軌道交通車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)綜述*

李 爭，劉愛群，吳傲庭，于 航，陸夢羽，陳廣泰

（中車大連機(jī)車研究所有限公司，遼寧 大連 116021）

隨著鐵路的運(yùn)輸速度越來越快，鐵路安全事故一旦發(fā)生，后果很嚴(yán)重。近年來為實(shí)現(xiàn)機(jī)車節(jié)能減排要求，鋰電池逐漸開始應(yīng)用于機(jī)車動(dòng)力系統(tǒng)，機(jī)車動(dòng)力電池系統(tǒng)也在朝著大容量、高功率方向發(fā)展，作為動(dòng)力源的鋰離子電池由于其本質(zhì)不安全的特性也使得機(jī)車車輛的火災(zāi)危險(xiǎn)性劇增。在既有的機(jī)車車輛上，隨著機(jī)車的電氣設(shè)備使用時(shí)間增長，設(shè)備逐漸老化，火災(zāi)隱患與日俱增。由于軌道交通運(yùn)輸?shù)奶厥庑?，其火?zāi)風(fēng)險(xiǎn)十分巨大，一旦在橋梁、隧道等場合發(fā)生火災(zāi)，造成的損失將不可估量。因此混合動(dòng)力機(jī)車須裝備火災(zāi)防控系統(tǒng)。

1 國內(nèi)外軌道交通車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外軌道交通車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

由于軌道交通車輛工作環(huán)境的特殊性，國內(nèi)外都在積極進(jìn)行相關(guān)領(lǐng)域的研究，國外對火災(zāi)防控的研究較早，相關(guān)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，如英國倫敦地鐵釆用光纖技術(shù)火災(zāi)報(bào)警網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；意大利高速鐵路、新加坡地鐵等釆用德國霧特公司的火災(zāi)探測系統(tǒng)（煙霧探測）和細(xì)水霧滅火相結(jié)合的火災(zāi)防控系統(tǒng)；韓國機(jī)場快軌線也采用了芬蘭馬里奧夫公司的固定滅火系統(tǒng)。國際鐵路聯(lián)盟、美國、英國等提出在機(jī)車火災(zāi)高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域配置自動(dòng)滅火系統(tǒng)，用以防控機(jī)車火災(zāi)，意大利和德國已將車載固定滅火系統(tǒng)應(yīng)用于機(jī)車車輛。

軌道交通車輛的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)也極大地促進(jìn)了火災(zāi)防控系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)行的國內(nèi)外主要鐵路機(jī)車車輛消防標(biāo)準(zhǔn)及滅火設(shè)備配置有國際鐵路聯(lián)盟UIC 642《國際鐵聯(lián)運(yùn)機(jī)車、動(dòng)車及控制拖車的防火和消防規(guī)定》、歐盟EN 45545《鐵路應(yīng)用—鐵路機(jī)車的消防》、美國NFPA 130《固定導(dǎo)軌運(yùn)輸和有軌客運(yùn)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)》、英國BS 6853《載客列車設(shè)計(jì)與構(gòu)造防火通用規(guī)范》、中國TB/T 2640《鐵道客車防火保護(hù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》等。其中國際鐵路聯(lián)盟、美國、英國等國家和機(jī)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)中對車載自動(dòng)滅火系統(tǒng)進(jìn)行了相應(yīng)規(guī)范，并要求在火災(zāi)危險(xiǎn)性較高的區(qū)域安裝自動(dòng)滅火系統(tǒng)，而我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)對結(jié)構(gòu)防火設(shè)計(jì)、阻燃材料和手提滅火器提出了相應(yīng)的要求，但尚未規(guī)定機(jī)車車輛應(yīng)設(shè)置固定滅火系統(tǒng)。

1.2 國內(nèi)軌道交通車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前我國針對火災(zāi)防控自動(dòng)滅火系統(tǒng)的發(fā)展，大多停留在理論研究階段，在火災(zāi)防控系統(tǒng)的應(yīng)用方面，我國的鐵路機(jī)車火災(zāi)防控設(shè)施配備比較簡單，主要以安裝視頻監(jiān)控設(shè)備、感煙探測器和手提式滅火器為主，在發(fā)生火災(zāi)報(bào)警后需要工作人員持手提滅火器抵達(dá)著火區(qū)域進(jìn)行滅火，由于機(jī)車火災(zāi)發(fā)展速度極快，往往在幾分鐘之內(nèi)就能蔓延至整個(gè)車廂，人員手持滅火器不能及時(shí)抵達(dá)著火區(qū)域，會錯(cuò)過最佳滅火時(shí)間，且存在一定的危險(xiǎn)性。

自2015 年來，國內(nèi)極少部分內(nèi)燃機(jī)車開始試裝細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，但細(xì)水霧滅火系統(tǒng)大范圍應(yīng)用于軌道交通領(lǐng)域有諸多問題。首先對機(jī)車而言，現(xiàn)有機(jī)車內(nèi)部空間狹小，且對載重有一定限制，而細(xì)水霧系統(tǒng)需要大量的瓶組、泵組以及儲水設(shè)備，體積和重量都無法保障；其次，機(jī)車工作環(huán)境惡劣，細(xì)水霧對水質(zhì)要求很高，如儲水被污染則會造成設(shè)備失效。

