軌道車輛碰撞事故調查研究

王 帥 李 楊 吳桂林

（中車株洲電力機車有限公司，株洲 412007）

進入21世紀后，軌道交通行業迅速發展，人們越來越重視軌道車輛運行的安全性。然而，碰撞事故仍然時有發生，對乘員造成了嚴重傷害。因此，詳細調查研究已經發生的碰撞事故，以提高軌道車輛安全水平。

1 碰撞場景

世界各國軌道車輛的運行環境各不相同。我國除少數低速運行的載客量較少的有軌電車和膠輪車外，其余類型的軌道車輛都在專線中運行，大大減少了車輛與其他物體之間發生碰撞事故的概率。而在其他國家，軌道車輛中除少數新修建的高速列車線路外，絕大多數線路不是專線，經常發生有關軌道車輛的碰撞事故。根據碰撞事故發生的頻率、造成的傷害及事故發生的位置環境等，總結歸納了3種碰撞場景[1]：一是同一軌道上的車輛間的正面或者追尾碰撞；二是與障礙物（如突然入侵的動物等）之間發生的碰撞；三是平交道口處發生的碰撞。從事故類型和事故造成的傷亡嚴重程度來看，軌道車輛間的正面碰撞最嚴重。因此，研究人員主要研究在此碰撞場景下軌道車輛的耐撞性。

2 軌道車輛在事故中的破壞及運動形式

不同時期軌道車輛的耐撞性設計不同，因此車輛在不同時期發生的碰撞事故的破壞及運動形式也有區別。早期設計軌道車輛時，沒有考慮耐撞性要求或者耐撞性要求很低。在發生碰撞事故時，車輛與周圍環境隨機發生剛性接觸。隨著人們對車輛安全性的重視，軌道車輛采用基于能量管理的耐撞性設計理念，顯著提高了車輛耐撞性。但是，車輛運行速度也在不斷提高，發生事故時造成的傷害十分巨大。在碰撞事故中，車輛主要產生5種形式的破壞和運動方式[2]。第一種是爬車現象。一節車爬到相鄰的另一節車上，導致被爬車輛的被爬部分結構嚴重破壞，喪失乘員空間。第二種是穿透。被撞車輛產生貫穿性破壞，完全喪失乘員空間，多見于早期軌道車輛間的正面碰撞和高速下的碰撞事故。第三種是脫軌。一類是車輛轉向架脫離軌道，但是車體沒有發生翻轉和傾覆，常見“之”字形脫軌。另一類是脫軌的同時車體發生翻轉或傾覆，此時乘員會受到二次傷害。第四種是車輛發生剛性碰撞，造成車輛一側橫向屈曲。第五種是車輛保持在軌道上，端部結構發生塑性大變形。

3 碰撞傷害調查

3.1 評價指標

軌道交通行業主要采用汽車行業中的簡明損傷分級（Abbreviated Injury Scale，AIS）指數判定乘員的傷害嚴重程度[3]。FMVSS208和AV/ST9001中對AIS等級有明確規定。AIS指數值越大，說明乘員受到的傷害越大。此外，軌道交通行業還形成了目前廣泛使用的頭部傷害標準（Head Injury Criterion，HIC）。

3.2 乘員傷害調查

乘員在事故中受到的傷害按照部位可以分為頭部損傷、面部損傷、頸部損傷、胸部損傷、腹部損傷、盆骨損傷、膝蓋損傷以及小腿損傷等。研究人員調查分析大量事故發現，事故中頭部、胸部及小腿受傷概率最大，且受到嚴重傷害的可能性最大。圖1為碰撞事故中人體各部位受傷數量的統計。

圖1 身體各部位受傷數量統計

在事故中，乘員與車內設施如桌子、座椅和扶手等之間發生的碰撞稱為二次碰撞。研究結果表明，二次碰撞是造成乘員傷害的主要原因。絕大多數的死亡記錄是由于沖擊、穿刺及彈射造成的。當車輛發生翻轉和傾覆時會造成乘員與車輛間發生二次碰撞。受傷害的嚴重程度與碰撞發生時車輛的運行速度成正比。如果發生爬車或者車輛發生翻轉和傾覆時造成了車體結構損壞，會導致乘員的生存空間被侵占和外物侵入車輛內部等事故。這種情況對乘員造成的傷害遠大于二次碰撞，甚至危及乘員的生命安全。

除了接觸性物理傷害外，事故對乘員產生的加速度超出了人體生理耐受極限，也是造成乘員受到傷害的一個重要因素。

因此，保證車輛完整性并保持其在軌道上運行、使乘員受到的加速度在人類能承受的生理極限范圍內和減少乘員與車輛間的二次碰撞，是未來軌道車輛耐撞性設計的主要方向。

3.3 駕駛員傷害調查

除了客室乘員外，很多碰撞事故中對駕駛員造成的傷害也非常嚴重。駕駛員所處的環境比較特殊。駕駛室是一個單獨的封閉空間，且有些駕駛室內設備布置繁多。對大量事故的調查研究表明，駕駛室空間被侵占和駕駛員與駕駛室內設備間發生二次碰撞，是駕駛員傷亡的主要原因。其中，胸部損傷和小腿損傷是最常見的傷害[4]。因此，耐撞性駕駛臺和駕駛員保護系統是在事故發生時保護駕駛員的一個主要研究方向。

4 結語

碰撞事故中車輛破損、乘員生存空間被侵占以及二次傷害，是乘員和駕駛員受到傷害的主要原因。因此，車輛在碰撞發生時保證完整性、避免二次碰撞和減小乘員受到的加速度等措施，能夠有效保護乘員和駕駛員的安全。