安全工程-高铁列车运行中的火灾危险性分析论文

本科论文摘要本文首先通过对国内外列车火灾事故案例及其影响因素进行分析，对高速列车火灾危险有害因素进行了辨识，建立列车运营火灾事故树进行定性分析，分析结果表明员工操作失误、消防宣传、可燃物与氧化剂、设施设备故障、消防系统设计缺陷、救援通道不畅、消防管理制度未落实、培训与演练不充分、爆炸、逃生组织不力、救援疏散设施设备不完善、纵火、逃生出口不足、行车事故、乘客违规携带易燃易爆物品、火灾应急预案不到位、消防技能不合格这些因素是导致高铁列车火灾常见的客观因素。进一步地，再对高铁列车火灾危险源进行辨识和评价的基础上，提出了应着重在以下六方面加强高铁列车火灾风险防控：(1)加强对起火源控制(2)提高列车消防灭火能力(3)提高列车上火灾救援疏散能力(4)加强列车上工作人员能力(5)健全列车消防管理制度(6)加强列车消防知识宣传力度。关键词：高速列车；安全；火灾；危险源；事故树AbstractFirstofall,throughtheanalysisofdomesticandforeigntrainfireaccidentcasesandtheirinfluencingfactors,thispaperidentifiesthedangerousandharmfulfactorsofhigh-speedtrainfire,establishesafireaccidenttreeforqualitativeanalysis,andtheanalysisresultsshowthatthestaffoperationerror,firepropaganda,combustibleandoxidant,facilitiesandequipmentfailure,firesystemdesigndefects,rescuechannelisnotsmooth,andthefireiseliminatedThecommonobjectivefactorsleadingtohigh-speedrailtrainfireare:thepreventionmanagementsystemisnotimplemented,thetraininganddrillarenotenough,theexplosion,theescapeorganizationisnotenough,therescueandevacuationfacilitiesandequipmentarenotperfect,thearson,theescapeexitisnotenough,thetrafficaccident,thepassengerscarryinflammableandexplosivematerialsillegally,thefireemergencyplanisnotinplace,andthefirefightingskillsarenotqualified.Further,basedontheidentificationandevaluationofthefirerisksourcesofhigh-speedrailtrains,thefollowingsixaspectsareproposedtostrengthenthefireriskpreventionandcontrolofhigh-speedrailtrains:(1)strengthenthecontroloffiresources;(2)improvethefirefightingcapacityoftrains;(3)improvethefirerescueandevacuationcapacityoftrains;(4)strengthenthecapacityofthestaffontrains;(5)improvethefiremanagementsystemoftrains;(6)strengthenthetrainfirefightingPropagandaofknowledgeprevention.Keywords:highspeedtrain;safety;fire;hazardsource;faulttree第一章绪论1.1研究的背景1.1.1高铁的发展1964年日本建成了世界上的第一条时速230km/h的高速铁路。紧接着一些西方发达国家也开始建设。我国2004年才开始模拟建设12000公里连接三个城际客运的专线。截至2008年津京高速铁路才开始正式运营，其时速可达350km/h，已位于世界先进水平，标志着中国高铁时代的到来。据官方统计，到2019年，我国铁路总里程高达13.9万公里，高铁总里程3.5万公里。目前我国人员出行和货物运输大多以铁路运输为主，所以降低铁路运输成本，提高运行速度是当前发展的重点。所以我国实施电力全覆盖，不但降低成本还提高了环保性能。我国对铁路发展做出长期规划，预计到本世纪中叶我国铁路总里程将达到27万公里。1.1.2高铁火灾事故原因分析。