城市軌道交通信號系統安全風險評價研究

蔣圣超

摘 要：城市軌道交通是當前城市內部公共交通的重點，其運行方式有很多種，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及風險評價的內容入手，分析城市軌道交通信號系統產生風險的原因，對城市軌道交通信號系統安全風險評價的必要性和內容進行論述，最后對其安全風險評價的方法進行分析，期望能為城市軌道交通信號系統安全風險評價提供參考。

關鍵詞：城市軌道交通；信號系統；風險評價

中圖分類號：U239.5 文獻標志碼：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中一個主要內容就是信號系統，它是城市軌道交通的核心。所以，信號系統的安全運行得以保證，從一定程度上來說，就使列車的運行安全得到保障。從以往發生的因為信號系統故障產生的事故分析來看，只對信號系統驗收時進行安全風險評價是不行的，必須對運營過程中的信號系統進行安全風險評價，才能保證城市軌道交通運營安全。

1 城市軌道交通信號系統及風險評價相關概述

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，通過專業輪軌方式來運行，在運輸量大的城市內進行客運運輸的一種方式。從運送能力上來看，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

對于城市軌道交通信號系統來說，它也叫做列車運行自動控制系統，就是我們所說的ATC，它是列車自動駕駛、跟蹤以及調度控制的系統。其主信號是列車信號，向列車傳送其速度和位置，對因為司機的失誤而產生的追尾事故得以有效的預防，使列車的安全運行得以確保。信號系統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，三是列車自監督，四是自動排列進路。對于信號系統來說，其有三個重要的子系統，一是列車自動防護系統ATP，這是信號系統的安全核心，能夠進行超速防護，對列車車門進行控制，檢測列車的位置等；二是列車自動監控系統ATS，監督控制列車運行，在調度人員管理全線列車時提供輔助；三是列車自動運行系統ATO，結合ATS子系統的指令來使列車的自動運行得以實現，提升乘客的舒適度，減輕司機的勞動強度。

1.3 風險評價

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

2 城市軌道交通信號系統風險產生的原因

倘若城市軌道交通信號系統完全是結合相關規定來進行設計、制作、安裝的，那么在正常情況下，其不會有安全問題的。但是，因為運行環境以及設備自身等方面的影響，在運行時，信號系統會存在很多安全風險，具體如下：

一是倘若信號系統在設計過程中，對故障模式考慮不全，比如設備自身故障模型以及使用條件等，就會在運行過程中，信號系統出現不安全的因素。

二是在運行初期，線路沒有將站臺屏蔽門進行設置，但是在之后的運行時，出于對乘客安全的考慮，將站臺屏蔽門進行增加，使得信號系統要在更小的范圍內對列車對位精度進行控制，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運行時間不短，由于建筑物出現漏水、軌旁設備故障等情況，使得信號設備出現問題，工作不正常或是零部件發生損壞。

四是一些線路的信號系統壽命與使用壽命相接近，或者是超高于使用期限，使得設備老化現象出現，故障進行不斷的累積，對列車運行的效率和安全都產生影響。

五是人為操作不規范，或是人為錯誤等，必須對其及時發現進行糾正這些不良行為，才能夠使信號系統的正常運行得以保證。

六是由于軟件問題或升級，使得信號系統設備以及相關的功能設備出現問題或故障。對于信號系統來說，其可能會出現問題的軟件有很多，比如車載自動防護系統軟件以及中央自動監控系統軟件等[3]。

3 城市軌道交通信號系統安全風險評價的內容

首先，被評價系統的管理部門要提交自查報告，在自查報告中必須有以下內容，比如系統概況、技術規格書、安全認證證書等。

其次，提出系統的評價指標，主要有兩個指標一種是信號系統的技術評價指標，另一種是信號系統的維修體系評價指標。其中前者又可以分成兩個評價指標，既ATC技術評價標準和安全防護評價指標；后者也可以分成兩個評價指標，管理維護評價指標和維修備件評價指標[4]。

最后，對于評價方來說，要現場調研信號系統，對信號系統的運行進行實地考察。具體的考察內容有三個方面：

一是調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行分析，找出聯鎖設備切換的主要影響因素，對欠停故障的原因進行查找等。

二是分析自查報告中的信號系統性能狀況，例如分析軌道電路的可靠性，分析計算機聯鎖系統的可用性，停車場與正線接口的轉換區域與標準的符合性進行檢查，試車位置與車輛、信號的要求滿足情況等進行分析。

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安全風險評價方法

信號系統安全風險評價是從運營設備可靠性、可用性、可維修性角度出發，針對信號系統進行全面體檢。評估要以系統技術資料、運營維護數據統計為基礎，結合系統對標情況和設備維修機制，運用科學評方法形成全面評估結論，便于建立設備設施長效管理機制。

評估過程主要采用數據分析與現場踏勘結合、定性分析和定量統計結合、同類對比和突出重點結合等方式，結合收集的運營技術材料、運營維護數據和現場勘驗測試結果，運用抽樣檢查、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）等數據分析方法進行評估。

4.1 可靠性、可用性分析

一般結合技術資料、故障數據等內容進行數學計算的過程，設備可靠度參數計算一般包括建立系統結構樹并進行現場數據預處理、部件壽命分布模型選擇、參數估計數值算法部件可靠度計算三個部分，具體步驟如下：（1）根據技術資料，構建層次性的子系統結構樹，并將其標準化；（2）依據運用時間將子系統部件劃分批次，根據結構樹信息，收集同一批次標準化部件現場故障數據；（3）確認待評估的子系統部件名稱和當前運行情況，根據設備維修記錄的時間、運行信息，將以時間表示的特定部件現場故障數據轉換為部件故障間隔數據；（4）計算該部件樣本分布特性參數：均值、方差及其他參數（二階矩、三階矩、偏度等）；（5）對樣本數據作數學變換后，計算平均失效率，得到平均失效率表；（6）根據部件樣本分布特性參數和失效率趨勢，綜合考慮部件本身的結構疲勞老化傷損特性，選擇相應的壽命分布計算模型（威布爾、甘貝爾等）；（7）通過點估計或者區間估計（如：通過極大似然變換），求解分布模型的參數，從而確定可靠度計算模型及其參數；（8）根據樣本數據敏感性和確定參數后的數學模型計算可靠度，繪制可靠度曲線；（9）評估計算：根據可靠度曲線趨勢、模型參數判斷產品所處階段和可能失效原因，并結合工程經驗為是否可以繼續使用提供建議。

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則和專家經驗綜合分析，可維修分析實例過程如圖1所示。

信號安全風險分析之后，運營單位要結合本線路信號系統設備現階段實際運行情況，制定有效的專項整改工作。一是根據評價主要風險點，制定防范措施；二是根據評估存在的危害源，制定相應的對策措施，指導系統設備維修的戰略規劃；三是對評估發現設備維修管理薄弱環節，優化運營設備維修工作；四是通過評估工作有效量化設備狀態、深入挖掘故障成因，發現設備故障之間的關聯性。這樣才能保證城市軌道交通信號系統的運行正常。

5 結束語

本文對城市軌道交通信號系統的安全風險評價，對其進行全方位的分析和論述，可以將出現故障的故障源進行確定，同時對其中潛在的、隱藏的安全隱患進行查找出來，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的安全風險評價分析，對于城市軌道交通信號設備的維護是十分有利的，能夠有效降低風險率，延長設備的使用壽命，提升城市軌道交通的運行安全性。

參考文獻：

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

[2]虞翊.城市軌道交通運營設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設計項目風險管理研究[D].西南交通大學，2013.