疏散模式下接触轨系统控制方案研究

丁大鹏

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，西安 710043)

1 概述

地铁空间较为封闭，进出方式单一，站内人员密集，一旦发生严重事故，后果不堪设想。地铁事故多分为车站或区间火灾、列车火灾、列车相撞、恐怖袭击等。在轨道交通系统发生的灾害中，火灾占的比例最高，并且大多是列车火灾。近30年来，仅在欧洲和北美就发生的重大地铁、轻轨火灾50多起，最近的有:2003年2月18日韩国大邱地铁纵火案，126人死亡，318人失踪;2003年1月英国伦敦地铁列车撞击月台引发大火，造成32人受伤［1］。因此，事故状态下乘客疏散尤为重要，好的疏散设计方案可以最大可能地减少人员伤亡，将国家财产损失减至最低。

接触轨由于其具有景观效果好、供电可靠性高、对土建工程影响小及维护工作量少等优点，在国内诸多城市的地铁项目中被采用，如北京地铁、广州地铁、深圳地铁等。但由于安装位置较低，会对进入轨行区的工作人员和乘客人身安全造成极大的威胁。因此，地铁疏散和救援活动中必须考虑对于接触轨系统的应急处置。

2 地铁火灾事故特征

地铁火灾一般有以下几个方面的特性［2］。

(1)烟气流动速度快。由于地铁封闭空间，因此造成比地面建筑更大的潜在危险。烟热最集中的地方恰恰是狭长的通道、出入口等处，这些极不利于扑救和疏散工作的进行。

(2)能见度低。地铁发生火灾时，一旦电源切断，地下空间一片昏黑，即使采用了事故照明灯，但由于浓烟遮光，能见度仍然很低，人们不易辨识方向和路线，影响疏散和灭火速度。

(3)隧道狭小，拥挤踏伤情况严重。由于地铁区间隧道走行轨间有效的疏散宽度较窄，因此一旦发生事故，惊慌失措的逃难者乱冲乱撞，这样必然会造成跌倒踏伤事故。

(4)障碍物多，疏散速度慢。隧道两侧墙上密布电缆托架、信号机、消防箱等多种设备，地面上有行走轨、排水沟、消防供水管等设备，再加上乘客对地形不熟悉等，必然造成疏散速度缓慢。

(5)易造成人员伤亡。地铁火灾产生的浓烟和高温是造成人员伤亡的主要原因。火灾时，随着CO等有毒气体的升高，人们受到的威胁逐渐加大。

(6)指挥决策实施慢。地铁建筑属地下工程，线长面广，指挥员一时难以确定起火点和遇难人员集中点，再加上地下通讯联络不便，给现场指挥组织灭火和扑救增加了极大的困难。

3 疏散救援状态下对接触轨牵引供电系统的要求

BS EN 50122—1:1998规定直流牵引地铁工程中，可触带电体的电位长期允许值不得高于120 V，车间(库内)或者类似场所，带电体电位长期允许值不得高于60 V。其瞬时和暂时状态不同时限电位允许值见表 1 和表 2［3］。

表1 瞬时状态不同时限电位允许值

表2 暂时状态不同时限电位允许值

接触轨作为向列车输送直流1 500 V(或者750 V)电能的介质，一般安装在距离轨面不到500 mm的位置，带电状态下其电压远大于标准中规定的限值。因此疏散救援状态下对接触轨牵引供电系统的要求一为:切断疏散路径上接触轨电源，保证轨行区内人员安全。

地铁范围内发生紧急事故并且需要疏散救援时，如果通过控制中心电力调度人员进行牵引供电系统的相关操作，往往由于地下通信不畅、沟通不充分及电力监控系统操作时间过长等原因，不能达到最佳效果。因此疏散救援状态下对接触轨牵引供电系统的要求二为:第一时间在现场进行牵引电源切换操作，保证操作的准确性和快速性。

