京張高鐵八達(dá)嶺長城站防災(zāi)疏散救援強(qiáng)化設(shè)計(jì)

孫 嶸

(中鐵工程設(shè)計(jì)咨詢集團(tuán)有限公司,北京 100055)

1 研究背景

京張高鐵八達(dá)嶺隧道全長12 010 m,為單洞雙線隧道；八達(dá)嶺長城站為三層三縱的地下暗挖高鐵車站,地下建筑面積達(dá)3.6萬m2,軌面埋深102 m,旅客提升高度62 m,是目前國內(nèi)埋深及提升高度最大的高速鐵路地下站。

針對八達(dá)嶺長城站的特點(diǎn),土建工程設(shè)置有救援廊道、緊急出口、消防水池、消火栓等基礎(chǔ)設(shè)施[1]。八達(dá)嶺長城站還設(shè)置了專門用于救援的立體環(huán)形廊道。環(huán)形救援廊道連接左右線站臺和進(jìn)站通道,共有5個連接口,提供了緊急情況下快速無死角救援的條件。環(huán)形救援廊道如圖1所示。

圖1 環(huán)形救援廊道

機(jī)電工程設(shè)置有應(yīng)急通風(fēng)[2]、車站通風(fēng)空調(diào)、火災(zāi)報(bào)警(FAS)、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控(BAS)[3]、隧道防災(zāi)救援監(jiān)控、隧道報(bào)警電話、智能客站旅客服務(wù)與生產(chǎn)管控平臺(智能客站大腦)、客站設(shè)備智能監(jiān)控與能源管理等系統(tǒng)[4]。

2 必要性分析

地下八達(dá)嶺長城站車站級各類監(jiān)控、管理子系統(tǒng)眾多,存在信息不集中、數(shù)據(jù)交互性差的問題,主要表現(xiàn)如下。

(1)各信息子系統(tǒng)眾多,各司其職、相對獨(dú)立,信息交互共享性差,存在“信息孤島”。

(2)在防災(zāi)監(jiān)測方面,沒有集成和互聯(lián)所有的防災(zāi)及預(yù)警信息。對防災(zāi)人員來說,防災(zāi)監(jiān)測信息沒有統(tǒng)一的匯聚點(diǎn)和一體化界面展示。

(3)在車站沒有建立細(xì)化到防災(zāi)分區(qū)、分塊的排煙、煙氣控制、人員疏散的防災(zāi)預(yù)案[5]。

(4)在防災(zāi)聯(lián)動控制方面,防災(zāi)預(yù)案一般是文字和流程化管理制度,防災(zāi)預(yù)案范圍較小,沒有做到全程信息化、流程化。

(5)在防災(zāi)仿真培訓(xùn)演練方面,沒有采用信息化的手段在災(zāi)害尚未發(fā)生前就做到各類災(zāi)害事件疏散和救援的仿真、推演。

鑒于地下八達(dá)嶺長城站復(fù)雜的建筑結(jié)構(gòu),建立一個一體化防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)與已有的各個防災(zāi)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)對接；研究深埋高鐵地下站防災(zāi)救援聯(lián)動控制預(yù)案,防災(zāi)仿真培訓(xùn)、應(yīng)急事件演練是十分必要的。

3 設(shè)計(jì)方案

3.1 設(shè)計(jì)思路

八達(dá)嶺隧道及地下車站防災(zāi)救援疏散土建工程已很完善,完全能滿足應(yīng)急情況的需要；機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)設(shè)置基本完備。因用于防災(zāi)救援的各系統(tǒng)獨(dú)立設(shè)計(jì),信息共享和協(xié)同控制能力差,強(qiáng)化設(shè)計(jì)旨在為提升八達(dá)嶺隧道及地下車站的防災(zāi)疏散救援能力和效率,對現(xiàn)有防災(zāi)救援設(shè)施進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),通過新設(shè)防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)有效地進(jìn)行運(yùn)營安全監(jiān)控,信息聯(lián)動,制定信息化的防災(zāi)聯(lián)動預(yù)案,全面提高防災(zāi)救援疏散智能化水平。具體內(nèi)容如下。

(1)消防控制室功能強(qiáng)化設(shè)計(jì)

