内容摘要：在地铁大发展时期安全的重要性，运营安全是城市轨道交通系统的生命线。本文分析了地铁火灾的原因及特点，地铁火灾最重要的是预防、预测，感温光纤是最佳的地铁区间温度的监测手段。

一、地铁大发展时期

由于环境污染，以及节省能源的需求，用地省、运能大、节约能源、电力牵引、污染小、噪声便于治理都成为轨道交通发展最大的优势，因此，全世界都在大力发展轨道交通。轨道交通已作为城市大容量、大众化的公共客运交通的骨干力量。而轨道交通的规模，我国与世界发达国家相比，仍有较大的差距，因此将有大的发展空间，同时地铁的大发展必然带来地铁安全行业的大发展。

    预计到2050年中国城市轨道交通线路总长将超过4500公里。这样的建设速度和力度，在世界上也是少有的。以日本东京为例，历史上最快的建设速度是每年建成9公里，而我国北京、上海等城市建设速度已是它的三四倍。

目前，我国有百万以上人口的城市48座，在这些城市的规划中，已有20多个城市开展了城市轨道交通的建设、运营或筹划。未来几年我国城市轨道交通项目建设总长将达1700多公里，投资达6200亿元，其投资规模之大是其他工程无法比拟的，三峡工程总投资为1800亿，京沪高速铁路为2200亿，而探月工程一期仅14亿，可见地铁投资规模之大，只不过它是各地方筹资。可见，我国轨道交通正面临一个大发展时期。正在加速的中国城市化进程，以及目前需要刺激内需的经济环境，使得城市建设轨道交通准入条件的放宽。就像飞奔的地铁，地铁施工项目也在城市扩张本能的推动下一路狂奔。然而在快速扩张的背后，在地铁热的背景下，全国有4万亿元投资即将上马，大大小小无数工地即将开工之际，杭州悲剧尤其具有警示意义，安全隐患必须警钟长鸣。

     针对当前行业发展面临的机遇，涉及地铁工程的各行各业，都要制定前瞻的投资战略，并把它做为决策的重要依据之一。如此大规模的地铁建设，必须认真对待地铁在建设和运营过程中的安全，这主要包括地铁防灾系统，其火灾更是安全运行中最大的隐患，必须引起高度重视。

二、运营安全是城市轨道交通系统的生命线

近年来，地铁已成为许多大城市最主要的交通工具。运营安全是城市轨道交通系统的生命线，国内外城市轨道交通系统发生的运营灾害充分表明，任何一种城市轨道交通系统，都必须建立一个切实有效的运营安全保障系统，尤其地铁火灾更不容忽视。

    随着城市地铁的迅速发展，地铁灾害问题也愈来愈引起人们的重视。在轨道交通系统发生的灾害中，火灾占的比例最高，占30%以上。

因而，在地铁建设与运营过程中，地铁火灾是不容忽视的问题。近年来，地铁火灾屡见不鲜。例如，2003年2月18日，韩国大邱市地铁发生火灾事故，造成至少126人死亡，146人受伤，318人失踪；2005年7月6日，法国巴黎北部辛普朗因地铁车厢电路短路发生火灾，造成19人死亡。

据不完全统计，我国地铁自1969 年投入运行以来，共发生火灾 156 起，其中重大火灾3起，特大火灾1起。在我国政府大力推进地铁建设的今天，地铁火灾事故的预防和应对更应该引起全社会的共同关注。

地铁系统由于洞体结构复杂，环境密闭，设备集中，人员密度大，一旦发生火灾事故，扑救困难，极易造成群死群伤。因此，加强对地铁系统火灾事故特点及其防治对策措施的研究，将有助于地铁火灾事故防灾减灾目标的实现，有助于保障地铁系统的安全运营，有助于提高地铁系统安全生产投入的有效实施。

    对地铁这种特殊地下建筑与交通工具中，人员密度大、流量多是其最为显著的特征。地铁一旦发生火灾等灾害，与在地面建筑发生同样事故相比，其状况要更加难以控制，后果也会更加严重。地铁火灾不仅会造成财产损失、人员伤亡，常常造成群死群伤，对地铁运营带来灾难性的后果，可能引起社会骚动，甚至还可能造成恶劣的国际影响（如韩国地铁火灾）。因此，运营安全是城市轨道交通系统的生命线。

三、地铁火灾的原因及特点：

1、地铁火灾的原因分析：

自从地铁在文明世界出现以来，地铁火灾事故就一直不断。从早期的伦敦地铁火灾到近期的韩国大邱地铁火灾，无一不造成惨重伤亡。我们认为地铁火灾大致有三点原因：

(1) 人为的原因

管理上的疏漏是造成火灾的主要原因，难以制定严格的管理制度，大客流、行车密度高，对上车旅客进行安全检查比较困难，特别是安全品检查，防范蓄意纵火异常重要，所以，当前在不燃和阻燃材料大量应用的情况下，主要是防止人为破坏，防止携带易燃易爆品上车。