为了进一步了解高铁列车和隧道列车火灾发生原因，对近些年高铁列车事故进行统计分析，统计结果如表1-1、表1-2所示。表1-1隧道列车火灾事故发生时间事故地点原因伤亡情况1990梨子园隧道油罐车中部爆炸起火死4伤141991大瑶山隧道烟头起火死12伤201992青藏线18号隧道油罐车脱轨起火无1993蔺家川隧道油罐车爆炸起火死8伤102000基茨施坦霍恩峰隧道电暖空调过热死18伤102009.7乌鞘岭隧道机动车故障引起火灾中断行车约4h2013法国巴黎至里昂间TGV头车机械室故障表1-2高速列车火灾事故时间火灾事故原因伤亡情况1956.3日本高野线高速列车断路器故障死1伤421987.4日本生驹山隧道高速列车高压线段裂死1伤481998.6柏林ICE高速列车车轮的轮箍崩落死100伤882006.8上海磁悬浮列车不明无2013.8襄渝线发动机所车厢突然起火中断行车约2h2018.1G281次列车电器设备发生故障致6趟高铁停运2020.3济南-广州机头着火3-4节侧翻根据表1-1和表1-2结果显示，有以下几个方面导致列车发生火灾:(1)列车电器设备及电气线路故障。高速列车具有较高的电气化程度，当列车内外分布的大量电缆发生短路或者列车内部的电气设备发生异常时，将会导致车内线路甚至配电室等关键部位发生严重故障，进而引起高速列车发生火灾。(2)违背规定的旅客吸烟、乱扔烟头高速列车内虽然有阻燃材料，但还有许多有机高分子制成的可燃材料和乘客带上列车的行李包，这些都是容易引发火灾的危险因素。许多不遵守高速列车规定投机取巧的人在卫生间内抽烟，并随意将烟头丢弃。香烟燃烧外部温度可达200°C~300°C，内部温度更是高达700°C以上，一但接触可燃物就会导致可燃物的燃烧，引起火灾。(3)乘客携带易燃、易爆及其他危险品。乘客对易燃易爆物品带上列车所产生的后果不够重视，经常将一些含有乙醇、煤油及有机喷雾制品带上列车。在遇明火的情况下极易发生重大火灾。(4)车内工作人员对设备的造作不当当车内工作人员对列车进行了错误的操作，列车内外分布的大量电缆可能发生短路或者列车内部的电气设备发生异常，将会导致车内线路甚至配电室等关键部位发生严重故障，进而引起高速列车发生火灾。(5)恐怖袭击、人为纵火。高速列车可以乘载大量旅客，人员相对密集。一些破坏社会和谐稳定的不法分子在高速列车上进行恐怖袭击，杀人放火，破坏社会安定，造成人民财产损失、人身安全受到威胁。1.1.3高铁火灾事故特征列车火灾具有突变性、社会性、不确定性和严重性：(1)突变性列车发生火灾时很少有征兆不可预测，许多因素影响着传播过程，可能会产生变异，造成二次甚至多次伤害。(2)社会性列车发生火灾后，需要政府和社会多方进行配合调动公共资源进行救援，并且列车也具有公共性，二者结合严重影响公共利益。(3)不确定性人员密集、设备复杂使得存在大量不安全因素。事故发生的时间、地点、起因、发展趋势及影响均无法预测。(4)严重性列车人员密集、轨道较高等因素使得一旦发生火灾，救援困难。高速列车价格昂贵，发生火灾将会对旅客和国家的经济造成严重损失。1.1.4高铁列车火灾危险性分析高速列车由于结构的特殊性，发生火灾时与普通高大建筑空间相比具有较大的差异,但与目前研究较多的隧道狭长空间火灾情形相似,其主要特点包括以下几个方面:(1)有害气体高速列车的大部分内部装饰采用有机高分子材料，有机高分子材料燃烧时会产生CO和SO2等有毒气体。高速列车气密性比较好，当发生火灾时，有机高分子材料燃烧生成的有毒气体不能排除车外，而且列车外的空气不宜进入车内，有机高分子材料在空气不足的情况下燃烧将生成大量的有毒气体，在这种情况下，更容易加剧车内乘客失去意识和死亡。经过大量案例分析，有80%以上是因有毒气体导致死亡的，因此在火灾中有毒气体带来的二次伤害危险系数相当大。(2)火势控制难当高速列车气密性完好时，如果发生火灾，火灾不会快速蔓延，但由于燃烧产生高温致使车窗炸裂或者因乘客逃生脱离将玻璃敲碎，导致气密性变差，使得大量空气顺着开口进入车厢内，加剧燃烧，增加火势蔓延，使火势更加难以控制。(3)人员疏散困难高速列车可以乘坐大量旅客，人员高度密集，当火灾发生时，旅客的心理非常的慌乱，四处逃窜，进而造成人员拥堵。这种情况不但会影响消防人员利用车内消防设备及时灭火，错过救火最佳时机，使火势蔓延。而且四处逃窜的旅客极易发生踩踏事故，造成更大的伤害。(4)扑救难度高高速列车本身不具备自动灭火系统，并且车内除了灭火器没有其他消防设备。如果发生火灾不及时处理，火势得到蔓延将难以控制。高速列车发生火灾往往都是在运行过程中，故救援人员不能第一时间赶到，并且高速列车轨道大多处于高架桥或隧道中，因救援的人员和消防设备无法靠近列车，增加救援难度。(5)经济损失严重高速列车内部装饰如墙板、地板、操作系统、座椅及卧铺等较普通列车造价昂贵。由于高速列车运行速度快，所要求气密性更高，致使列车车门及车窗玻璃材质的要求更高，大大提升铸造成本，一旦列车发生火灾，将造成严重经济损失。