此外，由于目前國內(nèi)動(dòng)力鋰離子電池?zé)崾Э丶盎馂?zāi)防控標(biāo)準(zhǔn)缺失，動(dòng)力電池火災(zāi)防控系統(tǒng)技術(shù)研究并未大量應(yīng)用，混合動(dòng)力機(jī)車動(dòng)力電池的火災(zāi)防控系統(tǒng)也應(yīng)是混合動(dòng)力機(jī)車不可缺少的組成部分。

從2019 年起，某公司研制的機(jī)車車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)，將探測、報(bào)警和自動(dòng)滅火功能進(jìn)行結(jié)合，開始應(yīng)用到國內(nèi)部分機(jī)車車輛中，在實(shí)際應(yīng)用過程中起到了很好的火災(zāi)防控作用。

2 軌道交通車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

2.1 探測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：由于目前軌道交通車輛的相關(guān)消防標(biāo)準(zhǔn)不夠完備，探測系統(tǒng)大多依照建筑火災(zāi)報(bào)警相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如GB 4715—2005《點(diǎn)型感煙火災(zāi)探測器》、GB 4716—2005《點(diǎn)型感溫火災(zāi)探測器》。

（2）在復(fù)雜環(huán)境下長期運(yùn)行：由于軌道交通車輛運(yùn)行環(huán)境復(fù)雜，常伴有振動(dòng)、揚(yáng)塵、高溫等現(xiàn)象。探測器應(yīng)具有良好的抗干擾能力，且能在復(fù)雜環(huán)境下長時(shí)間工作。

（3）探測器分布合理：由于火災(zāi)中的煙氣運(yùn)動(dòng)方式有一定規(guī)律，在布置探測器時(shí)應(yīng)充分考慮其空間分布的合理性，以實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)域的全覆蓋和探測的及時(shí)性。

（4）準(zhǔn)確性：由于機(jī)車運(yùn)行的特殊性，接到火災(zāi)報(bào)警后停止列車運(yùn)行會造成連鎖反應(yīng)，影響鐵路網(wǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，對火災(zāi)探測器誤報(bào)警的容忍度低，故對火災(zāi)探測器的探測準(zhǔn)確性有較高要求。

2.2 報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：由于目前軌道交通車輛的相關(guān)消防標(biāo)準(zhǔn)不夠完備，報(bào)警系統(tǒng)大多依照建筑火災(zāi)報(bào)警相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如GB 50116—2008《火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》。

（2）報(bào)警提示明顯：由于列車司機(jī)室指令操作復(fù)雜，通訊頻繁，尤其在進(jìn)出站時(shí)會與車上及地面人員頻繁交換信息，報(bào)警信號可能會被操作人員忽略，故報(bào)警信號要足夠明顯，同時(shí)不影響操作人員正常工作。

（3）便于區(qū)分：火災(zāi)報(bào)警提示應(yīng)與其他報(bào)警提示有明顯區(qū)分，以便于操作人員第一時(shí)間識別出火災(zāi)報(bào)警信息。

（4）指向性：火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出的報(bào)警信息應(yīng)包含火情位置信息，以便工作人員第一時(shí)間確認(rèn)火情。

2.3 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：由于目前軌道交通車輛的相關(guān)消防標(biāo)準(zhǔn)不夠完備，控制系統(tǒng)大多依照建筑火災(zāi)報(bào)警相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如GB 16806—2015《消防聯(lián)動(dòng)控制設(shè)備通用技術(shù)條件》。

（2）數(shù)據(jù)記錄：控制系統(tǒng)應(yīng)對報(bào)警信息及滅火動(dòng)作信息進(jìn)行儲存，以便后期進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

（3）數(shù)據(jù)傳輸：控制系統(tǒng)應(yīng)具有數(shù)據(jù)傳輸功能，以便和整車系統(tǒng)進(jìn)行對接。

（4）自動(dòng)動(dòng)作和延時(shí)動(dòng)作：控制器應(yīng)具有自動(dòng)動(dòng)作功能，以免人員未發(fā)現(xiàn)火情時(shí)造成火災(zāi)蔓延。同時(shí)應(yīng)具有延時(shí)自動(dòng)動(dòng)作功能，以便操作人員確認(rèn)報(bào)警信號的準(zhǔn)確性。

2.4 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

（1）符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：由于目前軌道交通車輛的相關(guān)消防標(biāo)準(zhǔn)不夠完備，執(zhí)行系統(tǒng)大多依照建筑火災(zāi)報(bào)警的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循XF 61-2010《固定滅火系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)、控制裝置通用技術(shù)條件》、GB 25972—2010《氣體滅火系統(tǒng)及部件》等。

（2）滅火的高效性：滅火裝置應(yīng)響應(yīng)準(zhǔn)確和及時(shí)，避免多余動(dòng)作、誤動(dòng)作和不響應(yīng)，滅火介質(zhì)滅火性能高效，應(yīng)在短時(shí)間內(nèi)迅速撲滅火災(zāi)。