(2) 列车材料的因素

不能全部采用阻燃、可燃材料，一旦着火便难以控制。而发生火灾后，地铁的照明系统失控，车门的自动关闭等，都是事故的元凶。

（3）火源是多方面的

主要有电气火灾：如绝缘老化、违反用电规定、电气设备设计或安装不当、过负荷、电气短路、接地故障、静电放电、雷电等，都可能导致火灾；生活用火引燃：如烟头等引燃可燃物；生产用火引燃：如施工中由电焊、气割、打磨、切割等的火花或其他火种引燃可燃物；人为破坏纵火等。

2、地铁发生火灾时的特点：

地铁系统发生火灾事故时，最主要的特点就是疏散难度大和扑救困难。地铁系统在发生火灾时产生的烟、热不易排除，积聚的热量会使地铁系统内的空气的温度迅速升高，较早地出现全面燃烧（轰燃）现象。加上地铁比地面建筑的安全出口和疏散通道少，人们要脱离危险区域更加困难。

（1）氧含量急剧下降，

     地铁火灾发生时，由于隧道的相对封闭性，大量的新鲜空气难以迅速补充，致使空气中氧气含量急剧下降。气含量降至6%～10%时，人即会晕倒，失去逃生能力；当空气中含氧量降到5% 以下时，人会立即晕倒或死亡。

（2）发烟量大

     虽然当前地铁中一再要求使用阻燃材料，但仍会有一些装饰材料等是可燃性材料，地下隧道发生火灾时，由于新鲜空气供给不足，气体交换不充分，产生不完全燃烧反应，导致一氧化碳（CO）等有毒有烟气体大量产生，不仅降低了隧道内的可见度，同时加大了疏散人群窒息的可能性。

（3）排烟排热差

被土石包裹的地下隧道，热交换十分困难。发生火灾时不能像地面建筑那样有80%的烟可以通过破碎的窗户扩散到大气中，而是聚集在建筑物内，无法扩散，易使温度骤升，较早地出现“爆燃”；烟气形成的高温气流会对人体产生巨大的影响。这些流动性很强的烟和有毒气体，若不加以控制或及时排除，则会在地下通道内四处流窜，短时间内充满整个地下空间，给现场遇险人员和救灾人员带来极大的生命威胁。

（4）火情探测和扑救困难

     地铁的火灾比地面建筑的火灾扑救要困难得多，因为当地面建筑发生火灾时，可以直接在建筑外从产生的火光、烟雾判断火场位置和火势大小；而地铁发生火灾时究竟在哪个部位，则无法直观火场，需要详细查询和研究地下工程图，分析可能发生火灾的部位和可能出现的情况，才能做出灭火方案。同时，由于地铁的出入口有限，而且出入口又经常是火灾时的冒烟口，消防人员不易接近着火点，扑救工作难以展开。再加上地下工程对通信设施的干扰较大，扑救人员与地面指挥人员通信联络困难，也为消防扑救工作增加了障碍。

   （5）人员疏散困难

首先，地下隧道完全靠人工照明，致使正常电源照明就比地面建筑自然采光差，加之火灾时正常电源被切断，人的视觉完全靠事故照明和疏散标志指示灯保证。此时如果再没有事故照明，隧道、站台内将是一片漆黑，人员根本无法逃离火场。再加上浓烟，使人员疏散极为困难。火场中产生的一些刺激性气体也会使人睁不开眼睛，看不清逃离路线。其次，地铁发生火灾时只能通过站台出口逃生。地面建筑内发生火灾时人员的逃生方向与烟气的自然扩散方向相反，人往下逃离就可以脱离烟气的危害。而在地铁里发生火灾时，人只有往上逃到地面上才算是安全的，而人员的逃生方向与烟气的自然扩散方向一致，烟的扩散速度一般比人的行动快，所以人员疏散很困难。

（6）消防设施维修时间少，维修困难      

列车密度高，行车间隔时间短，留给消防设施维修时间极少。以上海地铁一号线为例：运营每日为436班列车，列车间隔时间仅为4分钟／列左右，时速为80公里／小时，夜间还时有维修列车运行。如此庞大的客流量和高负荷的运营无疑给消防设施维修造成困难，同时也给消防部门处置突发事件增加了难度。

