城市轨道交通系统的安全性与可靠性摘 要 采用系统工程的观点,阐述城市轨道交通系统安全性与可靠性的概念。探索整体研究轨道交通系统安全性与可靠性的方法,构建城市轨道交通系统安全性与可靠性工程框架以及管理组织结构和信息流程框架,为今后在我国城市轨道交通的建设和运营管理中研究、解决安全性与可靠性问题提供参考。关键词 城市轨道交通,安全性,可靠性 虽然城市轨道交通的安全性与可靠性要远高于其他交通方式[1],但由于城市轨道交通系统的运营工作牵涉到城市千百万乘客安全正点出行,对建设和谐社会的影响重大,所以必须不断地研究和提高整个系统的安全性与可靠性水平。城市轨道交通系统是人-机-环境三方面相互作用的包含多种专业设备(设施)的结构非常复杂的客运系统,它的安全性与可靠性不仅要在规划、设计、建造时给予充分考虑,并且在运营管理中也要不断研究、改进和提高;不仅要考虑单个设施(设备)的安全性与可靠性,还需要从系统的角度整体研究其安全性与可靠性问题,发现各种潜在的不安全因素和故障模式,为整个系统的安全运营管理工作和设施(设备)改造计划提供理论依据。 对于我国城市轨道交通系统的安全性与可靠性研究,目前无论是理论研究还是应用实践层面,均尚未形成完整的体系[2]。本文采用系统工程的观点,阐述城市轨道交通系统安全性与可靠性的概念,探索整体研究轨道交通系统安全性与可靠性的方法,构建城市轨道交通系统安全性与可靠性工程框架以及管理组织结构和信息流程框架。1 城市轨道交通系统安全性与可靠性概念1.1安全性与可靠性及其相互关系 安全性与可靠性是两个不同但又有密切联系的概念。在理论研究或应用研究领域,安全性与可靠性一般是分开来进行研究的,虽然它们的有些研究方法是一样的,但并没有统一的定义标准。一般来讲,“安全”表示系统的“完整”与“稳定”状态,安全性是指系统保持这种状态的能力。安全状态被破坏是因为意外事件的发生,即通常讲的“事故”发生,其特征指标是人员伤亡、设备财产损失或环境危害的程度。“可靠”表示系统性能的“保证”与“可信赖”,可靠性是指系统性能“保证”与“可信赖”的能力。可靠状态被破坏是因为自身某些能力的下降或消失,即通常讲的出现“故障”,其特征指标是系统某些性能下降或丧失的程度。 当某个系统的可靠性出现下降,则容易出现故障;当故障出现后,不仅造成系统性能的下降,而且可能会导致事故的发生,即系统安全性下降。反之,当有事故发生时,系统性能会下降或无法运转,此时的事故从可靠性角度讲就是故障。所以有时人们将“事故”与“故障”混用,但一般在安全性研究中用“事故”来描述事件,在可靠性研究中用“故障”来描述事件。1.2城市轨道交通系统的安全性与可靠性 对于城市轨道交通系统,安全性指在系统运营过程中,保障“乘客和员工不受伤害以及设备(设施)不遭破坏”的能力;可靠性指在系统运营过程中,保障“乘客准时到达目的地”的能力。通常所讲的“保障乘客安全正点旅行”即包含了系统安全性与可靠性两方面的概念。 保障“乘客和员工不受伤害以及设备(设施)不遭破坏”的能力包含了两个方面,即不发生意外的安全(ｓａｆｅｔｙ)和免遭破坏的安全(ｓｅｃｕｒｉｔｙ);对应的事故也有两种,即意外发生的事故(ａｃｃｉｄｅｎｔ)和故意造成的事件(ｉｎｃｉｄｅｎｔ)。 保障“乘客准时到达目的地”的能力也包含了两个方面:一是运输容量能力,二是列车按计划正点运行能力。因乘车人多造成拥挤而导致无法登乘、列车无法准时出发,以及由此引发的后续列车运行延误和车底周转延误属于前者;因技术或管理原因造成的运营中断、列车延误,以及由此引发的后续列车运行延误和车底周转延误,或维修延误造成的列车运行延误等属于后者。 另外,城市轨道交通系统的可靠性也可用保障“乘客方便舒适地旅行”的能力来表示。如车站的乘客引导系统、自动售票机、兑币机、残疾人电梯、车箱内饰设施等,这些设备发生故障可能并不影响列车的正点运行,但会给乘客带来不便或不舒服。