轨道车辆火灾风险分析及评估研究

摘要： 在铁路高速发展的背景下，轨道车辆的消防安全状况日益严峻。本文根据国际轨道车辆防火系列标准，介绍了车辆防火安全分析要求、方法及步骤，制定一套系统的轨道车辆消防安全分析与评价程序，以实现对乘客和人员安全进行保护的目的。 关键词：轨道车辆；防火安全；火灾分析；风险评估 伴随着轨道列车飞速发展,结合列车的桥隧运行环境（中国客运专线70％的桥隧线），列车车厢空间狭小，人员密集，大量非金属材料等特点，造成列车的防火安全形势日益严峻。虽然列车设计时考虑了材料的防火性能,但对于一些恶意纵火等，火灾也会迅速蔓延，大量的烟雾和有毒气体会使乘客的健康受到损害。因此，制定轨道车辆火灾安全分析与评价的系统程序，对于保障乘客和员工安全的保护目标具有重要意义。 1防火安全目标 根据现行的欧洲消防标准EN 45545，消防安全目标的定义是一旦发生火灾，首先要保障车上人员的安全，保证火灾发生后将人员安全快速地疏散至安全区域；其次，要保证车上消防系统及应急设施的可靠性，即功能安全、可用性；再次，保证将火灾发生时对运营车辆及基础设施影响降至最小。这意味着轨道车辆防火安全的目标是最大程度地降低车内发生大规模火灾的可能性和最大程度地减小火灾规模和缩短火灾时间。 轨道车辆防火安全的目标主要体现在以下几个方面 降低火灾发生的可能性。 阻燃材料的选择 电气系统的故障的控制模式 可燃气体、液体的特殊处理等； 防止火势发展和火灾蔓延的措施 封闭高危区域 设置火灾检测 主动或手动设备关闭，如HVAC 布置防火隔断等； 车辆消防措施 主动消防系统 手提式灭火器 疏散和自救措施 双向交互系统 紧急疏散通道及标识 充足的应急照明 CCTV和PA信息系统 车辆火灾情况下可靠的运行能力 2轨道车辆防火风险分析与评估 基于防火安全的保护目标，结合轨道车辆的运营环境和基础设施的限制条件，依据EN 50126安全方法，识别整车内的火灾隐患。通过对世界范围内铁路车辆历史火灾事故的统计分析，识别所有的火灾风险源，估算火灾载荷，评估其火灾危险程度及产生危害的后果，确定危害等级，以便采取相应的控制和管理措施，降低系统地风险，将系统危害降低至可以接受的范围[1]。目前有EN 45545[2]或NFPA 130[3]，APTA RP PS RP 005[4] 等系列标准，对车辆进行防火安全分析。 2.1风险分析时需要考虑的因素： 1）运营环境分析，包括隧道或高架桥长度、车站距离，侧疏散设施等； 2）车辆在降级模式下的运行速度； 3）车上人员配备情况； 4）车辆类别或系统如EMU、DMU、卧铺等； 5）轨道车辆火灾荷载； 6）潜在的关键危险起火源； 2.2火灾评估方法探究 2.2.1火灾风险定性分析 定性分析方法是一种简单可行的方法，可以识别系统中潜在的火灾危险，并表征火灾风险的相对水平。 2.2.1.1安全检查表法 安全检查表法是预先以表格的形式拟定好的用于查明其安全状况的“问题清单”，进行现场检查，以确定与之前的设计文件检查相关的检查点的符合性。在受电系统、牵引系统、辅助系统等子系统中广泛应用，以识别车辆系统的主要火灾隐患。 2.2.1.2预先危险性分析法 在评估对象运营之前，特别是在设计的开始阶段，对系统存在火灾风险类别、出现条件后果等进行概略的分析，尽可能评价出潜在的火灾危险性。与美国车辆防火评估标准APTA PR PS RP 005-00类似：首先搜集相似区域火灾案例及其运行环境信息收集；辨识危险源包括起火源及可能会发生的火场场景分析；然后进行危险分级，确定危险等级，指出应重点控制的危险源；并辨识危险性；结合危险等级和危险性，得出风险矩阵模型；根据事件的频率及严重性指数，进行定量的火灾风险计算和分析。最后，提出对危险性的控制对策，包括限制能量、防止能量散逸，减低损害和程度的措施，防止人为失误等。 2.2.2火灾风险定量分析 火灾风险分析的定量方法不仅包括火灾发生的可能性和后果等因素，还包括轨道车辆火灾风险的物理化学发展过程，包括:火的起源、火灾的发展和蔓延、放热率、烟流和控制、反拔模斜度、乘客与火的互动、结构防火性能、消防控制和管理措施。 2.2.2.1故障树逻辑分析法 故障树逻辑分析法是基于演绎分析的危险源辨识，按事故发展的时间顺序，由初始事件开始，通过一个因子路径推论可能产生的后果。初始事件应考虑以下因素: •影响火灾蔓延和发展的因素:可燃材料特性、火焰传播和二次点火、通风情况、结构故障、受影响乘客的第一反应等； •消防管理因素:火警探测器的应用及有关的反应时间、双向通讯系统、积极的消防系统、通过防火屏障设置防火隔断、乘客或工作人员使用灭火器、关闭控制等。 2.2.3基于计算机的仿真 在进行风险分析时，可以采用计算机数值仿真分析，建立火灾模型的方法来辅助验证。结合使用FDS模拟仿真软件对热、烟、毒性等进行动态模拟，生成温度场、毒性浓度、烟密度等参数作为火灾风险评价的依据，估计对人员和财产的危险程度，从而做出安全评价。 火灾模拟是火灾危险性评价的一种很好的定量工具，可评估不同通风条件下结构失效对火灾发展的影响。但该方法不能完全反映火灾的累积发展情况。一定的假设和约束条件会影响模拟结果，使模拟结果与真实火灾场景产生偏差。因此，真实的全尺度火灾试验可以作为支持火灾模拟优化的基本参考，减少不确定性。 3.结论 综上所述，轨道车辆防火安全是一个系统地工程，其消防设计涉及到许多不同的子系统和与环境条件的接口，要进行系统的考虑和分析，在车辆设计、制造过程中，建立完善的防火安全技术体系，使设计有依据，内容有审核，文件有管理，职责有分工，实施有方案，风险有评估，才能实现轨道车辆的防火安全目标。 参考资料： [1] 刘炜.轨道交通机车车辆防火安全的实现和评估.铁道机车车辆,2015,7(7)14-15. [2] Railway applications - Fire protection on railway vehicles, EN 45545:2013; European; 2013;1 [3] Standards Council of USA. Standard for Fixed Guideway Transit and Passenger Rail Systems：NFPA 130-2017; USA, 2017;1 [4] APTA PR PS RP 005-00