并且发生火灾后，造成的人员伤亡、消防救援、铁路干线停运以及不良的政治影响，都将造成不可估量的间接经济损失。1.2研究的意义目前我国人员出行和货物运输大多以铁路运输为主，高速列车所用铸造成本比以往普通列车所用成本大大提升，一旦高速列车发生火灾造成的人员伤亡和经济损失不可估量。所以通过辨识并明确高速列车可能引起火灾的因素并及时防控；进而为我国高速铁路从火灾源头上做出有效的防控措施，为我国高速铁路的稳定发展做出保障并提出了合理的科学依据。高速列车价格昂贵，保险公司在制定保险项目、保费及保额时必须要做到精确计算，因此应准确评估列车的火灾风险系数。此项目为保险行业对高铁列车的火灾评估提供了依据。1.3国内外研究现状西方发达国家在高速列车的防火材料性能和车辆的结构方面做了大量研究并提出了相应的技术标准。为了提高高速列车的防火性能，西方国家严格控制了车辆材料燃烧性能的燃烧重量。英国BS6853载客列车设计与构造防火通用规范，规定了用于控制客运列车防火材料测试及火灾特性的分级方法和主要燃烧试验方法。目前我国在高速列车防火材料的标准及列车抗火标准等方面还没有得到具体的完善。杜红兵等[1]用模型实验对运行列车车厢内火灾烟气流动特性和温度场分布进行了模拟研究；刘采峰等[2]运用数值模拟方法对静止列车火灾模式在不同火源功率下，烟气运动及温度分布进行研究；徐志胜等[3]采用相似理论，结合模型实验对隧道列车火灾烟气规律和特性进行了研究；丁良平等[4]采用CFD的模拟方法讨论了高速铁路隧道发生列车火灾后的安全疏散问题。研究学者对列车进行大量仿真实验，如静止的车体燃烧、运行过程中燃烧、卧铺车厢燃烧及浓烟下寻找火源实验等[5]。DLee等人利用FDS对加拿大卡尔顿大学城际列车火灾测试进行了数值计算并和试验结果进行了对比研究[6]。JorgeA.Capote也对FDS模拟列车火灾进行了研究并利用FIRESTARR项目实验数据进行了对比验证[7]。澳大利亚YunlongLiu等人使用FDS对列车车厢细水雾灭火系统喷头数量、位置等相关参数进行了研究[8]。EricGuillaume等人分别对FDS软件中材料热解模型和HRRPUA模型模拟列车火灾发展过程的能力进行了研究[9]。国内目前以测试材料燃烧性能为主。郗艳红等通过小尺寸模型实验对着火列车在隧道内行驶时的烟气流动特性和安全运行速度进行了研究，认为地铁列车着火后安全运行速度约为42km/h[10]。余明高等人采用数值计算方法对空气幕用于CRH2A型高速列车车厢内的挡烟效果进行了分析[11]。王建帆基于FDS对CRH2型高速列车火灾热释放速率进行了研究，该研究同样没有考虑火灾过程中车窗玻璃受热破裂行为，与实际火灾情形相差较大[12]。谌瑞宇对地铁列车典型内装材料的热解及燃烧性能进行了研究[13]。李冬以某型地铁列车为研究对象，采用FDS软件对其燃烧性能和烟气危害性进行了研究[14]。王升对影响高速列车火灾的火源功率、位置和开口状况等因素进行了研究，研究中考虑了车窗玻璃高温作用下破裂对列车火灾燃烧特性的影响，并对列车狭长空间的轰燃现象进行了分析[15]。徐志胜[16]、杜红兵[17]等使用1:5小尺寸模型列车在燃烧风洞中进行了着火列车运行条件下车厢内火灾特性研究。王庆生、胡隆华等利用该模型列车和模型隧道进行了特长铁路隧道救援站细水雾灭火实验研究[18]。朱中杰对地铁车辆的热释放速率不同计算方法进行了研究[19]。1.4本文的主要研究内容和方法研究内容包括：(1)研究高铁所用材料的可燃性及发生火灾的危害性；(2)使用事故致因理论和危险源辨识技术分析高铁列车火灾危险源;(3)研究最合适最有效的火灾风险评估方法；(4)用事故树方法对动车组列车进行火灾风行评估；(5)给出高铁列车预防火灾及发生火灾应急处理的合理化建议；

第二章火灾基本理论高速列车与普通建筑的火灾在特性上有很大区别，高速列车的内部空间窄而长，并且高速列车内部装饰及旅客所带的大量包裹中含有大量可燃性物质。一但燃烧火势发展过程有自己的独特性，所以研究列车火灾理论基础可以为研究列车火灾燃烧特性提供技术帮助。 2.1火灾基本理论2.1.1燃烧阶段高铁列车不同于一般建筑，其内部空间也属于狭长受限空间。列车燃烧的发展过程也符合一般受限空间火灾发展规律。图2-1为发生火灾时热释放速率变化曲线。图2-1热释放速率变化曲线(1)初期增长阶段人们将引火源点燃周围可燃性物质的过程定义为列车火灾的初期，在氧气中可燃物的温度达到燃点就会燃烧。随着时间推移，将有更多物质燃烧，当列车内有充分的氧气将增大火灾规模，将加剧可燃物的燃烧状态与空间边界的热作用。进而达到轰然现象。轰燃是火灾由初期增长阶段向充分发展阶段转换的重要标志。当在大的空间或者是可燃物与氧气有限时，轰然现象不一定出现。当火灾发生时不一定都会发生轰然现象。(2)充分发展阶段当所有的可燃性物质均剧烈燃烧时，此时客室内温度会达到800°C以上，这时火势已经发展到火灾充分发展阶段，可燃物的热释放速率达到最大。列车骨架在高温下不断变形，失去承重作用，开口处有大量火焰喷出，可将火焰扩展到临近车厢。