城市軌道交通系統的安全性與可靠性摘 要 采用系統工程的觀點,闡述城市軌道交通系統安全性與可靠性的概念。探索整體研究軌道交通系統安全性與可靠性的方法,構建城市軌道交通系統安全性與可靠性工程框架以及管理組織結構和信息流程框架,為今后在我國城市軌道交通的建設和運營管理中研究、解決安全性與可靠性問題提供參考。關鍵詞 城市軌道交通,安全性,可靠性 雖然城市軌道交通的安全性與可靠性要遠高于其他交通方式[1],但由于城市軌道交通系統的運營工作牽涉到城市千百萬乘客安全正點出行,對建設和諧社會的影響重大,所以必須不斷地研究和提高整個系統的安全性與可靠性水平。城市軌道交通系統是人-機-環境三方面相互作用的包含多種專業設備(設施)的結構非常復雜的客運系統,它的安全性與可靠性不僅要在規劃、設計、建造時給予充分考慮,并且在運營管理中也要不斷研究、改進和提高;不僅要考慮單個設施(設備)的安全性與可靠性,還需要從系統的角度整體研究其安全性與可靠性問題,發現各種潛在的不安全因素和故障模式,為整個系統的安全運營管理工作和設施(設備)改造計劃提供理論依據。 對于我國城市軌道交通系統的安全性與可靠性研究,目前無論是理論研究還是應用實踐層面,均尚未形成完整的體系[2]。本文采用系統工程的觀點,闡述城市軌道交通系統安全性與可靠性的概念,探索整體研究軌道交通系統安全性與可靠性的方法,構建城市軌道交通系統安全性與可靠性工程框架以及管理組織結構和信息流程框架。1 城市軌道交通系統安全性與可靠性概念1.1安全性與可靠性及其相互關系 安全性與可靠性是兩個不同但又有密切聯系的概念。在理論研究或應用研究領域,安全性與可靠性一般是分開來進行研究的,雖然它們的有些研究方法是一樣的,但并沒有統一的定義標準。一般來講,“安全”表示系統的“完整”與“穩定”狀態,安全性是指系統保持這種狀態的能力。安全狀態被破壞是因為意外事件的發生,即通常講的“事故”發生,其特征指標是人員傷亡、設備財產損失或環境危害的程度。“可靠”表示系統性能的“保證”與“可信賴”,可靠性是指系統性能“保證”與“可信賴”的能力。可靠狀態被破壞是因為自身某些能力的下降或消失,即通常講的出現“故障”,其特征指標是系統某些性能下降或喪失的程度。 當某個系統的可靠性出現下降,則容易出現故障;當故障出現后,不僅造成系統性能的下降,而且可能會導致事故的發生,即系統安全性下降。反之,當有事故發生時,系統性能會下降或無法運轉,此時的事故從可靠性角度講就是故障。所以有時人們將“事故”與“故障”混用,但一般在安全性研究中用“事故”來描述事件,在可靠性研究中用“故障”來描述事件。1.2城市軌道交通系統的安全性與可靠性 對于城市軌道交通系統,安全性指在系統運營過程中,保障“乘客和員工不受傷害以及設備(設施)不遭破壞”的能力;可靠性指在系統運營過程中,保障“乘客準時到達目的地”的能力。通常所講的“保障乘客安全正點旅行”即包含了系統安全性與可靠性兩方面的概念。 保障“乘客和員工不受傷害以及設備(設施)不遭破壞”的能力包含了兩個方面,即不發生意外的安全(ｓａｆｅｔｙ)和免遭破壞的安全(ｓｅｃｕｒｉｔｙ);對應的事故也有兩種,即意外發生的事故(ａｃｃｉｄｅｎｔ)和故意造成的事件(ｉｎｃｉｄｅｎｔ)。 保障“乘客準時到達目的地”的能力也包含了兩個方面:一是運輸容量能力,二是列車按計劃正點運行能力。因乘車人多造成擁擠而導致無法登乘、列車無法準時出發,以及由此引發的后續列車運行延誤和車底周轉延誤屬于前者;因技術或管理原因造成的運營中斷、列車延誤,以及由此引發的后續列車運行延誤和車底周轉延誤,或維修延誤造成的列車運行延誤等屬于后者。 另外,城市軌道交通系統的可靠性也可用保障“乘客方便舒適地旅行”的能力來表示。如車站的乘客引導系統、自動售票機、兌幣機、殘疾人電梯、車箱內飾設施等,這些設備發生故障可能并不影響列車的正點運行,但會給乘客帶來不便或不舒服。此項能力可作為更高一級的可靠性能力,即正點運營可靠性基礎上的服務質量可靠性。1.3城市軌道交通系統安全性與可靠性指標 系統安全性指標可以用整個系統或某條線路的人員傷亡率和設備(設施)損失率來反映保障“乘客和員工不受傷害以及設備(設施)不遭破壞”的能力。 系統可靠性指標可以用整個系統或某條線路的運營可靠度、運營恢復度及運營利用率等來表示保障“乘客準時到達目的地”的能力(具體定義與計算另文闡述)。2城市軌道交通系統的安全性工程框架 安全性工程也可稱為安全系統工程或安全保障體系,內容包括了安全生產、安全管理、安全技術、勞動保護、事故應急與調查處理以及安全性研究等各個方面。對這些工作制定的一系列計劃、安排、實施、檢查等措施方案或規章制度統稱為安全性工程大綱[2]。與這些安全工作相關的理論或應用研究都可以稱為系統安全性研究。所有針對人不安全行為和物不安全狀態的分析、發現、評價、監控、預防, 以及變為事故后的應急、救援、調查、處理等,都是安全性研究的內容。 城市軌道交通系統有許多保障安全運營的技術和管理措施。如上海地鐵運營有限公司管轄的軌道交通系統,技術層面上采用了大量的監視與控制系統(ＡＴＳ,ＡＴＰ,ＦＡＳ,ＳＣＡＤＡ,ＢＡＳ等)及各種維修(維護)措施;管理層面有分級安全管理組織、安全管理制度、運營質量管理體系、設備維護管理系統、管理信息系統、應急預案等機制。這些技術和管理措施以及對它們的研究工作應該按照系統工程的原則建立一個統一的體系。本文針對城市軌道交通系統的結構與運轉特點,構建了城市軌道交通系統安全性工程框架,如圖1所示。
