城市軌道交通行車安全系統動力學模型研究

薛亮 劉小玲

摘要：分析了城市軌道交通行車安全問題現狀，提出了城市軌道交通行車系統安全風險因素。根據系統內各風險因素的相互關系，建立行車安全系統動力學模型。

關鍵詞：城市軌道交通;行車安全;系統動力學;安全風險因素

1城市軌道交通行車安全

1.1城市軌道交通行車安全現狀

近年來，隨著國內各個城市的城市軌道交通線路運營里程不斷增加，路網形態逐步形成，對行車工作中的安全問題研究尤為重要。雖然現階段各個城市軌道交通運營企業在安全管理工作中已經取得了一定的經驗，但是由于城市軌道交通行車系統是一個龐大而復雜的系統，涵蓋的崗位、人員、設備、設施等因素眾多，運行過程中的任何一個因素出現問題都有可能危及行車，發生安全事故。目前，有關城市軌道交通行車系統安全管理問題點研究大多為定性分析，還鮮少有學者從定量的角度去研究行車系統的安全問題，并以實際數據為支撐去驗汪深入分析行車系統及其安全影響因素。

1.2城市軌道交通行車系統安全風險因素分析

城市軌道交通行車系統涉及到的場所主要是正線和場段，在正線上可能發生的安全風險因素有：軌行區頂棚漏水且溫度低易造成接觸網或軌面結冰，影響行車;軌行區施工人員或物資未出清導致侵限;部分滑動門之間存在縫隙且無法鎖閉導致軌行區無法封閉;信號系統轉轍機外鎖閉故障;組織人員進出軌行區;錯誤、遺漏審核掛拆接地線位置;ATS、ISCS、FAS、SCADA、CCTV系統功能不完善;執行電話閉塞法列車定位時，未與全部司機確認列車位置;未撤除接地保護裝置情況下送電;站臺火災時未及時扣停后續列車;跨線路施工，各線路行調未進行聯控，未確認好線路空閑狀況，接觸網停送電狀態，錯誤批準施工計劃;車站站臺特殊部位的鋁合金踢腳線，松動脫落時可能發生侵限。在場段上可能發生的安全風險因素有：信號系統轉轍機外鎖閉故障;庫內接觸網隔離開關故障;錯誤操作TYJL-Ⅱ和應急盤;組織人員進出軌行區;錯誤、遺漏審核掛拆接地線位置;未撤除接地保護裝置情況下送電。

2城市軌道交通行車安全系統動力學模型

系統動力學是一門基于系統論，吸取反饋理論與信息論等，并借助計算機模擬技術點交叉學科。它能定性與定量地分析研究系統，從系統點微觀結構人手建模，構造系統的基本結構，進而模擬與分析系統的動態行為，適合研究各種系統動態發展問題。城市軌道交通行車安全系統風險涉及到正線和場段的人員及設備風險，從系統內各因素的相互關系出發，建立行車安全系統動力學模型。