根据以上要求，当列车在隧道内发生火灾需要就地紧急疏散时，为保证乘客在第一时间快速疏散，应在车站及区间适当位置设置紧急停电按钮，以快速切断相关接触轨电源。国内目前一般作法是只在车站综控室IBP盘上设置紧急停电按钮，这样其紧急停电权限仅局限于综控室管理人员。国外通常作法是在车站站台及隧道内同时设置接触轨紧急停电按钮［4］。

4 接触轨紧急停电功能的实现

4.1 相关设计标准

《地铁设计规范》(GB 50157—2003)自实施以来，明确了地铁工程中诸多的技术问题，为近几年地铁的设计工作奠定了基础。但是在地铁紧急疏散设计措施方面，该规范暂时还没有与牵引供电系统相关的规定。NFPA 130是由美国国家消防协会制定颁布的关于轨道交通消防设计的规范，它涉及专业较为全面，被公认为是解决地铁消防问题的最适宜及完善的标准［5］。该规范规定:地铁沿线应设置蓝光站。工作人员可通过蓝光站电话与中心监控站联系并切断牵引供电系统。蓝光站应显示相关逃生信息，显示到达出入口的路径及位置，显示所处位置以及距离每个出入口的距离。

沿线应在如下位置设置蓝光站:

(1)车站站台的端头;

(2)逃生横通道;

(3)紧急逃生点;

(4)牵引变电所;

(5)有管辖权的职能部门所要求的地下铁路轨旁 ［6］。

蓝光站配备有通信电话、接触网带电状态显示灯、ECO和引导用的蓝灯，如图1所示［7］。

图1 蓝光站外形

4.2 地下线路ECO的设置

地铁线路一般地处城市内部，站间距较小，多为1 km左右。若采用直流1 500 V电压等级向列车供电，由于其供电能力较强，牵引变电所通常隔站设置。如图2所示，A、B、C是地铁3个车站，其站间距均按照1 km考虑，A、C站分别设置牵引变电所，构成一个牵引供电分区。《地铁设计规范》(GB 50157—2003)规定:两条单线区间隧道之间，当隧道连贯长度大于600 m时，应设联络通道［8］。因此两个区间分别在中间位置设置横向逃生通道α和β，将全部区间分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个区段。

图2 火灾时区间疏散示意

4.2.1 列车行驶至Ⅰ区间发生火灾停车，进行乘客疏散

考虑到列车发生火灾的部位以及和就近逃生点的距离，会有以下3种疏散路径。

(1)乘客向A车站疏散

列车尾部发生火情，乘客从列车头部向A站疏散。列车司机在向地铁控制中心报告火情的同时，应迅速切断疏散路径上的接触轨电源，并密切观察接触轨带电状态，引导乘客疏散。因此有必要在区间隧道沿线设置ECO，采用合理的间隔距离设置ECO可使现场人员在较短时间内进行断电操作，提高逃生几率。区间隧道内，除了在逃生横通道处设置ECO外，NPFA 130未要求在其他地点设置。因此区间隧道沿线ECO的设置建议按照NPFA 130内规定的设置逃生横通道的间隔距离考虑，即每隔244 m上下行分别设置ECO，且距离车站最近的ECO距离车站不应大于244 m。

区间列车发生火灾时，救援人员需要快速从A站进入轨行区，赶往事故现场。因此建议在车站端头处设置ECO，以快速切断所在区段接触轨电源，保证前往救援人员的人身安全。NFPA 130同样要求在车站端头设置蓝光站。

(2)乘客经α横通道向A车站或B车站疏散

地下区间逃生横通道的设计，是将非事故隧道视为安全区域，列车司机或者前往救援人员会根据列车起火部位的不同引导乘客向就近的车站或者逃生横通道疏散。当车头部位发生火灾事故时，乘客需要由车尾部开始疏散，途经α横通道进入下行隧道区间，然后沿下行区间进入A站或者B站。因此除了要在区间隧道沿线设置ECO外，还需要在每个逃生横通道设置。

(3)乘客从车头和车尾分别向A车站和α横通道疏散

列车中部起火，乘客从列车两端分别向前后两个方向进行疏散。因此需要在车站站台、区间隧道沿线和逃生横通道处设置ECO。

4.2.2 列车行驶至Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ区间发生火灾停车，进行乘客疏散紧急停电要求同4.2.1中所述。

