城市軌道交通車輛緊急疏散坡道技術(shù)研究

單玉兵 李 平

城市軌道交通車輛緊急疏散坡道技術(shù)研究

單玉兵1，2李 平2

（1.南京康尼機(jī)電股份有限公司，210038，南京；2.南京工程學(xué)院數(shù)理部，211167，南京∥第一作者，工程師）

城市軌道交通列車在運(yùn)行過程中，難免會(huì)因故障或者突發(fā)性事件導(dǎo)致列車非正常停在隧道內(nèi)或高架上。為解決故障或突發(fā)性事件發(fā)生時(shí)列車上人員的緊急逃生問題，系統(tǒng)地研究和分析了目前運(yùn)用的車輛緊急逃生設(shè)備，針對(duì)現(xiàn)有緊急逃生設(shè)備存在的不足，提出了適合復(fù)雜車頭端面的折疊式緊急疏散坡道的解決方案，其實(shí)用性與可靠性均高于同類國內(nèi)外現(xiàn)有產(chǎn)品。該技術(shù)方案已經(jīng)推向市場(chǎng)，已應(yīng)用于北京、上海等城市的多個(gè)城市軌道交通項(xiàng)目。

城市軌道交通；車輛；緊急疏散坡道

隨著近年來我國城市軌道交通的快速發(fā)展，城市軌道交通已成為人們出行的首選交通方式。城市軌道交通因其具有行駛范圍大、承載人數(shù)多等特點(diǎn)，使得列車的運(yùn)行故障及事故往往會(huì)引起社會(huì)更廣泛的關(guān)注［1-2］。從被動(dòng)安全角度來看，如何在列車出現(xiàn)故障或事故時(shí)，能有效地保護(hù)乘客免受或減輕傷亡的能力非常重要，保證乘客安全、快速撤離封閉狹小的空間區(qū)域是城市軌道車輛設(shè)計(jì)中需要重點(diǎn)考慮的課題［3-5］。

1 車輛緊急疏散技術(shù)現(xiàn)狀

城市軌道交通列車大多是在地下或高架上運(yùn)行，當(dāng)列車在運(yùn)行中出現(xiàn)故障或事故時(shí)，即便是列車兩側(cè)的乘客車門能夠順利打開，乘客也無法在隧道或高架上迅速下車進(jìn)入軌道區(qū)逃生。因此，設(shè)計(jì)時(shí)大多考慮在列車首尾設(shè)置逃生通道，即在列車首尾設(shè)置可以開啟的門，當(dāng)出現(xiàn)緊急情況，乘客需要逃生時(shí)，乘客可由列車首尾開啟的車門撤離至軌道區(qū)域，等待進(jìn)一步救援。

列車首尾開啟的車門撤離至軌道區(qū)域的主要方案有［6-7］：①在車輛地板與軌道之間，借用一個(gè)簡易可伸縮的梯子作為下車的臺(tái)階；②在車輛地板與軌道之間用一可折疊的臺(tái)階；③開啟翻開門后，通過聯(lián)動(dòng)裝置將翻開的門變成可以下車的臺(tái)階；④開啟翻開門后，通過聯(lián)動(dòng)裝置將翻開的門變成可以逃生的坡道。

以上幾種方案，在一定程度上解決了應(yīng)急狀態(tài)下，疏散人員的需要，但均存在一定的局限性。方案①中，乘務(wù)人員打開緊急逃生門后，將梯子拿出并展開，一端鉤住車輛端部，另一端搭在軌道區(qū)域。但在緊急狀態(tài)下，很難做到每一個(gè)動(dòng)作都不出錯(cuò)，當(dāng)大量乘客涌向車輛端部，很有可能出現(xiàn)，在梯子尚未安裝到位時(shí)，乘客已經(jīng)被擠出車輛而墜落軌道區(qū)。即便乘務(wù)人員將梯子安裝到位，用這種梯子逃生，乘客只能一個(gè)一個(gè)地按次序下車，在緊急情況下，很容易出現(xiàn)踩踏事故，造成二次人員傷亡。方案②中，折疊臺(tái)階解決了需要手工安裝梯子的不足，但是逃生臺(tái)階容易使人摔跤，特別是車輛在隧道中出現(xiàn)故障時(shí)，昏暗的視野容易出現(xiàn)踩踏事故。同時(shí)在設(shè)計(jì)中，折疊臺(tái)階會(huì)占據(jù)較大的駕駛室空間，且由于是結(jié)構(gòu)較強(qiáng)的金屬臺(tái)階，打開臺(tái)階需要較大力量才可完成，有時(shí)需多人才能完成。方案③中，駕駛室前面的門向下翻轉(zhuǎn)，翻轉(zhuǎn)后，形成逃生臺(tái)階，該方案較方案②來說，在臺(tái)階打開效率上有了較大的提升，而且較為方便。由于臺(tái)階集成在緊急逃生門背面，占據(jù)駕駛室空間較小。但是，在逃生過程中依然會(huì)出現(xiàn)逃生效率不高以及臺(tái)階出現(xiàn)踩踏事故的風(fēng)險(xiǎn)。方案④是較為先進(jìn)的應(yīng)用方案，將緊急逃生門向下打開后，自動(dòng)展開成兩倍于門體長度的坡道，在滑輪組件的拉動(dòng)下，將隱藏在門下部的坡道面板平鋪到門體框架上，從而形成一個(gè)平緩的行走坡道，一直從車端部延伸到軌道區(qū)。相對(duì)復(fù)雜的伸展機(jī)構(gòu)，該方案打開效率極高，僅需十幾秒就可以完成坡道的打開與鋪設(shè)工作，且整個(gè)過程只需要人工操作一次即可。