（3）分區(qū)滅火：根據(jù)機(jī)車結(jié)構(gòu)，將保護(hù)區(qū)域劃分成多個(gè)獨(dú)立子區(qū)域，配備相應(yīng)的執(zhí)行系統(tǒng)，整個(gè)執(zhí)行系統(tǒng)由控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理，各區(qū)域間實(shí)現(xiàn)獨(dú)立探測、報(bào)警及滅火。

（4）清潔性：為避免對設(shè)備造成二次傷害，對環(huán)境造成污染，滅火介質(zhì)應(yīng)無毒無腐蝕性，不破壞臭氧層也不污染環(huán)境，在有人員活動(dòng)區(qū)域，應(yīng)避免滅火介質(zhì)對人體造成傷害。

（5）使用期：在未發(fā)生火災(zāi)期間，設(shè)備應(yīng)有足夠長的使用期。

3 軌道交通車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)架構(gòu)

軌道交通車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)是依托車輛內(nèi)部的電氣和空間結(jié)構(gòu)，布置火災(zāi)探測部件、火災(zāi)報(bào)警部件、滅火控制部件和滅火執(zhí)行部件等裝置。首先火災(zāi)探測裝置對火災(zāi)進(jìn)行探測，探測到火災(zāi)將信號傳輸?shù)娇刂撇考刂葡到y(tǒng)進(jìn)行一定的算法識別，排除誤報(bào)信號，判斷出真正的火災(zāi)信號，為報(bào)警裝置提供驅(qū)動(dòng)電流，控制報(bào)警裝置發(fā)出聲光報(bào)警或語音播報(bào)，對火災(zāi)探測器進(jìn)行編碼，以此定位發(fā)出報(bào)警信號的探測器位置，根據(jù)探測器位置推斷出起火位置，并對起火位置進(jìn)行顯示，車上人員根據(jù)起火位置提示，進(jìn)行緊急處理。同時(shí)控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)著火區(qū)域的滅火執(zhí)行裝置，實(shí)施自動(dòng)滅火過程，控制系統(tǒng)應(yīng)具有0～30 s 的延時(shí)釋放功能，當(dāng)報(bào)警裝置啟動(dòng)后，延時(shí)程序被觸發(fā)，延時(shí)倒計(jì)時(shí)過程中，車上人員可對滅火系統(tǒng)進(jìn)行緊急停止或緊急啟動(dòng)操作，當(dāng)進(jìn)行緊急啟動(dòng)操作時(shí)滅火執(zhí)行裝置立即動(dòng)作，在著火區(qū)域釋放滅火劑；當(dāng)進(jìn)行緊急停止操作時(shí)，自動(dòng)滅火流程被中斷，滅火指令被消除，且一段時(shí)間內(nèi)不再報(bào)警。若倒計(jì)時(shí)結(jié)束前沒有進(jìn)行任何操作，倒計(jì)時(shí)結(jié)束后執(zhí)行自動(dòng)滅火指令，控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)滅火執(zhí)行系統(tǒng)，對著火區(qū)域釋放滅火劑進(jìn)行滅火。

同時(shí)火災(zāi)防控系統(tǒng)會與軌道交通車輛內(nèi)部原有的車載安全監(jiān)測系統(tǒng)和視頻監(jiān)控系統(tǒng)相對接，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的可靠性。

3.1 探測系統(tǒng)

針對不同的火災(zāi)防控應(yīng)用場景，采用煙溫復(fù)合探測器、火焰探測器、特征氣體探測器、感溫電纜等探測設(shè)備，對機(jī)車內(nèi)特定火災(zāi)場景進(jìn)行探測。

3.1.1 煙溫復(fù)合探測器

在火災(zāi)初期階段主要發(fā)生的是陰燃，陰燃過程中主要產(chǎn)生煙霧，升溫不明顯，且沒有明火，在應(yīng)對火災(zāi)初期階段時(shí)感煙探測器的報(bào)警反應(yīng)迅速，可有效防止火災(zāi)的蔓延，故目前感煙探測器的應(yīng)用較為廣泛［1］。但由于感煙探測器是通過探測煙霧顆粒進(jìn)而判斷出火災(zāi)的，環(huán)境中的煙塵顆粒也會引起感煙探測器的報(bào)警，容易發(fā)生誤報(bào)現(xiàn)象，為避免誤報(bào)還應(yīng)采集其他信息。溫度的升高是火災(zāi)發(fā)展過程中的一個(gè)重要現(xiàn)象，且發(fā)生火災(zāi)時(shí)的升溫過程和日常環(huán)境中的溫度變化有著明顯區(qū)別，通過研究火災(zāi)發(fā)展過程中的溫度變化特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對火災(zāi)升溫過程的捕捉，可以較為準(zhǔn)確地通過溫度探測出火災(zāi)，避免傳統(tǒng)感溫探測器以溫度閾值的方式進(jìn)行火災(zāi)探測而引發(fā)的誤報(bào)問題。結(jié)合感煙和感溫2 種探測信號的特點(diǎn)，進(jìn)行煙溫復(fù)合探測，可降低誤報(bào)和漏報(bào)的發(fā)生。使用復(fù)合探測技術(shù)，對各種探測器數(shù)據(jù)采用復(fù)合算法進(jìn)行處理，是解決誤報(bào)問題的有效手段［2］。在空間狹小、遮擋物較多和相對封閉的空間內(nèi)適合使用煙溫復(fù)合探測器。

