淺析如何建立動車組安全數據庫

摘 要：通過對動車組安全計劃的編制以及不同階段的安全行動要求，建立安全數據庫，根據安全數據庫的不斷更新，進行安全風險分析評估，為動車組的安全營運提高最基本的保障。

關鍵詞：動車組；安全計劃；安全數據庫；安全風險分析評估；安全運營

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.08.139

1 動車組安全標準介紹

目前國內已經初步有為軌道交通制定的可靠性、可用性、可維護性和安全性評價標準GB/T 21562-2008，其等同于IEC 62278。除此之外還主要借鑒EN45545和EN50126等作為安全評價標準。其中EN50126第2部分是專門針對軌道交通的安全應用指南。EN45545是專門用于評估鐵道車輛防火安全措施以及相應檢測方法的標準。

2 動車組安全計劃

和動車組安全相關的系統很多，如轉向架、空調、外門、制動、牽引、高壓等；需要考慮的技術細節很多，如防脫軌、防碰撞、防電磁干擾、防電擊、防火、應急逃生安全等；涉及到的技術學科很多，如機械、電子、電氣、材料、動力學等；面對如此眾多的系統安裝要求，必須有一個科學的管理辦法統籌監控各個系統安全參數。首先，動車組在開始設計之初就應編制安全計劃，確保每一個系統及整車都有正確的安全要求并確保得到相應的有效驗證。安全計劃是指為了達到規定的安全要求而需要實施的相關行動計劃。其內容應包含動車組安全目標及要求、安全流程管理及驗證、相關資源支持等內容。安全目標及要求是根據相關標準制定的整車級安全要求并把這些與安全相關的要求分解到相關系統中。

以空調系統為例，根據不同階段提出不同的行動要求，在這個安全計劃中，空調系統的行動分為四個不同的生命階段：概念設計階段、細節設計階段，樣機試制階段，試運營和服務階段。

2.1 概念設計階段的安全行動

（1）安全計劃。安全計劃作為一個項目在安全方面的指導性文件，制定安全原則、安全程序以及行動計劃，在該階段將發布安全計劃。

（2）初步危險分析（PHA）以及危險日志（HL）。PHA進行識別可能的危險， 這些危險與空調系統及其接口相關聯。在識別可能的危險時，可以利用通用的危險日志以及供應商的工程經驗。

危險識別后，根據危險接受矩陣EN 50126中（附錄1），它可以分類為：視為可接受或需要進一步調查。

當安全成為一個問題時，應考慮制定危險緩解措施或危險控制措施，該危險將通過危險日志跟蹤并受到連續的審查。因此，HL是動態和反復的。

在設計、制造、測試甚至是操作階段都可以制定危險緩解措施。在概念設計階段，那些能夠降低危害嚴重程度的設計概念應考慮作為第一選擇。

（3）失效模式、影響以及嚴重程度分析（FMECA）。FMECA通常是一種自下而上的方法來識別潛在的功能或零部件失效模式、原因、影響，并且采取預防措施，它可以用來做RAM和安全性研究。在安全方面，FMECA提供了底層事件失效發生的概率數據，可以與FTA聯合使用。

（4）硬件（HW）和軟件（SW）關于安全等級（SIL）的分配。在分配暖通空調系統的HW和SW的SIL等級時，將依據空調系統的功能需求、PHA的結果以及標準EN 50126進行。

2.2 細節設計階段的安全行動

（1）更新之前的分析：安全計劃、PHA/HL 、FMECA。

（2）故障樹分析（FTA）：FTA是一個自上而下的分析方法，采用圖形樹的形式來分析一個關鍵安全事件的原因。

FTA將在項目中用來分析、識別具體的危害， 以確定安全的頂級事件，例如當檢測到火災或煙霧時，空調不能被關掉。

（3）操作和支持危險分析（O&SHA）：O&SHA用來識別和評估與人類和設備/系統之間相關聯的危險，這些相互關聯的危險包括系統整個生命周期內的所有操作行為。

在以下行動中，應執行O&SHA：試驗、安裝、修改、維護、支持、運輸、地面服務、存儲、操作、緊急逃生、 出口、 救援、事故后的響應以及培訓。

（4）安全案例。準備安全案例，用來證明執行安全計劃中所描述的安全管理行動和過程，同時也證明暖通空調系統符合預先定義的安全需求。

2.3 樣機試制階段的安全行動

這一階段包括樣機的制造、測試和調試。在這個階段的行動應包括安全驗證和確認。

更新之前的分析：FMECA、FTA、O&SHA以及產品安全計劃、HL、安全案例、安全驗證和確認。

關鍵的安全項目以及功能的驗證和確認將在型式試驗、出廠試驗和首件檢驗過程中進行。以下的安全測試項目將作為型式試驗的一部分與型式試驗一起進行：

（1）司機室和客室空調的安全功能測試：自動緊急關閉（信號來自于火災/ 感煙探測裝置）；手動緊急關閉（信號來自于車輛總線）；手動關閉（本地模式開關）；功能測試：客室空調緊急通風（自動和本地模式開關）；超壓安全裝置的有效性；超溫安全裝置的有效性；沖擊和振動試驗以驗證具有足夠的強度；

（2）在首件檢驗（FAI）過程中， 特別要檢查下列項目：型式試驗結果；使用定義的材料；完整的警告；防止破壞管道和電纜的保護；防止進入危險區域的措施；維護維修過程中，銳利的邊緣具有必要的處理措施；