通過構(gòu)建緊急逃生坡道逃生，逃生效率及安全性都有了極大的提升。仿真計(jì)算表明，采用該方案，可以在半小時(shí)內(nèi)完成全列車的人員疏散，且大大降低因臺(tái)階問題而導(dǎo)致踩踏事故的二次風(fēng)險(xiǎn)。但是，該方案一般只適應(yīng)車頭為比較規(guī)則的矩形形狀的車頭，且與地面形成的夾角較大（接近垂直）。而現(xiàn)在車輛設(shè)計(jì)考慮風(fēng)阻與美觀因素，車頭多設(shè)計(jì)為流線型，車頭為曲率較大的曲面，導(dǎo)致車頭緊急逃生門形狀不規(guī)則，且車頭空間較小。因此，方案④很難在這樣的列車上應(yīng)用。另外，方案④尚處于專利保護(hù)期內(nèi)，要使用該技術(shù)需要與權(quán)屬方進(jìn)行溝通，獲得授權(quán)。

2 車輛緊急疏散坡道新技術(shù)研究

2.1 基本技術(shù)參數(shù)

（1）環(huán)境、溫濕度，為城市軌道交通車輛運(yùn)行環(huán)境。

（2）當(dāng)坡道展開時(shí)，緊急通道與軌道面形成的夾角為18°±2°，這是業(yè)主方經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證后得出的安全通過角度。

（3）坡道長度與折疊寬度為坡道折疊后的最大高度，否則會(huì)影駕駛員響視線，或受車頭空間限制。

（4）承載，是考慮在逃生狀態(tài)下單位面積上所能承受的質(zhì)量，主要是以人數(shù)為參考。

（5）沖擊與振動(dòng)，為車輛零部件統(tǒng)一要求。

（6）運(yùn)行，在故障狀態(tài)下，沒有動(dòng)力與照明，因此，疏散坡道應(yīng)考慮為手動(dòng)操作。但是，緊急情況下，既要打開逃生門，又要啟動(dòng)疏散坡道，對(duì)操作人員要求偏高，同時(shí)，易出錯(cuò)，所以，只要求操作人員把門打開，而坡道在門開到位后，通過機(jī)械聯(lián)動(dòng)方式自動(dòng)打開，而不需要操作人員干預(yù)；但同時(shí)要考慮其本身鎖閉的可靠性，即在車輛正常運(yùn)行時(shí)，坡道必須可靠鎖閉。

（7）所謂可以重復(fù)使用，是考慮坡道在展開后，不受到任何損傷，且易于回收，因此，在設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮回收裝置。

通過對(duì)目標(biāo)軌道車輛進(jìn)行分析，本方案緊急疏散坡道的基本技術(shù)參數(shù)如表1所示。

2.2 基本功能設(shè)計(jì)

考慮到空間及緊急情況逃生坡度問題，緊急疏散坡道采用三折或三折以上的折疊設(shè)計(jì)方案。城市軌道交通列車的運(yùn)行環(huán)境特殊，對(duì)其緊急疏散裝置的基本功能要求如下：

表1 緊急疏散坡道基本技術(shù)參數(shù)

（1）為保證車輛在運(yùn)行過程中緊急疏散坡道不能被打開，應(yīng)考慮設(shè)置鎖閉裝置。

（2）在緊急逃生門打開后，緊急疏散坡道應(yīng)能自動(dòng)打開，則設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮門開到位后，鎖閉裝置自動(dòng)解鎖，同時(shí)通過設(shè)置儲(chǔ)能裝置促進(jìn)緊急疏散坡道自動(dòng)伸展。

