城市軌道交通信號系統(tǒng)安全風(fēng)險評價研究

蔣圣超

摘 要：城市軌道交通是當(dāng)前城市內(nèi)部公共交通的重點，其運(yùn)行方式有很多種，比如地鐵、輕軌以及城市鐵路等。文章從城市軌道交通信號系統(tǒng)及風(fēng)險評價的內(nèi)容入手，分析城市軌道交通信號系統(tǒng)產(chǎn)生風(fēng)險的原因，對城市軌道交通信號系統(tǒng)安全風(fēng)險評價的必要性和內(nèi)容進(jìn)行論述，最后對其安全風(fēng)險評價的方法進(jìn)行分析，期望能為城市軌道交通信號系統(tǒng)安全風(fēng)險評價提供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；信號系統(tǒng)；風(fēng)險評價

中圖分類號：U239.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）31-0069-02

Abstract： Urban rail transit is the focus of urban internal public transport. There are many modes of operation， such as subway， light rail and urban rail. Starting with the content of urban rail transit signal system and risk assessment， this paper analyzes the causes of urban rail transit signal system risk， and discusses the necessity and content of safety risk assessment of urban rail transit signal system. Finally， the method of safety risk assessment is analyzed， which is expected to provide a reference for the safety risk assessment of urban rail transit signal system.

Keywords： urban rail transit； signal system； risk assessment

城市軌道交通安全系統(tǒng)中一個主要內(nèi)容就是信號系統(tǒng)，它是城市軌道交通的核心。所以，信號系統(tǒng)的安全運(yùn)行得以保證，從一定程度上來說，就使列車的運(yùn)行安全得到保障。從以往發(fā)生的因為信號系統(tǒng)故障產(chǎn)生的事故分析來看，只對信號系統(tǒng)驗收時進(jìn)行安全風(fēng)險評價是不行的，必須對運(yùn)營過程中的信號系統(tǒng)進(jìn)行安全風(fēng)險評價，才能保證城市軌道交通運(yùn)營安全。

1 城市軌道交通信號系統(tǒng)及風(fēng)險評價相關(guān)概述

1.1 城市軌道交通

所謂城市軌道交通，就是將電能看成是基本動力，通過專業(yè)輪軌方式來運(yùn)行，在運(yùn)輸量大的城市內(nèi)進(jìn)行客運(yùn)運(yùn)輸?shù)囊环N方式。從運(yùn)送能力上來看，分為四種，一是高容量，二是大容量，三是中容量，四是小容量；從交通線路位置上來看，有三種，一是地下軌道，二是高架軌道，三是地面軌道；從綜合角度來看，城市軌道交通有七類，比如輕軌道交通、單軌道交通、地下鐵道等等[1]。

1.2 城市軌道交通信號系統(tǒng)

對于城市軌道交通信號系統(tǒng)來說，它也叫做列車運(yùn)行自動控制系統(tǒng)，就是我們所說的ATC，它是列車自動駕駛、跟蹤以及調(diào)度控制的系統(tǒng)。其主信號是列車信號，向列車傳送其速度和位置，對因為司機(jī)的失誤而產(chǎn)生的追尾事故得以有效的預(yù)防，使列車的安全運(yùn)行得以確保。信號系統(tǒng)的功能主要有四個方面[2]，一是安全間隔，二是速度自動保護(hù)，三是列車自監(jiān)督，四是自動排列進(jìn)路。對于信號系統(tǒng)來說，其有三個重要的子系統(tǒng)，一是列車自動防護(hù)系統(tǒng)ATP，這是信號系統(tǒng)的安全核心，能夠進(jìn)行超速防護(hù)，對列車車門進(jìn)行控制，檢測列車的位置等；二是列車自動監(jiān)控系統(tǒng)ATS，監(jiān)督控制列車運(yùn)行，在調(diào)度人員管理全線列車時提供輔助；三是列車自動運(yùn)行系統(tǒng)ATO，結(jié)合ATS子系統(tǒng)的指令來使列車的自動運(yùn)行得以實現(xiàn)，提升乘客的舒適度，減輕司機(jī)的勞動強(qiáng)度。

1.3 風(fēng)險評價

所謂風(fēng)險，就是在特定的環(huán)境和時間里，損失出現(xiàn)的概率，其主要有三個內(nèi)容，一是風(fēng)險因素，二是風(fēng)險事故，三是風(fēng)險損失。而風(fēng)險評價就是發(fā)生風(fēng)險事件的前、后，量化評估風(fēng)險事件對人的生活、生命以及財產(chǎn)等產(chǎn)生的損失的情況，也就是說，就是量化測評風(fēng)險事件產(chǎn)生的影響以及損失的程度。

