基于EN 45545的轨道交通车辆防火安全研究

 基于EN 45545的轨道交通车辆防火安全研究

张伟

中车株洲电力机车有限公司 412000，湖南，株洲412000

摘要：轨道交通车辆防火安全是一个复杂、系统、艰巨的工程，也是安全科学研究的热点内容。本文以EN 45545防火标准体系为依据，从火灾发生前后对防火安全的需求出发，详细阐述了轨道交通车辆防火安全目标，防火安全具体要求以及供应管理等三方面内容。其在车辆设计、制造、运行、管理过程中的合理科学应用，是车辆安全运行的重要保障。

关键词：轨道交通车辆  EN45545  防火安全  管控

1引言

轨道交通运输工具由于其运能大，能耗少，污染小，在大多数国家的经济发展中发挥着举足轻重且不可替代的作用。我国轨道交通事业起步较晚，经过几代人的技术引进、独立设计逐渐打破了国外的技术封锁，进入了飞速发展的阶段[1]。现今，中国高铁不仅是国内高端制造业的领军，也是对外交流的“新名片”。随着大量新材料、新技术、新工艺的应用，安全问题已成为车辆长期成功运行的根本核心保障。作为公共交通工具，车辆必须具有高度的安全可靠性，其中火灾隐患是影响车辆安全的主要危险源之一，因此车辆防火安全性能尤为重要。国内外机车火灾事故的统计分析发现，列车失火原因多数与设备故障或与易燃材料被引燃有关，在相对密闭的空间内，材料燃烧、火焰的迅速蔓延以及不完全燃烧产生的烟气是导致人员伤亡的主要原因[2,3]。一旦发生火灾，列车必须能够到达适当的疏散地点，以保护人员、货物和设施的安全。

轨道交通车辆一般只在区域运行，因此对于阻燃与防火的性能要求及标准，各个国家都有自己的管控方式和具体要求。目前国际上轨道车辆防火标准体系包括美国标准NFPA130、英国BS6853、德国DIN 5510，法国标准NF F16，欧盟标准EN 45545等。这些标准在车辆产品防火指标及其测试方法方面均有各自的侧重点，差别比较明显，缺乏可比性和互通性[4-6]。其中欧盟标准EN 45545自2013年版正式发布以来已被广泛采用，它系统性强，分类细致，评价体系科学，为合理评价车辆防火措施提供了依据[7]，至今已发展成为国际铁路联盟和欧洲乃至世界各国轨道交通车辆防火的标准。与国外相比，我国轨道交通车辆非金属材料防火标准以TB/T3138和TB/T3237为主，防火要求不统一。随着“一带一路”战略的实施和轨道交通产品互联互通进程的加快，国内轨道交通的防火标准在逐渐与国际通用标准接轨。相关制造企业用非金属材料防火阻燃要求也逐渐倾向于以EN 45545系列标准为主。因此，深入研究欧盟EN 45545标准，将相关内容融入到我国轨道交通防火标准中，从整体上提出系统的轨道交通车辆防火安全管控措施具有非常重要的意义。一方面，为规范和统一国内防火安全标准提供理论支撑；另一方面，提升车辆防火安全性能的同时也满足国外目的国的要求。

2防火安全目标

列车防火技术在车辆设计、生产制造过程中的合理应用已经成为安全科学的热点研究内容[8,9]。EN45545系列标准以国际铁路联盟和英国、德国、法国等欧洲不同国家防火标准和相关安全要求为基础，形成了统一的、全面系统的、最具代表性的列车车辆防火和验证的标准，共包含七部分：车辆防火总则，材料和部件的防火性能要求，防火隔断的耐火性要求，机车车辆防火设计安全要求，电气设备防火安全要求，火灾控制与报警，可燃液体及气体装置的防火安全要求。标准对车辆防火安全危害等级、生产组装应用材料的防火性能指标要求、检测方法和判定依据以及预警疏散设计及措施均有明确规定。其主要目标是降低火灾事件发生的概率，控制起火后火势蔓延的速度和程度，预警火灾的发生，尽量将火灾的危害将至最低。