3.1.2 火焰探測器

火焰探測器通過探測火焰發(fā)出的紫、紅外光，判斷火災(zāi)的發(fā)生，在火災(zāi)發(fā)展過程中的明火階段進(jìn)行響應(yīng)。它對于環(huán)境中氣流速度沒限制，故適用于在機(jī)車上空氣流速較大的區(qū)域使用。由于火焰探測器通過對火焰發(fā)出的紫、紅外光進(jìn)行響應(yīng)，其適用于對火災(zāi)發(fā)展速度快的易燃物火災(zāi)進(jìn)行探測。對于起火速度快，且無煙遮蔽的明火火災(zāi)反應(yīng)最為靈敏［3］。在內(nèi)燃機(jī)車動(dòng)力包區(qū)域，可能發(fā)生柴油火，其火勢發(fā)展速度快，且在正常工作時(shí)有煙霧產(chǎn)生，采用煙霧探測器、一氧化碳探測器等容易發(fā)生誤報(bào)，故宜采用火焰探測器進(jìn)行探測。

在使用火焰探測器時(shí)需注意，若出現(xiàn)明火之前會釋放大量煙霧，則不可將火焰探測器作為唯一探測手段，應(yīng)配合其他類型的探測器一起使用。由于紫紅外復(fù)合火焰探測器所探測的火災(zāi)類型起火速度快，且一旦探測到就已發(fā)展到明火階段，在和控制器聯(lián)動(dòng)時(shí)，應(yīng)適當(dāng)減少控制器的延遲動(dòng)作時(shí)間，形成快速報(bào)警滅火系統(tǒng)，避免火災(zāi)的進(jìn)一步發(fā)展。在現(xiàn)場安裝時(shí)，應(yīng)注意探測前方盡量沒有障礙物阻擋光線傳播，使其有盡可能廣的探測范圍。

3.1.3 特征氣體探測器

在正常環(huán)境中空氣中的一氧化碳和二氧化碳含量非常低，在發(fā)生燃燒前的升溫過程中，由于可燃材料發(fā)生熱解，會釋放大量一氧化碳和二氧化碳，由于此時(shí)還未開始陰燃，沒有煙霧產(chǎn)生，特征氣體比煙霧產(chǎn)生得更早。在陰燃階段開始時(shí)，空間內(nèi)的特征氣體濃度已經(jīng)積累到相當(dāng)高的程度。故特征氣體探測器比感煙探測器更加靈敏且不容易發(fā)生誤報(bào)，在空間較小且相對密封的區(qū)域可采用特征氣體探測器。

采用特征氣體探測器時(shí)應(yīng)關(guān)注燃燒物類型，對于容易發(fā)生熱解的材料，起煙和見明火較晚的材料宜采用特征氣體探測器，可對初期火災(zāi)進(jìn)行很好的探測。對于易燃物品引發(fā)的火災(zāi)，由于火災(zāi)發(fā)展速度較快，其探測效果不如煙霧探測器和火焰探測器?，F(xiàn)場安裝時(shí)由于特征氣體產(chǎn)生后隨煙氣移動(dòng)，故其安裝位置可以參考煙霧探測器位置。

3.1.4 感溫電纜

感溫電纜通過具有熱敏特性的金屬材料進(jìn)行連接，當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí)，電阻發(fā)生變化，通過處理器進(jìn)行信號分析可以測得溫度變化，當(dāng)溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號，由于感溫電纜結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高，將用于空間相互分隔、空氣流通較弱的區(qū)域。當(dāng)其他探測器出現(xiàn)漏報(bào)情況時(shí)，可進(jìn)行補(bǔ)充。

由于感溫電纜柔韌性好，占用空間小，在空間較為狹小的區(qū)域可以進(jìn)行覆蓋，避免了探測盲區(qū)的出現(xiàn)，在布置感溫電纜時(shí)因盡量順著強(qiáng)電電纜一起布置，當(dāng)電纜發(fā)熱或燃燒時(shí)能夠快速反應(yīng)，提高探測的實(shí)時(shí)性。

3.2 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)作為火災(zāi)防控系統(tǒng)的中樞橋梁，主要負(fù)責(zé)完成接收探測器采集的信號、火警邏輯判斷、運(yùn)行和操作界面顯示、跨防區(qū)重聯(lián)以及與其他車載系統(tǒng)通信5 部分功能?？刂破靼唇Y(jié)構(gòu)可分為一體式消防聯(lián)動(dòng)控制器和分體式消防聯(lián)動(dòng)控制器。按是否搭載不間斷電源可分為有備用電源控制器和無備用電源控制器2 種。

