地铁车辆地板耐火结构设计

地铁车辆地板耐火结构设计

殷立阳

殷立阳

(中车唐山机车车辆有限公司产品研发中心河北唐山063035)

摘要：车辆的地板是整个轨道客车的重要组成部分，它承载了地面上设备及车上人员的所有重量，并阻隔车下热量及震动向客室内的传播，同时，随着对车辆防火安全的重视，近年来新造地铁线路对车辆的地板结构提出了结构防火的设计要求，本文针对铝合金材料车体的地板防火结构进行了阐述。

关键词：地铁车辆、铝合金车体、地板、结构防火。

1.概述

随着我国城市化进程的发展，城市人口增多，交通压力日益严峻，各大城市开始大力发展地铁轨道交通，与其他交通方式相比，地铁轨道交通具有运力大、节能、绿色环保等优势，但由于地铁车辆主要运行在密闭狭小的地下空间，运行区间内缺少逃生通道，且地铁车厢内人员流动性大、密度大，一旦发生火灾不易于疏散，容易造成群死群伤的安全事故。因此，在地铁车辆的设计过程中，车辆防火安全设计需要作为列车运行安全的重要指标。

2车辆火灾分析

车辆防火的主要目的是车辆上或其周围发生火灾时，能够确保旅客的生命安全。在火情发生后，减少人员伤亡取决于两个因素：

1）控制火势的发展（阻燃材料、耐火隔断，灭火措施）

2）快速有效的撤离（可见性、有能力、站得住）

在运行的列车上发生火灾时，立即将乘客疏散到安全地带几乎是不可能的，因为即使此时能够将列车停下来，但是由于车辆所处的环境，如高架桥上、隧道中等[1]，限制了旅客的顺利、安全逃生，甚至会对乘客造成二次伤害。因此，当车辆发生火灾时，应当在一定的时间内控制火势发展，从而将车辆行驶至开阔地带后再对乘客进行疏散，防止二次伤害。

据统计，1903-2009年间，国内外发生地铁火灾事件43起，其中电气火灾21起，明确的人为纵火5起，丢烟头引燃5起，车辆事故和违章4起，不明原因8起。火灾案例统计分析显示，引发地铁火灾的原因首要是电气故障，其次是人为过失与纵火，再次是车辆运行事故[1]，而地铁车辆主要电气设备均布置在车下，因此，防止车下火灾向车内蔓延对地铁车辆的火灾防控尤为重要。

3.地板耐火结构要求

根据标准BS6853要求，所有地板结构需要按照BS476-20和BS476-22标准要求的试验方法进行耐火试验，试验样件以制定的尺寸进行，一般为1mX1m，试验样件水平放置，且不施加任何负载，试样结构应与实际列车地板结构相同，并包含所有的地板穿透物和表面覆盖物[2]，地板结构能够满足在试验20分钟后其完整性及隔热性不被破坏，其中完整性的要求为：试件背火面未出现持续达10s或10s以上火焰；棉垫未点燃；当试件背火面出现贯通至试验炉内的裂缝时，直径6mm的探棒穿过裂缝进入炉内，且沿裂缝长度方向移动的距离不大于150mm，或直径25mm的探棒不能穿过裂缝进入炉内。隔热性的要求为：试件背火面平均温度≤250℃；试件背火面任意一点的最高温度≤300℃。

4.地板耐火结构介绍

车体地板的主要结构包括：（1）车体底架（2）内装地板（3）车体防寒材（4）地板布。其中车体底架采用铝型材焊接结构，地铁车辆内装地板主要采用铝蜂窝板材料，车体防寒材主要有碳纤维、玻璃纤维、陶瓷纤维等材料，地板布主要采用PVC或者橡胶材料。

铝合金车体底架采用铝型材焊接结构，铝合金材料的熔点为660℃，而根据BS476-20中规定的标准炉内温升曲线，防火试验进行到10分钟时，试验炉内的温度约为680℃，此时的炉内温度已经超出车体铝合金的熔点温度，因此，为实现20分钟或更长时间的耐火性能，必须对车体底架受火面进行隔热防护。

目前地铁车辆主要采用膨胀型防火涂料对车体底架进行防护，涂层在受火时膨胀发泡，形成泡沫层，泡沫层不仅隔绝了氧气，而且具有良好的隔热性能，能够延缓热量传向被保护基材的速率，涂层膨胀发泡产生泡沫层的过程因体积增大而呈吸热反应，消耗大量热量，有利于降低结构温度，故其防火隔热效果显著[3]，能够有效的保护车体铝型材。

某铝合金车体项目要求地板结构满足30min耐火性能要求，其地板防火结构采用在车体底架下表面喷涂0.7mm厚防火涂料，车内地板选用18mm厚铝蜂窝板，采用橡胶弹性支撑，车内地板与车体底架之间填充20mm厚碳纤维保温棉，地板布选用3mm橡胶地板布，试验样件结构如图1所示。

图1地板防火结构试样图

1防火涂料2车体底架3车体防寒材（碳纤维）

4铝蜂窝地板5地板布6地板橡胶弹性支撑

该结构经过30min试验后，根据试样背火面热电偶记录，背火面度温度曲线如图2所示，30min时最高温度107℃，平均温度104℃。且背火面未出现持续达10s的火焰，棉垫未点燃，试件背火面未出现贯通至试验炉内的裂缝，满足30min完整性及隔热性的要求，试验前后对比照片如图3所示。

图2背火面温度/时间曲线图图3试验前后试样对比照片

该试验进行到30min时，已经达到项目要求的耐火时间，根据客户要求停止试验。对上述试验结果进行分析，从背火面的温度来看，相比标准中规定的背火面平均温度≤250℃，最高温度≤300℃的要求仍有很大的空间，因此该地板结构具有超过30min的耐火性能。

5.小结

随着城市轨道交通的快速发展，轨道车辆的防火能力的要求越来越高，本文针对铝合金车体的地板耐火结构进行了介绍，希望为以后车辆的防火结构设计提供参考。

参考文献

[1]苗迦熙．地铁火灾分析及应对措施．消防科学与技术2017年8月第36卷第8期

[2]英国标准学会．Bs6853-1999客运列车的设计和建造中的防火措施实施规程[S]．

[3]李风．浅谈防火涂料的防火隔热原理[J]．中国涂料，2007(1)：38-40．