系统性的防火技术，根据以风险为导向的设计原则，采用预防性措施，贯穿车辆的设计、制造、运营、维保等产品生命周期的各个阶段[10]。结合EN45545系列标准，以火灾发生前后为转折点，提出如下轨道交通车辆防火安全的目标、要求和措施，如表1所示。铁路交通车辆结构与功能不同，运行的线路环境也多有差异，因此起火后带来的火灾规模及危害性相应也有差别，依据EN45545-1标准的细节分类，按照车辆的运行等级和结构等级将防火安全等级定为HL-1,HL-2,HL-3等三个总体安全等级[11]。每个安全等级对应细分了各自对材料，设备，系统、措施等的具体防火安全要求，它是衡量车辆防火安全要求的前提和总体目标，等级数值越大，防火要求也越高。针对火灾发生前后的设计、要求和措施均是为了与该总体目标相协调和匹配。火灾发生前，以降低火灾发生的可能性为主要目的，主要考察材料、设备以及车辆上易燃产品的防火阻燃性能，同时不可避免的需要考虑在当前阶段技术水平无法实现情况下的豁免。火灾发生后，以火灾的控制和管理为目的，一方面控制火势的发展和蔓延，需考察材料的耐火性能；同时启动预警系统和应急设备，及时组织疏散和逃生，需考察和评估系统的可靠性及设计和措施的合理性。最后，车辆产品下线投入运行前需要对其防火安全性能的设计目标符合性和标准符合性进行综合性的评估

[12],通过对质量体系、安全管理、过程管理、材料验收等各个环节的检查与交流，出具车辆防火安全评估报告。

表1：轨道交通车辆防火安全目标及要求

3防火安全性能具体要求

材料和部件的选择对防火管控至关重要。依据上述防火性能的具体指标，对于火灾发生前的控制包括三个方面：材料要求、特殊产品要求以及豁免要求。材料要求主要依据EN45545-2进行管控，从防火隐患等级、安全要求及试验方法等方面，考察非金属材料和部件的热释放速率、火焰率、蔓延、可燃性/点燃性、产烟浓度和烟气毒性等指标特征。依据标准将材料与部件依据其用途区分为 R1-R28将防火等级，对于列表产品和非列表产品，对照各等级指定的项目和方法进行测试并给予评价，不同材料评价指标不统一。特殊产品主要指车辆使用的可燃气体和液体设备，如燃油发电机组，液化石油气罐等，依据EN45545-7进行管控。此类产品及设备的使用，应充分考虑其自身易燃性的特点，评估潜在的点燃、泄露风险及运行时乘客承受的风险，采用适当的安装，保护，隔断，控制和扑灭措施和方法，同时进行相应的危险标识警示等[13,14]，避免因设备过热，泄露或其他原因引发火灾。豁免产品主要涉及功能材料，因其材料功能特殊，无法既满足EN45545防火等级要求又满足物理功能要求，典型产品如：空气弹簧、外风挡、车钩橡胶件、PIS 显示屏、PVB 胶膜等[15-17]。这类产品制定防火目标要求时应充分评估当下材料的整体技术水平，可按照EN 45545-2中4.7的规定进行功能豁免或适当放宽材料防火要求。需要强调的是，豁免或放宽不代表不进行管控，不采取防控措施。实际设计使用时尽量避免在其周围布局易燃物和火源，同时需要配合相关监控措施等尽可能降低其火灾的危险性。

