低真空管道高速磁浮系统应急疏散救援问题探究

陈敬文 晏 锐 刘成文 刘书斌 崔志强

（中铁第五勘察设计院集团有限公司 北京 102600）

1 引言

由于空气阻力、气动噪声等因素的限制，更高速度的地面交通发展受到限制，发展真空管道高速交通成为必然选择［1］。国内外研究人员对真空管道交通技术进行了大量的研究和展望，提出了实现商业化运营需要解决的技术难题［2－4］。相关研究表明，综合考虑气动效应以及真空管道建设成本，管道压力选取值可能要达0.1atm左右［5－6］。在这种接近真空的环境下，应急救援疏散成为管道高速磁浮系统商业化运营面临的关键问题之一，不同于常压环境下的轨道交通系统，管道中的低真空环境给事故条件下疏散救援带来极大困难。本文针对这一问题，通过分析低真空环境下人体适应性，模拟乘客离开磁浮车厢进入低真空管道过程中遇到的问题，综合分析比较救援时间、技术难度、可靠性等因素，提出不同场景下相应的应急疏散救援策略，并对高速磁浮列车车载救援逃生装置、低真空管道救援通道及平台设置、低真空环境维持系统提出工程化原则性设计建议。

2 低真空环境人体适应性理论

低真空磁浮列车区间运行与民航客机在万米以上高空飞行的气压环境相似。人体在低气压环境下，会面临减压症、肠胃胀气、体液沸腾、肺损伤等生理损害［7］。因此，磁浮列车车内压力控制应该参考民航客机的压力调节模式，采用增压座舱［8］，同时在列车进出站的过程中，动态调节车内压力，为乘客提供理想的生理环境。

高速磁浮列车车厢内与管道外的压力环境差异，给传统的地面交通救援带来新的思考，是否可借助某些穿戴设备从而实现人员顺利地离开车厢进入低真空环境行走。载人航天领域对于克服低压环境带来的生理变化的研究理论可以作为参考，相关理论有助于分析乘员离开磁浮车厢进入低真空管道疏散过程中遇到的问题。由于压力的突然失去，人体组织会出现严重紊乱的减压症。宇航员出舱过程为克服生理损伤，一方面提前适当降低舱内压力，另一方面提高氧气浓度，同时配合穿着笨重的航天服，这一过程往往伴随着复杂的准备工作，耗时费力［9］。显然载人航天领域的出舱行走技术在低真空管道中不再适用，对普通大众而言，采用穿戴设备在低真空环境中行走是不可能实现的。

民航客机在遭遇高空机舱失压时，处置措施是根据失压的速率，尽可能快速降低飞机的高度，使机舱高度下降到约2 400 m，此高度下人体可不再依靠机舱内压力调整系统。同理，高速磁浮列车遇到突发紧急状况，需要尽快将列车驶入就近车站或者快速将管道压力提升至满足人体生理需求的气压环境（约0.76 atm），保证乘员能快速疏散。

3 应急疏散救援策略

由于低真空管道的存在，低真空高速磁浮救援面临的首要问题是人体对气压变化的生理适应性问题，必须从车辆、管道附属救援设施设备等多角度出发，确保乘员在疏散全过程中获得适宜的气压环境。参考航空航天标准，理想的气压环境为76～100 kPa。国内中低速磁浮系统、高速磁浮系统针对常压环境下的应急救援已经形成一些比较好的经验［10－13］。结合目前国内常导高速磁浮的研究现状及未来低真空管道磁浮的工程化发展方向，针对不同场景提出相应的应急疏散救援策略，并对高速磁浮列车车载救援逃生装置、低真空管道救援通道及平台设置、低真空环境维持系统提出工程化原则性设计建议。

3.1 基于不破坏管道低真空环境的应急救援

由于列车故障发生的随机性和突发性，对于某些故障工况，例如列车机械设备故障，无法自主继续运行，但仍可借助外部动力至车站。由于高速磁浮站间距大、桥隧比高，此时通过管道内的疏散平台或疏散通道等设施进行乘员疏散，并不是最优选择，最好的方式是让乘客在车内实现救援。基于不破坏管道低真空环境的救援策略具有重要的现实意义，可以避免管道复压和抽气过程，有效降低对后续正常运营的干扰，以最小的代价实现故障救援。本文针对不同故障场景，分析不破坏低真空环境的救援策略及存在的问题。

（1）动力系统故障

当列车发生动力系统故障时，仍能保持悬浮，但失去前进动力。此时，若供电系统正常，可利用救援车牵引故障车至就近车站。整个过程可不破坏管道压力环境，只要故障车车厢提供满足人体生理需求的环境，故障车在就近车站实现乘客疏散。