(3)衰退阶段当车内的可燃物不断大量燃烧、室内通风不畅及外界救援干预，火势都会慢慢减弱，发展速度不断降低，最后进入火灾衰退期。此时可燃物化为灰烬，但仍有少量烟气。。2.1.2蔓延理论热传导:在气体、液体和固体中都有发生的可能发生的一种传热现象，这种现象是在介质宏观上不发生运动时的传热现象。列车发生火灾可以依靠热传导使火势蔓延，但发生蔓延的规模与影响都有很大的局限性，因为热传导只作用在两个相邻部件之间。列车火灾若通过热传导进行传播导热引起火灾蔓延，则需要部件与部件之间距离较近，而且还需能够良好的媒介进行导热，所以列车燃烧的热量通过热传导进行传递具有很大的条件限制。热对流:对流热是单位时间、单位流体和单位固体表面的热交换，通过流体运动来传播热量的现象。流体与固体的表面温差、流体的热学物理性能和流体的运动状态都是决定对流换热过程的基本因素。热对流伴随着列车火灾的整个过程，在刚发生火灾时，热对流严重影响火灾的发展趋势，是大多数火灾最主要的蔓延形势。2.1.3烟气运动过程当出现火灾后，火势会出现一个燃烧速率迅速增加的过程，那么将在燃烧物上方出现温度较高并且不断上升的火羽流。火羽流呈反锥形向上扩散，上升过程中的浮力将诱发卷吸效应，吸入大量的周围氧气，使燃烧物持续燃烧。列车的空间窄而长，当发生火灾后，烟气迅速蔓延，其蔓延规律有着自身的特点。当顶棚射流遇到列车两侧内壁的阻挡时将会沿着内壁向下流动，但烟气具有较高的温度，向下流动一定距离后将会开上浮。最终在顶棚下方形成均匀的热烟气层。图2-2列车长度方向烟气运动过程2.2列车客室火灾影响因素结合国内外列车火灾现有研究结果，分析总结得到高速列车客室火灾影响因素如下:(1)内装材料防火性能(2)乘客行李数量及其分布(3)车窗防火性能(4)车体防火隔热设计(5)端门防火性能(6)车载主动消防设施水平(7)列车运行环境(8)起火位置及火源规模(9)运营管理水平与应急处置能力2.3列车火灾基本特征2.3.1车窗玻璃破碎现象玻璃的导热性不好，当列车发生火灾，玻璃内侧受热对流及火焰热辐射影响温度较高，外侧则温度较低，两侧温差较大，由于热胀冷缩，产生的力超出玻璃本身所能承受的应力，进而导致玻璃破碎。玻璃所能承受的应力及燃烧时温差产生的力与玻璃的材质、表面积和玻璃的厚度有关。(1)热温差判断标准有关学者经过对不同材质不同规格的玻璃进行大量破裂基本温差实验后得到的数据如表2-2所示。表2-2玻璃破碎温差判断标准玻璃类型温差大小（℃）普通玻璃58-90单层钢化玻璃3mm340单层钢化玻璃4-6mm450单层钢化玻璃10mm470-490双层钢化玻璃6mm600(2)热流判断标准有关学者经过对不同材质不同规格的玻璃进行大量玻璃破碎与破碎时热对流密度实验后，实验结果如图表2-3所示。表2-3玻璃破碎热流判断标准玻璃类型热流密度(kW/m2)普通玻璃9双层玻璃25钢化玻璃43经数据显示，当普通玻璃表面热流超过9kW/m2时，玻璃破碎，玻璃材质越好，强度越高破碎时所需热流密度越高。当同一种玻璃表面热流密度越大，越容易破碎。在列车运行过程中受环境影响，如发生火灾所属环境不同玻璃破碎温度有所不同。我国高铁列车所用玻璃是由两层钢化玻璃组成的中空玻璃，经表2-2结果显示，双层钢化玻璃的最小破碎温差是600℃，对这种玻璃的具体性能经行检测分析，结果如表2-4所示。表2-4高速列车中空玻璃的性能参数指标参数密度1250kg/m3平均导热系数1.1W/(K.m2)辐射系数0.94比热519(J/(kg*K))2.3.2火灾燃烧的控制形式列车发生火灾，车内氧气不断减少，车厢内含氧量影响燃烧速率。当通风状况不能满足火灾增长的需要，燃烧速率通风条件控制，这种形式称为通风控制火灾。当玻璃破碎的数量增加，氧气充足燃烧速率主要由材料本身性质决定，此时属于燃料控制型火灾。2.3.3轰燃现象火灾从初期发展阶段向充分发展阶段的迅速转变叫轰然，轰然是一种非线性动力学转变过程，其本质是火灾从常规行为转变为特殊行为的一个瞬间转变过程。当火灾的温度、燃烧速率及热释放速率达到并超出其临界值时就会发生轰然现象。第三章危险有害因素辨识危险源即可能对人员造成伤害、可能引发事故和财产造成损失的一切危险因素。按照列车火灾发生情况的不同，危险源分为第一、二累危险源。3.1第一类危险源拥有能量的载体或者能释放能量的能量源称为第一类危险源，是火灾发生的必要条件。列车上的第一类危险源有:(1)能量载体拥有能量的人或者物体。例如列车上的导电装置或者电线，当通电时其具有较大能量，一旦发生漏电或者短路，就可能会引起周围可燃物燃烧。(2)提供能量的装置、设备这类装置在他们正常工作时可以产生大量的能量。例如餐车上的灶炉在工作时可产生大量能量，据统计显示，有22%的火灾是因为列车上这类装置操作不当导致的。(3)一旦失控可能发生能量蓄积的装置失控时将积蓄大量能量，发生危险。例如高压锅等压力容器。(4)使物体具有较高能量的装置这类装置自身具有较高能量，相当于火灾发生时的能量源。例如列车上的可燃性材料包裹。(5)危险物质这类物质对人体可造成伤害，包括具有化学能的易燃易爆物质。