一旦车辆起火后，一方面需要控制火势的发展、降低火灾规模，另一方面需要及时有效的预警，采取灭火和疏散措施。车辆火灾主要依靠火焰或热传导的方式蔓延，耐火材料的使用可以在一段时间内形成相对的安全空间，是控制火势发展的重要控制措施。它的使用可以为车上人员疏散和逃生争取尽可能多的时间，保护人员安全。耐火材料依据EN45545-3进行管控，根据车辆危险等级及防火隔墙位置，明确规定防火隔墙保护区域及其耐火性要求。通过标准指定的实验方法，考察完整性E、隔热性I两个主要的耐火指标。其中，完整性E是指隔断受火面暴露在火灾中，持续一段时间后，隔断背火面不得出现超过规定尺寸的开口或超10s以上的持续燃烧；二是隔热性I是指隔断受火面暴露在火灾中，持续一段时间后，隔断背火面平均温升和最大温升不超过规定值[13]。此外，防火封堵材料的应用也是控制火势蔓延的重要方法。列车底板、隔断中电缆贯穿和结构缝隙部位通常是火灾蔓延的通道，在这些部位采用合适的封堵材料和技术进行密封或封堵能在一定时间和空间上，延缓或阻止火焰的蔓延，防止引发更大的火灾[18]。由于其功能与耐火材料类似，因此管控要求同样依据EN45545-3进行。

除了对材料和结构进行防火管控外，还需要考虑火灾发生后的设备保护、火情预警及人员疏散。这部分内容的管控主要依据EN45545-4, EN45545-5, EN45545-6来进行。对于电气设备的材料要求依据EN45545-2和EN45545-3进行管控，设计要求依据EN45545-5进行管控，需要保证应急设备在火灾发生的整个撤离过程中能够正常工作，充分发挥保护作用。主要涉及过载保护、电缆敷设、电弧保护、外壳、线槽、蓄电池、开关、屏蔽接地、电阻器和加热器、通风、绝缘等等[6]。一旦车辆发生起火事件，扑救的最好时机是在初期阶段，因此有效且准确的识别和探测初期阶段的火灾尤为重要。依据EN45545-6的设计要求，完备的火灾探测报警系统是集火灾探测系统、火灾报警系统、气体灭火、视频监控、应急照明等多种功能于一体的综合性智能系统。其中探测系统是整个系统中的基础与核心，它通过采集温度、烟雾浓度及气体等指标的变化，及早识别隐患，预防重大火灾事故的发生。然而不同控制条件下，车辆火灾发展的规律不同，燃烧特征，烟气浓度和分布规则，烟气迁移规律，火焰蔓延规律等均有差别，因此火灾探测器的选型、布点位置和分布需要研究和精心设计，以实现分级防护作用[2]。此外，逃生疏散设施以及车辆逃生出口设置的设置，对火灾发生后降低司乘人员的人身伤害也不容忽视。依据EN45545-4的管控要求，需制定相应的预防和疏散管理规范并得到落实

[19]。如，逃生通道中不应存在门槛和台阶等，保持畅通。逃生通道两端应设置紧急出口标识，沿途配备满足标准要求的紧急照明装置。特殊情况下，司机室门也可作为疏散出口，因此门的尺寸及外部走廊宽度也需要合理设计。

4供应商管理

燃烧与有害物质是都是产品的一种固有属性，其管控涉及两个重要的环节，一是管控标准的识别和要求制定，二是将管控要求递给供应商，实施源头管理，降低风险[20]。对于轨道交通车辆来说，其应用材料种类繁多，数量庞大，供应商管理难度非常大。综合成本及难度，宜采用防火检测报告、符合性声明及供应商审核相结合的方式对不同的供应商进行分级管理。

值得一提的是，欧洲铁路行业协会(简称UNIFE)下属的消防安全专题小组，一直密切关注并协助逐步推进有关铁路车辆防火的EN 45545系列的实施。他们开发了FCIL（fire certificate inventory list防火证书清单）模板和供应商防火安全声明模板，在材料与部件防火安全管控方面得到广泛应用。目前欧盟铁路互联互通技术规范认证过程中也基本采用上述模板进行相应的信息审核。该清单包含了车辆生产相关的基本信息、材料部件信息、分类规则、测试信息、符合性评估规则等等，填写过程中需要依据车辆物料清单逐级逐项分解，以对标到EN 45545的标准要求中。通常，供应商提交的报告或证书原则上有效期为5年(自签发日起)，如果产品能确保产品特性长期保持，有效期可延长5年[21]。