（2）悬浮失效

若列车的悬浮系统失效，根据严重程度可以分为完全失去悬浮能力或者能保持悬浮但需降低功率运行。

①若列车可在降低功率运行且不危及行车安全，可自主滑行至前方车站疏散乘客。

②若列车完全失去悬浮能力，则需要将支撑轮放下，从而依靠车底部支撑轮将车厢坐落于轨道上，再利用救援工程车牵引故障车至就近车站实现乘客疏散。此种方式要求磁浮列车车厢底配置支撑轮；同时配置与真空管道环境及轨道条件相适应的救援工程车。

③若列车悬浮系统完全失效，不能悬浮，且无支撑轮，列车将难以移动。目前国内上海高速磁浮线也曾遇到类似问题，此种故障场景，列车支撑滑橇坐落在支撑轨上，列车难以移动，乘员不得不离开车厢进行疏散，若此时管道仍为低压，现有技术无法实现救援疏散。

3.2 基于管道恢复至常压环境的应急救援

即使低真空管道设有疏散平台、疏散通道等设施，也无法避免乘员从车厢到疏散通道的走行过程，由于目前列车无法达成故障条件下车厢与常压救援通道的无缝衔接技术，随之而来就是人体低压环境适应性问题，因此对管道进行复压进行救援成为必然。为了更好的商业化应用，将管道环境恢复至常压，在不依赖列车自身提供复杂救助装置的条件下，一方面可以避免乘员在低压环境的暴露风险，另一方面能够实现在灾害下的乘员充分疏散，离开车厢远离危险源，撤离至地面安全地带，保证应急疏散救援的绝对可靠。以下的分析都是基于管道能够快速实现破空复压，技术上可行且不带来其他新问题这一假设的前提条件。

（1）动力系统故障、悬浮部分失效

当列车发生动力系统故障或悬浮部分失效，此时仍可依靠故障车自主滑行或利用救援车牵引故障车至就近车站疏散。

（2）悬浮完全失效

针对列车悬浮系统完全失效，且不能依靠支撑轮运行，列车难以移动的情况，此时车厢直接坐落在轨道上。

①对于单洞双线线路，由相邻线路开行救援列车，同时真空管道内恢复至常压环境，救援车到达故障车的平行位置停车后，将救援安全渡板横向搭建于两车对应客室门之间，将全部乘员转移，然后运行至就近车站疏散。

②对于单洞单线线路，救援列车从前（后）方向接近故障列车，与此同时管道增压至常压，救援车与故障列车连挂，随后在两车之间纵向搭建救援安全渡板，乘员通过渡板通道转移，随后救援列车运行至车站疏散。此方案要求车头需设置紧急疏散门。

（3）火灾等需要乘客立即撤离车厢的事故类型

前述的救援策略主要是依靠故障车自主滑行或救援车牵引至就近车站疏散，但无法满足火灾等场景事故救援时效性。对于此类场景，必须将管道快速增压至常压，确保乘客及时逃离车厢，离开危险源。参考既有轮轨高速铁路和常规磁浮列车的救援疏散经验，低真空管道则必须综合二者的特点，既要满足乘客离开车厢在管道内行走的条件（以疏散平台为主），同时参考轮轨交通《高速铁路设计规范》《铁路隧道防灾疏散救援工程设计规范》等规范要求的桥梁、隧道救援通道必须保留，桥梁配套的上下桥疏散通道、隧道附属的疏散通道和紧急救援站等均应该保留，且设置数量和间距应考虑人性化，避免疏散过程中人员过长距离行走及安全需要。确保在火灾情况下，待管道恢复至常压后，乘客通过疏散平台就近离开真空管，通过桥梁上或隧道内的救援通道疏散至地面，等待下一步的地面救援。

综上可知：综合分析比较救援时间、技术难度、可靠性等因素，提出不同场景下相应的应急疏散救援策略，如表1所示。

表1 不同故障场景的救援策略

4 工程化建议

（1）对低真空环境人体适应性研究表明，将管道恢复至常压环境进行应急救援是必不可少的。然而这依赖于管道能够快速实现低真空与常压的切换，而不带来新的其他技术问题这一前提条件。下一步应对低真空维持系统的技术方案进行进一步深入研究，探究真空泵的具体设置方案，使得抽气复压转换技术满足应急救援及养护维修需求，同时尽可能降低工程建设成本。

（2）列车在管道内发生故障，故障仍在可控范围内，对乘客不构成短时的致命威胁时，采用救援列车牵引或故障车自主滑行至就近车站，技术上难度较低，可靠性也较高，且可避免对管道进行破空复压。

（3）基于管道恢复至常压的救援策略，对低真空管道的布局提出了更多的要求，包括低真空管开口救援通道设置与桥梁、隧道疏散通道相结合问题，低真空管内长距离疏散平台的设置问题，必须力求经济合理的布局，减少乘员管道内走行的距离，保证尽可能快速抵达安全地带。

（4）管道低真空与常压切换技术、高速磁浮列车配置支撑轮、车载密闭救援逃生管道、高速磁浮工程车等关键技术问题亟需科研攻关，是解决未来更高速磁浮交通应急救援的方向。