2 城市軌道交通信號系統(tǒng)風(fēng)險產(chǎn)生的原因

倘若城市軌道交通信號系統(tǒng)完全是結(jié)合相關(guān)規(guī)定來進(jìn)行設(shè)計、制作、安裝的，那么在正常情況下，其不會有安全問題的。但是，因為運(yùn)行環(huán)境以及設(shè)備自身等方面的影響，在運(yùn)行時，信號系統(tǒng)會存在很多安全風(fēng)險，具體如下：

一是倘若信號系統(tǒng)在設(shè)計過程中，對故障模式考慮不全，比如設(shè)備自身故障模型以及使用條件等，就會在運(yùn)行過程中，信號系統(tǒng)出現(xiàn)不安全的因素。

二是在運(yùn)行初期，線路沒有將站臺屏蔽門進(jìn)行設(shè)置，但是在之后的運(yùn)行時，出于對乘客安全的考慮，將站臺屏蔽門進(jìn)行增加，使得信號系統(tǒng)要在更小的范圍內(nèi)對列車對位精度進(jìn)行控制，要不然就會對威脅到乘客的人身安全。

三是由于線路的信號系統(tǒng)運(yùn)行時間不短，由于建筑物出現(xiàn)漏水、軌旁設(shè)備故障等情況，使得信號設(shè)備出現(xiàn)問題，工作不正?；蚴橇悴考l(fā)生損壞。

四是一些線路的信號系統(tǒng)壽命與使用壽命相接近，或者是超高于使用期限，使得設(shè)備老化現(xiàn)象出現(xiàn)，故障進(jìn)行不斷的累積，對列車運(yùn)行的效率和安全都產(chǎn)生影響。

五是人為操作不規(guī)范，或是人為錯誤等，必須對其及時發(fā)現(xiàn)進(jìn)行糾正這些不良行為，才能夠使信號系統(tǒng)的正常運(yùn)行得以保證。

六是由于軟件問題或升級，使得信號系統(tǒng)設(shè)備以及相關(guān)的功能設(shè)備出現(xiàn)問題或故障。對于信號系統(tǒng)來說，其可能會出現(xiàn)問題的軟件有很多，比如車載自動防護(hù)系統(tǒng)軟件以及中央自動監(jiān)控系統(tǒng)軟件等[3]。

3 城市軌道交通信號系統(tǒng)安全風(fēng)險評價的內(nèi)容

首先，被評價系統(tǒng)的管理部門要提交自查報告，在自查報告中必須有以下內(nèi)容，比如系統(tǒng)概況、技術(shù)規(guī)格書、安全認(rèn)證證書等。

其次，提出系統(tǒng)的評價指標(biāo)，主要有兩個指標(biāo)一種是信號系統(tǒng)的技術(shù)評價指標(biāo)，另一種是信號系統(tǒng)的維修體系評價指標(biāo)。其中前者又可以分成兩個評價指標(biāo)，既ATC技術(shù)評價標(biāo)準(zhǔn)和安全防護(hù)評價指標(biāo)；后者也可以分成兩個評價指標(biāo)，管理維護(hù)評價指標(biāo)和維修備件評價指標(biāo)[4]。

最后，對于評價方來說，要現(xiàn)場調(diào)研信號系統(tǒng)，對信號系統(tǒng)的運(yùn)行進(jìn)行實地考察。具體的考察內(nèi)容有三個方面：

一是調(diào)研分析自查報告中的故障問題，例如分析站臺屏蔽門對位精度不足的問題，對軌道電路掉碼問題進(jìn)行分析，找出聯(lián)鎖設(shè)備切換的主要影響因素，對欠停故障的原因進(jìn)行查找等。

二是分析自查報告中的信號系統(tǒng)性能狀況，例如分析軌道電路的可靠性，分析計算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)的可用性，停車場與正線接口的轉(zhuǎn)換區(qū)域與標(biāo)準(zhǔn)的符合性進(jìn)行檢查，試車位置與車輛、信號的要求滿足情況等進(jìn)行分析。

三是分析自查報告中的人員管理情況。

4 城市軌道交通信號系統(tǒng)安全風(fēng)險評價方法

信號系統(tǒng)安全風(fēng)險評價是從運(yùn)營設(shè)備可靠性、可用性、可維修性角度出發(fā)，針對信號系統(tǒng)進(jìn)行全面體檢。評估要以系統(tǒng)技術(shù)資料、運(yùn)營維護(hù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計為基礎(chǔ)，結(jié)合系統(tǒng)對標(biāo)情況和設(shè)備維修機(jī)制，運(yùn)用科學(xué)評方法形成全面評估結(jié)論，便于建立設(shè)備設(shè)施長效管理機(jī)制。