例如煤油、雷管、炸药、酒精、可燃粉尘及毒品等。(6)生产、加工、存储危险性物质的装置、设备、场所因储存的物质具有较高能量容易引起较高火灾，所以储存场所有较高的危险性。如餐车的食用油油瓶等。主要在以下两方面对危险性评价：(1)危险物质的性质危险物质理化性质的不同，在发生火灾时造成的后果不同。(2)能量释放影响的范围危险物质释放能量所影响的范围对火灾的发展及后果有着决定性作用。影响范围越大，造成的后果越严重，财产越大。3.2第二类危险源人们想利用系统对能量进行控制。在实际生活中不存在百分之百的控制，一旦能量释放就有可能会发生危险。我们将导致能量释放的各种不安全因素称为第二类危险源。在对能量采取措施失效后分析其原因时，发现通常是人、物、环境这三个方面共同作用的结果，才导致第二类危险源的形成。人的失误会使物出现故障，同时当物发生故障时，也会造成人的失误。而不良环境对人和物都有影响。第二类危险源决定着发生事故的可能性，人们无法预测在什么时间、什么地点出现，是一种随机的可能性，其出现频率越高，事故发生的可能性就越高。在对系统进行安全分析时，可通过对可能导致事故和系统故障的因素进行相关排查来确定可能存在的第二类危险源。故在对列车进行两类危险源辨识时，可通过以下方法进行辨识：评价有关环境、设备、人员等有关因素；评价对危险源最好的控制办法；评价可能出现的各种危险源及其相互关系；评价危险源失控后的后果。评价危险源失去控制后，最好的防护措施；3.3高铁列车火灾危险源辨识经过考察并查阅资料，分析得到的火灾危险因素如表3-1所示。表3-1火灾致因因素表致因因素考察因素人违规吸烟、乱扔烟头恐怖分子故意纵火工作人员违章操作人为失误物餐车里用火过量，操作失误餐车食用油、液化气电气设备不良导致短路，线路过热酒精、香蕉水等易燃液体的燃烧雷管、鞭炮等易爆固体的爆炸静电致火闸瓦摩擦喷射火星致火列车车体内可燃物多少，火灾荷载大小列车材料的燃烧特性，阻燃或非阻燃处理其他列车开行时候的风速影响经过考察并查阅资料，分析得到的消防水平的因素如表3-2所示。表3-2消防水平因素表考察部位考察因素防火设施有无排烟系统、排烟方式,排烟量有无送风系统火灾探测有无火灾探测装置火灾探测装置探测方式可靠性消防力量灭火器配备管理制度消防管理水平消防巡查人员、专兼职人员消防灭火预案消防安全教育行车期间消防安全宣传3.4小结经过一系列分析结果显示，高速列车的内部装饰材料、易燃易爆物品、列车是否运行时列车火灾的三大客观因素。人为操作不当、设备出现故障、恶劣环境影响时列车火灾的三大不确定因素。

第四章火灾危险性评价4.1危险性评价方法概述通常采取以下几种方法对危险性进行评价分析：(1)故障类型和影响分析该方法对设备各组成部分进行故障分析，用这种方法可以先了解系统可能发生的故障及故障类型，为避免故障发生提前采取有效措施。(2)事件树分析事件树分析是根据某一个段时间内由系统开始至系统故障发生为止，统计事件结果的方法。(3)预先危险分析法方法是在系统运转之前对可能存在的危险性进行预先分析，提前采取措施尽可能避免危险发生。(4)事故树分析是安全系统工程的重要分析方法之一，它是运用逻辑推理对各种系统的危险性进行辨识和评价，不仅能分析出事故的直接原因，而且能深入地揭示出事故的潜在原因。用它描述事故的因果关系直观、明了。思路清晰，逻辑性强，既可定性分析，又可定量分析。(5)可操作性研究该方法对设备的个别部分潜在的操作性失误进行评价分析，并评价其对整个系统的影响。4.2火灾事故树分析4.2.1火灾事故树以顶上事件和次顶事件构建火灾事故树模型，顶上事件为火灾事故，次顶事件分别是起火源和可燃物。列车发生火灾需三者同时发生，故采用“与门“逻辑连接三个事件。列车火灾事故树模型如图4-1所示。表4-1火灾事故树说明编号事件名称编号事件名称M1火源X7纵火M2内部火源X8消防系统设计缺失M3外部火源X9消火栓灭火系统失效M4火情控制不力X10探测报警功能失效M5恐怖袭击X11防烟排烟系统失效M6灭火失败X12灭火器失效M7消防系统不力X13气体自动灭火系统失效M8消防功能失效X14逃生出口不足M9救援疏散系统不力X15救援疏散设施设备不完善M10人的不安全行为X16救援通道不畅M11内部员工X17消防技能不合格M12乘客X18逃生组织不力X1设施设备故障X19乘客恐慌X2员工操作失误X20缺乏安全人员X3行车事故X21缺乏自救能力X4乘客违规携带、使用易燃易爆物X22消防宣传、培训与演练不充分X5可燃物与氧化剂X23消防管理制度未落实X6爆炸X24火灾应急预案不到位图图4-1列车火灾事故树模型4.2.2最小割集根据事故树结构获得表达式如下：T=(M1M4)=(M2+M3)*(M6+M9+M10+M13)X5=(X3+X2+X1+X4+M5)*(M7+X8+X14+X15+X16+M11+M12+X22+X23+X24)X5=(X3+X2+X1+X4+X6+X7)*[(X9+X11+X12+X13)X10+X8+X14+X15+X16+X18X17