京张高铁八达岭长城站防灾疏散救援强化设计

孙 嵘

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京 100055)

1 研究背景

京张高铁八达岭隧道全长12 010 m,为单洞双线隧道；八达岭长城站为三层三纵的地下暗挖高铁车站,地下建筑面积达3.6万m2,轨面埋深102 m,旅客提升高度62 m,是目前国内埋深及提升高度最大的高速铁路地下站。

针对八达岭长城站的特点,土建工程设置有救援廊道、紧急出口、消防水池、消火栓等基础设施[1]。八达岭长城站还设置了专门用于救援的立体环形廊道。环形救援廊道连接左右线站台和进站通道,共有5个连接口,提供了紧急情况下快速无死角救援的条件。环形救援廊道如图1所示。

图1 环形救援廊道

机电工程设置有应急通风[2]、车站通风空调、火灾报警(FAS)、机电设备监控(BAS)[3]、隧道防灾救援监控、隧道报警电话、智能客站旅客服务与生产管控平台(智能客站大脑)、客站设备智能监控与能源管理等系统[4]。

2 必要性分析

地下八达岭长城站车站级各类监控、管理子系统众多,存在信息不集中、数据交互性差的问题,主要表现如下。

(1)各信息子系统众多,各司其职、相对独立,信息交互共享性差,存在“信息孤岛”。

(2)在防灾监测方面,没有集成和互联所有的防灾及预警信息。对防灾人员来说,防灾监测信息没有统一的汇聚点和一体化界面展示。

(3)在车站没有建立细化到防灾分区、分块的排烟、烟气控制、人员疏散的防灾预案[5]。

(4)在防灾联动控制方面,防灾预案一般是文字和流程化管理制度,防灾预案范围较小,没有做到全程信息化、流程化。

(5)在防灾仿真培训演练方面,没有采用信息化的手段在灾害尚未发生前就做到各类灾害事件疏散和救援的仿真、推演。

鉴于地下八达岭长城站复杂的建筑结构,建立一个一体化防灾综合监控平台系统,实现与已有的各个防灾相关系统进行数据对接；研究深埋高铁地下站防灾救援联动控制预案,防灾仿真培训、应急事件演练是十分必要的。

3 设计方案

3.1 设计思路

八达岭隧道及地下车站防灾救援疏散土建工程已很完善,完全能满足应急情况的需要；机电设备系统设置基本完备。因用于防灾救援的各系统独立设计,信息共享和协同控制能力差,强化设计旨在为提升八达岭隧道及地下车站的防灾疏散救援能力和效率,对现有防灾救援设施进行补强,通过新设防灾综合监控平台系统有效地进行运营安全监控,信息联动,制定信息化的防灾联动预案,全面提高防灾救援疏散智能化水平。具体内容如下。

(1)消防控制室功能强化设计

在消防控制室原设计基础上,设置一套“基于三维可视化的防灾综合监控及仿真演练平台”(简称：防灾综合监控平台)。把各类防灾信息进行了综合、集中、三维可视化展示[6],实现车站消防控制室的日常智能化综合监控功能；提升车站消防控制室灾害救援、疏散与联动控制响应的效率,可有效应对复杂结构的地下车站防灾问题[7]。

(2)环形救援廊道增强设计

环型廊道内补充设置广播系统、视频监控系统、诱导标识系统，以提升防灾救援疏散时的系统能力；无线信号引入纳入公网覆盖工程统筹解决。

(3)北京局应急指挥中心系统扩容

北京局既有应急指挥中心系统已经实现了局内各专业应急信息融合显示功能,可以保证各级领导在不影响正常行车指挥前提下,了解现场情况、科学处理突发事件。防灾综合监控平台监测及视频数据复示至北京局应急指挥中心系统,实现本系统与应急指挥中心功能的融合。

(4)防灾救援联动控制预案设计

建立八达岭长城站救援联动控制预案,能够在灾害发生时科学指导防灾、减灾、疏散处置；实现站内防灾救援预案推演、疏散救援协调控制,提供站外救援车辆及人员指挥调度信息服务,并将科学的联动控制预案植入防灾综合监控平台系统[8]。

(5)三维可视化防灾仿真培训、演练示范

防灾综合监控平台提供车站三维可视化防灾仿真培训、演练示范功能,可有针对性地进行防灾仿真培训、应急事件演练,把复杂地下结构图形化、三维化,利用VR等技术,进行可视化的3D仿真培训演练,为了充分利用既有资源,该功能同时部署在车站消防控制室和北京局应急指挥中心[9]。