評估過程主要采用數(shù)據(jù)分析與現(xiàn)場踏勘結(jié)合、定性分析和定量統(tǒng)計結(jié)合、同類對比和突出重點結(jié)合等方式，結(jié)合收集的運(yùn)營技術(shù)材料、運(yùn)營維護(hù)數(shù)據(jù)和現(xiàn)場勘驗測試結(jié)果，運(yùn)用抽樣檢查、模擬仿真、測試檢驗檢測方法和故障樹分析、失效模式及后果分析（FMEA）等數(shù)據(jù)分析方法進(jìn)行評估。

4.1 可靠性、可用性分析

一般結(jié)合技術(shù)資料、故障數(shù)據(jù)等內(nèi)容進(jìn)行數(shù)學(xué)計算的過程，設(shè)備可靠度參數(shù)計算一般包括建立系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹并進(jìn)行現(xiàn)場數(shù)據(jù)預(yù)處理、部件壽命分布模型選擇、參數(shù)估計數(shù)值算法部件可靠度計算三個部分，具體步驟如下：（1）根據(jù)技術(shù)資料，構(gòu)建層次性的子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)樹，并將其標(biāo)準(zhǔn)化；（2）依據(jù)運(yùn)用時間將子系統(tǒng)部件劃分批次，根據(jù)結(jié)構(gòu)樹信息，收集同一批次標(biāo)準(zhǔn)化部件現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)；（3）確認(rèn)待評估的子系統(tǒng)部件名稱和當(dāng)前運(yùn)行情況，根據(jù)設(shè)備維修記錄的時間、運(yùn)行信息，將以時間表示的特定部件現(xiàn)場故障數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為部件故障間隔數(shù)據(jù)；（4）計算該部件樣本分布特性參數(shù)：均值、方差及其他參數(shù)（二階矩、三階矩、偏度等）；（5）對樣本數(shù)據(jù)作數(shù)學(xué)變換后，計算平均失效率，得到平均失效率表；（6）根據(jù)部件樣本分布特性參數(shù)和失效率趨勢，綜合考慮部件本身的結(jié)構(gòu)疲勞老化傷損特性，選擇相應(yīng)的壽命分布計算模型（威布爾、甘貝爾等）；（7）通過點估計或者區(qū)間估計（如：通過極大似然變換），求解分布模型的參數(shù)，從而確定可靠度計算模型及其參數(shù)；（8）根據(jù)樣本數(shù)據(jù)敏感性和確定參數(shù)后的數(shù)學(xué)模型計算可靠度，繪制可靠度曲線；（9）評估計算：根據(jù)可靠度曲線趨勢、模型參數(shù)判斷產(chǎn)品所處階段和可能失效原因，并結(jié)合工程經(jīng)驗為是否可以繼續(xù)使用提供建議。

4.2 可維修性分析過程

可維修性計算過程依靠評估分析細(xì)則和專家經(jīng)驗綜合分析，可維修分析實例過程如圖1所示。

信號安全風(fēng)險分析之后，運(yùn)營單位要結(jié)合本線路信號系統(tǒng)設(shè)備現(xiàn)階段實際運(yùn)行情況，制定有效的專項整改工作。一是根據(jù)評價主要風(fēng)險點，制定防范措施；二是根據(jù)評估存在的危害源，制定相應(yīng)的對策措施，指導(dǎo)系統(tǒng)設(shè)備維修的戰(zhàn)略規(guī)劃；三是對評估發(fā)現(xiàn)設(shè)備維修管理薄弱環(huán)節(jié)，優(yōu)化運(yùn)營設(shè)備維修工作；四是通過評估工作有效量化設(shè)備狀態(tài)、深入挖掘故障成因，發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障之間的關(guān)聯(lián)性。這樣才能保證城市軌道交通信號系統(tǒng)的運(yùn)行正常。

5 結(jié)束語

本文對城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全風(fēng)險評價，對其進(jìn)行全方位的分析和論述，可以將出現(xiàn)故障的故障源進(jìn)行確定，同時對其中潛在的、隱藏的安全隱患進(jìn)行查找出來，同時提出針對性的措施解決問題，這對于城市軌道交通信號系統(tǒng)的安全評價意義是很重要的。因此，通過對城市軌道信號系統(tǒng)的安全風(fēng)險評價分析，對于城市軌道交通信號設(shè)備的維護(hù)是十分有利的，能夠有效降低風(fēng)險率，延長設(shè)備的使用壽命，提升城市軌道交通的運(yùn)行安全性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王忠文，方鳴.城市軌道交通安全評估現(xiàn)狀綜述[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2015（3）.

[2]虞翊.城市軌道交通運(yùn)營設(shè)備的壽命與安全評價方法[J].城市軌道交通研究，2016（4）.

[3]施毓鳳，楊晟，孫力彤.城市軌道交通的安全管理問題[J].城市軌道交通研究，2015（2）.

[4]郝瑞庭.城市軌道交通信號系統(tǒng)設(shè)計項目風(fēng)險管理研究[D].西南交通大學(xué)，2013.