RAMS規范在城市軌道交通信號系統中的應用

姜建萍，徐永能，朱晨呈

（1.南京理工大學，江蘇 南京 210094；2.南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210000）

1 概述

《城市軌道交通2016年度統計和分析報告》中指出，中國大陸地區共30個城市開通運營城市軌道交通，共133條線路，運營線路總長度4 152.8 km。其中，地鐵占76.3%，其他城軌交通占23.7%.城市軌道交通建設朝著設計越來越多的運營線路、不斷增加客流量以及實現系統模式多樣化、運營線路網絡化的方向不斷發展。與此同時，地鐵信號設備故障、車輛進路沖突、車載設備異常等情況時有發生。為了有效保證地鐵運營安全，促進城市軌道交通健康發展，許多國家開始把RAMS理念和技術引進了軌道交通中。發達國家軌道交通行業的RAMS工程已經達到了較先進的水平，形成了一套先進有效的分析技術和驗證方法體系。美國、日本及法國等地區已有在軌道交通系統的不同子系統和不同程度上應用RAMS規范成功的例子。我國RAMS管理發展較為緩慢，目前，RAMS管理規范已經應用到自動售檢票系統、綜合監測系統、列車檢修系統、信號系統等城市軌道交通行業的各個方面，其中，對RAMS規范在城市軌道交通信號系統中的應用研究尚未完善，需要進一步探索和分析。

2 信號系統中RAMS管理及其必要性

2.1 RAMS簡介

RAMS體系管理，即在城市軌道交通信號系統全壽命周期內分析系統的可靠性、可用性、維修性和安全性。

2.2 信號系統中RAMS管理必要性

城市軌道交通信號系統通常由列車運行自動控制系統和微機聯鎖系統組成。作為軌道交通的安全防護系統，信號系統主要作用是在保證行車安全的前提下，盡可能地提高線路的通過能力，對列車的安全運營有非常重要作用。因此，各軌道交通建設單位和信號設備生產制造企業迫切需要結合城市軌道交通信號系統發展的實際情況，研究RAMS規范在城市軌道交通信號系統中的應用，并提出適合國內城市軌道信號建設的RAMS管理模式，以促進其發展。

3 RAMS管理流程

RAMS管理規范在各階段的工作內容及關系如圖1所示。在工程中，設備的RAMS特性就像設備的功能參數一樣，是通過設計、制造、管理出來的，是設備的固有特性。在圖1左半部分的各個階段中，設備的RAMS特性逐步形成，因此，這部分為RAMS管理的核心階段；右半部分為RAMS特性驗證階段，當驗證結束發現不滿足設計目標時，必須進行相應的設計修改。RAMS管理各階段工作的關系見圖1.

圖1 RAMS管理各階段工作的關系

4 RAMS工程技術在信號系統中建立和運用

本文結合城市軌道交通信號系統工程設計和RAMS管理各階段工作特點，分析RAMS工程技術在信號系統中建立和運用。

4.1 立項和策劃

信號系統設計開發中的“立項和策劃”階段對應于RAMS規范中的“系統定義和應用條件”階段。通過與信號承包商溝通，明確軌道交通信號系統設計開發的功能和定位、生產運營方式以及可靠性保障條件和后期維護策略，確定信號系統的RAMS管理體系中各項指標要求。

4.2 設計輸入分析

信號系統設計開發中的“設計輸入分析”階段對應于RAMS規范中的“風險分析、系統需求、系統需求分配”這三個階段。由于信號系統在整個系統壽命周期中存在不同風險，因此，需要針對不同的風險采用不同的處理方式，預防和應對相應的風險。這樣既保證信號系統安全、可靠，又降低了成本。此外，還要根據信號系統安全隱患識別結果建立危害項目安全性記錄，加強控制信號系統研發中的不利因素，記錄可能出現的危害安全性事件，并制訂相應的控制策略，避免類似危害的再次發生。

4.3 概念設計、初步設計、施工設計

信號系統設計開發中的“概念設計”“初步設計”“施工設計”三個子階段對應于RAMS規范中的“設計和實現”階段。由于設計原理已經確定，RAMS系統管理的重點工作如下：①信號系統RAMS需求的解決策略。在明確了信號承包商和工程設計RAMS需求后，需要信號工程師制訂相應的RAMS保證策略，保證相關信號設備能夠正常安裝及調試，保證系統能夠正常進行運營和維護。②由于軌道交通信號系統具有較強的綜合性，因此，在設計時需要依據ATO、ATP和ATS子系統的功能和設計開發的全過程，進行潛在失效模式和后果分析（FMEA）。在產品設計和過程設計中，對各個階段進行逐一分析，找出潛在的失效模式，分析后果，從而提高產品質量，并且根據事故嚴重度等級來確定信號系統設計中的關鍵過程，并再次對失效情況進行測評，從而保證改進措施的可實施性和有效性。③分析信號系統可靠性。信號承包商通過提出可靠性設計的定量化分析與計算模型設置可靠性參數，從而確定信號設備的可靠性數值。將預期設計與實際結果進行詳細對比分析后，評價設計方案是否滿足預設要求，據此來編寫《預期可靠性水平文檔》，以便實現的信號系統進一步設計與改進。

4.4 信號設備的制造

保證RAMS規范目標實現的重要階段為信號設備制造環節。信號設備采購員應嚴格按照RAMS設計目標要求采購信號設備零部件。信號設備供應商應嚴格按照設計圖紙和設計文件進行生產，信號設備生產出后，需要驗證其是否滿足RAMS規范，如果滿足，則進行下一步安裝與調試；如果不滿足，則查找原因進行修正。

4.5 信號系統的安裝與調試

在現場安裝調試信號設備過程中，應收集并整理信號系統設計和生產制造各個階段的試驗報告，通過對可靠性和安全性等試驗報告進行分析。如果信號系統達到了最初設計目標及要求，則將調試結果寫入《RAMS驗證文檔》，證明信號系統已經完成。

4.6 運營和維護

在信號系統運營和維護時，由信號工程師根據前期故障報告分析、試運營后糾正措施系統故障報告分析及FRACAS相關要求，進行信號系統故障數據的統計分析，從而采取相應運營維護措施進行系統維護。對于從未出現過的故障問題，應在維護記錄表中進行標記，交由相關工程師進行解決。

5 結論

在城市軌道交通工程建設中，信號系統的高安全性和高可靠性是列車安全運營的保障。因此，只有采用先進、可靠的信號設備和有效運營管理系統，才能在保證安全的同時節約成本，從而獲得良好的社會效益與經濟效益。RAMS管理規范為保證企業的穩定提供了基礎，已經成為各建設單位持續發展不可或缺的力量。通過將RAMS管理各階段與信號系統設計開發全過程進行對比分析，結合我國地鐵的實際情況，建立我國城市軌道交通信號系統的RAMS管理模式，從而促進RAMS規范在城市軌道交通信號系統中的運用更加安全、規范，推動城市軌道交通發展。

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