X20+X19X21+X22+X23+X24]X5=X3X9X10X5+X2X9X10X5+X1X9X10X5+X4X9X10X5+X6X9X10X5+X7X9X10X5+X3X8X5+X2X8X5+X1X8X5+X4X8X5+X6X8X5+X7X8X5+X3X14X5+X2X14X5+X1X14X5+X4X14X5+X6X14X5+X7X14X5+X3X15X5+X2X15X5+X1X15X5+X4X15X5+X6X15X5+X7X15X5+X3X16X5+X2X16X5+X1X16X5+X4X16X5+X6X16X5+X7X16X5+X3X18X17X20X5+X2X18X17X20X5+X1X18X17X20X5+X4X18X17X20X5+X6X18X17X20X5+X7X18X17X20X5+X3X19X21X5+X2X19X21X5+X1X19X21X5+X4X19X21X5+X6X19X21X5+X7X19X21X5+X3X22X5+X2X22X5+X1X22X5+X4X22X5+X6X22X5+X7X22X5+X3X23X5+X2X23X5+X1X23X5+X4X23X5+X6X23X5+X7X23X5+X3X24X5+X2X24X5+X1X24X5+X4X24X5+X6X24X5+X7X24X5所得到的最小割集{X3，X9，X10，X5}、{X2，X9，X10，X5}、{X1，X9，X10，X5}、{X4，X9，X10，X5}、{X6，X9，X10，X5}、{X7，X9，X10，X5}、{X3，X8，X5}、{X2，X8，X5}、{X1，X8，X5}、{X4，X8，X5}、{X6，X8，X5}、{X7，X8，X5}、{X3，X14，X5}、{X2，X14，X5}、{X1，X14，X5}、{X4，X14，X5}、{X6，X14，X5}、{X7，X14，X5}、{X3，X15，X5}、{X2，X15，X5}、{X1，X15，X5}、{X4，X15，X5}、{X6，X15，X5}、{X7，X15，X5}、{X3，X16，X5}、{X2，X16，X5}、{X1，X16，X5}、{X4，X16，X5}、{X6，X16，X5}、{X7，X16，X5}、{X3，X18，X17，X20，X5}、{X2，X18，X17，X20，X5}、{X1，X18，X17，X20，X5}、{X4，X18，X17，X20，X5}、{X6，X18，X17，X20，X5}、{X7，X18，X17，X20，X5}、{X3，X19，X21，X5}、{X2，X19，X21，X5}、{X1，X19，X21，X5}、{X4，X19，X21，X5}、{X6，X19，X21，X5}、{X7，X19，X21，X5}、{X3，X22，X5}、{X2，X22，X5}、{X1，X22，X5}、{X4，X22，X5}、{X6，X22，X5}、{X7，X22，X5}、{X3，X23，X5}、{X2，X23，X5}、{X1，X23，X5}、{X4，X23，X5}、{X6，X23，X5}、{X7，X23，X5}、{X3，X24，X5}、{X2，X24，X5}、{X1，X24，X5}、{X4，X24，X5}、{X6，X24，X5}、{X7，X24，X5}。共有60个最小割集，则有60种行为容易引起火灾，最小割集的种类偏多，但每种行为的不安全因素事件较少，说明高速列车容易引起火灾。4.2.3最小径集利用它与最小割集的对偶性，首先要做出与事故树对偶的成功树，各类事件发生换成不发生，求出成功树的最小割集经对偶变换后就是事故树的最小径集，如图4-2所示。图图4-2火灾事故成功树T=M1+M4+X5=M2M3+M6M9M10M13+X5=X3X2X1X4X6X7+M7X8X14X15X16M11M12X22X23X24+X5=X3X2X1X4X6X7+(M8+X10)X8X14X15X16(X18+X17+X20)(X19+X21)X22X23X24+X5=X3X2X1X4X6X7+(X9X11X12X13+X10)X8X14X15X16(X18+X17+X20)(X19+X21)X22X23X24+X5=X3X2X1X4X6X7+X9X11X12X13X8X14X15X16X22X23X24X19X17+X9X11X12X13X8X14X15X16X22X23X24X19X18+X9X11X12X13X8X14X15X16X22X23X24X19X20+X9X11X12X13X8X14X15X16X22X23X24X21X18+X9X11X12X13X8X14X15X16X22X23X24X21X17+X9X11X12X13X8X14X15X16X22X23X24X20X21+X10X19X18X8X14X15X16X22X23X24+X10X19X17X8X14X15X16X22X23X24+X10X19X20X8X14X15X16X22X23X24+X10X21X18X8X14X15X16X22X23X24+X10