在消防控制室原設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,設(shè)置一套“基于三維可視化的防災(zāi)綜合監(jiān)控及仿真演練平臺”(簡稱：防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺)。把各類防災(zāi)信息進(jìn)行了綜合、集中、三維可視化展示[6],實(shí)現(xiàn)車站消防控制室的日常智能化綜合監(jiān)控功能；提升車站消防控制室災(zāi)害救援、疏散與聯(lián)動控制響應(yīng)的效率,可有效應(yīng)對復(fù)雜結(jié)構(gòu)的地下車站防災(zāi)問題[7]。

(2)環(huán)形救援廊道增強(qiáng)設(shè)計(jì)

環(huán)型廊道內(nèi)補(bǔ)充設(shè)置廣播系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、誘導(dǎo)標(biāo)識系統(tǒng)，以提升防災(zāi)救援疏散時(shí)的系統(tǒng)能力；無線信號引入納入公網(wǎng)覆蓋工程統(tǒng)籌解決。

(3)北京局應(yīng)急指揮中心系統(tǒng)擴(kuò)容

北京局既有應(yīng)急指揮中心系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了局內(nèi)各專業(yè)應(yīng)急信息融合顯示功能,可以保證各級領(lǐng)導(dǎo)在不影響正常行車指揮前提下,了解現(xiàn)場情況、科學(xué)處理突發(fā)事件。防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺監(jiān)測及視頻數(shù)據(jù)復(fù)示至北京局應(yīng)急指揮中心系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)與應(yīng)急指揮中心功能的融合。

(4)防災(zāi)救援聯(lián)動控制預(yù)案設(shè)計(jì)

建立八達(dá)嶺長城站救援聯(lián)動控制預(yù)案,能夠在災(zāi)害發(fā)生時(shí)科學(xué)指導(dǎo)防災(zāi)、減災(zāi)、疏散處置；實(shí)現(xiàn)站內(nèi)防災(zāi)救援預(yù)案推演、疏散救援協(xié)調(diào)控制,提供站外救援車輛及人員指揮調(diào)度信息服務(wù),并將科學(xué)的聯(lián)動控制預(yù)案植入防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)[8]。

(5)三維可視化防災(zāi)仿真培訓(xùn)、演練示范

防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺提供車站三維可視化防災(zāi)仿真培訓(xùn)、演練示范功能,可有針對性地進(jìn)行防災(zāi)仿真培訓(xùn)、應(yīng)急事件演練,把復(fù)雜地下結(jié)構(gòu)圖形化、三維化,利用VR等技術(shù),進(jìn)行可視化的3D仿真培訓(xùn)演練,為了充分利用既有資源,該功能同時(shí)部署在車站消防控制室和北京局應(yīng)急指揮中心[9]。

3.2 設(shè)計(jì)原則

強(qiáng)化設(shè)計(jì)遵循如下原則。

(1)集成、互聯(lián)的原則

設(shè)在車站消防控制室的防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺為解決各防災(zāi)系統(tǒng)眾多、分散、防災(zāi)信息不集中的問題,原有的各系統(tǒng)各自實(shí)現(xiàn)自身功能,防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)不取代原有系統(tǒng)。

(2)獨(dú)立運(yùn)行、融合統(tǒng)一的原則

設(shè)在車站消防控制室的防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行,不干涉既有防災(zāi)救援疏散各系統(tǒng)工作；防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)作為北京局應(yīng)急指揮系統(tǒng)的一個獨(dú)立接入對象,與應(yīng)急指揮系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合。

(3)既有防災(zāi)管理模式不變的原則

將防災(zāi)救援聯(lián)動控制預(yù)案植入綜合監(jiān)控平臺,使平臺具備防災(zāi)聯(lián)動協(xié)調(diào)控制能力,實(shí)現(xiàn)科學(xué)高效的防災(zāi)聯(lián)動應(yīng)急機(jī)制。

(4)資源共享原則

充分利用已有的應(yīng)急資源,將演練、培訓(xùn)功能同時(shí)部署在北京局應(yīng)急指揮中心,共用大屏、培訓(xùn)席位等資源。

3.3 防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺

3.3.1 系統(tǒng)集成、互聯(lián)方案

(1)集成與互聯(lián)模式

防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)對各相關(guān)既有系統(tǒng)的接入可分為集成、互聯(lián)、界面集成三種方式：

集成[10]：將某系統(tǒng)的全部或部分設(shè)備、或功能納入到綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)中。

