制室的防災綜合監控平臺系統獨立運行,不干涉既有防災救援疏散各系統工作；防災綜合監控平臺系統作為北京局應急指揮系統的一個獨立接入對象,與應急指揮系統有機結合。

(3)既有防災管理模式不變的原則

將防災救援聯動控制預案植入綜合監控平臺,使平臺具備防災聯動協調控制能力,實現科學高效的防災聯動應急機制。

(4)資源共享原則

充分利用已有的應急資源,將演練、培訓功能同時部署在北京局應急指揮中心,共用大屏、培訓席位等資源。

3.3 防災綜合監控平臺

3.3.1 系統集成、互聯方案

(1)集成與互聯模式

防災綜合監控平臺系統對各相關既有系統的接入可分為集成、互聯、界面集成三種方式：

集成[10]：將某系統的全部或部分設備、或功能納入到綜合監控平臺系統中。

互聯[10]：與某系統通過數據接口、或硬線接口連接,獲取數據或測控信號,綜合監控平臺系統并不包含互聯系統自身的設備及功能。

界面集成：將某系統的人機界面功能納入綜合監控平臺系統中,界面集成不含被集成系統的現場級設備,后臺設備,僅包含被集成系統的部分人機界面功能。

借鑒目前國內軌道交通綜合監控系統設計經驗,可對監控機理相似的系統采用深度集成方式進行設計,即環境與設備監控系統(BAS)可以集成到統一的監控平臺上,作為綜合監控系統的一部分；同時保留BAS單獨子系統設備作為應急備用。

(2)集成與互聯對象

防災綜合監控平臺與既有各系統集成與互聯關系分為2個部分,分別為：

①與車站級控制系統[11]

與車站級控制系統集成與互聯關系如表1所示。

表1 與車站級控制系統集成互聯關系

②與調度所既有系統

與調度所既有系統集成與互聯關系如表2所示。

表2 與調度所既有系統集成互聯關系

3.3.2 與各系統集成與互聯方式

(1)與車站既有系統的集成與互聯方式

采用網絡互聯方式。將各系統作為一個完全獨立的系統考慮,各系統設有專用的服務器、工作站和組網設備,通過局域網聯網技術,與防災綜合監控平臺系統互聯,以實現跨系統間的集成。

(2)與調度所既有系統的互聯方式

防災綜合監控平臺采集調度所既有互聯系統的防災類報警數據、監測數據,其互聯方式為：配置通訊采集服務器,設置專門網絡通道和安全防火墻,既有子系統能夠向采集服務器報送數據,八達嶺長城站防災綜合監控后臺服務器從采集服務器讀取數據,設置“一進一出”機制,防災綜合監控平臺與既有系統之間不能訪問,充分保障安全性。八達嶺長城站防災綜合監控后臺服務器得到數據后向車站系統轉發數據。

3.3.3 與既有系統的數據接口方式

防災綜合監控平臺系統與車站、調度所各相關子系統的接口采用以原有系統的接口標準為原則,設置交互通訊采集服務器,優先采用與各系統服務器/軟件系統進行對接。數據的接口、通訊協議以原有系統廠家為準[12],接口可以采用數據庫、網絡通訊、WebService等多種方式,各系統廠家需要提供綜合監控平臺系統所需要的各類數據。

3.3.4 防災綜合監控平臺新增子系統

防災綜合監控平臺新增4個子系統及相關硬件,并集成全部功能,具體如表3所示。

表3 防災綜合監控平臺新增子系統

3.3.5 系統構成

為八達嶺長城站消防控制室新設防災綜合監控平臺,系統后臺服務器等設備安裝在防災綜合監控機房,前端顯示級工作站設備安裝在消防控制室內[3],系統構成如圖2所示。

(1)防災綜合監控機房設備

設置2臺通訊服務器：用于采集既有系統服務器、既有系統平臺/控制柜數據,環形廊道新增設備由通訊服務器直接與設備進行信息采集。

設置2臺數據庫服務器：用于防災綜合監控平臺系統的數據庫存儲。

設置1臺視頻管理服務器：用于車站、隧道視頻碼流標準化,轉碼/流媒體服務、視頻分發服務。

設置1臺三維圖形管理服務器：用于提供3D和GIS數據后臺服務。

設置1臺仿真培訓服務器：用于防災綜合監控仿真培訓系統的后臺數據處理與服務。

設置1臺IP廣播控制主機：用于對救援通道廣播的控制及信息發布。

設置2臺防災綜合監控工作站：用于運行防災綜合監控系統軟件,實現前述的防災綜合監控功能。設置1臺視頻工作站：用于對車站、救援廊道的視頻圖像進行實時監控。

設置1臺仿真培訓工作站：用于在車站進行防災仿真演練、培訓。

在消防控制室設置1套電視墻。

圖2 防災綜合監控平臺系統構成

(2)北京局應急指揮中心設備

在北京局應急指揮中心設置防災綜合監控復示終端工作站1臺,視頻監控終端工作站1臺,仿真培訓終端工作站1臺,并設置通訊采集服務器和視頻管理服務器各1臺,負責與站消防控制室進行數據采集和通訊,所需傳輸通道由通信數據網提供。