3.2 设计原则

强化设计遵循如下原则。

(1)集成、互联的原则

设在车站消防控制室的防灾综合监控平台为解决各防灾系统众多、分散、防灾信息不集中的问题,原有的各系统各自实现自身功能,防灾综合监控平台系统不取代原有系统。

(2)独立运行、融合统一的原则

设在车站消防控制室的防灾综合监控平台系统独立运行,不干涉既有防灾救援疏散各系统工作；防灾综合监控平台系统作为北京局应急指挥系统的一个独立接入对象,与应急指挥系统有机结合。

(3)既有防灾管理模式不变的原则

将防灾救援联动控制预案植入综合监控平台,使平台具备防灾联动协调控制能力,实现科学高效的防灾联动应急机制。

(4)资源共享原则

充分利用已有的应急资源,将演练、培训功能同时部署在北京局应急指挥中心,共用大屏、培训席位等资源。

3.3 防灾综合监控平台

3.3.1 系统集成、互联方案

(1)集成与互联模式

防灾综合监控平台系统对各相关既有系统的接入可分为集成、互联、界面集成三种方式：

集成[10]：将某系统的全部或部分设备、或功能纳入到综合监控平台系统中。

互联[10]：与某系统通过数据接口、或硬线接口连接,获取数据或测控信号,综合监控平台系统并不包含互联系统自身的设备及功能。

界面集成：将某系统的人机界面功能纳入综合监控平台系统中,界面集成不含被集成系统的现场级设备,后台设备,仅包含被集成系统的部分人机界面功能。

借鉴目前国内轨道交通综合监控系统设计经验,可对监控机理相似的系统采用深度集成方式进行设计,即环境与设备监控系统(BAS)可以集成到统一的监控平台上,作为综合监控系统的一部分；同时保留BAS单独子系统设备作为应急备用。

(2)集成与互联对象

防灾综合监控平台与既有各系统集成与互联关系分为2个部分,分别为：

①与车站级控制系统[11]

与车站级控制系统集成与互联关系如表1所示。

表1 与车站级控制系统集成互联关系

②与调度所既有系统

与调度所既有系统集成与互联关系如表2所示。

表2 与调度所既有系统集成互联关系

3.3.2 与各系统集成与互联方式

(1)与车站既有系统的集成与互联方式

采用网络互联方式。将各系统作为一个完全独立的系统考虑,各系统设有专用的服务器、工作站和组网设备,通过局域网联网技术,与防灾综合监控平台系统互联,以实现跨系统间的集成。

(2)与调度所既有系统的互联方式

防灾综合监控平台采集调度所既有互联系统的防灾类报警数据、监测数据,其互联方式为：配置通讯采集服务器,设置专门网络通道和安全防火墙,既有子系统能够向采集服务器报送数据,八达岭长城站防灾综合监控后台服务器从采集服务器读取数据,设置“一进一出”机制,防灾综合监控平台与既有系统之间不能访问,充分保障安全性。八达岭长城站防灾综合监控后台服务器得到数据后向车站系统转发数据。

3.3.3 与既有系统的数据接口方式

防灾综合监控平台系统与车站、调度所各相关子系统的接口采用以原有系统的接口标准为原则,设置交互通讯采集服务器,优先采用与各系统服务器/软件系统进行对接。数据的接口、通讯协议以原有系统厂家为准[12],接口可以采用数据库、网络通讯、WebService等多种方式,各系统厂家需要提供综合监控平台系统所需要的各类数据。

3.3.4 防灾综合监控平台新增子系统

防灾综合监控平台新增4个子系统及相关硬件,并集成全部功能,具体如表3所示。

表3 防灾综合监控平台新增子系统

3.3.5 系统构成

为八达岭长城站消防控制室新设防灾综合监控平台,系统后台服务器等设备安装在防灾综合监控机房,前端显示级工作站设备安装在消防控制室内[3],系统构成如图2所示。

(1)防灾综合监控机房设备

设置2台通讯服务器：用于采集既有系统服务器、既有系统平台/控制柜数据,环形廊道新增设备由通讯服务器直接与设备进行信息采集。

设置2台数据库服务器：用于防灾综合监控平台系统的数据库存储。

设置1台视频管理服务器：用于车站、隧道视频码流标准化,转码/流媒体服务、视频分发服务。

设置1台三维图形管理服务器：用于提供3D和GIS数据后台服务。

设置1台仿真培训服务器：用于防灾综合监控仿真培训系统的后台数据处理与服务。

设置1台IP广播控制主机：用于对救援通道广播的控制及信息发布。

设置2台防灾综合监控工作站：用于运行防灾综合监控系统软件,实现前述的防灾综合监控功能。设置1台视频工作站：用于对车站、救援廊道的视频图像进行实时监控。

设置1台仿真培训工作站：用于在车站进行防灾仿真演练、培训。

在消防控制室设置1套电视墙。

图2 防灾综合监控平台系统构成

(2)北京局应急指挥中心设备

在北京局应急指挥中心设置防灾综合监控复示终端工作站1台,视频监控终端工作站1台,仿真培训终端工作站1台,并设置通讯采集服务器和视频管理服务器各1台,负责与站消防控制室进行数据采集和通讯,所需传输通道由通信数据网提供。