（3）基于打開過程的平緩要求，應(yīng)考慮設(shè)置緩沖裝置（或與儲(chǔ)能裝置一并考慮）；為能夠快速、方便回收，以利重復(fù)使用，應(yīng)設(shè)置回收裝置。

2.3 實(shí)施方案

折疊式緊急疏散坡道采用三級(jí)折疊機(jī)構(gòu)組成。坡道完全折疊后，固定于緊急前門的前面，占用空間較小，不影響緊急前門窗戶的可見度；在緊急情況下，打開緊急前門，解開緊急疏散坡道的鎖緊裝置，疏散坡道自動(dòng)打開，完全展開使其末端處于距軌面80 mm處，乘客可以方便地從距軌面1 100 mm的車上快速下車。圖1為緊急疏散坡道的三維方案圖。

在緊急疏散坡道展開后，兩側(cè)設(shè)有安全軟扶手，可保證乘客疏散時(shí)的安全。設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到緊急疏散坡道的安全性和可靠性，對(duì)設(shè)備整體的靜態(tài)承載性能進(jìn)行了力學(xué)計(jì)算和安全性校核，均滿足使用要求。

圖1 緊急疏散坡道的三維方案圖

3 車輛緊急疏散坡道樣機(jī)的試驗(yàn)驗(yàn)證

對(duì)車輛緊急疏散坡道樣機(jī)從基本功能、通過能力、載荷狀態(tài)、耐久性以及沖擊振動(dòng)等多個(gè)方面進(jìn)行了定型試驗(yàn)驗(yàn)證（見表2）。

對(duì)樣機(jī)通過表1所示的5個(gè)方面的綜合性試驗(yàn)驗(yàn)證可知，緊急疏散坡道（實(shí)物圖見圖2）可以滿足既定的技術(shù)要求和實(shí)際的使用要求。

新型折疊式緊急疏散坡道研究成功后，先后在北京、上海等城市的軌道交通項(xiàng)目上廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品的便捷性、安全性、可靠性得到了運(yùn)營商的一直好評(píng)?；谶@一設(shè)計(jì)，正在研制相關(guān)衍伸產(chǎn)品，為更大范圍推廣應(yīng)用提供技術(shù)儲(chǔ)備。

表2 緊急疏散坡道的試驗(yàn)驗(yàn)證內(nèi)容、目的與結(jié)論

4 結(jié)語

新型折疊式緊急疏散坡道的設(shè)計(jì)，全面分析考慮了各種城市軌道車輛緊急逃生技術(shù)、環(huán)境、車輛設(shè)計(jì)及運(yùn)營商的相關(guān)要求，通過側(cè)開平行擺動(dòng)式技術(shù)，構(gòu)建了外擺式緊急疏散門，適應(yīng)了各類造型復(fù)雜車頭工況下緊急疏散坡道的快速打開。坡道采用自動(dòng)展開設(shè)計(jì)，方便了乘客的快速疏散。通過分級(jí)拉桿式設(shè)計(jì)，使緊急疏散坡道承載能力強(qiáng)、穩(wěn)定性高，同時(shí)拉桿在坡道兩側(cè)形成了扶手，使乘客在下坡疏散過程中更為安全。三節(jié)折疊式緊急疏散坡道，也充分節(jié)省了車內(nèi)空間。新型折疊式緊急疏散坡道的研發(fā)成功不僅打破了國外技術(shù)的壟斷，也解決了國外產(chǎn)品的不足之處，大幅提高了國產(chǎn)產(chǎn)品的市場(chǎng)競爭能力和市場(chǎng)占有份額，為城市軌道交通車輛緊急逃生產(chǎn)品的多元化選擇提供了技術(shù)保障。

圖2 折疊式緊急疏散坡道實(shí)物圖

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Research on Emergency Escape Ramp Technology for Urban Rail Vehicles

SHAN Yubing，LI Ping

Due to technical failures or emergencies,urban rail transit vehicles will stop abnormally inside tunnels or on viaduct bridges.In order to solve the problems of passenger and crew evacuation during emergencies,the evacuation system currently used in operating vehicles is systematically studied and analyzed，a new technical solution of folding emergency escape ramp adaptable to complicated car head face is proposed，in view of the insufficient emergency evacuation devices at present.The new solution is better than the products of this kind in the world in terms of availability and reliability，and has been applied to the market of urban rail transit vehicles in Beijing，Shanghai and other major Chinese cities.

urban rail transit；vehicle；emergency escape ramp

U270.38+9

10.16037/j.1007-869x.2017.11.022

First-author′s address Nanjing Kangni Mechanical&Electrical Co.，Ltd.，210038，Nanjing，China

2017-04-25）