基于工作安全分析法的地鐵電客車自動折返模式研究

彭超

北京市地鐵運營有限公司運營三分公司，北京，100082

0 引言

現如今，隨著社會經濟的穩步發展，我國城市建設發展中的軌道交通運行數量越來越多，并逐漸構成了軌道交通網絡體系。在現代經濟和科學技術革新發展中，城市中的軌道交通運行規模越來越大，所處的運行環境越發復雜，此時人們更加注重地鐵列車的準點運行。實踐累積經驗顯示，為了加大地鐵電客車的安全管理力度，保障整體運行的安全效率，解決列車準點運行問題一直是行業的重點。在現代城市發展中，交通擁堵的問題越發顯著，因此要從工作安全分析法入手，深入探討地鐵電客車的自動折返模式，并將其控制在可接受的范圍內，為城市居民提供優質的交通服務。

1 工作安全分析法及列車自動折返的原理

1.1 工作安全分析法

這種方法主要分析和確定運行活動中的安全隱患，將列車運行風險控制到最低。通常來講，這種方法會應用在控制房或工作現場[1]。在處理大型或復雜的任務時，初始化的工作安全分析法可以在辦公室中進行桌面訓練，需要交給熟悉現場環境、并且具備豐富經驗的員工處理。具體步驟涉及以下幾點：第一，在實施作業任務時，要先組建專業團隊，而后掌握實踐工作中的重要內容，將有關信息數據準確記錄在表格中。一般情況下，每小組成員三到四個人，必須要具備豐富的工作經驗，其中有一人要了解作業區域和生產流程設備，有一人主要負責作業小組成員，還有一人要重視工作期間的安全管理。第二，在實施作業任務的過程中，要嚴格按照規定要求審查所有環節，分析其中潛在的問題并列出相應的危害。小組成員可以安排專業人員針對具體作業任務制定危險檢查清單。第三，對現有控制策略的有效性進行評估分析，要進一步加強控制策略的危害研究，提高控制策略的應用價值。同時，在完成審查工作后，安全主管或協調人員要將所有已經識別的控制策略，完善記錄在安全分析工作表格中，其中涉及執行人、負責人、控制要求、作業危害等。第四，安全主管或協調人員要將所有與工作安全分析有關的文件存檔，假設某項作業任務以后還會繼續進行，那么可以結合信息技術構建相應的數據庫，從而方便后續審查和借鑒。第五，在監督作業任務時，要保證作業安全分析表和申請表存放在一起。第六，監督人員要向所有參與工作的員工重點介紹限制條件、控制策略、作業危害等，保障所有控制策略都可以按照工作安全分析法的基本要求有序落實。

1.2 自動折返的基本原理

城市列車的自動折返是指車站具備自動折返功能，內部安裝自動保護系統（ATP）和列車自動駕駛系統（ATO）這兩項內容。在完成自動折返操作的準備工作后，按下自動折返按鈕啟動折返操作，無論是列車自動保護系統還是列車自動駕駛系統，都需要在車載計算單元的引導下完成整體操作[2]。根據圖1所示的原理圖分析可知，在車門關閉的情況下，安裝在內部的兩個系統單元獲取移動授權，此時列車可以進入折返軌中。在列車停穩后，車載計算機單元將會執行交換駕駛室功能。在完成全新道路設定之后，計算機單元可以在保護系統中得到授權，而自動駕駛系統可以進入與車站相反的站臺。在停穩列車之后，司機要在打開站臺門和車門之后，即刻激活司機臺。

圖1 自動折返原理圖

2 案例分析

以某地區的地鐵8號線為例，目前手動駕駛時段為每日晚間至末班車。其中手動駕駛特別關注：永定門外站列車上行出站、下行進站前100m限速35km/h；前門站列車上行進站、下行出站限速38km/h；奧體中心站、奧林匹克公園站、森林公園南門站三站為節能示范站，列車進站時上坡線路，出站時下坡線路。其他特殊情況，非手動駕駛時間需要進行手動駕駛列車：朱辛莊放空回段列車、臨時在站通過列車、車輛故障需手動駕駛列車。導致列車軌道出現問題的因素，主要體現在以下幾點。

