上海城市軌道交通氣象風險的精細化管控策略

耿凱亮

(上海申通地鐵集團有限公司運營管理部， 201103， 上海∥工程師)

近年來我國氣象災害頻發，其發生規模、影響范圍、破壞程度逐年擴大。2021年鄭州的“7·20”特大暴雨，降雨量驚人，最大小時降雨量達201.9 mm，最大單日降雨量達552.5 mm。這場災難導致鄭州地鐵5號線五龍口停車場及周邊區域發生嚴重積水，致使5號線1列運營列車在沙口路站—海灘寺站區間內迫停，導致了14名乘客不幸遇難，大量設施設備損毀，鄭州地鐵全線網由此被迫停運50余天[1]。該事件引起了巨大反響，研究氣象災害對城市軌道交通運營影響的規律及抗災減災措施，并建立一套適用于城市軌道交通的氣象災害預警系統刻不容緩。國內在這方面的研究主要集中于強化災害天氣的應對措施，尤其是在探索工程結構的抗災性能上的研究較多。多年的研究與實踐表明，城市軌道交通在預防災害天氣帶來的影響方面取得了一定成效，但仍存在著局限性[2]。本文以上海城市軌道交通為研究對象，針對災害天氣問題，從監測預警、風險管控、應急處置等多方面對城市軌道交通氣象風險的精細化管控進行研究，為全方位提升城市軌道交通的防災、減災能力提供參考。

1 城市軌道交通氣象災害的具體表現

國內外學者對自然災害和災害性天氣給出了多種分類方法。文獻[3]在分析城市軌道交通氣象災害風險的成因特點、類型、影響力等方面后，將城市軌道交通氣象災害分為雨災、風災、雪災、霧災、雷電冰雹災害、溫度變化災害。基于上述分類，表1對城市軌道交通氣象災害可能引發的風險進行分析，表1中所述的風險均有可能在不同程度上增加了城市軌道交通突發事件發生的影響，給城市軌道交通的安全有序運營和應急處置工作帶來挑戰。

2 上海城市軌道交通面臨的氣象風險

2.1 上海市域的主要氣象災害

上海地處長江中下游平原，瀕臨東海，為亞熱帶季風氣候。其氣候表現為四季分明，雨熱同季。上海市域夏季盛行東南風，為最主要的降水集中期，極端最高氣溫可達40 ℃以上；冬季降水趨于減少，天氣寒冷，盛行西北風，最冷的時間段大多出現在1月中旬至2月上旬，該階段常年平均氣溫低于5 ℃，1961年以來上海冬季極端最低氣溫達到-11 ℃。如圖1所示，從2020年上海市發布的氣象類預警情況也可以看出這一顯著的氣候特征。而根據上海市1984—2008年主要氣象災害統計情況可見[4]，上海全年均有可能受到災害性天氣的影響，其中：暴雨洪澇、臺風、雷電、大風等最為頻發，且集中出現在每年6～9月的汛期期間。

表1 城市軌道交通氣象災害可能引發的風險Tab.1 Possible risks caused by meteorological disasters in urban rail transit

圖1 2020年上海市主要氣象預警發布情況Fig.1 Major weather early warnings issued in Shanghai in 2020

2.2 上海城市軌道交通受氣象災害影響的特點

一是區域性差異較為顯著。圖2為上海1961—2019年的平均年降雨量空間分布，可看出中心城區及東部沿海區域的降水高于其他地區。在每年汛期期間，中心城區及東部沿海區域易發生嚴重的內澇，可能引發城市軌道交通線網部分車站及區段的行車延誤、客流積壓、服務中斷等問題。

二是災害天氣的對城市軌道交通的影響周期較長。因災害天氣引起城市軌道交通突發事件后，

圖2 上海年平均降雨量空間分布(1961—2019年)Fig.2 Spatial distribution of annual average rainfall in Shanghai (1961—2019)

災害天氣可能仍然會持續較長一段時間，這對城市軌道交通事故/事件的應急搶險帶來一定的威脅，也給后續盡快恢復運營帶來困難，影響后果嚴重的甚至可能需要數日方能解決問題、恢復正常運營。例如，2019年第9號臺風“利奇馬”對上海的持續影響時間達65 h，在此期間內上海城市軌道交通線網共發生多起突發事件，包括異物侵限、設備松脫、車站滲漏水等。

三是破壞力較大。由災害天氣引起的突發事件大多會直接影響城市軌道交通線路的正常運營，甚至導致線路大范圍停運，進而嚴重影響城市軌道交通網絡化運營的功能。例如，2021年第6號臺風“煙花”造成上海城市軌道交通6條線路停運、9條線路縮線運營。