2.1因果關系圖

由圖l可以看出，城市軌道交通行車安全系統之正線安全風險主要存在以下反饋環：

反饋環1：人員素質水平↓→正線人員風險↑→正線安全風險↑→城市軌道交通行車安全事故↑→人員素質水平↑

反饋環2：安全教育水平↓→正線人員風險↑→正線安全風險↑→城市軌道交通行車安全事故↑→安全教育水平↑

反饋環3：崗位工作水平↓→正線人員風險↑→正線安全風險↑→城市軌道交通行車安全事故↑→崗位工作水平↑

反饋環4：設備安全防護水平↓→正線設備故障↑→正線安全風險↑→城市軌道交通行車安全事故↑→設備安全防護水平↑

反饋環5：設備維修維護水平↓→正線設備故障↑→正線安全風險↑→城市軌道交通行車安全事故↑→設備維修維護水平↑

反饋環6：設備更新創新水平↓→設備維修維護水平↓→正線設備故障↑→正線安全風險↑→城市軌道交通行車安全事故↑→設備更新創新水平↑

反饋環7：設備更新創新水平↓→設備安全防護水平↓→正線設備故障↑→正線安全風險↑→城市軌道交通行車安全事故↑→設備更新創新水平↑

場段安全風險主要存在的反饋環與正線安全風險同理，此處不再詳述。

2.2建立系統的SD模型

根據系統內各因素因果關系的分析，確定系統的流率、流位、輔助變量等，構建城市軌道交通行車安全系統風險水平的流圖，如圖2所示。

圖2中，Ll、L2為水平變量——表示行車安全正線、場段風險水平高低的指標，無量綱;

Rl、R2為速率變量——表示單位時間內正線風險水平的增加量、減少量;

R3、R4為速率變量——表示單位時間內場段風險水平的增加量、減少量;

其余的為輔助變量和常量。

2.3系統動力學方程

根據系統動力學原理，系統風險水平計算方法如下：

（1）系統總體風險。

城市軌道交通行車安全系統總體風險：L=Ll-K×Q+k-K×Q

式中，L表示總體風險水平;L1表示正線系統風險水平;L2表示場段系統風險水平;Q表示相應的權重（本文所涉及到的所有權重是結合案例運營公司記錄資料，利用專家咨詢、數據收集、數學的權重確定方法而得到的）。

（2）正線系統風險水平。

L1*-K=Ll-J+DTx （RI-JK-R2-JK）

式中，L1*K表示正線系統風險水平K時的值;L1*J表示正線系統風險水平J時的值;DT表示單位時間步長;Rl -JK表示J到K間的流量增加量;R2 *JK表示J到K間的流量減少量。

Rl=正線人員風險×Q+正線設備故障×Q

正線人員風險=站臺火災時為及時扣停后續列車×Q+電話閉塞法時未與全部司機確認列車位置×Q+施T人員或物質未出清×Q+錯誤批準跨線路施T×Q+正線未撤除接地保護裝置情況下送電×Q+錯誤、遺漏審核掛拆接地線位置×Q+組織人員進出正線軌行區×O

正線設備故障=軌行區接觸網或軌面結冰×Q+軌行區無法封閉×Q+車站特殊部位踢腳線脫落侵限×Q+ATS/ISCS/FAS/SCA-DA/CCTV系統功能不完善×Q+信號系統轉轍機外鎖閉故障×QR2=人員素質水平×Q+安全教育水平×Q+崗位T作水平×Q+設備維修維護水平×Q+設備更新創新水平×Q+設備安全防護水平×Q

人員素質水平=崗位職業素質×Q+學歷水平×Q+身體素質×Q+心理素質×Q+人員安全管理投入×投入對人員素質水平的轉化率 安全教育水平=投入對安全教育水平的轉化率×人員安全管理投入

崗位工作水平=崗位技能水平×Q+應急處理能力×Q+工作經驗×Q-正線人員風險對崗位工作水平的影響系數×正線人員風險

設備維修維護水平=投入對設備維修維護水平的轉化率×設備安全管理投入+設備更新創新水平對設備維修維護水平的影響系數×設備更新創新水平一設備故障對維修維護水平的影響系數×正線設備故障

設備更新創新水平=投入對設備更新創新水平的轉化率×設備安全管理投入

設備安全防護水平=投入對設備安全防護水平的轉化率×設備安全管理投入+設備更新創新水平對設備安全防護水平的影響系數×設備更新創新水平

場段系統風險水平計算方法與正線系統風險水平同理，此處不再詳述。

3結束語

城市軌道交通行車安全系統作為整個軌道交通運營系統中的重要組成部分，它關系著每日的正常安全運營。本文所建立的行車安全系統動力學模型將會給同行研究者和運營企業在今后做安全管理問題研究時提供一個可參考的依據，使城市軌道交通在公共交通事業中發揮更加安全可靠的作用。

參考文獻

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