互聯(lián)[10]：與某系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)接口、或硬線接口連接,獲取數(shù)據(jù)或測控信號,綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)并不包含互聯(lián)系統(tǒng)自身的設(shè)備及功能。

界面集成：將某系統(tǒng)的人機(jī)界面功能納入綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)中,界面集成不含被集成系統(tǒng)的現(xiàn)場級設(shè)備,后臺設(shè)備,僅包含被集成系統(tǒng)的部分人機(jī)界面功能。

借鑒目前國內(nèi)軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),可對監(jiān)控機(jī)理相似的系統(tǒng)采用深度集成方式進(jìn)行設(shè)計(jì),即環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)可以集成到統(tǒng)一的監(jiān)控平臺上,作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一部分；同時(shí)保留BAS單獨(dú)子系統(tǒng)設(shè)備作為應(yīng)急備用。

(2)集成與互聯(lián)對象

防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺與既有各系統(tǒng)集成與互聯(lián)關(guān)系分為2個部分,分別為：

①與車站級控制系統(tǒng)[11]

與車站級控制系統(tǒng)集成與互聯(lián)關(guān)系如表1所示。

表1 與車站級控制系統(tǒng)集成互聯(lián)關(guān)系

②與調(diào)度所既有系統(tǒng)

與調(diào)度所既有系統(tǒng)集成與互聯(lián)關(guān)系如表2所示。

表2 與調(diào)度所既有系統(tǒng)集成互聯(lián)關(guān)系

3.3.2 與各系統(tǒng)集成與互聯(lián)方式

(1)與車站既有系統(tǒng)的集成與互聯(lián)方式

采用網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方式。將各系統(tǒng)作為一個完全獨(dú)立的系統(tǒng)考慮,各系統(tǒng)設(shè)有專用的服務(wù)器、工作站和組網(wǎng)設(shè)備,通過局域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)技術(shù),與防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)互聯(lián),以實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)間的集成。

(2)與調(diào)度所既有系統(tǒng)的互聯(lián)方式

防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺采集調(diào)度所既有互聯(lián)系統(tǒng)的防災(zāi)類報(bào)警數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù),其互聯(lián)方式為：配置通訊采集服務(wù)器,設(shè)置專門網(wǎng)絡(luò)通道和安全防火墻,既有子系統(tǒng)能夠向采集服務(wù)器報(bào)送數(shù)據(jù),八達(dá)嶺長城站防災(zāi)綜合監(jiān)控后臺服務(wù)器從采集服務(wù)器讀取數(shù)據(jù),設(shè)置“一進(jìn)一出”機(jī)制,防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺與既有系統(tǒng)之間不能訪問,充分保障安全性。八達(dá)嶺長城站防災(zāi)綜合監(jiān)控后臺服務(wù)器得到數(shù)據(jù)后向車站系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。

3.3.3 與既有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口方式

防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)與車站、調(diào)度所各相關(guān)子系統(tǒng)的接口采用以原有系統(tǒng)的接口標(biāo)準(zhǔn)為原則,設(shè)置交互通訊采集服務(wù)器,優(yōu)先采用與各系統(tǒng)服務(wù)器/軟件系統(tǒng)進(jìn)行對接。數(shù)據(jù)的接口、通訊協(xié)議以原有系統(tǒng)廠家為準(zhǔn)[12],接口可以采用數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)通訊、WebService等多種方式,各系統(tǒng)廠家需要提供綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)所需要的各類數(shù)據(jù)。

3.3.4 防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺新增子系統(tǒng)

防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺新增4個子系統(tǒng)及相關(guān)硬件,并集成全部功能,具體如表3所示。

表3 防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺新增子系統(tǒng)

3.3.5 系統(tǒng)構(gòu)成

為八達(dá)嶺長城站消防控制室新設(shè)防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺,系統(tǒng)后臺服務(wù)器等設(shè)備安裝在防災(zāi)綜合監(jiān)控機(jī)房,前端顯示級工作站設(shè)備安裝在消防控制室內(nèi)[3],系統(tǒng)構(gòu)成如圖2所示。

(1)防災(zāi)綜合監(jiān)控機(jī)房設(shè)備

設(shè)置2臺通訊服務(wù)器：用于采集既有系統(tǒng)服務(wù)器、既有系統(tǒng)平臺/控制柜數(shù)據(jù),環(huán)形廊道新增設(shè)備由通訊服務(wù)器直接與設(shè)備進(jìn)行信息采集。