2.1 人員因素

首先，在實際運行中，地鐵工作人員要根據相關操作規程進行有序操作，要接受規章制度和監控錄像等限制條件，在啟動列車時，可以充分運用牽引力逐步提高列車的功率，在短時間內到達規定的運行速度，確保列車在最佳的經濟區域內工作。其次，在施行制動時，因為地鐵工作人員的理論知識和實踐技能存在差異，通常無法將列車操作規程準確地和列車速度線路狀況相結合，把握不好制動時機就不能按照停車標緩慢停車。再次，地鐵工作人員的思想意識和行車精神，也是保障地鐵列車平穩操作的主要因素。最后，由于地鐵列車在運行狀態下，經常會發生一些突發事件，如果工作人員的應變能力較差，缺少充足的想象和判斷意識，無法根據自身累積經驗靈活處理，那么很可能影響地鐵列車的穩定運行，嚴重的還會造成列車沖動。

2.2 設備因素

列車在不同的工作狀態下，會受到制動力、阻力、牽引力這三種力影響。從車輛的動力學角度來看，只有保障車輛和車輛之間的間隙不發生變化，才能確保車輛在運行期間不會出現沖動。從實際列車操作過程來看，因為車鉤經常處在壓縮或伸張的狀態下，導致列車出現沖動，對此，車鉤間隙的變化是導致列車沖動的主要因素[3]。

2.3 環境因素

在特殊的工作環境中影響地鐵列車平穩運行的主要因素是空轉。在空轉狀態下列車的牽引力會持續下降，此時車鉤將會持續伸長。如果系統內部牽引力突然消失，那么車鉤將會充氣壓縮，持續釋放彈性勢能，并且會在基本阻力的影響下，讓列車慢慢降低運行速度。因為后一部列車在運行期間的下降速度較慢，因此車輛和列車之間將會出現相對運動，導致兩者在碰撞中造成沖動。在結束空轉運行之后，如果直接施加牽引力，那么車鉤會處在伸長狀態，此時列車與車輛之間進行相對運動，以此產生沖動。

2.4 線路情況

首先，平直線路。這種線路狀態是保障地鐵電客車平穩操作的有利條件。從實踐運行角度來看，列車在平直線路中只會受基本阻力限制，而影響平穩操作的因素有退出、添加牽引力、空轉等。在牽引力過快的情況下，受惰性運動影響，列車車輛將會推動列車繼續前進，車鉤處在壓縮狀態下。在列車主手柄提升過快的情況下，實際功率上升，速度會隨之增加，并且會產生較大的合力，列車相對于車輛出現速度差，后部車廂的乘客會感覺到后仰[4]。

其次，坡道。如果列車在不發生變化的坡道上運行，那么受到的影響與平直線路一致。我國地鐵電客車線路包含了上下坡道和平直線路等多種情況，并且斷面基本會跟隨地形發生變化，并沒有規律可循。因此，在地鐵電客車運行期間經常會出現平直轉坡道等多種情況。因為處在不同縱斷面上，車輛受力情況存在差異，會產生一定的速度差，因此在引起沖動后會隨著坡度差的增大變得越發明顯。

最后，線路曲線。隨著曲線半徑越來越小，相應附加的阻力會持續增加。這種情況與坡道附加阻力存在較大差異。不管曲線的附加阻力處在哪種情況下，產生方向都會與列車相同，且可以促進列車運動有序進行。當列車以惰性運行狀態進入曲線時，為簡化分析過程，可將計算出的曲線附加阻力值看作是上坡道同值的換算。線路曲線對平穩操作的影響原理與列車由平直線路進入上坡道時的情況相同。

2.5 管理因素

平穩操作工作是乘務專業在管理水平、職工素質、列車質量等總體工作的體現。平穩操作工作不是一項單一的工作，對于乘務專業來講反映的是綜合水平，它涉及乘務專業管理的方方面面，如平穩操作的管理體制制度、職工平穩操作的意識和平穩操作的技術業務水平、列車設備的質量等等。因此做好平穩操作工作要綜合各方面的因素，建立一整套平穩操作的管理方法和管理模式，使其日常化、規范化、制度化[5]。

