车载细水雾系统在地铁中的应用研究

翟君 ZHAI Jun

（中国铁路设计集团有限公司，天津 300010）

0 引言

地铁作为大城市公共交通重要工具，具有运输量大、速度快的特点，因此轨道交通已成为人流最为密集的公共场合，因此一旦发生火灾事故，疏散难度大，容易造成重大人员伤亡和财产损失。

随着技术的发展，目前地铁工程车站内的消防设施配备完善，人员疏散效率高，火灾发生时可能产生的危害较低。与车站相比，区间隧道内的消防设施配备相对薄弱。同时，区间隧道内的狭小空间和列车内人员的高密度特点，使得消防措施在地铁车厢内发生灾害时，短时间内起到的作用十分有限。

细水雾自动灭火系统作为灭火控火新技术近年来已经发展成熟，可以弥补列车车厢内的消防薄弱环节，控制火灾发生初期的烟气和火势的蔓延，进一步提高消防救援能力。

1 区间火灾原因分析

地铁区间火灾主要分为以下几类：列车电气设备起火；旅客携带易燃物、吸烟；区间电气设备起火；人为纵火。其中电气设备火灾和人为纵火为主。随着科技的发展，对于电气设备火灾已经有了多项应对措施：

①车辆的设计有良好的防火性能，以便最大限度地防止火灾发生。

②车辆所使用的电线、电缆是无卤低烟阻燃电缆。

③车辆上所用材料采用非延燃性材料和防火材料。

④客室及司机室内配有灭火器，灭火器的数量、容量等应满足相关要求。灭火器的位置在车内应易于接近及取放，并有明显的标识。

⑤区间均选用无卤低烟阻燃电缆，在电缆穿越孔洞等处采取防火封堵措施，在变电所设继电保护快速切除电缆故障。

人为因素引起的火灾是地铁隧道危害最严重的火灾，主要是人为纵火、爆炸，携带易燃易爆物品，以及抽烟引起物品和设备起火。

人为因素引起的火灾位置不定，在列车上不易预防。一旦发人为因素火灾会造成巨大损失。人为因素引发的火灾一般不会导致列车失去动力，但是会因为电路保护造成跳闸断电，因此最主要的措施就是在保证供电情况下把列车拉到就近车站进行人员疏散和灭火。

通过分析区间隧道内可能发生火灾的位置和类型，以及已经采取的应对措施可知，车厢内的人为纵火已成为区间隧道火灾救援的重点关注对象。

2 区间消防设施分析

目前建设的地铁区间隧道的设置的用于疏散救援的设施主要包括：区间通风排烟系统、区间消火栓系统、区间疏散平台及联络通道、区间紧急照明及疏散指示系统、列车的火灾报警及灭火器配置、FAS/BAS系统及通信系统。

通过分析区间隧道内火灾的发生原因和既有的消防设施可知，既有区间和列车车辆火灾报警设施可及时探测到火灾并确定火灾位置，通信系统可确定列车位置，但乘客或乘务人员需采用灭火器或消火栓栓口进行灭火，无自动灭火设施。考虑探测火灾具体位置需要一定的时间，且到发生火灾造成人员恐慌，乘务人员很难抵达现场灭火，用灭火器将火扑灭，乘客在恐慌状态下，也很难用灭火器将火扑灭，因此当列车行驶在区间隧道内发生人为纵火事故时，应对措施较弱，一旦发生，极易造成人员伤亡事故[1]。

3 车载细水雾系统研究现状

20世纪40年代，西方国家首先提出细水雾的概念，至今细水雾技术已应用在电气设备房间、档案馆、交通工具、变电站等多种场合，在轨道交通工程中主要应用在电气设备房间中，列车车厢内的应用处于起步阶段，尚未全面推广使用，在国外地铁中的应用案例详见表1，在国内地铁中的应用案例详见表2。

