低真空管道高速磁浮系統應急疏散救援問題探究

陳敬文 晏 銳 劉成文 劉書斌 崔志強

（中鐵第五勘察設計院集團有限公司 北京 102600）

1 引言

由于空氣阻力、氣動噪聲等因素的限制，更高速度的地面交通發展受到限制，發展真空管道高速交通成為必然選擇［1］。國內外研究人員對真空管道交通技術進行了大量的研究和展望，提出了實現商業化運營需要解決的技術難題［2－4］。相關研究表明，綜合考慮氣動效應以及真空管道建設成本，管道壓力選取值可能要達0.1atm左右［5－6］。在這種接近真空的環境下，應急救援疏散成為管道高速磁浮系統商業化運營面臨的關鍵問題之一，不同于常壓環境下的軌道交通系統，管道中的低真空環境給事故條件下疏散救援帶來極大困難。本文針對這一問題，通過分析低真空環境下人體適應性，模擬乘客離開磁浮車廂進入低真空管道過程中遇到的問題，綜合分析比較救援時間、技術難度、可靠性等因素，提出不同場景下相應的應急疏散救援策略，并對高速磁浮列車車載救援逃生裝置、低真空管道救援通道及平臺設置、低真空環境維持系統提出工程化原則性設計建議。

2 低真空環境人體適應性理論

低真空磁浮列車區間運行與民航客機在萬米以上高空飛行的氣壓環境相似。人體在低氣壓環境下，會面臨減壓癥、腸胃脹氣、體液沸騰、肺損傷等生理損害［7］。因此，磁浮列車車內壓力控制應該參考民航客機的壓力調節模式，采用增壓座艙［8］，同時在列車進出站的過程中，動態調節車內壓力，為乘客提供理想的生理環境。

高速磁浮列車車廂內與管道外的壓力環境差異，給傳統的地面交通救援帶來新的思考，是否可借助某些穿戴設備從而實現人員順利地離開車廂進入低真空環境行走。載人航天領域對于克服低壓環境帶來的生理變化的研究理論可以作為參考，相關理論有助于分析乘員離開磁浮車廂進入低真空管道疏散過程中遇到的問題。由于壓力的突然失去，人體組織會出現嚴重紊亂的減壓癥。宇航員出艙過程為克服生理損傷，一方面提前適當降低艙內壓力，另一方面提高氧氣濃度，同時配合穿著笨重的航天服，這一過程往往伴隨著復雜的準備工作，耗時費力［9］。顯然載人航天領域的出艙行走技術在低真空管道中不再適用，對普通大眾而言，采用穿戴設備在低真空環境中行走是不可能實現的。

民航客機在遭遇高空機艙失壓時，處置措施是根據失壓的速率，盡可能快速降低飛機的高度，使機艙高度下降到約2 400 m，此高度下人體可不再依靠機艙內壓力調整系統。同理，高速磁浮列車遇到突發緊急狀況，需要盡快將列車駛入就近車站或者快速將管道壓力提升至滿足人體生理需求的氣壓環境（約0.76 atm），保證乘員能快速疏散。

3 應急疏散救援策略

由于低真空管道的存在，低真空高速磁浮救援面臨的首要問題是人體對氣壓變化的生理適應性問題，必須從車輛、管道附屬救援設施設備等多角度出發，確保乘員在疏散全過程中獲得適宜的氣壓環境。參考航空航天標準，理想的氣壓環境為76～100 kPa。國內中低速磁浮系統、高速磁浮系統針對常壓環境下的應急救援已經形成一些比較好的經驗［10－13］。結合目前國內常導高速磁浮的研究現狀及未來低真空管道磁浮的工程化發展方向，針對不同場景提出相應的應急疏散救援策略，并對高速磁浮列車車載救援逃生裝置、低真空管道救援通道及平臺設置、低真空環境維持系統提出工程化原則性設計建議。

3.1 基于不破壞管道低真空環境的應急救援

由于列車故障發生的隨機性和突發性，對于某些故障工況，例如列車機械設備故障，無法自主繼續運行，但仍可借助外部動力至車站。由于高速磁浮站間距大、橋隧比高，此時通過管道內的疏散平臺或疏散通道等設施進行乘員疏散，并不是最優選擇，最好的方式是讓乘客在車內實現救援。基于不破壞管道低真空環境的救援策略具有重要的現實意義，可以避免管道復壓和抽氣過程，有效降低對后續正常運營的干擾，以最小的代價實現故障救援。本文針對不同故障場景，分析不破壞低真空環境的救援策略及存在的問題。

（1）動力系統故障

當列車發生動力系統故障時，仍能保持懸浮，但失去前進動力。此時，若供電系統正常，可利用救援車牽引故障車至就近車站。整個過程可不破壞管道壓力環境，只要故障車車廂提供滿足人體生理需求的環境，故障車在就近車站實現乘客疏散。