3 基于工作安全分析法的地鐵電客車自動折返模式分析

3.1 評價體系

在明確工作安全分析法和自動折返模式的基本原理后，本文研究從電客車司機折返作業流程入手，掌握了七種可能發生的風險源，并對其產生的原因和風險綜合分析，而后按照一定順序提出解決方案，最終全面控制風險可能引發的不良后果。本文研究結合生產安全事件調查處理規定和工作安全分析法的相關概念，構建了相應的評價體系，具體如表1所示，相應計算公式如下。

表1 LEC 的評價體系

風險（D）=暴露頻率（E）×嚴重性（C）×可能性（L）

結合公式分析可知，暴露頻率是指每單位時間出現某類事件的數量，而嚴重性是指事件出現可能產生的影響后果，可能性是指后果事件出現的具體概率。

3.2 操作原理

根據圖2所示的控制電路的簡構圖分析可知，在構建地鐵電客車自動折返模式時，同樣要運用多種電路管控模式進行分析，以此快速尋找有效的解決方案，確定其構成的影響。

圖2 控制電路的簡構圖

從實踐應用角度來看，要想真正實現自動折返，要保障地鐵電客車符合兩項條件。一方面，在折返狀態下，要結合如圖3所示的操作模式進行分析。在已經關閉列車門和站臺門后，司機要先按照規定要求進行檢查，而后關鑰匙并操作DTRO，這樣列車將會自動完成折返運動。另一方面，為了在站前折返時自主激活折返模式，可以在打開列車門和站臺門之后，讓司機下車，而接車司機在上車確認閃開鑰匙后，實現自動折返。

圖3 自動激活的流程圖

在研究自動折返模式的電路控制原理時，要考慮以下幾點內容。一方面，門保持打開電路控制。以本文研究的地鐵8號線為例，前進方向左門在AR模式下，門會保持敞開狀態[6]。如果列車處在折返站，那么在得到相應信號之后，司機可以手動操作按鈕，直接進入自動模式。在這一狀態下關閉鑰匙下車，將會讓22-K155處在長臂狀態中，91-K03保持閉合狀態，而81-K26在獲取電源之后長開點會閉合。另一方面，門保持關閉電路控制。在駕駛司機激活之后，列車控制電路中的22-K151會閉合，讓81-K25獲取電源，同時控制系統91A-01會結合列車自動保護系統進行合位判斷，并在掌握列車運行模式的判斷數值后，列車自動駕駛系統在獲取開門指令后會由繼電器81-K111提供電源。

在掌握自動折返模式的電路控制原理后，為了進一步保障地鐵電客車自動折返模式的應用效率和質量，要控制折返失敗事件的發生頻率，嚴格掌控各個關鍵點，預防風險源演變成具體事件直接影響整體運行狀態[7]。根據當前地鐵公司提出的安全管理理念，雖然目前司機等工作人員可以掌控大量安全隱患，但只要無法根除就會引發嚴重的安全事故。因此，為了從基礎上保障地鐵電客車的自動折返質量安全，要做好以下工作。一方面，結合折返作業流程和模式激活方式，要得出列車自動折返模式的人工激活流程，有效控制人的因素造成的干擾，直接交給自動駕駛系統進行管控，可以控制安全事故的發生概率[8]。這種方法是基于終點站列車的自動模式提出的，不會在實踐發展中對車輛產生負面影響。另一方面，要結合自動折返模式確定人工關門功能，確保司機處在實踐操作中，而列車能嚴格按照規定要求實現無人自動折返。這種方法只能應用在折返開門保持電路中，無法影響正常狀態下的開關門和折返電路。

4 結語

綜上所述，根據近年來城市建設發展面臨的交通運輸情況來看，加強城市內部地鐵電客車自動折返模式的研究力度，是保障地鐵電客車安全有序運行的基礎條件。了解近年來各地地鐵發生的折返站折返失敗事件，在分析總結中確定出現失敗的主要原因，運用工作安全分析法構建相應的評價體系，而后在全面掌控各類風險源及控制等級的基礎上，根據折返站作業程序，提出全新的操作模式和激活方式，可以人為控制發生失誤事件的概率，確保地鐵電客車在運行期間具有安全性和穩定性。