3.2.1 一體式與分體式消防聯(lián)動(dòng)控制器

一體式消防聯(lián)動(dòng)控制器集成了上述控制系統(tǒng)的完整功能。主控板卡、探測器監(jiān)控板卡、屏顯板卡以及各通信板卡集成在控制器內(nèi)部，面板上配備了屏幕、按鍵、聲光報(bào)警器和調(diào)試下載接口。一體式控制器的集成度很高，安裝位置靈活，普遍適用于既有車型的加裝和改造。

分體式控制器采用列車標(biāo)準(zhǔn)的3U 機(jī)箱，各功能板卡平行排布在卡槽中?？刂破魍ㄟ^列車總線將火災(zāi)防控系統(tǒng)運(yùn)行情況和火警信息傳遞給6A 系統(tǒng)和TCMS 系統(tǒng)，通過司機(jī)室操作臺顯示屏和按鍵進(jìn)行顯示和操作，通過列車廣播裝置播報(bào)火警信息。根據(jù)相關(guān)消防標(biāo)準(zhǔn)，需在車輛顯著位置額外布置一組手動(dòng)啟動(dòng)和停止按鍵以及專用的火災(zāi)報(bào)警指示燈。分體式控制器與整車的契合度很高，既適用于以獨(dú)立機(jī)箱安裝在新車型電氣柜中，也可以安裝在預(yù)留了板卡位置的6A 系統(tǒng)機(jī)箱中。

3.2.2 火警邏輯判斷與人機(jī)交互操作

控制器根據(jù)探測器傳回的數(shù)據(jù)，監(jiān)測車內(nèi)防護(hù)區(qū)的環(huán)境情況。當(dāng)溫度、煙霧濃度、一氧化碳濃度迅速升高并達(dá)到一定閾值或火焰探測器捕捉到明火時(shí)，系統(tǒng)會提示駕駛員發(fā)生火情并報(bào)告火警具體位置。駕駛員可根據(jù)提示，復(fù)查后取消火警或提前啟動(dòng)滅火裝置，若一定延遲時(shí)間內(nèi)，駕駛員未作出響應(yīng)，系統(tǒng)會自動(dòng)開啟滅火裝置保護(hù)車體的安全。

控制器為系統(tǒng)提供了巡檢和自檢功能，駕駛員可以通過屏幕查看系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，也可以調(diào)取運(yùn)行日志，查看歷史故障和火警信息。

3.2.3 重聯(lián)與對外通信

控制系統(tǒng)支持同車廂兩端司機(jī)室雙機(jī)互為主從，共同監(jiān)測車廂內(nèi)一個(gè)或多個(gè)防區(qū)運(yùn)行狀態(tài)；也可以一主機(jī)多從機(jī)跨車重聯(lián)，在任意控制器上監(jiān)測全列多個(gè)防區(qū)實(shí)時(shí)運(yùn)行情況。

控制器配備了豐富的對外通信接口，支持通過CAN、RS485、UDP、TRDP、MVB 等多種總線與列車其他控制系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，同時(shí)搭載了USB、以太網(wǎng)、DI/DO 等接口用于調(diào)試和下載數(shù)據(jù)。

3.2.4 不間斷電源

為滿足復(fù)雜的應(yīng)用場景，控制系統(tǒng)可選配不同容量的備用電源保證系統(tǒng)不間斷運(yùn)行。系統(tǒng)可在機(jī)車未上電的情況下，使用備用電源以低功耗狀態(tài)對列車進(jìn)行全天候的安全監(jiān)測。當(dāng)火災(zāi)發(fā)生并影響到列車正常供電時(shí)，控制系統(tǒng)可自動(dòng)切換到備用電源，保證火災(zāi)防控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。搭載備用電源的火災(zāi)防控系統(tǒng)，能夠更大程度地保障列車的消防安全。

3.3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

3.3.1 火探管式氣體滅火系統(tǒng)

火探管系統(tǒng)由儲存滅火劑的壓力鋼瓶和火探管路組成，將帶壓工作的火探管路布置到容易著火的區(qū)域上方，當(dāng)管路沿線發(fā)生著火時(shí)，火探管受熱軟化，在溫度最高處將自動(dòng)破裂，將帶壓儲存的滅火劑釋放到著火區(qū)域，實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)滅火。

由于火探管系統(tǒng)可以依靠獨(dú)立的火災(zāi)探測能力實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)滅火，無需電源和火災(zāi)報(bào)警控制器，不受振動(dòng)、沖撞、極端氣溫、粉塵和氣流等環(huán)境的影響，對機(jī)車內(nèi)部電器設(shè)備和封閉空間的保護(hù)更加安全可靠。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，且具有特殊線性感應(yīng)的特點(diǎn)，可適應(yīng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的區(qū)域，令長距離線槽和設(shè)備同時(shí)具有探火和滅火功能，適用于軌道交通車輛內(nèi)密集型電氣設(shè)備區(qū)域（如電器柜、電池柜等）的防火。