X21X17X8X14X15X16X22X23X24+X10X21X20X8X14X15X16X22X23X24+X5所得到的最小径集为：{X3，X2，X1，X4，X6，X7}、{X9，X11，X12，X13，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24，X19，X17}、{X9，X11，X12，X13，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24，X19，X18}、{X9，X11，X12，X13，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24，X19，X20}、{X9，X11，X12，X13，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24，X21，X18}、{X9，X11，X12，X13，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24，X21，X17}、{X9，X11，X12，X13，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24，X20，X21}、{X10，X19，X18，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24}、{X10，X19，X17，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24}、{X10，X19，X20，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24}、{X10，X21，X18，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24}、{X10，X21，X17，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24}、{X10，X21，X20，X8，X14，X15，X16，X22，X23，X24}、{X5}。一共有14个最小径集，所以列车不发生火灾事故的途径是14个，则每个途径含有众多的不安全因素，说明高速列车火灾的危险性极大，应控制的不安全因素也多。表明列车火灾的控制途径少而复杂，安全指数较低。4.3结构重要度分析公式（4-5）式中，K-最小割集总数KJ-第j个最小割集数NJ-第j个最小割集基本事件数据公式(4-5)，计算得到的重要度如表4-2所示表4-2列车火灾事故的结构重要度编号结构重要度编号结构重要度I(X1)0.015625I(X13)0.001464I(X2)0.015625I(X14)0.013109I(X3)0.015625I(X15)0.013109I(X4)0.015625I(X16)0.013109I(X5)1I(X17)0.004389I(X6)0.015625I(X18)0.004389I(X7)0.015625I(X19)0.006576I(X8)0.013109I(X20)0.004389I(X9)0.001464I(X21)0.006576I(X10)0.011662I(X22)0.013109I(X11)0.001464I(X23)0.013109I(X12)0.001464I(X24)0.013109通过比较得到结构重要度排序：I(X5)>I(X1)=I(X2)=I(X3)=I(X4)=I(X6)=I(X7)>I(X8)=I(X14)=I(X15)=I(X16)=I(X22)=I(X23)=I(X24)>I(X10)>I(X19)=I(X21)>I(X17)=I(X18)=I(X20)>I(X9)=I(X11)=I(X12)=I(X13)由上述排序可知:(1)可燃物与氧化剂是引起火灾必备条件。(2)操作失误及易燃易爆物品带上车都将导致火灾的发生。(3)救援设施不完善、安全通道不足(4)旅客缺乏自救能力、缺乏消防知识，容易慌乱，影响疏散。

第五章火灾预防、应急处置措施5.1列车火灾预防措施5.1.1火灾控制措施(1)加强对火源的控制加强对可燃物的管控。同时也要控制可以引发火灾的各类危险源头，应加强对设施设备的管理,加强安全检查并禁止吸烟。(2)提高列车消防灭火能力为了有效控制火灾，应在列车上安装完善的消防系统，提高警报的反应灵敏度，安装自动灭火系统并在列车上配备大量灭火器。(3)提高列车上火灾救援疏散能力应在列车上设置更多的逃生通道，应向旅客普及在发生火灾时如何通过安全门和安全窗逃生的知识，列车乘务人员定期培训紧急情况下的应急能力。(4)加强列车上工作人员能力定期组织培训，增强乘务人员对列车危险源的辨识，增强乘务人员对列车旅客及设备所存在的危险因素排查的能力。