四、地铁火灾最重要的是预防：

火灾，尤其是地铁火灾，预防是最重要的，早发现、早处理、早解决是关键。而预防是多方面的，尽量采用阻燃材料、合理划分消防分区、预测火灾发生等措施都是非常必要的。而预测火灾发生的措施在任何时间都应该是第一位的。

韩国报纸尖锐地指出韩国地铁火灾的原因时，指出地铁防灾系统落后是导致地铁惨案的主要原因。给我们的启示是要加强预防措施，建立健全我们的火灾自动报警系统。

我国国家规范《火灾自动报警系统设计规范》及《地铁设计规范》都将地铁隧道定为一级保护对象，显示了对地铁火灾安全的高度重视。由于目前的防灾报警（FAS）系统设备存在总线长度有限、回路容量不够、其他线性感温元件保护范围小、不能精确定位报警点等技术困难，目前已经运营和在建的大部分地铁隧道都没有安装感温元件，成为地铁的一个安全死角。鉴于地铁严峻的安全形式，为了消灭地铁的安全死角，更有效地保护国家和人民的生命和财产安全。必须认真研究、选择适合在地铁隧道安装运行的火灾监测系统。

车站火灾的预测预防可以有多种手段，如内部建设与装修选用阻燃材料及新型防火材料、设置防火防烟分区及防火隔断装置、设置火灾自动报警系统、消火栓、灭火器等建筑消防设施、设置足够的应急照明装置和疏散指示标志等等。

在地铁区间，火灾的预测预防，除设置疏散通道及联络通道外。预测措施，感温光纤的应用是非常有效的，在地铁火灾的统计中有相当一部分是发生在区间里的，一般的测试都显示，在大于2m／s的纵向风时，一辆汽车或列车火焰向上飘动，顶部的温度仅达到60摄氏度。并且，在距火灾发生地20米远的地点，顶部温度将降到50摄氏度以下。因此，在高速气流时热幅射的升温梯度是唯一的报警相关标准。地铁隧道中，由于活塞风的存在，活塞风的大小受隧道断面、列车速度、列车长度等因素决定，一般地铁是按区间隧道风速控制在2m/s—11m/s之间设计的。隧道通风将对温度测试产生特定的影响。

实践证明感温光纤技术先进、性能可靠、操作方便、易于推广、经济和社会效益显著。改变了地铁隧道无自动火灾报警装置的现状，为在地铁设置无盲点的火灾自动报警系统提供了先进的技术手段。它可以实现地铁隧道火灾的自动报警→防排烟模式指令的下达→相关防排烟设备的联动控制→执行结果的反馈全过程的自动化。为了保证地铁的安全运行，建议今后在地铁隧道设置感温光纤监视隧道火灾灾情。系统可以采用多站一机布置或一站一机布置，感温光纤可以安装于隧道顶部或电力电缆支架上部，与设备监控（BAS）系统共网或独立组网。

在地铁隧道设置感温光纤监视隧道火灾灾情的同时，还为环境控制提供隧道连续的空间温度信息，为环境调度提供有效的第一手资料，进一步提高了地铁项目的管理水平。

当被测环境温度发生变化时，光纤内反射光的频率或波长的变化，通过检测反射回来的光的频率或波长，从而提供更精确的预测。解决了大面积、连续性、动态实时在线的火灾和温度检测和定位问题。形成了一套完整的、可靠的地铁隧道感温光纤火灾预警监测系统，实现了连续空间温度监测、分区报警和火情、火势蔓延、烟雾漂流分析等功能。实现了多级多形式预告报警，从而可以实现火灾趋势预报，这样可以大大减少火灾对地铁的危害。

     目前，深圳、天津地铁，上海9号线、杭州地铁已全部设置感温光纤。因感温光纤在地铁系统推广采用、设计，该项目获天津市科技进步三等奖。

五、感温光纤技术

     地铁火灾预防的关键是能预测到火灾的初始阶段，在地铁隧道中，感温光纤火灾预警监测系统，就能很好的解决该问题。光纤传感系统是一种理想的解决办法，其线缆不包含任何电子器件，不会受到任何种类的电磁干扰的影响，所以对环境影响如温度，压力和湿度波动极具抵抗力，同样也适用于多尘和含有腐蚀性物质的空气中，光纤传感线缆具有优异的耐用性，预期寿命可达50年左右。

光纤感温探测系统是一套利用光纤作为线性感温探测器的高新技术，目前有两种光纤感温技术：利用拉曼散射和光时域反射OTDR理论测温和光纤光栅感温技术既通过对普通光纤进行高精度光学显微加工，制作成光纤光栅感温探头测温。