火探管在機(jī)車上的電器柜等封閉空間內(nèi)部鋪設(shè)時(shí)應(yīng)根據(jù)火焰蔓延的特點(diǎn)，將管路盡量鋪設(shè)在靠近容易發(fā)生火災(zāi)的部位，且需覆蓋火焰蔓延的主要路徑，如因鋪設(shè)在容易發(fā)生因接觸不良而造成火災(zāi)的接線位置，應(yīng)盡量經(jīng)過獨(dú)立分區(qū)的頂部位置等。由于帶壓工作，在管路連接處應(yīng)按要求采用特定的鏈接方式，以保證其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，瓶組和管路之間應(yīng)該設(shè)置壓力警示，并定期檢查，防止因壓力泄漏而造成系統(tǒng)失效。

3.3.2 管網(wǎng)式氣體滅火系統(tǒng)

管網(wǎng)式氣體滅火系統(tǒng)由鋼瓶、電磁驅(qū)動(dòng)裝置、管網(wǎng)和噴頭組成，應(yīng)用于機(jī)車時(shí)，由于車體各個(gè)區(qū)域跨度較大，且空間相對獨(dú)立，可對各空間獨(dú)立布置鋼瓶和管路，也可只配置一組鋼瓶，將藥劑集中儲存，利用管網(wǎng)延伸到各保護(hù)空間，通過管路上的分區(qū)電磁閥進(jìn)行控制，當(dāng)有火災(zāi)發(fā)生時(shí)，若各區(qū)域獨(dú)立配置鋼瓶，則啟動(dòng)相應(yīng)區(qū)域的鋼瓶電磁閥進(jìn)行滅火，若只集中配置了一組鋼瓶，則開啟沿途的區(qū)域選擇閥，對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行滅火。

由于該系統(tǒng)采用分布式管理，具有覆蓋區(qū)域廣，統(tǒng)一性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。其次管路系統(tǒng)安裝和維護(hù)方便，非帶壓工作，維護(hù)成本低，管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可靠，可重復(fù)使用，壽命更長。適合在機(jī)車上空間較大的機(jī)械間等區(qū)域布置。

管網(wǎng)式氣體滅火系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，由于車上空間有限，一般鋼瓶位置不易變動(dòng)，故應(yīng)合理規(guī)劃管路布置，結(jié)合車上設(shè)備的位置，應(yīng)盡量減少彎頭的使用以降低局部阻力損失，結(jié)合鋼瓶出口的藥劑流量和管路阻力損失選取合適內(nèi)徑的釋放管路，當(dāng)一套管路有多個(gè)出口時(shí)，盡量采用均衡管網(wǎng)的方式進(jìn)行布置，若無法滿足均衡管網(wǎng)要求時(shí)，應(yīng)搭配噴頭限流板或減小某一支路管徑，以使得各個(gè)出口的流量相等。

3.3.3 高壓細(xì)水霧系統(tǒng)

可應(yīng)用于軌道交通的高壓細(xì)水霧系統(tǒng)有儲壓式細(xì)水霧系統(tǒng)和非儲壓式細(xì)水霧系統(tǒng)2 種。

儲壓式細(xì)水霧系統(tǒng)采用氮?dú)馄拷M為細(xì)水霧的霧化提供壓力，其工作原理和釋放過程與泵組系統(tǒng)基本相同，與泵組系統(tǒng)相比，工程造價(jià)更低，不受電力供應(yīng)因素的影響，但氮?dú)馄拷M的占地面積較大，且持續(xù)時(shí)間較短，增壓氣體釋放完畢后即停止工作。在結(jié)構(gòu)緊湊的空間內(nèi)使用受到限制，在地鐵車廂等空間較大的應(yīng)用場景可采用瓶組系統(tǒng)。

非儲壓式細(xì)水霧系統(tǒng)由高壓泵組、穩(wěn)壓泵、水箱、區(qū)域閥、過濾器、管路及噴頭組成，當(dāng)保護(hù)區(qū)域內(nèi)著火時(shí)，探測系統(tǒng)將火災(zāi)信息傳送到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)依控制泵組進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，并開啟火災(zāi)沿途的區(qū)域閥，將水箱內(nèi)的水通過管路和噴頭，噴灑到著火區(qū)域，實(shí)現(xiàn)滅火。由于泵組系統(tǒng)為非儲壓式系統(tǒng)，在機(jī)車運(yùn)行過程中更為安全，不會受高溫、振動(dòng)等因素的影響，可靠性較高，整個(gè)系統(tǒng)可以多次循環(huán)使用，壽命周期長。

3.4 報(bào)警系統(tǒng)

報(bào)警系統(tǒng)的功能有2 項(xiàng)，一是報(bào)告火警信息，二是報(bào)告系統(tǒng)故障信息。報(bào)警的形式主要有控制系統(tǒng)顯示單元和聲、光報(bào)警裝置3 種。

3.4.1 火災(zāi)報(bào)警功能

當(dāng)控制系統(tǒng)接收到來自探測器或手動(dòng)報(bào)警裝置的火警信息時(shí)，會在屏幕上顯示火情位置，通過聲音報(bào)警裝置播報(bào)語音報(bào)警信息，并點(diǎn)亮專用的火警指示燈，直至完成滅火操作或手動(dòng)按下復(fù)位按鈕。當(dāng)多個(gè)防區(qū)出現(xiàn)火情時(shí)，控制系統(tǒng)會突出顯示第1 個(gè)報(bào)警位置，循環(huán)顯示其他火警位置，并記錄下全部火災(zāi)報(bào)警信息。