（3）與安全相關的測試將包括在例行試驗程序中，尤其是以下的項目，對每一臺機組都要進行測試：壓力保護裝置的功能；溫度保護裝置的功能；制冷劑回路的氣密性；完整的警告、標志和防護；性能與圖紙的一致性；使用定義的材料；

（4）防止其它危害和危險的警告：機組貼標簽指示；通過多功能車輛總線進行顯示；在維護手冊、司機手冊和操作手冊中注明。

2.4 試運營和服務階段的安全行動

（1）更新之前的分析。O&SHA、HL、安全案例

（2）故障報告、分析和糾正措施系統（FRACAS）。在操作階段，如果發生了安全關鍵故障， 對這種故障應該進行分析，找到故障的根源， 根據預先定義的質量程序，采取預防措施。

此外，對每個設計修改應當進行分析，證明這個修改沒有降低安全要求。

3 動車組安全數據庫

動車組建立了安全計劃以后，就必須要求各個系統嚴格按照安全計劃的要求，遵循安全流程對每個環節以及相關參數進行嚴格管理。這樣就必須建立一個數據庫，對每個系統搜集關鍵參數，對比相關標準要求，確保都在安全范圍之內。

3.1 如何建立安全數據庫

安全數據庫的建立是基于獲取大量動車組運營經驗的基礎上建立的。其安全要求數據來源主要有：歷史安全數據的總結、相關標準法規的規定、維護維修經驗的總結及國內外動車組安全事故的經驗教訓等。在設計初期就需要開始建立車輛安全數據庫。數據庫需細化到每個與安全相關的車輛系統或產品并包含所有的安全要求和可能的安全隱患。

3.2 安全數據庫的管理

數據庫建立后，在動車組設計、制造、驗證和運營等不同的階段，需要對安全數據庫進行管理，對這些安全要求和隱患進行跟蹤解決并逐一關閉。幾個主要階段和對應的行動具體如下：

概念設計階段——對安全要求和可能存在的安全隱患從設計上進行響應解決；

細節設計階段——對設計提出的不同解決方案進行技術評審和驗證；

樣機試制階段——對既定方案進行充分的模擬或試驗，確保項點滿足安全要求；

試運營和服務階段——對方案結合實際使用情況進一步驗證，確保其有效性；

跟蹤和關閉階段——方案有效后進行關閉。

安全數據庫從始至終是需要不斷完善和更新，因為安全要求隨著運營的推進和標準的完善而不斷完善和提高。

3.3 全有效性驗證

對數據庫內安全要求需要提供量化指標和安全有效性進行驗證，量化指標需要滿足相關標準要求。對于每一個解決方案，要在數據庫內明確是以哪種方式解決并提供對應的見證性資料，如變更設計方案、加強質量檢驗、計算仿真驗證、案例研究分析、型式試驗驗證等等。對某些通過上述措施仍無法滿足的安全要求，則需要在操作手冊及維護手冊中提供相應的措施以保證安全要求得到滿足，這些措施包含列車降級運行、列車救援等等。

系統或產品設計更改后，需要重新進行安全評估并更新安全數據庫內容。

4 動車組安全評估

設定了安全標準，制定了安全計劃，建立了安全數據庫，下一步就需要針對各個系統作細節上的安全評估。以對動車組安全運行至關重要的制動系統為例，需要至少考慮以下的危害因素：

（1）窒息（煙，有毒氣體，缺氧）；（2）生物危害（病毒，細菌，污染的食物、水）；（3）燙傷（熱水，熱氣，熱表面）；（4）化學品傷害（固體，液體，氣體）；（5）碰撞（非正常移動，不能停車，車輛不能不識別，非正常停車，防撞性不足，與其他列車不兼容，司機分心，設備脫離，超限界，失去通訊，失去控制，不能觀察，電磁干擾）；（6）脫軌（輪重減載 ，曲線超速，部件丟失，超限界，障礙物，車輛設備故障，車輛材料失效，車輛在允許的速度情況下失穩，車輛在允許的側風速度情況下失穩）；（7）降級行使；（8）觸電（絕緣性能降低，超電壓，儲能設備放電，和帶電設備接觸）；（9）電磁干擾（過高的電磁通量，電流干擾，傳導和輻射干擾）；（10）爆炸（容器超壓，用電過程，化學反應過程）；（11）跌落（站臺跌落，車輛分離，失去完整性，跌落至路基）；（12）火情（電火花，短路，過熱，縱火，冷卻功能缺失）；（13）不能應急逃離/實施救援；（14）碰撞（碎裂，銳邊割傷，影響維護，機械能釋放，接觸行動設備，卡環拉傷，設備分離，結構損壞，超出范圍，氣流紊亂，高壓）。

對以上所列的可能潛在的危害需要逐一進行評估，確保其滿足標準和相應的安全要求。

5 總結

動車組行車安全事關重大，需要從設計開始到制造交付使用，整個過程都需要有強烈的安全意識。尤其在鐵路行業放開民營市場增強市場活力和競爭力的關鍵時候，更需要各主機廠、產品和零部件供應商重視產品質量，增強安全意識，為動車組的安全營運提高最基本的保障。

作者簡介：劉愛伶（1972-），女， 滿族，河北遵化人，本科，學士學位，工程師，研究方向：高速動車組機械系統設計，成果：高速動車組車門系統設計以及空調系統設計。