3.4 北京局应急指挥中心扩容

北京铁路局应急指挥中心网络是“基于网络的KVM延长器系统”,目前该系统接入了各专业业务系统。将防灾综合监控平台系统作为一个专业业务系统接入应急指挥中心,实现平台系统与应急指挥中心的有机结合。相关扩容内容如下。

(1)系统终端

配置2台KVM发送器互为主备机,并接至应用侧接入交换机。

(2)接入交换机

配置1台接入层交换机,通过千兆电口接入防灾综合监控平台系统。

(3)网络通道

防灾综合监控平台系统复示终端连接KVM发送器,KVM发送器网络接口通过传输网接入综合视频KVM侧交换机，将平台系统复示终端KVM信号接入北京局应急指挥中心KVM网络,实现在调度所应急指挥中心调看。

3.5 防灾联动控制预案设计

八达岭长城站预案按照正常运营和紧急事故两种情况下控制的不同,主要分为正常营运预案,维修养护预案,一般事故预案和重大事预案四大类[13]。

正常运营预案包括在日常运营中的节能控制,包括白天和夜间、高峰时段和非高峰时段。

维修养护预案包括为维护正常运营的车站日常维护和维修,包括土建结构的巡检和机电设备的维修和维护。

一般事故预案包括：列车晚点、区间堵塞、车站乘客过度拥挤、道岔故障、列车故障、沿线系统设备故障等条件下的处置[14]。

重大事故预案通常包括车站内发生的火灾、地震、出轨、相撞、爆炸、恐怖袭击、不明气体等涉及到人员紧急疏散等突发事故的处置。

相对于正常运营来讲,任何一种突发事件的发生与发展都有复杂的背景和内在联系,因此,对各类突发事件,即：一般事故和重大事故的处理和预案编制都应考虑到各个系统、各个要素之间的内在规律、机理、群发和伴生特性，以及突发事件在时间和空间上的变化规律等方面的内在联系。通过制定防灾联动控制预案,并植入综合监控平台,可以在应急状态下实现人流智能指挥、引导,设备智能运营管控,提升防灾疏散救援的能力。

3.6 防灾仿真培训演练设计

防灾综合监控平台系统采用三维可视化仿真培训软件系统和3D虚拟仿真技术相结合,系统将场景真实地模拟出来,通过数据采集、数据转换、数据接入等方式在三维场景中进行定位、呈现。并可实现互相转换和生成。用户可在真实的虚拟场景中查看到应急事故的发生点、事故状况、事故等级、事故详情等,并可一键获取该事故地点周围的最佳救援单位,实时展现当前的应急处置情况、车辆运输情况、应急部署情况等。

在应急演练仿真系统中主要包括预案训练模式和突发事件训练模式两种模式,预案训练模式是指受训者按照预案规定的内容,各司其职,完整地按照预案执行救援的全过程。突发事件训练模式就是在训练的过程中,由系统操作人员进行干预操作,比如：突然设置一次“火灾”,突然增加客流量等等。突发事件训练模式主要训练参训者的反应和指挥能力。

4 总语

京张高铁八达岭长城站防灾疏散救援强化设计的主要创新点总结如下。

(1)在铁路工程中提出灾害提前预警、人流安全疏散、重大灾害及时救援的地下车站防灾疏散救援技术,形成防灾预案,并植入软件平台,达到联动控制、统一指挥、联合救援[15]。

(2)构建了三维可视化防灾综合监控信息化平台的演示软件：平台采集各个车站系统的所有防灾预警、报警信息,集中展示、统一管理,对防灾类机电设备的数据进行实时监控,形成一个综合集成所有防灾实时数据的大平台。

(3)基于八达岭长城站和隧道群可能发生的突发事件逃生、救援、多级处置模式分析[16],制定突发事件下的防灾救援联动预案,结合信息化植入防灾综合监控平台,进行流程化的防灾处置,联动预案能够进行组态化的配置和调整,充分保证了突发事件的流程化、信息化处置。

(4)建立了3D仿真培训演练系统,实现对日常与突发事件的各类仿真演练功能模拟,提前做到对防灾情况事前联动预案及处置培训、演练。