城市轨道交通信号系统安全风险评价研究

蒋圣超

摘 要：城市轨道交通是当前城市内部公共交通的重点，其运行方式有很多种，比如地铁、轻轨以及城市铁路等。文章从城市轨道交通信号系统及风险评价的内容入手，分析城市轨道交通信号系统产生风险的原因，对城市轨道交通信号系统安全风险评价的必要性和内容进行论述，最后对其安全风险评价的方法进行分析，期望能为城市轨道交通信号系统安全风险评价提供参考。

关键词：城市轨道交通；信号系统；风险评价

中图分类号：U239.5 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）31-0069-02

Abstract： Urban rail transit is the focus of urban internal public transport. There are many modes of operation， such as subway， light rail and urban rail. Starting with the content of urban rail transit signal system and risk assessment， this paper analyzes the causes of urban rail transit signal system risk， and discusses the necessity and content of safety risk assessment of urban rail transit signal system. Finally， the method of safety risk assessment is analyzed， which is expected to provide a reference for the safety risk assessment of urban rail transit signal system.

Keywords： urban rail transit； signal system； risk assessment

城市轨道交通安全系统中一个主要内容就是信号系统，它是城市轨道交通的核心。所以，信号系统的安全运行得以保证，从一定程度上来说，就使列车的运行安全得到保障。从以往发生的因为信号系统故障产生的事故分析来看，只对信号系统验收时进行安全风险评价是不行的，必须对运营过程中的信号系统进行安全风险评价，才能保证城市轨道交通运营安全。

1 城市轨道交通信号系统及风险评价相关概述

1.1 城市轨道交通

所谓城市轨道交通，就是将电能看成是基本动力，通过专业轮轨方式来运行，在运输量大的城市内进行客运运输的一种方式。从运送能力上来看，分为四种，一是高容量，二是大容量，三是中容量，四是小容量；从交通线路位置上来看，有三种，一是地下轨道，二是高架轨道，三是地面轨道；从综合角度来看，城市轨道交通有七类，比如轻轨道交通、单轨道交通、地下铁道等等[1]。

1.2 城市轨道交通信号系统

对于城市轨道交通信号系统来说，它也叫做列车运行自动控制系统，就是我们所说的ATC，它是列车自动驾驶、跟踪以及调度控制的系统。其主信号是列车信号，向列车传送其速度和位置，对因为司机的失误而产生的追尾事故得以有效的预防，使列车的安全运行得以确保。信号系统的功能主要有四个方面[2]，一是安全间隔，二是速度自动保护，三是列车自监督，四是自动排列进路。对于信号系统来说，其有三个重要的子系统，一是列车自动防护系统ATP，这是信号系统的安全核心，能够进行超速防护，对列车车门进行控制，检测列车的位置等；二是列车自动监控系统ATS，监督控制列车运行，在调度人员管理全线列车时提供辅助；三是列车自动运行系统ATO，结合ATS子系统的指令来使列车的自动运行得以实现，提升乘客的舒适度，减轻司机的劳动强度。

1.3 风险评价

所谓风险，就是在特定的环境和时间里，损失出现的概率，其主要有三个内容，一是风险因素，二是风险事故，三是风险损失。而风险评价就是发生风险事件的前、后，量化评估风险事件对人的生活、生命以及财产等产生的损失的情况，也就是说，就是量化测评风险事件产生的影响以及损失的程度。

2 城市轨道交通信号系统风险产生的原因

倘若城市轨道交通信号系统完全是结合相关规定来进行设计、制作、安装的，那么在正常情况下，其不会有安全问题的。但是，因为运行环境以及设备自身等方面的影响，在运行时，信号系统会存在很多安全风险，具体如下：

一是倘若信号系统在设计过程中，对故障模式考虑不全，比如设备自身故障模型以及使用条件等，就会在运行过程中，信号系统出现不安全的因素。

二是在运行初期，线路没有将站台屏蔽门进行设置，但是在之后的运行时，出于对乘客安全的考虑，将站台屏蔽门进行增加，使得信号系统要在更小的范围内对列车对位精度进行控制，要不然就会对威胁到乘客的人身安全。

三是由于线路的信号系统运行时间不短，由于建筑物出现漏水、轨旁设备故障等情况，使得信号设备出现问题，工作不正常或是零部件發生损坏。

四是一些线路的信号系统寿命与使用寿命相接近，或者是超高于使用期限，使得设备老化现象出现，故障进行不断的累积，对列车运行的效率和安全都产生影响。

五是人为操作不规范，或是人为错误等，必须对其及时发现进行纠正这些不良行为，才能够使信号系统的正常运行得以保证。

六是由于软件问题或升级，使得信号系统设备以及相关的功能设备出现问题或故障。对于信号系统来说，其可能会出现问题的软件有很多，比如车载自动防护系统软件以及中央自动监控系统软件等[3]。