3.4.2 故障報(bào)警功能

控制系統(tǒng)配有專用的故障指示燈，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，指示燈會點(diǎn)亮直至故障修復(fù)，同時(shí)在屏幕上顯示故障類型和具體位置，并通過語音報(bào)警裝置提示駕駛員系統(tǒng)運(yùn)行故障。

當(dāng)同時(shí)發(fā)生火災(zāi)和系統(tǒng)故障時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會優(yōu)先報(bào)告火災(zāi)警告。但如果系統(tǒng)故障涉及到火災(zāi)報(bào)警設(shè)備及其聯(lián)動(dòng)設(shè)備時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)會交替報(bào)告火災(zāi)警告和故障報(bào)警信息。

3.5 環(huán)保型滅火劑

3.5.1 全氟己酮滅火劑

全氟己酮滅火劑主要通過降溫和化學(xué)抑制的方式進(jìn)行滅火，其具有低沸點(diǎn)和高熱容的特性，釋放后會快速氣化充滿整個(gè)保護(hù)空間，降低燃燒區(qū)域的溫度，并抑制燃燒反應(yīng)鏈，破壞燃燒四面體中的著火點(diǎn)和燃燒反應(yīng)鏈2 個(gè)要素，實(shí)現(xiàn)滅火效果。

全氟己酮的優(yōu)勢在于具有良好的滅火性能的同時(shí)，具有不導(dǎo)電和無腐蝕的特性，其沸點(diǎn)為49 ℃，汽化后無殘留，針對電氣火災(zāi)的滅火有較強(qiáng)優(yōu)勢。其滅火劑量范圍內(nèi)無毒性，排放到大氣中不會造成溫室效應(yīng)，也不會對臭氧層造成破壞，在大氣中的殘留年限為0.014 年，對人體和環(huán)境友好，是理想的清潔氣體滅火劑［4］。在應(yīng)對機(jī)車火災(zāi)時(shí)，一方面機(jī)車空間相對封閉，為全氟己酮的滅火創(chuàng)造了有利條件。另一方面滅火劑無殘留、不腐蝕的特性使得滅火后不會影響車上設(shè)備，在執(zhí)行滅火操作后仍然可以繼續(xù)運(yùn)行。

3.5.2 高壓細(xì)水霧滅火劑

由于高壓細(xì)水霧滅火時(shí)依靠細(xì)水霧的汽化吸熱對火災(zāi)區(qū)域降溫，同時(shí)細(xì)水霧氣化后會置換火源附近的氧氣，通過降溫和窒息的作用撲滅火災(zāi)，在未著火區(qū)域細(xì)水霧不會汽化，從而不會影響人員的正常呼吸，在人員疏散過程中，還可以防止出現(xiàn)由于熱輻射造的成人員燙傷現(xiàn)象。

高壓細(xì)水霧以水為滅火劑，對保護(hù)對象、保護(hù)區(qū)人員、環(huán)境均無損害和污染。高壓細(xì)水霧被打到著火區(qū)域，然后迅速汽化帶走熱量的同時(shí)，隔絕火源周圍的氧氣，達(dá)到滅火效果。高壓細(xì)水霧產(chǎn)生的水霧顆粒可降低空氣內(nèi)的透光率，可以有效屏蔽熱輻射，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制火勢的效果，還可以有效防止火災(zāi)的復(fù)燃［5］。同時(shí)細(xì)水霧能凈化火災(zāi)產(chǎn)生的煙霧和廢氣，為人員安全疏散和滅火救援工作創(chuàng)造有利條件。用水量僅為水噴淋系統(tǒng)的1%，避免了大量的排水造成的次生災(zāi)害。其安全性能和滅火性能突出，適合應(yīng)用于人員密集的乘客車廂內(nèi)。

4 軌道交通火災(zāi)防控系統(tǒng)與整車的接口

4.1 與車載安全監(jiān)控系統(tǒng)的接口

機(jī)車車載安全防護(hù)系統(tǒng)簡稱“6A”系統(tǒng)，它是針對機(jī)車的高壓絕緣、防火、視頻、列車供電、制動(dòng)系統(tǒng)、走行部等危及安全的重要事項(xiàng)、重點(diǎn)部件和部位進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、監(jiān)視、報(bào)警的一套安全防護(hù)系統(tǒng)［6］。

6A 系統(tǒng)中的防火監(jiān)控子系統(tǒng)，其功能主要是為了監(jiān)測機(jī)車相關(guān)區(qū)域煙霧及溫度的變化預(yù)防機(jī)車火災(zāi)的發(fā)生。而火災(zāi)防控系統(tǒng)，集成了火災(zāi)探測、控制、滅火于一體的完整系統(tǒng)，當(dāng)其用于具有6A 系統(tǒng)的機(jī)車時(shí)，火災(zāi)防控系統(tǒng)的控制器可以接入6A 系統(tǒng)，通過采集6A 系統(tǒng)的火災(zāi)報(bào)警信號，來進(jìn)行火災(zāi)防控，對相關(guān)區(qū)域進(jìn)行滅火操作，同時(shí)提示司乘人員，保障行車安全。這也是鐵路機(jī)車未來提升火災(zāi)探測與報(bào)警，并集成滅火聯(lián)動(dòng)形成完整火災(zāi)防控的趨勢［7］。