此项能力可作为更高一级的可靠性能力,即正点运营可靠性基础上的服务质量可靠性。1.3城市轨道交通系统安全性与可靠性指标 系统安全性指标可以用整个系统或某条线路的人员伤亡率和设备(设施)损失率来反映保障“乘客和员工不受伤害以及设备(设施)不遭破坏”的能力。 系统可靠性指标可以用整个系统或某条线路的运营可靠度、运营恢复度及运营利用率等来表示保障“乘客准时到达目的地”的能力(具体定义与计算另文阐述)。2城市轨道交通系统的安全性工程框架 安全性工程也可称为安全系统工程或安全保障体系,内容包括了安全生产、安全管理、安全技术、劳动保护、事故应急与调查处理以及安全性研究等各个方面。对这些工作制定的一系列计划、安排、实施、检查等措施方案或规章制度统称为安全性工程大纲[2]。与这些安全工作相关的理论或应用研究都可以称为系统安全性研究。所有针对人不安全行为和物不安全状态的分析、发现、评价、监控、预防, 以及变为事故后的应急、救援、调查、处理等,都是安全性研究的内容。 城市轨道交通系统有许多保障安全运营的技术和管理措施。如上海地铁运营有限公司管辖的轨道交通系统,技术层面上采用了大量的监视与控制系统(ＡＴＳ,ＡＴＰ,ＦＡＳ,ＳＣＡＤＡ,ＢＡＳ等)及各种维修(维护)措施;管理层面有分级安全管理组织、安全管理制度、运营质量管理体系、设备维护管理系统、管理信息系统、应急预案等机制。这些技术和管理措施以及对它们的研究工作应该按照系统工程的原则建立一个统一的体系。本文针对城市轨道交通系统的结构与运转特点,构建了城市轨道交通系统安全性工程框架,如图1所示。
2.1安全技术体系 安全技术体系包含了各种安全保障或事故预防的技术措施,一般在线路设计建造时实现,也可在既有线改造时实施,主要有设备(设施)的固有可靠性提高、冗余、监控、检测、维护、维修、保护等技术措施;按专业可分为车辆、线路、通号、供电、客运等的安全技术措施;按区域可分为控制中心、列车运行、车站、隧道、桥梁、变电站、车辆段、通号基地等的安全技术措施。2.2安全管理体系 安全管理体系包含了安全管理组织结构、各种安全活动计划、安全制度等内容。本文根据城市轨道交通系统管理组织结构的现状,提出了轨道交通系统安全性与可靠性管理组织的结构框架(见图2)。图中的安全组织结构为三级安全组织管理体制:公司决策层有分管安全性与可靠性的负责人;中间管理层有专门负责安全性与可靠性的职能部门;各专业分公司操作层有专职安全性与可靠性的责任小组。职能部门负责安全性与可靠性管理制度的制订及实施情况监督、安全性与可靠性信息管理系统的管理、安全性与可靠性分析评估及预警系统的管理等工作。责任小组负责事故与故障信息的录入、相关制度执行情况监督等工作。通过安全性与可靠性综合信息平台实现安全性与可靠性的动态管理。
2.3 事故应急体系 事故应急体系由应急技术与应急管理(应急预案)组成,主要有应急救援、应急运营、应急装备、事故处理等方面的内容。由于事故应急的重要性以及必须具备快速响应和联动调度的机制[3],所以列为单独的一个体系。2.4安全性研究体系 对于城市轨道交通系统,安全性研究体系主要有五个方面的内容:安全技术研究;安全管理研究;事故应急机制及预案研究;事故调查分析;系统安全性分析与评价。安全性研究的核心是发现、分析和评价系统中存在的不安全因素[4],研究和开发各种针对高危险状态的监控系统、检测技术、事故预防和应急措施,制定防止不安全因素转化为事故发生和事故发生后减少损失的安全管理规章制度,以及对这些规章制度的实施、检查及评价等。 在安全性研究的所有内容中,最基本的是安全性分析和安全性评估[4]。目前国内外研究及应用得较成熟的安全性分析和评估方法或理论主要有初步危害分析、事故树分析、事件树分析、因果分析图法、安全检查表法、事故致因理论、安全行为论、综合安全评价、安全管理体系评估法等。这些理论或方法主要可归纳为两大类:一类为分析类,即发现隐患,识别危险性,寻找原因;另一类为评价类,即确定危险程度或安全程度。