3 城市轨道交通信号系统安全风险评价的内容

首先，被评价系统的管理部门要提交自查报告，在自查报告中必须有以下內容，比如系统概况、技术规格书、安全认证证书等。

其次，提出系统的评价指标，主要有两个指标一种是信号系统的技术评价指标，另一种是信号系统的维修体系评价指标。其中前者又可以分成两个评价指标，既ATC技术评价标准和安全防护评价指标；后者也可以分成两个评价指标，管理维护评价指标和维修备件评价指标[4]。

最后，对于评价方来说，要现场调研信号系统，对信号系统的运行进行实地考察。具体的考察内容有三个方面：

一是调研分析自查报告中的故障问题，例如分析站台屏蔽门对位精度不足的问题，对轨道电路掉码问题进行分析，找出联锁设备切换的主要影响因素，对欠停故障的原因进行查找等。

二是分析自查报告中的信号系统性能状况，例如分析轨道电路的可靠性，分析计算机联锁系统的可用性，停车场与正线接口的转换区域与标准的符合性进行检查，试车位置与车辆、信号的要求满足情况等进行分析。

三是分析自查报告中的人员管理情况。

4 城市轨道交通信号系统安全风险评价方法

信号系统安全风险评价是从运营设备可靠性、可用性、可维修性角度出发，针对信号系统进行全面体检。评估要以系统技术资料、运营维护数据统计为基础，结合系统对标情况和设备维修机制，运用科学评方法形成全面评估结论，便于建立设备设施长效管理机制。

评估过程主要采用数据分析与现场踏勘结合、定性分析和定量统计结合、同类对比和突出重点结合等方式，结合收集的运营技术材料、运营维护数据和现场勘验测试结果，运用抽样检查、模拟仿真、测试检验检测方法和故障树分析、失效模式及后果分析（FMEA）等数据分析方法进行评估。

4.1 可靠性、可用性分析

一般结合技术资料、故障数据等内容进行数学计算的过程，设备可靠度参数计算一般包括建立系统结构树并进行现场数据预处理、部件寿命分布模型选择、参数估计数值算法部件可靠度计算三个部分，具体步骤如下：（1）根据技术资料，构建层次性的子系统结构树，并将其标准化；（2）依据运用时间将子系统部件划分批次，根据结构树信息，收集同一批次标准化部件现场故障数据；（3）确认待评估的子系统部件名称和当前运行情况，根据设备维修记录的时间、运行信息，将以时间表示的特定部件现场故障数据转换为部件故障间隔数据；（4）计算该部件样本分布特性参数：均值、方差及其他参数（二阶矩、三阶矩、偏度等）；（5）对样本数据作数学变换后，计算平均失效率，得到平均失效率表；（6）根据部件样本分布特性参数和失效率趋势，综合考虑部件本身的结构疲劳老化伤损特性，选择相应的寿命分布计算模型（威布尔、甘贝尔等）；（7）通过点估计或者区间估计（如：通过极大似然变换），求解分布模型的参数，从而确定可靠度计算模型及其参数；（8）根据样本数据敏感性和确定参数后的数学模型计算可靠度，绘制可靠度曲线；（9）评估计算：根据可靠度曲线趋势、模型参数判断产品所处阶段和可能失效原因，并结合工程经验为是否可以继续使用提供建议。

4.2 可维修性分析过程

可维修性计算过程依靠评估分析细则和专家经验综合分析，可维修分析实例过程如图1所示。

信号安全风险分析之后，运营单位要结合本线路信号系统设备现阶段实际运行情况，制定有效的专项整改工作。一是根据评价主要风险点，制定防范措施；二是根据评估存在的危害源，制定相应的对策措施，指导系统设备维修的战略规划；三是对评估发现设备维修管理薄弱环节，优化运营设备维修工作；四是通过评估工作有效量化设备状态、深入挖掘故障成因，发现设备故障之间的关联性。这样才能保证城市轨道交通信号系统的运行正常。

5 结束语

本文对城市轨道交通信号系统的安全风险评价，对其进行全方位的分析和论述，可以将出现故障的故障源进行确定，同时对其中潜在的、隐藏的安全隐患进行查找出来，同时提出针对性的措施解决问题，这对于城市轨道交通信号系统的安全评价意义是很重要的。因此，通过对城市轨道信号系统的安全风险评价分析，对于城市轨道交通信号设备的维护是十分有利的，能够有效降低风险率，延长设备的使用寿命，提升城市轨道交通的运行安全性。

参考文献：

[1]王忠文，方鸣.城市轨道交通安全评估现状综述[J].现代城市轨道交通，2015（3）.

[2]虞翊.城市轨道交通运营设备的寿命与安全评价方法[J].城市轨道交通研究，2016（4）.

[3]施毓凤，杨晟，孙力彤.城市轨道交通的安全管理问题[J].城市轨道交通研究，2015（2）.

[4]郝瑞庭.城市轨道交通信号系统设计项目风险管理研究[D].西南交通大学，2013.