4.2 與列車控制和管理系統(tǒng)的接口

列車控制和管理系統(tǒng)簡稱“TCMS”系統(tǒng)，一般來說，TCMS 是負(fù)責(zé)整合車輛車載設(shè)備信息的主要系統(tǒng)，主要用于處理和分配列車運(yùn)行中各種內(nèi)外數(shù)據(jù)［8］。

火災(zāi)防控系統(tǒng)一般具備與TCMS 系統(tǒng)的通信接口，通常采用MVB 或以太網(wǎng)的總線形式與整車進(jìn)行通信，將火災(zāi)具體信息發(fā)送至TCMS，TCMS通過分析自動(dòng)或由司乘人員判斷后手動(dòng)將會影響火災(zāi)蔓延的火災(zāi)區(qū)域相關(guān)設(shè)備關(guān)停，保障滅火效果；同時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行故障記錄，用于事故分析和后續(xù)整改。

4.3 與機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)車載子系統(tǒng)終端的接口

中國機(jī)車遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)簡稱“CMD”系統(tǒng)，是我國機(jī)務(wù)信息化中機(jī)車動(dòng)靜態(tài)信息的采集、傳輸、地面診斷分析平臺，為機(jī)務(wù)信息化應(yīng)用功能提供重要的信息支撐。

CMD 系統(tǒng)的車載子系統(tǒng)主要是現(xiàn)機(jī)車信息數(shù)據(jù)的采集、存儲、在線診斷、信息處理以及數(shù)據(jù)傳輸。它采集、匯總機(jī)車狀態(tài)信息、6A 檢測信息、機(jī)車安全信息，完成不同系統(tǒng)之間的信息交換，機(jī)車履歷存儲、機(jī)車關(guān)鍵信息及故障記錄，實(shí)現(xiàn)信息的統(tǒng)一傳輸，記錄文件的自動(dòng)下載，信息的通信管理，可配置的機(jī)車狀態(tài)監(jiān)視與報(bào)警［9］。

火災(zāi)防控系統(tǒng)可以與CMD 的車載子系統(tǒng)中的車載主機(jī)進(jìn)行通信，亦可由整車TCMS 系統(tǒng)或CMD 系統(tǒng)將火災(zāi)信息傳輸至CMD 的車載子系統(tǒng)，從而將火災(zāi)具體信息通過無線傳輸網(wǎng)絡(luò)（采用4G、北斗或WLAN 等網(wǎng)絡(luò)）實(shí)時(shí)發(fā)送至地面，完成將火災(zāi)發(fā)生情況和滅火處理數(shù)據(jù)第一時(shí)間發(fā)送至地面的鐵路綜合IT 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，用于及時(shí)采取救援措施、調(diào)整相關(guān)路線車輛的運(yùn)行，最大程度地減少影響，保障鐵路線路安全。

5 結(jié)束語

當(dāng)前中國鐵路的發(fā)展正處在關(guān)鍵性階段，一旦列車在運(yùn)行過程中發(fā)生火災(zāi)，造成的連帶損失是不可估量的。軌道交通車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)是軌道交通運(yùn)輸安全運(yùn)行的重要保障，目前只有少數(shù)歐美國家強(qiáng)制要求配備列車消防系統(tǒng)，主要集中在動(dòng)力設(shè)備區(qū)域，并沒有形成完整的產(chǎn)品體系，且進(jìn)口的車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)價(jià)格動(dòng)輒近百萬，沒有對本土化環(huán)境做出特定的優(yōu)化，因此研制契合國內(nèi)機(jī)車原有系統(tǒng)的火災(zāi)防控系統(tǒng)將大大降低列車火災(zāi)防控成本。

文中針對軌道交通車輛火災(zāi)防空系統(tǒng)的發(fā)展和應(yīng)用進(jìn)行了論述，介紹了適用于不同軌道車輛火災(zāi)防控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)結(jié)合軌道車輛其他系統(tǒng)功能，對列車各子防火系統(tǒng)進(jìn)行整合，統(tǒng)一布置和管理。其特點(diǎn)是擁有靈活的子系統(tǒng)配置方案，可定制性強(qiáng)，具有良好的適應(yīng)性，同時(shí)在火災(zāi)防控性能方面，通過探測、報(bào)警、控制和自動(dòng)滅火等手段相結(jié)合的方法，形成對保護(hù)對象火災(zāi)安全的自動(dòng)預(yù)警與防護(hù)，使用和管理更加簡單方便，針對傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車、現(xiàn)行的電力機(jī)車、新能源電力機(jī)車以及地鐵車輛都能夠提供整車級的火災(zāi)防控系統(tǒng)解決方案，有力保障我國軌道交通移動(dòng)裝備的安全運(yùn)行。