設(shè)置2臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：用于防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫存儲。

設(shè)置1臺視頻管理服務(wù)器：用于車站、隧道視頻碼流標(biāo)準(zhǔn)化,轉(zhuǎn)碼/流媒體服務(wù)、視頻分發(fā)服務(wù)。

設(shè)置1臺三維圖形管理服務(wù)器：用于提供3D和GIS數(shù)據(jù)后臺服務(wù)。

設(shè)置1臺仿真培訓(xùn)服務(wù)器：用于防災(zāi)綜合監(jiān)控仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的后臺數(shù)據(jù)處理與服務(wù)。

設(shè)置1臺IP廣播控制主機(jī)：用于對救援通道廣播的控制及信息發(fā)布。

設(shè)置2臺防災(zāi)綜合監(jiān)控工作站：用于運(yùn)行防災(zāi)綜合監(jiān)控系統(tǒng)軟件,實(shí)現(xiàn)前述的防災(zāi)綜合監(jiān)控功能。設(shè)置1臺視頻工作站：用于對車站、救援廊道的視頻圖像進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

設(shè)置1臺仿真培訓(xùn)工作站：用于在車站進(jìn)行防災(zāi)仿真演練、培訓(xùn)。

在消防控制室設(shè)置1套電視墻。

圖2 防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)構(gòu)成

(2)北京局應(yīng)急指揮中心設(shè)備

在北京局應(yīng)急指揮中心設(shè)置防災(zāi)綜合監(jiān)控復(fù)示終端工作站1臺,視頻監(jiān)控終端工作站1臺,仿真培訓(xùn)終端工作站1臺,并設(shè)置通訊采集服務(wù)器和視頻管理服務(wù)器各1臺,負(fù)責(zé)與站消防控制室進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和通訊,所需傳輸通道由通信數(shù)據(jù)網(wǎng)提供。

3.4 北京局應(yīng)急指揮中心擴(kuò)容

北京鐵路局應(yīng)急指揮中心網(wǎng)絡(luò)是“基于網(wǎng)絡(luò)的KVM延長器系統(tǒng)”,目前該系統(tǒng)接入了各專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)。將防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)作為一個專業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)接入應(yīng)急指揮中心,實(shí)現(xiàn)平臺系統(tǒng)與應(yīng)急指揮中心的有機(jī)結(jié)合。相關(guān)擴(kuò)容內(nèi)容如下。

(1)系統(tǒng)終端

配置2臺KVM發(fā)送器互為主備機(jī),并接至應(yīng)用側(cè)接入交換機(jī)。

(2)接入交換機(jī)

配置1臺接入層交換機(jī),通過千兆電口接入防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)。

(3)網(wǎng)絡(luò)通道

防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)復(fù)示終端連接KVM發(fā)送器,KVM發(fā)送器網(wǎng)絡(luò)接口通過傳輸網(wǎng)接入綜合視頻KVM側(cè)交換機(jī)，將平臺系統(tǒng)復(fù)示終端KVM信號接入北京局應(yīng)急指揮中心KVM網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)在調(diào)度所應(yīng)急指揮中心調(diào)看。

3.5 防災(zāi)聯(lián)動控制預(yù)案設(shè)計(jì)

八達(dá)嶺長城站預(yù)案按照正常運(yùn)營和緊急事故兩種情況下控制的不同,主要分為正常營運(yùn)預(yù)案,維修養(yǎng)護(hù)預(yù)案,一般事故預(yù)案和重大事預(yù)案四大類[13]。

正常運(yùn)營預(yù)案包括在日常運(yùn)營中的節(jié)能控制,包括白天和夜間、高峰時(shí)段和非高峰時(shí)段。

維修養(yǎng)護(hù)預(yù)案包括為維護(hù)正常運(yùn)營的車站日常維護(hù)和維修,包括土建結(jié)構(gòu)的巡檢和機(jī)電設(shè)備的維修和維護(hù)。

一般事故預(yù)案包括：列車晚點(diǎn)、區(qū)間堵塞、車站乘客過度擁擠、道岔故障、列車故障、沿線系統(tǒng)設(shè)備故障等條件下的處置[14]。

