跨坐式單軌交通系統(tǒng)安全性分析

沙奪林 劉 晉 劉 宇

(1.中車青島四方車輛研究所有限公司，266031，青島；2.中車唐山機(jī)車車輛有限公司，064000，唐山//第一作者，工程師)

近年來(lái)，越來(lái)越多具有中等運(yùn)量需求的城市將跨坐式單軌交通系統(tǒng)列入城市交通規(guī)劃中。然而，由于跨坐式單軌車輛通常運(yùn)行在高架橋上或隧道內(nèi)，其安全性，特別是緊急情況下乘客的疏散和救援問(wèn)題，一直是運(yùn)營(yíng)商及乘客質(zhì)疑的焦點(diǎn)，也是影響其大范圍推廣應(yīng)用的主要因素之一。因此，對(duì)跨坐式單軌交通系統(tǒng)的安全性進(jìn)行全面分析，提出系統(tǒng)性的安全保障措施很有必要。

1 跨坐式單軌交通系統(tǒng)危險(xiǎn)因素識(shí)別

1.1 人員行為因素

人員行為的危險(xiǎn)因素包括：

1) 乘客攜帶易燃易爆品、危險(xiǎn)品、管制刀具；有意或無(wú)意縱火；有意或無(wú)意損壞車輛設(shè)備；擾亂線路、站臺(tái)及車廂秩序等；

2) 工作人員、調(diào)度員、司機(jī)未履行職責(zé)或能力欠缺，造成調(diào)度錯(cuò)誤、應(yīng)急情況處理不當(dāng)?shù)取?/p>

以上危險(xiǎn)因素可通過(guò)管理規(guī)程、人員培訓(xùn)、應(yīng)急演練等方式予以排除或降低至可接受的水平。

1.2 環(huán)境因素

環(huán)境因素主要包括自然災(zāi)害、氣候因素等。應(yīng)在運(yùn)營(yíng)規(guī)程中規(guī)定車輛在惡劣氣候條件下運(yùn)營(yíng)的模式(如停運(yùn)、降級(jí)運(yùn)行、救援等)；并應(yīng)以環(huán)境因素及運(yùn)營(yíng)規(guī)程要求為頂層指標(biāo)，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)及驗(yàn)證。

1.3 線路和設(shè)備因素

線路因素主要包括信號(hào)故障、控制中心設(shè)備故障、供電故障、軌道梁異常、道岔故障、異物侵入等。應(yīng)通過(guò)設(shè)備的冗余設(shè)計(jì)、可靠性管理、維護(hù)維修管理等，消除或降低線路故障及意外情況引發(fā)的危險(xiǎn)可能性。

1.4 車輛因素

車輛因素是系統(tǒng)危險(xiǎn)因素的重點(diǎn)分析對(duì)象。其原因在于：一方面，車輛為司乘人員提供了最長(zhǎng)時(shí)間、最直接的聯(lián)系界面，車輛的任何故障，都可能影響系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)秩序，甚至給司乘人員帶來(lái)危險(xiǎn)；另一方面，車輛結(jié)構(gòu)復(fù)雜，子系統(tǒng)眾多，各子系統(tǒng)可靠性指標(biāo)疊加后，車輛總體可靠性偏低。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在4年周期內(nèi)，某跨坐式單軌運(yùn)營(yíng)線路發(fā)生延誤超過(guò)5 min的運(yùn)營(yíng)事故有70余起，其中車輛故障約占到30%。

圖1給出了基于故障樹(shù)的車輛危險(xiǎn)因素分析及故障措施類型。

2 乘客救援、疏散及車輛救援的實(shí)施

2.1 乘客救援、疏散及車輛救援的可能情況

圖1的措施中，1、2兩類情況涉及到乘客救援、疏散及車輛救援。其后續(xù)措施如圖2所示。經(jīng)評(píng)估，無(wú)必要或不具備清客條件包括但不限于以下情況：① 無(wú)必要立即清客；② 現(xiàn)場(chǎng)無(wú)指揮人員；③ 乘客數(shù)量、情緒、構(gòu)成(考慮殘障、急病，老人、幼童等)；④ 無(wú)疏散平臺(tái)或有疏散平臺(tái)而疏散平臺(tái)疏散能力、緩降設(shè)備能力不足；⑤ 地面救援車不可接近，或救援過(guò)程中可能發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)；⑥ 乘客有發(fā)生踩踏、墜落、觸電或被其他列車傷害等風(fēng)險(xiǎn)；⑦ 氣候惡劣。

注：各不可接受后果均可引起1～6類車輛措施類型;措施實(shí)施的前提條件是線路(軌道梁、道岔、信號(hào)、供電等)可以確保車輛的救援，且沒(méi)有發(fā)生致使車輛無(wú)法行走的機(jī)械故障

圖1 車輛危險(xiǎn)因素、故障類型及措施

圖2 乘客救援、疏散及車輛救援的后續(xù)措施

2.2 乘客救援、疏散

乘客救援是指采用救援列車或地面救援車輛使乘客脫離故障列車的情況，通常有橫向救援、縱向救援、垂向救援三種形式，如圖3所示。

(a) 橫向救援

(c) 垂向救援

乘客疏散是指將乘客有序撤離到疏散平臺(tái)上等待救援列車到來(lái)的情況。

2.3 幾種救援模式直接救援時(shí)間計(jì)算

以某跨坐式單軌車輛為分析對(duì)象，對(duì)比分析幾種不同的直接救援方式的救援時(shí)間。圖4為車輛的平面圖，端門(mén)位于司機(jī)室前部，每輛車每側(cè)有2個(gè)側(cè)門(mén)。

