跨坐式单轨交通系统安全性分析

沙夺林 刘 晋 刘 宇

(1.中车青岛四方车辆研究所有限公司，266031，青岛；2.中车唐山机车车辆有限公司，064000，唐山//第一作者，工程师)

近年来，越来越多具有中等运量需求的城市将跨坐式单轨交通系统列入城市交通规划中。然而，由于跨坐式单轨车辆通常运行在高架桥上或隧道内，其安全性，特别是紧急情况下乘客的疏散和救援问题，一直是运营商及乘客质疑的焦点，也是影响其大范围推广应用的主要因素之一。因此，对跨坐式单轨交通系统的安全性进行全面分析，提出系统性的安全保障措施很有必要。

1 跨坐式单轨交通系统危险因素识别

1.1 人员行为因素

人员行为的危险因素包括：

1) 乘客携带易燃易爆品、危险品、管制刀具；有意或无意纵火；有意或无意损坏车辆设备；扰乱线路、站台及车厢秩序等；

2) 工作人员、调度员、司机未履行职责或能力欠缺，造成调度错误、应急情况处理不当等。

以上危险因素可通过管理规程、人员培训、应急演练等方式予以排除或降低至可接受的水平。

1.2 环境因素

环境因素主要包括自然灾害、气候因素等。应在运营规程中规定车辆在恶劣气候条件下运营的模式(如停运、降级运行、救援等)；并应以环境因素及运营规程要求为顶层指标，对系统进行设计及验证。

1.3 线路和设备因素

线路因素主要包括信号故障、控制中心设备故障、供电故障、轨道梁异常、道岔故障、异物侵入等。应通过设备的冗余设计、可靠性管理、维护维修管理等，消除或降低线路故障及意外情况引发的危险可能性。

1.4 车辆因素

车辆因素是系统危险因素的重点分析对象。其原因在于：一方面，车辆为司乘人员提供了最长时间、最直接的联系界面，车辆的任何故障，都可能影响系统运营秩序，甚至给司乘人员带来危险；另一方面，车辆结构复杂，子系统众多，各子系统可靠性指标叠加后，车辆总体可靠性偏低。据统计，在4年周期内，某跨坐式单轨运营线路发生延误超过5 min的运营事故有70余起，其中车辆故障约占到30%。

图1给出了基于故障树的车辆危险因素分析及故障措施类型。

2 乘客救援、疏散及车辆救援的实施

2.1 乘客救援、疏散及车辆救援的可能情况

图1的措施中，1、2两类情况涉及到乘客救援、疏散及车辆救援。其后续措施如图2所示。经评估，无必要或不具备清客条件包括但不限于以下情况：① 无必要立即清客；② 现场无指挥人员；③ 乘客数量、情绪、构成(考虑残障、急病，老人、幼童等)；④ 无疏散平台或有疏散平台而疏散平台疏散能力、缓降设备能力不足；⑤ 地面救援车不可接近，或救援过程中可能发生风险；⑥ 乘客有发生踩踏、坠落、触电或被其他列车伤害等风险；⑦ 气候恶劣。

注：各不可接受后果均可引起1～6类车辆措施类型;措施实施的前提条件是线路(轨道梁、道岔、信号、供电等)可以确保车辆的救援，且没有发生致使车辆无法行走的机械故障

图1 车辆危险因素、故障类型及措施

图2 乘客救援、疏散及车辆救援的后续措施

2.2 乘客救援、疏散

乘客救援是指采用救援列车或地面救援车辆使乘客脱离故障列车的情况，通常有横向救援、纵向救援、垂向救援三种形式，如图3所示。

(a) 横向救援

(c) 垂向救援

乘客疏散是指将乘客有序撤离到疏散平台上等待救援列车到来的情况。

2.3 几种救援模式直接救援时间计算

以某跨坐式单轨车辆为分析对象，对比分析几种不同的直接救援方式的救援时间。图4为车辆的平面图，端门位于司机室前部，每辆车每侧有2个侧门。

由于乘客通过车门疏散时会发生堵塞，因此，乘客通过出口的流量为：

f=vsw

(1)

疏散时间为：

t=W/f

(2)

注：A——车体长度；B——侧门宽度；C——车体宽度；D——端门宽度

式(1)、(2)中:

v——人员的平均行走速度；

s——人员密度；

w——出口的有效宽度；

t——疏散时间；

W——车辆载客人数。

假设：出口有效宽度w=0.6 m(客室车门开度可达到1.3 m，但受限于逃生梯的宽度，w取0.6 m，司机室端门开度可以达到0.6 m)；车辆处于AW2(额定载荷)状态，即s=6人/m2；2辆编组的车辆在AW2状态下载客量为260人。根据文献[9]，紧急情况下，人的行走速度为：

v=-0.000 01s5+0.000 8s4-0.017 4s3+

0.154 2s2-0.647 6s+1.415

(3)

将s代入式(3)中，得出v=0.281 2 m/s

综上，横向救援及纵向救援状态下，在启用一个客室侧门(司机室端门)时，直接救援时间为：

t=W/v×s×w=4.3 min

由以上分析可知，无论是横向、纵向还是垂向救援，效率都很低。对于疏散问题，由于单轨车辆客室车门距疏散平台高度差较大，乘客必须借助缓降装置才能到达疏散平台。GB 50458—2008《跨坐式单轨交通设计规范》中规定，车辆每个客室车门必须配置缓降装置。因此，救援与疏散应在必要的情况下进行，且必须有受过培训的专业人员指挥。

2.4 救援模式对车辆、线路的设计要求

在图1所示的1～6项措施中，对车辆系统来说，最恶劣的工况为第2种：将载客车辆救援至最近车站。基于此类工况，对车辆、线路的设计应有具体要求。

2.4.1 对车辆要求

1) 车体强度、车钩强度及缓冲器容量应在此种工况下，考虑在最大坡道上紧急制动、启动的情况，进行确定。

2) 牵引系统、制动系统能力指标应在此种工况下，考虑最大坡道、轮轨粘着系数最不利因素的组合，进行确定。

2.4.2 对线路要求

1) 在不具备乘客救援、疏散的区间(无法实施横向和垂向救援、无疏散平台)，不应设置长大坡道、尽量不设置道岔，便于救援列车及被救援载客故障列车通过；

2) 在长大坡道设置融雪融冰装置，便于冰雪气候条件下的救援。

3 跨坐式单轨系统的安全保障分析

基于上述对危险因素和在危险情况下的处置措施分析，对于跨坐式单轨运营线路，应做好前期的保障与突发情况下的应急处置。

3.1 前期保障

前期保障措施是避免或减少安全事故发生的基本前提条件，在设计和管理两个方面，应达到以下要求，如表1所示。

3.2 应急处置

应急处置应按图5的流程进行。

图5 应急处置流程

表1 前期安全保障的设计和管理要求

4 结语

要确保跨坐式单轨车辆系统的运营安全，必须采用管理加技术相结合的一体化保障措施。当前，有关国内外地铁、轻轨系统运营的标准法规日趋完善，且运营方已积累了丰富的经验，这对于跨坐式单轨车辆系统的安全保障有十分重要的借鉴意义。但基于其在运营环境、轮轨制式方面的独有特点，仍需运营方、线路建设方、车辆提供方共同借鉴香港、日本、欧美等发达地区的成功经验，制定完善的规章制度，为系统的安全运营提供强有力的保障。