1、拉曼光纤测温技术  

拉曼光纤测温技术其基本原理是利用光纤中石英分子键会受温度上升而产生晶格振动。这种振动会导致在光纤中传输的光产生散射(拉曼散射)，而散射量的大小可以直接反应温度的高低。因此光纤感温探测系统可以将环境温度以连续的线性方式表示出来。光纤感温探测系统的另一个崭新的技术是可以准确地定位温度变化的确切位置。系统通过OTDR(光时域及光频域反射测量法)及连续FFT(快速傅立叶变换)对讯息进行外理，将微小的时空差别以频率方式体现出来实现精确定位，从而构成一套精密的光纤线性感温探测系统。

光纤感温探测系统包括一个分析单元，以及一个石英光纤温度传感器，电源24V DC／100W。

传感线缆有一个外径为1．65mm的钢管。钢管包含两根独立的石英玻璃光纤，每一根的外径为0．25mm。光纤颜色不同以便于标识。剩余空间用无水导热材料填充。最长可达4千米、

2、光纤光栅感温探测技术                                                        

    光纤光栅感温探测法是二十世纪九十年代国际上发展起来的一种先进光纤传感技术，属第二代光纤传感技术。其主要原理是：通过对普通光纤进行高精度光学显微加工，制作成光纤光栅感温探头，当被测环境温度发生变化时，光纤内反射回来的光的波长会发生变化，通过检测反射回来的光的波长从而实现测温的目的，其测量信号为光波长，为纯数字式测量。光纤光栅感温探测法测量信号为波长信号，因此，除具有传统光纤传感器抗电磁干扰等优点外，还具有信号长期稳定性好、可远距离传输、测量精度高等优点，是目前世界上最先进的纯数字式光纤传感技术，我国已有独立生产能力，其光纤光栅感温火灾报警技术与系统为国家技术发明二等奖。

无论采用那种技术，安装施工传感线缆和维护都十分容易，在线缆有损伤的地方可以像修复普通光纤一样接合。传感线缆能够不受限制地切割成要求的长度，为每一个工程提供所需的长度。

同时，光纤感温探测系统能够精确定位火灾位置，对隧道可进行大范围的或局部范围的显示。指明火灾蔓延方向和速率。并可以激活预先编制的联动控制顺序比如通风，疏散指示等，并通过通信接口与其它控制系统进行联动。光纤感温探测系统是一个线性感温探测器，属于最新一代光纤传感器，其最大优点归功于它的精确测量特性，它特别适合用于地铁等场合的火灾危险监视装置。

测量温度范围：-30摄氏度至+90摄氏度、测量周期为30秒至60秒、最大可以有128个分区、寿命50年、9个报警输出和1个故障输出。所测的数据经由一台PC机的显示软件可进行操作显示。

光纤感温探测系统的测量周期和空间分辨率可以在调试时决定。每一个分区能够分配独立的激活参数和联动输出。光纤感温探测系统控制器以周期性的间隔测量传感线缆的温度。测试周期取决于传感线缆的长度和空间分辨距离，可以设置不同的测量周期，不同的报警分区、温度梯度达到报警激活，完成之后激活报警。                                                                                                                                                 

这些设定与每一个分区相关并且能够对每一个分区根据隧道条件独立调整。为了确保尽可能地避免误报警，当一个报警信息在一个测量周期出现时，将在下一个测量周期作再次确认。所以报警激活一般需要2个测量周期。在极端的情况下，报警激活可以多于2个测量周期，且能温度分区报警。

设定火灾规模：可设定几种规模，每一种用米作单位来分配大小。火灾规模可以清楚显示。

显示火灾蔓延方向 ：绝大多数在隧道中的火灾向这一个方向或向另一方向蔓延，这取决于热量，燃烧性气体的扩张和当时通风状况。一旦得知火灾的蔓延方向，消防部门，救护队员等就能够从最小危险的一端进入。以避免造成人员伤亡。火灾蔓延方向能够以信号方式传送给控制中心。

隧道中光纤线缆传感器安装在隧道顶部，居中布置，光纤外套上有每米的长度标识，可方便与隧道长度对照。光纤采用高强度尼龙夹固定。

采用光纤线缆传感器，报警区间长度可任意定义，一般可按100m区间定位。发生火灾时，仅能按报警区间给出火灾报警信号。同时可以实时显示报警温度曲线。线缆故障时能即时发出故障信号。另外设置手动报警按钮，用于辅助报警手段，每隔50m安装一只，安装在隧道洞壁1．5m高处，以便于安装维修。

我们相信这种新一代火灾报警产品一一光纤感温探测系统会越来越多地应用于在地铁隧道的消防保护中，准确预测火灾发生的发生，避免火灾的蔓延，给地铁运营提供可靠的安全保证。同时还能给地铁隧道提供准确的温度信息，改善地铁的运行环境。