由于乘客通過(guò)車門(mén)疏散時(shí)會(huì)發(fā)生堵塞，因此，乘客通過(guò)出口的流量為：

f=vsw

(1)

疏散時(shí)間為：

t=W/f

(2)

注：A——車體長(zhǎng)度；B——側(cè)門(mén)寬度；C——車體寬度；D——端門(mén)寬度

式(1)、(2)中:

v——人員的平均行走速度；

s——人員密度；

w——出口的有效寬度；

t——疏散時(shí)間；

W——車輛載客人數(shù)。

假設(shè)：出口有效寬度w=0.6 m(客室車門(mén)開(kāi)度可達(dá)到1.3 m，但受限于逃生梯的寬度，w取0.6 m，司機(jī)室端門(mén)開(kāi)度可以達(dá)到0.6 m)；車輛處于AW2(額定載荷)狀態(tài)，即s=6人/m2；2輛編組的車輛在AW2狀態(tài)下載客量為260人。根據(jù)文獻(xiàn)[9]，緊急情況下，人的行走速度為：

v=-0.000 01s5+0.000 8s4-0.017 4s3+

0.154 2s2-0.647 6s+1.415

(3)

將s代入式(3)中，得出v=0.281 2 m/s

綜上，橫向救援及縱向救援狀態(tài)下，在啟用一個(gè)客室側(cè)門(mén)(司機(jī)室端門(mén))時(shí)，直接救援時(shí)間為：

t=W/v×s×w=4.3 min

由以上分析可知，無(wú)論是橫向、縱向還是垂向救援，效率都很低。對(duì)于疏散問(wèn)題，由于單軌車輛客室車門(mén)距疏散平臺(tái)高度差較大，乘客必須借助緩降裝置才能到達(dá)疏散平臺(tái)。GB 50458—2008《跨坐式單軌交通設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，車輛每個(gè)客室車門(mén)必須配置緩降裝置。因此，救援與疏散應(yīng)在必要的情況下進(jìn)行，且必須有受過(guò)培訓(xùn)的專業(yè)人員指揮。

2.4 救援模式對(duì)車輛、線路的設(shè)計(jì)要求

在圖1所示的1～6項(xiàng)措施中，對(duì)車輛系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，最惡劣的工況為第2種：將載客車輛救援至最近車站?；诖祟惞r，對(duì)車輛、線路的設(shè)計(jì)應(yīng)有具體要求。

2.4.1 對(duì)車輛要求

1) 車體強(qiáng)度、車鉤強(qiáng)度及緩沖器容量應(yīng)在此種工況下，考慮在最大坡道上緊急制動(dòng)、啟動(dòng)的情況，進(jìn)行確定。

2) 牽引系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)能力指標(biāo)應(yīng)在此種工況下，考慮最大坡道、輪軌粘著系數(shù)最不利因素的組合，進(jìn)行確定。

2.4.2 對(duì)線路要求

1) 在不具備乘客救援、疏散的區(qū)間(無(wú)法實(shí)施橫向和垂向救援、無(wú)疏散平臺(tái))，不應(yīng)設(shè)置長(zhǎng)大坡道、盡量不設(shè)置道岔，便于救援列車及被救援載客故障列車通過(guò)；

2) 在長(zhǎng)大坡道設(shè)置融雪融冰裝置，便于冰雪氣候條件下的救援。

3 跨坐式單軌系統(tǒng)的安全保障分析

基于上述對(duì)危險(xiǎn)因素和在危險(xiǎn)情況下的處置措施分析，對(duì)于跨坐式單軌運(yùn)營(yíng)線路，應(yīng)做好前期的保障與突發(fā)情況下的應(yīng)急處置。

3.1 前期保障

前期保障措施是避免或減少安全事故發(fā)生的基本前提條件，在設(shè)計(jì)和管理兩個(gè)方面，應(yīng)達(dá)到以下要求，如表1所示。

3.2 應(yīng)急處置

應(yīng)急處置應(yīng)按圖5的流程進(jìn)行。

圖5 應(yīng)急處置流程

表1 前期安全保障的設(shè)計(jì)和管理要求

4 結(jié)語(yǔ)

要確?？缱絾诬壾囕v系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全，必須采用管理加技術(shù)相結(jié)合的一體化保障措施。當(dāng)前，有關(guān)國(guó)內(nèi)外地鐵、輕軌系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)日趨完善，且運(yùn)營(yíng)方已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，這對(duì)于跨坐式單軌車輛系統(tǒng)的安全保障有十分重要的借鑒意義。但基于其在運(yùn)營(yíng)環(huán)境、輪軌制式方面的獨(dú)有特點(diǎn)，仍需運(yùn)營(yíng)方、線路建設(shè)方、車輛提供方共同借鑒香港、日本、歐美等發(fā)達(dá)地區(qū)的成功經(jīng)驗(yàn)，制定完善的規(guī)章制度，為系統(tǒng)的安全運(yùn)營(yíng)提供強(qiáng)有力的保障。