表1 细水雾系统在国外地铁中的应用案例

表2 细水雾系统在国内地铁中的应用案例

4 车载细水雾系统简介

4.1 系统组成

车载细水雾系统主要包括控制系统和管网系统两部分，其中管网系统可分为泵组系统和瓶组系统两类。控制系统主要包括细水雾控制主机、线缆及其附件等，泵组系统主要包括细水雾泵组、区域阀、喷头、管道及其附件等，瓶组系统主要包括细水雾瓶组、区域阀、喷头、管道及其附件等。

4.2 技术分析

细水雾是使用特殊喷嘴，高压产生的水微粒，要求在最小设计工作压力下，经喷头喷出并在喷头轴线下方1.0m处的平面上形成直径Dv0.50小于200μm，Dv0.99小于400μm的水滴[3]。与其他灭火系统相比，细水雾系统具有如下优点：

①灭火效能高。细水雾冷却性能好、抑制性强，同时具有一定的穿透性，可防止火灾的复燃。

②用水量较少、可减少水的危害。火灾的扑灭相对传统的喷淋，细水雾系统仅需10%或更少的水量。

③反应时间快，对烟雾的擦洗可降低火灾的危险。细水雾的喷头具有快速响应热量释放的机械结构。细水雾具有自动擦洗烟雾的能力，可减少烟雾中的二氧化碳的伤害。

④安装、维护简便、无次生污染。相对气体灭火系统，细水雾系统拆装、维护简便，不会对环境及保护对象造成危害，避免了灭火剂与燃烧物发生链式反应而产生对人有害的气体。

⑤管道管径较小、节省管材。相对于传统的自动喷水灭火系统而言，其重量轻，可减少90%，且便于结合车体安装。

⑥无毒环保。细水雾系统选用对人体无毒、无副作用的纯净水作为灭火剂。高压细水雾因其表面积大，热交换能力强，其在火源附近可以迅速汽化起到降温和隔绝空气中氧气的效果，破坏燃烧条件，进而实现灭火的功能，其灭火的机理确保了不会在车厢内产生有毒有害粉尘和气体，具有无毒环保的优点。

常见的自动灭火系统功能对比详见表3。

表3 自动灭火系统主要功能对比表

根据以上分析，在地铁列车车厢设置自动式灭火系统是非常必要的，且相比与其它种类灭火系统，细水雾系统高效率、无毒环保、释烟滤毒、安装方便的优点[4][5]，因此更适合应用在列车车厢内。

5 车载细水雾系统技术方案简介

5.1 泵组系统和瓶组系统方案比较

目前，应用于地铁车辆的细水雾灭火系统主要有泵组式细水雾灭火系统和瓶组式细水雾两种灭火系统，泵组式系统的泵组设备示意图详见图1，瓶组式系统的瓶组实物图详见图2。

图1 泵组式细水雾灭火系统示意图

图2 瓶组式细水雾灭火系统实物图

表4中表示了泵组式细水雾系统和瓶组式细水雾系统的技术参数对比。

通过表4对两种系统方案的对比看出：

表4 泵组式细水雾与瓶组式细水雾系统的参数对比表

①泵组式高压细水雾灭火系统需要设置外部电源供电，瓶组式灭火系统不需要设置外部电源。

②瓶组式细水雾系统，氮气瓶压力较高且随车长时间处于振动状态，维护难度较大，泵组式灭火属常压设置，维护难度较小。

③泵组式高压细水雾灭火系统先期投入费用较高，但后期运营维护费用较低，瓶组式高压细水雾灭火系统先期投入稍低，但后期运营维护费用较大。

由于瓶组式系统的高压来源是高压气瓶，其维护难度较大，维护费用较高。同时，随着电池技术的发展，泵组系统所需的蓄电池可参考电动汽车的蓄电池进行设计，因此推荐采用泵组式系统。

