跨坐式單軌交通系統安全性分析

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.中車唐山機車車輛有限公司，064000，唐山//第一作者，工程師)

近年來，越來越多具有中等運量需求的城市將跨坐式單軌交通系統列入城市交通規劃中。然而，由于跨坐式單軌車輛通常運行在高架橋上或隧道內，其安全性，特別是緊急情況下乘客的疏散和救援問題，一直是運營商及乘客質疑的焦點，也是影響其大范圍推廣應用的主要因素之一。因此，對跨坐式單軌交通系統的安全性進行全面分析，提出系統性的安全保障措施很有必要。

1 跨坐式單軌交通系統危險因素識別

1.1 人員行為因素

人員行為的危險因素包括：

1) 乘客攜帶易燃易爆品、危險品、管制刀具；有意或無意縱火；有意或無意損壞車輛設備；擾亂線路、站臺及車廂秩序等；

2) 工作人員、調度員、司機未履行職責或能力欠缺，造成調度錯誤、應急情況處理不當等。

以上危險因素可通過管理規程、人員培訓、應急演練等方式予以排除或降低至可接受的水平。

1.2 環境因素

環境因素主要包括自然災害、氣候因素等。應在運營規程中規定車輛在惡劣氣候條件下運營的模式(如停運、降級運行、救援等)；并應以環境因素及運營規程要求為頂層指標，對系統進行設計及驗證。

1.3 線路和設備因素

線路因素主要包括信號故障、控制中心設備故障、供電故障、軌道梁異常、道岔故障、異物侵入等。應通過設備的冗余設計、可靠性管理、維護維修管理等，消除或降低線路故障及意外情況引發的危險可能性。

1.4 車輛因素

車輛因素是系統危險因素的重點分析對象。其原因在于：一方面，車輛為司乘人員提供了最長時間、最直接的聯系界面，車輛的任何故障，都可能影響系統運營秩序，甚至給司乘人員帶來危險；另一方面，車輛結構復雜，子系統眾多，各子系統可靠性指標疊加后，車輛總體可靠性偏低。據統計，在4年周期內，某跨坐式單軌運營線路發生延誤超過5 min的運營事故有70余起，其中車輛故障約占到30%。

圖1給出了基于故障樹的車輛危險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。其后續措施如圖2所示。經評估，無必要或不具備清客條件包括但不限于以下情況：① 無必要立即清客；② 現場無指揮人員；③ 乘客數量、情緒、構成(考慮殘障、急病，老人、幼童等)；④ 無疏散平臺或有疏散平臺而疏散平臺疏散能力、緩降設備能力不足；⑤ 地面救援車不可接近，或救援過程中可能發生風險；⑥ 乘客有發生踩踏、墜落、觸電或被其他列車傷害等風險；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;措施實施的前提條件是線路(軌道梁、道岔、信號、供電等)可以確保車輛的救援，且沒有發生致使車輛無法行走的機械故障

圖1 車輛危險因素、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上等待救援列車到來的情況。

2.3 幾種救援模式直接救援時間計算

以某跨坐式單軌車輛為分析對象，對比分析幾種不同的直接救援方式的救援時間。圖4為車輛的平面圖，端門位于司機室前部，每輛車每側有2個側門。

由于乘客通過車門疏散時會發生堵塞，因此，乘客通過出口的流量為：

f=vsw

(1)

疏散時間為：

t=W/f

(2)

注：A——車體長度；B——側門寬度；C——車體寬度；D——端門寬度

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——疏散時間；

W——車輛載客人數。

假設：出口有效寬度w=0.6 m(客室車門開度可達到1.3 m，但受限于逃生梯的寬度，w取0.6 m，司機室端門開度可以達到0.6 m)；車輛處于AW2(額定載荷)狀態，即s=6人/m2；2輛編組的車輛在AW2狀態下載客量為260人。根據文獻[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下，在啟用一個客室側門(司機室端門)時，直接救援時間為：

t=W/v×s×w=4.3 min

由以上分析可知，無論是橫向、縱向還是垂向救援，效率都很低。對于疏散問題，由于單軌車輛客室車門距疏散平臺高度差較大，乘客必須借助緩降裝置才能到達疏散平臺。GB 50458—2008《跨坐式單軌交通設計規范》中規定，車輛每個客室車門必須配置緩降裝置。因此，救援與疏散應在必要的情況下進行，且必須有受過培訓的專業人員指揮。

2.4 救援模式對車輛、線路的設計要求

在圖1所示的1～6項措施中，對車輛系統來說，最惡劣的工況為第2種：將載客車輛救援至最近車站。基于此類工況，對車輛、線路的設計應有具體要求。

2.4.1 對車輛要求

1) 車體強度、車鉤強度及緩沖器容量應在此種工況下，考慮在最大坡道上緊急制動、啟動的情況，進行確定。

2) 牽引系統、制動系統能力指標應在此種工況下，考慮最大坡道、輪軌粘著系數最不利因素的組合，進行確定。

2.4.2 對線路要求

1) 在不具備乘客救援、疏散的區間(無法實施橫向和垂向救援、無疏散平臺)，不應設置長大坡道、盡量不設置道岔，便于救援列車及被救援載客故障列車通過；

2) 在長大坡道設置融雪融冰裝置，便于冰雪氣候條件下的救援。

3 跨坐式單軌系統的安全保障分析

基于上述對危險因素和在危險情況下的處置措施分析，對于跨坐式單軌運營線路，應做好前期的保障與突發情況下的應急處置。

3.1 前期保障

前期保障措施是避免或減少安全事故發生的基本前提條件，在設計和管理兩個方面，應達到以下要求，如表1所示。

3.2 應急處置

應急處置應按圖5的流程進行。

圖5 應急處置流程

表1 前期安全保障的設計和管理要求

4 結語

要確保跨坐式單軌車輛系統的運營安全，必須采用管理加技術相結合的一體化保障措施。當前，有關國內外地鐵、輕軌系統運營的標準法規日趨完善，且運營方已積累了豐富的經驗，這對于跨坐式單軌車輛系統的安全保障有十分重要的借鑒意義。但基于其在運營環境、輪軌制式方面的獨有特點，仍需運營方、線路建設方、車輛提供方共同借鑒香港、日本、歐美等發達地區的成功經驗，制定完善的規章制度，為系統的安全運營提供強有力的保障。