2.3 上海城市軌道交通面臨的主要氣象風險

本文對2010—2020年上海城市軌道交通因各類氣象災害引起的突發事件進行統計分析。如圖3所示，由臺風/大風造成的事件共計15起，由雷電造成的事件共計12起，由暴雨、強降水造成的事件共計9起，由低溫冰凍造成的事件共計2起。由此可見，上海城市軌道交通安全運行的主要氣象風險因子主要為臺風/大風、雷電、暴雨和冰凍雨雪等。

圖3 2010—2020年上海城市軌道交通因氣象災害 引發的突發事件數

3 上海城市軌道交通防范氣象風險策略

3.1 構建上海軌道交通氣象輔助決策系統

各地城市軌道交通普遍采用市氣象部門發布的全市統一預警，并將此作為啟動預警響應的唯一標準。但是，由于氣象災害頻率和強度分布具有不均衡性，對不同地理區域的線路、車站造成的影響程度有所不同，對氣象災害影響范圍內線路、車站所制定的預防措施也應有所不同。為了準確獲取城市軌道交通區域的氣象預警信息，上海城市軌道交通在2015年在2號線、16號線率先實施強風預測預警設備的應用試點[5]。基于多年試點運行的效果及事件預防、應急處置經驗，2020年上海城市軌道交通與上海市氣象服務中心共同研發完成了上海軌道交通氣象輔助決策系統。該系統利用上海市基礎地理數據、前期試點安裝的自動氣象站及上海市氣象局既有的氣象站監測資料，實現了對氣象災害的實時監測、風險預警等多項數字化功能。如圖4所示，該系統分為6大版塊。

1) 中心地圖版塊。該版塊顯示上海城市軌道交通所有線路的分布地圖，常態顯示為綠色。一旦有風險預警，預警路段將進行高亮顯示。此外，在界面上方位置會滾動更新上海氣象預警信號的標識符號和預警內容。

2) 風險預警板塊。根據設置的預警閾值，顯示當前上海城市軌道交通中大風、降雨、低溫等風險預警情況。根據預設的預警閾值，將預警等級分為特別嚴重(用紅色標識)、嚴重(用橙色標識)、較重(用黃色標識)、一般(用藍色標識)共4個等級。顯示的數字分別表明風險預警的站區間總數以及每條線路的具體情況。

3) 氣象實況預報板塊。如圖4 b)所示，該板塊顯示每線、每站(可區分出地面站、地下站、高架站)當前的風速、降雨量、氣溫等實況信息，以及當前數據的采集時間。這些信息參數一旦超出閾值，系統將發出顏色告警。

4) 影響板塊。可根據用戶需求，顯示某條線路各個站點的客流情況。當出現風險預警時，將統計當前風險下的影響人數。

5) 預警信息板塊。可顯示全市及區縣的預警信息，同時在中心地圖的上部有相關的滾動字幕及預警信號。

6) 極端天氣統計版塊。當版塊界面內出現極端天氣受影響站點數時，點擊該數字在中心地圖相關站點上會出現閃爍。極端天氣包括大風、短時強降水、高溫及低溫。

該系統于2021年正式投用，在抵御2021年第6號臺風“煙花”、第14號臺風“燦都”過程中，通過系統的提前預警，增加了應急準備時間，使預警響應整體前移，也為極端天氣下城市軌道交通線網的運營指揮提供了更準確的決策依據。后續該系統還將繼續探索應用場景，以大數據、云計算等科技手段為基礎，探索智能化、數字化與防災、減災工作相結合，推動城市軌道交通氣象風險管控能力和水平的提升。

3.2 建立氣象風險防范工作機制

通過采取技術先進的監測手段和獲取及時、有效的預警信息，使上海城市軌道交通氣象風險應對“關口前移”，這為城市軌道交通的安全運行構筑了堅實的基礎。從另一個角度看，對城市軌道交通氣象風險的精細化也提出了更高的要求。以大風極端天氣為例，其防范機制如圖5所示。

具體的大風災害風險防范工作包括：

1) 發布工作指令。立即組織力量加強車站、車輛基地、線路等區域附屬設施和懸掛物緊固狀態的檢查和巡視工作，將導向牌、門窗、圍墻、廣告牌、空調外機、玻璃幕墻、隔音屏等露天線路設施設備列為檢查重點，防止發生物體脫落或傾倒造成的軌行區侵限、高空墜物、人員傷害事件的發生。

a) 總界面

b) 氣象實況預報板塊

c) 影響板塊、預警信息板塊、極端天氣統計板塊圖4 上海軌道交通氣象輔助決策系統及部分板塊的界面截圖Fig.4 Interface of meteorological decision-making assisting system for Shanghai rail transit and certain boards