重大事故預(yù)案通常包括車站內(nèi)發(fā)生的火災(zāi)、地震、出軌、相撞、爆炸、恐怖襲擊、不明氣體等涉及到人員緊急疏散等突發(fā)事故的處置。

相對于正常運(yùn)營來講,任何一種突發(fā)事件的發(fā)生與發(fā)展都有復(fù)雜的背景和內(nèi)在聯(lián)系,因此,對各類突發(fā)事件,即：一般事故和重大事故的處理和預(yù)案編制都應(yīng)考慮到各個系統(tǒng)、各個要素之間的內(nèi)在規(guī)律、機(jī)理、群發(fā)和伴生特性，以及突發(fā)事件在時(shí)間和空間上的變化規(guī)律等方面的內(nèi)在聯(lián)系。通過制定防災(zāi)聯(lián)動控制預(yù)案,并植入綜合監(jiān)控平臺,可以在應(yīng)急狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)人流智能指揮、引導(dǎo),設(shè)備智能運(yùn)營管控,提升防災(zāi)疏散救援的能力。

3.6 防災(zāi)仿真培訓(xùn)演練設(shè)計(jì)

防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺系統(tǒng)采用三維可視化仿真培訓(xùn)軟件系統(tǒng)和3D虛擬仿真技術(shù)相結(jié)合,系統(tǒng)將場景真實(shí)地模擬出來,通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)接入等方式在三維場景中進(jìn)行定位、呈現(xiàn)。并可實(shí)現(xiàn)互相轉(zhuǎn)換和生成。用戶可在真實(shí)的虛擬場景中查看到應(yīng)急事故的發(fā)生點(diǎn)、事故狀況、事故等級、事故詳情等,并可一鍵獲取該事故地點(diǎn)周圍的最佳救援單位,實(shí)時(shí)展現(xiàn)當(dāng)前的應(yīng)急處置情況、車輛運(yùn)輸情況、應(yīng)急部署情況等。

在應(yīng)急演練仿真系統(tǒng)中主要包括預(yù)案訓(xùn)練模式和突發(fā)事件訓(xùn)練模式兩種模式,預(yù)案訓(xùn)練模式是指受訓(xùn)者按照預(yù)案規(guī)定的內(nèi)容,各司其職,完整地按照預(yù)案執(zhí)行救援的全過程。突發(fā)事件訓(xùn)練模式就是在訓(xùn)練的過程中,由系統(tǒng)操作人員進(jìn)行干預(yù)操作,比如：突然設(shè)置一次“火災(zāi)”,突然增加客流量等等。突發(fā)事件訓(xùn)練模式主要訓(xùn)練參訓(xùn)者的反應(yīng)和指揮能力。

4 總語

京張高鐵八達(dá)嶺長城站防災(zāi)疏散救援強(qiáng)化設(shè)計(jì)的主要創(chuàng)新點(diǎn)總結(jié)如下。

(1)在鐵路工程中提出災(zāi)害提前預(yù)警、人流安全疏散、重大災(zāi)害及時(shí)救援的地下車站防災(zāi)疏散救援技術(shù),形成防災(zāi)預(yù)案,并植入軟件平臺,達(dá)到聯(lián)動控制、統(tǒng)一指揮、聯(lián)合救援[15]。

(2)構(gòu)建了三維可視化防災(zāi)綜合監(jiān)控信息化平臺的演示軟件：平臺采集各個車站系統(tǒng)的所有防災(zāi)預(yù)警、報(bào)警信息,集中展示、統(tǒng)一管理,對防災(zāi)類機(jī)電設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,形成一個綜合集成所有防災(zāi)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的大平臺。

(3)基于八達(dá)嶺長城站和隧道群可能發(fā)生的突發(fā)事件逃生、救援、多級處置模式分析[16],制定突發(fā)事件下的防災(zāi)救援聯(lián)動預(yù)案,結(jié)合信息化植入防災(zāi)綜合監(jiān)控平臺,進(jìn)行流程化的防災(zāi)處置,聯(lián)動預(yù)案能夠進(jìn)行組態(tài)化的配置和調(diào)整,充分保證了突發(fā)事件的流程化、信息化處置。

(4)建立了3D仿真培訓(xùn)演練系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對日常與突發(fā)事件的各類仿真演練功能模擬,提前做到對防災(zāi)情況事前聯(lián)動預(yù)案及處置培訓(xùn)、演練。