3.4 北京局應急指揮中心擴容

北京鐵路局應急指揮中心網絡是“基于網絡的KVM延長器系統”,目前該系統接入了各專業業務系統。將防災綜合監控平臺系統作為一個專業業務系統接入應急指揮中心,實現平臺系統與應急指揮中心的有機結合。相關擴容內容如下。

(1)系統終端

配置2臺KVM發送器互為主備機,并接至應用側接入交換機。

(2)接入交換機

配置1臺接入層交換機,通過千兆電口接入防災綜合監控平臺系統。

(3)網絡通道

防災綜合監控平臺系統復示終端連接KVM發送器,KVM發送器網絡接口通過傳輸網接入綜合視頻KVM側交換機，將平臺系統復示終端KVM信號接入北京局應急指揮中心KVM網絡,實現在調度所應急指揮中心調看。

3.5 防災聯動控制預案設計

八達嶺長城站預案按照正常運營和緊急事故兩種情況下控制的不同,主要分為正常營運預案,維修養護預案,一般事故預案和重大事預案四大類[13]。

正常運營預案包括在日常運營中的節能控制,包括白天和夜間、高峰時段和非高峰時段。

維修養護預案包括為維護正常運營的車站日常維護和維修,包括土建結構的巡檢和機電設備的維修和維護。

一般事故預案包括：列車晚點、區間堵塞、車站乘客過度擁擠、道岔故障、列車故障、沿線系統設備故障等條件下的處置[14]。

重大事故預案通常包括車站內發生的火災、地震、出軌、相撞、爆炸、恐怖襲擊、不明氣體等涉及到人員緊急疏散等突發事故的處置。

相對于正常運營來講,任何一種突發事件的發生與發展都有復雜的背景和內在聯系,因此,對各類突發事件,即：一般事故和重大事故的處理和預案編制都應考慮到各個系統、各個要素之間的內在規律、機理、群發和伴生特性，以及突發事件在時間和空間上的變化規律等方面的內在聯系。通過制定防災聯動控制預案,并植入綜合監控平臺,可以在應急狀態下實現人流智能指揮、引導,設備智能運營管控,提升防災疏散救援的能力。

3.6 防災仿真培訓演練設計

防災綜合監控平臺系統采用三維可視化仿真培訓軟件系統和3D虛擬仿真技術相結合,系統將場景真實地模擬出來,通過數據采集、數據轉換、數據接入等方式在三維場景中進行定位、呈現。并可實現互相轉換和生成。用戶可在真實的虛擬場景中查看到應急事故的發生點、事故狀況、事故等級、事故詳情等,并可一鍵獲取該事故地點周圍的最佳救援單位,實時展現當前的應急處置情況、車輛運輸情況、應急部署情況等。

在應急演練仿真系統中主要包括預案訓練模式和突發事件訓練模式兩種模式,預案訓練模式是指受訓者按照預案規定的內容,各司其職,完整地按照預案執行救援的全過程。突發事件訓練模式就是在訓練的過程中,由系統操作人員進行干預操作,比如：突然設置一次“火災”,突然增加客流量等等。突發事件訓練模式主要訓練參訓者的反應和指揮能力。

4 總語

京張高鐵八達嶺長城站防災疏散救援強化設計的主要創新點總結如下。

(1)在鐵路工程中提出災害提前預警、人流安全疏散、重大災害及時救援的地下車站防災疏散救援技術,形成防災預案,并植入軟件平臺,達到聯動控制、統一指揮、聯合救援[15]。

(2)構建了三維可視化防災綜合監控信息化平臺的演示軟件：平臺采集各個車站系統的所有防災預警、報警信息,集中展示、統一管理,對防災類機電設備的數據進行實時監控,形成一個綜合集成所有防災實時數據的大平臺。

(3)基于八達嶺長城站和隧道群可能發生的突發事件逃生、救援、多級處置模式分析[16],制定突發事件下的防災救援聯動預案,結合信息化植入防災綜合監控平臺,進行流程化的防災處置,聯動預案能夠進行組態化的配置和調整,充分保證了突發事件的流程化、信息化處置。

(4)建立了3D仿真培訓演練系統,實現對日常與突發事件的各類仿真演練功能模擬,提前做到對防災情況事前聯動預案及處置培訓、演練。