5.2 喷头选择

细水雾喷头包括开式喷头和闭式喷头两类。闭式喷头当达到一定温度才可进行喷放，因此为保证火灾情况下及时响应，车载系统建议采用开式喷头，根据《细水雾灭火系统技术规范》的要求，对于不同类型的火灾喷头布置间距选取3.0m，因此一节车厢布置7个喷头，喷头系数大于0.7。

5.3 喷放时间

根据《地铁安全疏散规范》的要求，当列车行驶在区间内发生火灾时，应尽量行驶至临近车站进行疏散救援，因此车载细水雾系统的喷放时间的选取应考虑列车在线路中两座车站间的最长行驶时间，一般可选择3min。当列车进入车站后，滞留在车厢内的人员即可疏散至站台层，同时可利用车站内的消火栓进行扑救，可停止车载细水雾系统。

5.4 系统用水量

考虑最长喷放时间6min，系统压力4.5MPa，共设置7个喷头，则系统用水量如表5所示。

表5 系统用水量表

5.5 车载细水雾系统启动方式

车厢内设置有火灾报警系统，可将细水雾系统的泵组与火灾报警系统联动，当烟雾报警器报警时，即可联动启动泵组，开启阀组，喷头喷放，此种控制方式反应速度较快，但烟雾报警器存在误报的可能，一旦发生误报的情况，喷头喷放可能造成人员恐慌，引发不必要的骚动，因此建议采用手动启动方式，司机在接收到火灾报警信息后，通过视频方式确认火情后，再通过控制主机启动泵组，喷头喷放，实施救援。

5.6 与既有系统联动方式

列车发生火灾时，火灾车厢烟感（或吸入式感烟探测器）报警，联锁司机室视频监控画面自动打到报警车厢，联锁打开车载细水雾灭火系统火灾车厢选择阀，司机确认火情后通过司机室启动按钮启动车载细水雾系统控制火势。同时向控制中心及前方车站报告火情，利用车载广播系统向车厢乘客广播，安抚乘客。

6 车载细水雾系统安装简介

目前车载高压细水雾系统的可安装位置主要有两处，地铁列车车厢底部和地铁列车车厢内部。设置在地铁列车车厢底部时，不占用车厢面积，车载细水雾泵组系统的泵组较大，当设置在车下时，空间条件不允许，同时对于既有设备影响较大，安装、检修相对不便。因此建议设置在车厢内部，泵组可采用立式安装设置在车厢端部，也可采用卧式安装设置在座椅下部。具体安装方式需结合车辆内外部具体条件确定。

车载泵组式高压细水雾系统需设置外部电源，电源可选择两种方式：取自列车的牵引供电系统、单独设置蓄电池供电。当采用列车牵引供电系统时，一旦列车失去动力，泵组将无法启动，无法正常实施灭火。为保障系统供电安全，建议设置蓄电池等备用电源。设置车载UPS的地铁列车车厢，可结合车载UPS电源设置备用电源。

管道可布置在车厢吊顶内，喷头可结合车顶装修设置，阀箱可结合车厢侧壁装修设置，同时设置防误操作措施。细水雾控制主机可结合司机室内的设备布置。布置方案详见图3。

图3 泵组式细水雾系统布置方案

7 小结

高压细水雾系统作为一种新型的灭火技术，能够较好地适用于列车内的环境，能够进一步补强车内的消防救援能力。与瓶组式高压细水雾系统相比，泵组式高压细水雾系统技术更加成熟，全生命周期费用较低，更适合地铁车辆安装，建议推广使用。在列车中增加车载细水雾灭火系统后，将既有防排烟、照明、车辆、信号及自动灭火等各个系统整合，在消防疏散过程中赋予新的功能定位和应用形式，用行车调度、运营管理及疏散模式多个角度，对现有地铁消防疏散体系进行了补强，使地铁消防疏散涉及的各套设施，在运作时更加有条不紊的高效运作，提升消防疏散的安全性和效率。