而评价又可分为两类:一类是系统内部各危险行为或状态的分析评价,确定出各种不安全行为或状态的危险程度高低,给安全管理工作提供参考;另一类是比较评价,即确定影响系统安全性各个因素的重要程度和好坏程度,用于安全性评比。3 城市轨道交通系统的可靠性工程框架 可靠性工程包括了可靠性与维修性两方面。可靠性工程是指依靠相关的可靠性理论,对具体系统进行的可靠性与维修性设计、分析、试验、评估、改进、提高等工作。对这些工作制定的一系列计划、安排、实施、检查等方案或规章制度统称为可靠性与维修性工程大纲。对这些工作进行的理论或应用研究统称为可靠性研究。可靠性理论的研究主要有可靠性数学、可靠性与维修性模型、可靠性与维修性分析、可靠性与维修性预测与增长、可靠性与维修性试验、可靠性与维修性管理等。而可靠性应用研究是指依靠相关的可靠性理论,对具体系统进行的可靠性设计、分析、试验、评估、改进、提高等。 对于城市轨道交通系统,在设计建造时为了提高各种设备(设施)的可靠性,尤其是列车运行的可靠性,采用了大量的冗余技术和监控系统,在使用时制定有严格的定期或状态维修(维护)制度,以保障设备(设施)的使用可靠性。本文针对城市轨道交通系统的特点,构建了城市轨道交通系统可靠性工程框架,如图3所示。
3.1可靠性技术体系 可靠性技术体系包含了设备(设施)的固有可靠性提高,诊断(检测、监测),可靠性试验(验证)等技术措施。固有可靠性技术包含了冗余、备份等技术措施。城市轨道交通系统按专业可分为车辆设备、线路(车站)设施、通号系统、供电系统、列车自动控制系统等可靠性技术措施。3.2可靠性管理体系 可靠性管理是系统可靠性工程的一个重要组成部分。城市轨道交通系统的可靠性管理体系主要包含可靠性管理组织结构,设备(设施)的验收、维修、维护制度,故障统计、分析、汇报制度等方面。可靠性管理体系的组织结构和信息流程通道可以与安全性的共享(见图2)。3.3维修性技术体系 维修性技术体系包含了设备(设施)的维修策略,故障的检测、诊断、隔离、维修技术措施,以及维修性验证等内容。城市轨道交通系统按专业可分为车辆、线路、供电、通号、车站等的维修(维护)措施。3.4可靠性研究体系城市轨道交通系统的可靠性研究体系主要包括对设备(设施)的可靠性设计、分析、试验、验证、评估、改进,以及对整个系统或各子系统的可靠性分析、评估,维修性试验、验证,建立可靠性模型等内容。在可靠性研究的所有内容中,最基本的是可靠性分析和可靠性评估[6]。目前国内外研究及应用得较成熟的可靠性分析和评估方法或理论主要有故障模式影响及危害性分析、事故树分析、潜在状态分析、共因故障分析、维修性分析等。4结语城市轨道交通系统是一个牵涉到多种技术领域,由多种设备、多种硬软件、多种设施组成的复杂系统。根据国外经验,大型系统全面和完善的安全性、可靠性研究与应用,需要有数十年的经验积累,并且有专门的工作部门专项负责安全性或可靠性的研究与措施的落实。我国在大力建设城市轨道交通系统的同时,必须不断地研究和提高整个系统的安全性与可靠性。本文构建的城市轨道交通安全性与可靠性工程框架,旨在给出一种系统思想,为今后在我国城市轨道交通的建设和运营管理中研究、解决安全性与可靠性问题提供参考。参考文献[1]孙 章,何宗华,徐金祥.城市轨道交通概论[Ｍ].北京:中国铁道出版社,2000.[2]陈 铁,管旭日,孙力彤.城市轨道交通综合安全管理体系研究[Ｊ].城市轨道交通研究,2004(1):16.[3]张殿业,金 键,杨京帅.城市轨道交通安全研究体系[Ｊ].都市快轨交通,2004(4):1.[4]崔艳萍,唐祯敏,武 旭.地铁行车安全保障系统的研究[Ｊ].城市轨道交通研究,2004(5):23.[5]沈斐敏.安全系统工程基础与实践[Ｍ].第2版.北京:煤炭工业出版社,1996.[6]曾天翔,杨先振,王维翰.可靠性及维修性工程手册(上册)[Ｍ].北京:国防工业出版社,1994.