4.3 高架区间ECO设置

地铁工程中，高架区间是敞开式空间，只要人快速疏散至距火灾源一定距离，烟热对人造成伤害就很有限。然后再向车站或者开阔地面继续撤离，直至抵达安全地带。地铁工程中线路敷设方式采用高架桥梁的区段一般处于非城市中心地带，因此站间距较大，甚至有的工程高架区间长度超过6 km。若列车在区间发生火险，沿线路向两端车站撤离，由于距离相邻车站过远，对疏散很不利。此外高架区间空间狭小，惊慌失措、秩序混乱的疏散人群在撤离过程中很容易发生触电事故。因此高架区间适宜位置设置ECO，有利于事故时快速、准确的断电操作。NPFA 130规定:高架区间最少每隔762 m设置紧急逃生点，使乘客等人员能够通过移动式梯子从高架桥上撤离，也可使救援人员快速进入事故现场;每个紧急逃生点设置蓝光站。建议高架区间ECO的设置遵循NPFA 130的规定:(1)在区间逃生点设置;(2)区间每隔762 m上下行分别设置。

4.4 ECO控制系统

紧急停电按钮的功能是在牵引供电系统直流双边联跳原理的基础上实现的［9］。ECO操作应具有最高的优先级。触发后，其他任何地方都无法使其合闸。只有工作人员现场将ECO复位后，分闸直流断路器闭锁关系才能解除，从而进行当地或远方的合闸操作。

4.4.1 车站站台ECO

在设置了牵引变电所的车站，ECO可通过控制电缆接入该车站牵引变电所SCADA监控盘直流断路器联跳回路，从而实现向相应直流快速断路器发送分闸命令的功能，同时联跳相邻牵引变电所对应直流开关，最终实现整个供电分区的断电。在没有设置牵引变电所的车站，ECO可通过控制电缆接入就近牵引变电所SCADA监控盘直流断路器联跳回路。

4.4.2 区间ECO

ECO通过控制电缆接入就近牵引变电所SCADA监控盘直流断路器联跳回路。

5 架空接触网ECO设置

采用架空接触网供电的地铁工程，由于接触网设置于列车上部，而且接触网支柱和导线严格绝缘且每根支柱都有良好的接地，不会对轨行区内人员造成电击危险。NPFA 130规定:对于蓝光站在采用架空接触网供电系统中的设置，可采用批准的替代方法切除牵引供电。国外目前常规做法是在牵引变电所内设置ECO，便于在需要时快速切除本所牵引供电［10］。

6 结语

在接触轨供电系统中，事故状态下能否准确、快速的切断接触轨电源，对疏散救援的成功与否有着重大的意义，上述对接触轨系统ECO的控制方式、设置地点等问题分析，希望能对相关系统设计提供借鉴，并提出如下建议。

(1)接触轨或接触网牵引供电系统，均在控制中心设置ECO，控制全线牵引供电系统。进一步提高牵引供电系统应急处置的灵活性，提高救援的可靠性。

(2)线路上设置的ECO考虑集成电话和接触轨带电显示灯，按照NPFA 130规定的蓝光站标准进行配置。

(3)建议新版《地铁设计规范》考虑和牵引供电相关的消防紧急疏散设计措施，给设计工作者提供更好的指导。

［1］张苏敏.地铁火灾事故的预防及应对措施［J］.上海铁道科技，2004(6):25-26.

［2］董汉达，顾建林，等.上海地铁一号线防火工作探讨［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］于松伟，周菁，韩连祥，张维，王凯建.直流1500V接触轨系统的安全防护［J］.都市快轨交通，2010(1):5-10.

［5］洪若荣.关于地铁的安全疏散设计［J］.都市快轨交通，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］北京城建设计研究总院.GB50157—2003 地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2003.

［9］江安.紧急停电按钮在轨道交通接触轨供电中的应用［J］.都市快轨交通，2010(2):99-102.

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