组织消防演练增强乘务人员在火灾发生时疏导旅客及灭火救援的能力(5)健全列车消防管理制度列车发生火灾具有突发性，为避免发生应健全消防安全措施。应责任分包制，层层管理，分清职责，互相沟通。避免存在盲区、漏洞等无人负责。(6)加强列车消防知识宣传力度车站及列车应加大对列车发生火灾严重性的宣传力度，实时播报列车防火及发生火灾后逃生和救援的相关知识。宣传方法不光有广播播报，应以多种形式进行宣传，大大提升人们消防安全意识。5.2应急措施当列车发生火灾后，将旅客疏散到安全的车厢。旅客尽量不用安全锤打破车窗逃生，因为打破车窗会使窗外空气大量的进入车厢内，增加车内含氧量，使车内火势迅速蔓延。列车工作人员应先使用水型灭火器，待人员疏散后，在使用干粉灭火器，不然干粉灭火器将影响疏散旅客的视线。若列车发生的火灾不影响及人员安全时，可不停车，继续运行至就近车站处理。若火势较大，应紧急停车，让旅客从无火灾车厢快速下车，向铁路指挥中心报告，立即申请消防救援。(一)旅客列车发生火灾，火灾形势不大并且列车得到报警，工作人员的应急处置程序：1.列车运行过程中得到火灾报警，司机应先确定报警位置，然后联系列车长或乘务员到达现场，确认报警位置，其他乘务人员携带灭火器前去救援。2.其他乘务人员到达后，应先疏散旅客，然后用灭火器进行扑救。3.列车长应通知列车广播员广播播报火灾情况，让相邻车厢旅客尽量远离火灾位置。4.列车长应通知检车乘务员切断起火车厢非动力电源，以免影响列车用电设备，造成列车无法继续行驶。并告知司机将车速降低，以免火势蔓延。5.列车长向铁路调度指挥中心报告，改变其他列车运行时间，以免出现两车相撞的二次灾害。6.火灾扑灭后列车工作人员应对起火部位进行全面检查，确认火已完全扑灭，并且不会再二次燃烧，然后列车长应告知司机险情解除，恢复正常行驶。并上报列车调度指挥中心及列车下一个停靠车站列车可以继续运行。但列车长应安排列车员在火灾发生部位继续观察至列车驶入终点站。以确保列车安全。(二)危及列车安全时的应急处置程序:1.即刻停车。列车工作人员若不能用灭火器及时扑灭时，在避开隧道、高架桥梁、人居村落、工厂等危险地立即停车。并通知铁路供电部门立即停电。2.向上级报告。列车长确认火势后，应向铁路调度指挥中心报告情况，调整其他列车运行时间，防止两车相撞，造成二次灾害。3.疏散旅客。列车在安全地带停车后，乘务人员应和广播进行配合，组织旅客有序下车，并远离列车等待救援。同时要稳定旅客情绪，防止旅客杂碎车窗跳车及不法分子趁火打劫等事件的发生。4.迅速扑救。迅速报警，向公安消防人员说明火灾形势。并且列车长应组织乘务人员用灭火器灭火，为消防救援赢取宝贵时间，5.切断火源。将一切可燃烧物体与起火列车分离开。6.组织救援。待救援人员到达后，列车长及乘务人员应配合消防人员对列车进行扑救。7.抢救伤员。待救护车赶到现场后，乘务人员应疏散旅客为救护车开辟一条救生通道。协助医护人员将受伤旅客按受伤情况进行救治，先抢救受伤严重的旅客。8.保护现场。在扑救火灾的同时应保护好现场，防止发生混乱，为后续调查起火原因取证保留第一现场。(三)车站接到旅客列车火灾报警后的工作程序:1.立即启动应急处置措施，做好灭火、救治伤员、车辆调度等有关工作。2.向铁路指挥中心报告实时跟进火灾现场救援情况，依据上级指示实施各项救援工作。3.站长应制定有效的救援方案并指挥救援。4.若发生火灾列车驶入车站，应按应急预案小组的分工进行救援，将旅客疏散至安全地带，全力救治伤员，尽最大可能进行扑救。5.在疏散旅客时，应将旅客向有站台的地方进行疏散，避免在疏散过程中发生意外，造成人员伤亡。6.成功扑救后，应妥善安置旅客，为旅客提供饮食、办理退票改签手续或安排旅客转乘其他列车。

结论和展望在这个高速列车飞快发展的时代，高铁列车火灾也影响着人们的生命安全，高铁列车火灾事故特点是烟气危险性大、火势控制难、扑救难度高及经济损失严重等。引起高铁列车发生火灾的主要原因包括列车电器设备及电气线路故障、乘务人员和乘客吸烟无意识造成高铁列车火灾的行为、乘客携带易燃、易爆及其他危险品、恐怖袭击和人为纵火等。当然还有许多因素对火灾有着很大的影响，如内装材料防火性能、车窗防火性能、消防培训与演练不充分、端门防火性能、乘客行李数量及其分布、消防管理制度未落实、车体防火隔热设计、消防技能不合格、列车运行环境、员工操作失误、逃生出口不足、救援通道不畅、逃生组织不力、消防系统设计缺陷、火灾应急预案不到位、救援疏散设施设备不完善、起火位置及火源规模、运营管理水平与应急处置能力。要想有效降低高铁列车火灾的发生应该增加有效的防控措施，例如加强对起火源控制、提高列车消防灭火能力、提高列车上火灾救援疏散能力、加强列车上工作人员能力、健全列车消防管理制度和加强列车消防知识宣传力度。

参考文献[1]杜红兵，戚宜欣等.运行列车车厢内火灾烟气特性与温度场分布的实验研究[J].中国铁道科学，1999，9，20(3)，31-36[2]刘采峰，彭岚，刘朝.列车车厢内火灾烟气运动的数值模拟研究[J].热科学与技术，2003，12，2(4)，352-357[3]徐志胜，周庆，徐或，王飞跃