圖5 上海城市軌道交通大風災害風險防范工作機制Fig.5 Shanghai urban rail transit risk prevention mechanism for gale disasters

2) 強化運營準備工作。夜間調整取消部分 “不相關、非重大”的施工計劃，增設臨時巡檢施工項目。同時壓縮施工時間，巡道車較圖定發車時刻提前1 h出庫巡道，以確認設備狀況正常。

3) 加強行車安全。列車司機重點關注高架地面線路是否有異常情況。調度應根據氣象風險預警及現場列車運行的異常情況，及時發布列車限速、停運等指令，并根據線路的折返條件調整各線行車交路，盡最大可能降低災害造成的影響。

4) 加強客運組織。車站根據線路運能下降、線路停運等情況開展大客流疏導工作，對出入口、電扶梯等重要部位加強客流秩序管控，防止客流積壓造成的客流對沖。積極通過電視直播、車站廣播、列車廣播、乘客信息系統、客流實時信息顯示系統、官方微博、官方網站等多種渠道，盡快向社會發布應急信息，引導乘客繞行，調整乘客的出行方式，有效降低運營調整對乘客出行的影響。

5) 強化應急搶修布局。一方面，各運營直屬單位的專/兼職搶修隊應全天候晝夜不間斷值守；另一方面，主動與上海的市級聯動單位、屬地政府、城市軌道交通建設單位等加強對接，建立聯合應急處置機制，以形成強大合力。

4 上海城市軌道交通應對氣象災害事件的具體措施

在應對氣象災害實戰經驗的基礎上，上海城市軌道交通對氣象災害引起突發事件的處置過程及其后果進行總結分析，評估防災、減災工作的有效性，建立、健全了相關規章制度和處置預案，規范、細化了應急響應和應急處置的要求。

1) 如遇大風、臺風等風災，應重點關注行車組織與行車安全。嚴格執行交通運輸部關于城市軌道交通行車組織管理的相關要求：若地面、高架線路或區段處于風力波及范圍內，風力達7級時列車運行速度不應超過60 km/h，風力達8級時列車運行速度不應超過25 km/h、風力達9級及以上時需停止運營；列車司機應加強列車運行瞭望，提高對運行過程中“疑似異物侵限或異常情況”的警覺性，一旦發現異常，要立即限速或停車，防止影響進一步擴大。

2) 如遇雨水倒灌進入城市軌道交通區域的險情，要果斷落實“熔斷”機制。列車司機應立即確認積水情況，特別是積水面距軌面的距離，若積水面距軌面高度不小于50 mm，應組織列車限速通過；若積水面距軌面高度小于50 mm，原則上列車不允許通過積水區段。專業搶險搶修隊伍應立即趕赴現場，組織落實確認區間泵狀況并排除區間積水；屬地管理單位應立即利用防汛板、沙袋、應急泵等應急物資，組織落實應急處置，并做好用電安全防護。

3) 如遇雷電導致設施設備故障，調度應及時做好運營組織調整。專業搶險搶修隊伍應根據搶修指令趕赴現場，組織做好現場安全防護、搶修、設施設備測試及運營恢復工作。

4) 如遇雨雪冰凍天氣，要進一步優化和改進供水管道的保溫手段，對車站出入口、高架站和地面站水噴淋系統(重點是噴頭、接口位置)及站外設備實施特殊保溫措施，以減少此類薄弱環節對正常運營的影響。應及時做好積雪清掃作業，在非運營時段或非出入場作業時段應嚴格落實所轄道岔的掃雪和操作要求。為防止道岔功能失效，掃雪和操作道岔的作業頻次不應少于1次/h。

5) 遇到各類氣象風險時，上海城市軌道交通均應積極聯動內、外部相關單位，做好社會力量動員和參與。如有搶險、救災需求，應盡快分別向市、區兩級主管部門和聯動單位申請應急力量、應急物資支援。

5 結語

城市軌道交通是氣象高敏感行業，大風、暴雨、雷電、降雪、大霧等災害性天氣直接影響城市軌道交通的運營秩序和運營安全，及時的氣象預警和充足的應急準備可以最大限度地減少事故的發生、減少對設施的損害。上海城市軌道交通氣象風險管控的做法和經驗，為探討國內城市軌道交通適應氣候變化所采取的的措施有參考作用。城市軌道交通的氣象災害防范及應對措施必將隨著技術的進步持續向更為系統、全面、專業化的方向發展。