（2）懸浮失效

若列車的懸浮系統失效，根據嚴重程度可以分為完全失去懸浮能力或者能保持懸浮但需降低功率運行。

①若列車可在降低功率運行且不危及行車安全，可自主滑行至前方車站疏散乘客。

②若列車完全失去懸浮能力，則需要將支撐輪放下，從而依靠車底部支撐輪將車廂坐落于軌道上，再利用救援工程車牽引故障車至就近車站實現乘客疏散。此種方式要求磁浮列車車廂底配置支撐輪；同時配置與真空管道環境及軌道條件相適應的救援工程車。

③若列車懸浮系統完全失效，不能懸浮，且無支撐輪，列車將難以移動。目前國內上海高速磁浮線也曾遇到類似問題，此種故障場景，列車支撐滑橇坐落在支撐軌上，列車難以移動，乘員不得不離開車廂進行疏散，若此時管道仍為低壓，現有技術無法實現救援疏散。

3.2 基于管道恢復至常壓環境的應急救援

即使低真空管道設有疏散平臺、疏散通道等設施，也無法避免乘員從車廂到疏散通道的走行過程，由于目前列車無法達成故障條件下車廂與常壓救援通道的無縫銜接技術，隨之而來就是人體低壓環境適應性問題，因此對管道進行復壓進行救援成為必然。為了更好的商業化應用，將管道環境恢復至常壓，在不依賴列車自身提供復雜救助裝置的條件下，一方面可以避免乘員在低壓環境的暴露風險，另一方面能夠實現在災害下的乘員充分疏散，離開車廂遠離危險源，撤離至地面安全地帶，保證應急疏散救援的絕對可靠。以下的分析都是基于管道能夠快速實現破空復壓，技術上可行且不帶來其他新問題這一假設的前提條件。

（1）動力系統故障、懸浮部分失效

當列車發生動力系統故障或懸浮部分失效，此時仍可依靠故障車自主滑行或利用救援車牽引故障車至就近車站疏散。

（2）懸浮完全失效

針對列車懸浮系統完全失效，且不能依靠支撐輪運行，列車難以移動的情況，此時車廂直接坐落在軌道上。

①對于單洞雙線線路，由相鄰線路開行救援列車，同時真空管道內恢復至常壓環境，救援車到達故障車的平行位置停車后，將救援安全渡板橫向搭建于兩車對應客室門之間，將全部乘員轉移，然后運行至就近車站疏散。

②對于單洞單線線路，救援列車從前（后）方向接近故障列車，與此同時管道增壓至常壓，救援車與故障列車連掛，隨后在兩車之間縱向搭建救援安全渡板，乘員通過渡板通道轉移，隨后救援列車運行至車站疏散。此方案要求車頭需設置緊急疏散門。

（3）火災等需要乘客立即撤離車廂的事故類型

前述的救援策略主要是依靠故障車自主滑行或救援車牽引至就近車站疏散，但無法滿足火災等場景事故救援時效性。對于此類場景，必須將管道快速增壓至常壓，確保乘客及時逃離車廂，離開危險源。參考既有輪軌高速鐵路和常規磁浮列車的救援疏散經驗，低真空管道則必須綜合二者的特點，既要滿足乘客離開車廂在管道內行走的條件（以疏散平臺為主），同時參考輪軌交通《高速鐵路設計規范》《鐵路隧道防災疏散救援工程設計規范》等規范要求的橋梁、隧道救援通道必須保留，橋梁配套的上下橋疏散通道、隧道附屬的疏散通道和緊急救援站等均應該保留，且設置數量和間距應考慮人性化，避免疏散過程中人員過長距離行走及安全需要。確保在火災情況下，待管道恢復至常壓后，乘客通過疏散平臺就近離開真空管，通過橋梁上或隧道內的救援通道疏散至地面，等待下一步的地面救援。

綜上可知：綜合分析比較救援時間、技術難度、可靠性等因素，提出不同場景下相應的應急疏散救援策略，如表1所示。

表1 不同故障場景的救援策略

4 工程化建議

（1）對低真空環境人體適應性研究表明，將管道恢復至常壓環境進行應急救援是必不可少的。然而這依賴于管道能夠快速實現低真空與常壓的切換，而不帶來新的其他技術問題這一前提條件。下一步應對低真空維持系統的技術方案進行進一步深入研究，探究真空泵的具體設置方案，使得抽氣復壓轉換技術滿足應急救援及養護維修需求，同時盡可能降低工程建設成本。

（2）列車在管道內發生故障，故障仍在可控范圍內，對乘客不構成短時的致命威脅時，采用救援列車牽引或故障車自主滑行至就近車站，技術上難度較低，可靠性也較高，且可避免對管道進行破空復壓。

（3）基于管道恢復至常壓的救援策略，對低真空管道的布局提出了更多的要求，包括低真空管開口救援通道設置與橋梁、隧道疏散通道相結合問題，低真空管內長距離疏散平臺的設置問題，必須力求經濟合理的布局，減少乘員管道內走行的距離，保證盡可能快速抵達安全地帶。

（4）管道低真空與常壓切換技術、高速磁浮列車配置支撐輪、車載密閉救援逃生管道、高速磁浮工程車等關鍵技術問題亟需科研攻關，是解決未來更高速磁浮交通應急救援的方向。