5结束语

轨道交通车辆防火安全是一个复杂、系统、艰巨的工程，不仅包括材料与部件阻燃要求的测试和验证，火灾特性与规律的研究和验证、还包括各种科学技术的研发，相应措施的应用以及火灾的控制和消防的管理。因此，全面系统地考虑轨道交通车辆的防火安全体系，才能提高车辆的防火安全性和可靠性，实现整体防火安全目标，保障司乘人员的健康安全。目前国内轨道交通车辆研究起步比较晚，尚未形成完整的防火标准体系。相关实验研究亟需进一步的深入和完善，以在防火材料性能及选择、车体结构的耐火性及实体测试试验等方面不断积累经验。同时，需结合国内外标准的实际情况及防火安全未来发展趋势，充分研究现有标准体系，最终建立适合我国轨道交通行业合理和健全的防火管控标准和管理体系。

参考文献

[1]梅建萍. 结合政策法规解读我国城市轨道交通的发展历程[J].城市轨道交通研究. 2019,22(03):1-6.

[2]章林涛. 基于铁路机车火灾发展规律的防火监测系统开发及其应用研究[C].中国科学技术大学,2016,合肥.

[3]颜渊巍，黄自华，秦伟, 等. 轨道车辆减振橡胶材料阻燃改性研究进展[J]. 橡胶科技. 2017,15(10):9-14.

[4]乔新瑞.国内外轨道交通车辆防火标准的对比分析[J]. 企业技术开发. 2016,35(25):46-49.

[5]谭莲影,黄良平,程志, 等.轨道车辆用橡胶弹性元件防火要求及技术水平分析[J]. 特种橡胶制品. 2016,37(03):71-76.

[6]谢葳,雷宇浩,宁建国. 国内外轨道交通机车车辆防火标准对比分析[J]. 铁道技术监督. 2015,43(07):7-12.

[7]倪延强,于全蕾.高速动车组列车贯通道用棚布材料防火阻燃性能研究[J]. 高速铁路新材料. 2022,1(02):11-15.

[8]崔洪岩,丁伟民. 基于EN 45545-2013 对电力机车电气屏柜防火设计要求的研究[J]. 电力机车与城轨车辆. 2018,41(02):63-65,69

[9]张建敏,郭会生,刘小霞, 等.轨道车辆地板耐火性能分析研究[J].城市轨道交通研究. 2021,24(09):39-41,45.

[10]冷映丽，宋雪松，薛淑胜. 低地板有轨电车防火设计分析[J]. 铁路技术创新，2013（06）：75-76.

田庆涛,田占伟,苏文煜.欧洲轨道交通车辆材料防火标准等效性研究[J]. 城市轨道交通研究. 2016,19(11):89-93,106.

刘炜.轨道交通机车车辆防火安全的实现和评估[J]. 铁道机车与动车. 2015,(07):14-15,20,25.

陈立胜,刘斌,王位, 等. 符合EN_45545标准要求的混合动力调车机车防火设计[J]. 电力机车与城轨车辆. 2020,43(04):29-32,59.

刘小霞,张丽荣,于金朋,等.欧洲铁道车辆防火标准解读及对我国车辆防火标准的启示[J].铁道技术监督.2014,42(10):20-24.

张琳,陈小伟,薛淑胜,等. 轨道车辆用非金属材料在EN 45545中的功能豁免、火灾风险及防护措施分析[J].技术与市场.2021,28(10):11-14

于全蕾,倪延强, 栾俊,等.轨道交通车辆用功能性部件的防火研究[J].火灾科学. 2022,31(01):52-58

倪延强, 于全蕾.高速动车组列车贯通道用棚布材料防火阻燃性能研究

[J].高速铁路新材料.2022,1(02):11-15.

贾杰,王新. 轨道车辆防火标准及技术研究[J]. 中国胶粘剂. 2021,30(09):67-70

张灵捷.告诉列车防火性能研究[C].西南交通大学，2011，成都.

李人哲,钟源. 欧洲轨道车辆产品禁限用物质管控研究[J]. 中国铁路. 2021,(01):132-136. 

UNIFE Template – Fire Safety Manufacturer Declaration – Fire Behavior of Supplied Products[EB/OL]. https://www.unife.org/activities/standards-and-regulation/key-eu-and-industry-documents/