2.1安全技術體系 安全技術體系包含了各種安全保障或事故預防的技術措施,一般在線路設計建造時實現,也可在既有線改造時實施,主要有設備(設施)的固有可靠性提高、冗余、監控、檢測、維護、維修、保護等技術措施;按專業可分為車輛、線路、通號、供電、客運等的安全技術措施;按區域可分為控制中心、列車運行、車站、隧道、橋梁、變電站、車輛段、通號基地等的安全技術措施。2.2安全管理體系 安全管理體系包含了安全管理組織結構、各種安全活動計劃、安全制度等內容。本文根據城市軌道交通系統管理組織結構的現狀,提出了軌道交通系統安全性與可靠性管理組織的結構框架(見圖2)。圖中的安全組織結構為三級安全組織管理體制:公司決策層有分管安全性與可靠性的負責人;中間管理層有專門負責安全性與可靠性的職能部門;各專業分公司操作層有專職安全性與可靠性的責任小組。職能部門負責安全性與可靠性管理制度的制訂及實施情況監督、安全性與可靠性信息管理系統的管理、安全性與可靠性分析評估及預警系統的管理等工作。責任小組負責事故與故障信息的錄入、相關制度執行情況監督等工作。通過安全性與可靠性綜合信息平臺實現安全性與可靠性的動態管理。2.3 事故應急體系 事故應急體系由應急技術與應急管理(應急預案)組成,主要有應急救援、應急運營、應急裝備、事故處理等方面的內容。由于事故應急的重要性以及必須具備快速響應和聯動調度的機制[3],所以列為單獨的一個體系。2.4安全性研究體系 對于城市軌道交通系統,安全性研究體系主要有五個方面的內容:安全技術研究;安全管理研究;事故應急機制及預案研究;事故調查分析;系統安全性分析與評價。安全性研究的核心是發現、分析和評價系統中存在的不安全因素[4],研究和開發各種針對高危險狀態的監控系統、檢測技術、事故預防和應急措施,制定防止不安全因素轉化為事故發生和事故發生后減少損失的安全管理規章制度,以及對這些規章制度的實施、檢查及評價等。 在安全性研究的所有內容中,最基本的是安全性分析和安全性評估[4]。目前國內外研究及應用得較成熟的安全性分析和評估方法或理論主要有初步危害分析、事故樹分析、事件樹分析、因果分析圖法、安全檢查表法、事故致因理論、安全行為論、綜合安全評價、安全管理體系評估法等。這些理論或方法主要可歸納為兩大類:一類為分析類,即發現隱患,識別危險性,尋找原因;另一類為評價類,即確定危險程度或安全程度。而評價又可分為兩類:一類是系統內部各危險行為或狀態的分析評價,確定出各種不安全行為或狀態的危險程度高低,給安全管理工作提供參考;另一類是比較評價,即確定影響系統安全性各個因素的重要程度和好壞程度,用于安全性評比。3 城市軌道交通系統的可靠性工程框架 可靠性工程包括了可靠性與維修性兩方面。可靠性工程是指依靠相關的可靠性理論,對具體系統進行的可靠性與維修性設計、分析、試驗、評估、改進、提高等工作。對這些工作制定的一系列計劃、安排、實施、檢查等方案或規章制度統稱為可靠性與維修性工程大綱。對這些工作進行的理論或應用研究統稱為可靠性研究。可靠性理論的研究主要有可靠性數學、可靠性與維修性模型、可靠性與維修性分析、可靠性與維修性預測與增長、可靠性與維修性試驗、可靠性與維修性管理等。而可靠性應用研究是指依靠相關的可靠性理論,對具體系統進行的可靠性設計、分析、試驗、評估、改進、提高等。 對于城市軌道交通系統,在設計建造時為了提高各種設備(設施)的可靠性,尤其是列車運行的可靠性,采用了大量的冗余技術和監控系統,在使用時制定有嚴格的定期或狀態維修(維護)制度,以保障設備(設施)的使用可靠性。本文針對城市軌道交通系統的特點,構建了城市軌道交通系統可靠性工程框架,如圖3所示。3.1可靠性技術體系 可靠性技術體系包含了設備(設施)的固有可靠性提高,診斷(檢測、監測),可靠性試驗(驗證)等技術措施。固有可靠性技術包含了冗余、備份等技術措施。城市軌道交通系統按專業可分為車輛設備、線路(車站)設施、通號系統、供電系統、列車自動控制系統等可靠性技術措施。3.2可靠性管理體系 可靠性管理是系統可靠性工程的一個重要組成部分。城市軌道交通系統的可靠性管理體系主要包含可靠性管理組織結構,設備(設施)的驗收、維修、維護制度,故障統計、分析、匯報制度等方面。可靠性管理體系的組織結構和信息流程通道可以與安全性的共享(見圖2)。3.3維修性技術體系 維修性技術體系包含了設備(設施)的維修策略,故障的檢測、診斷、隔離、維修技術措施,以及維修性驗證等內容。城市軌道交通系統按專業可分為車輛、線路、供電、通號、車站等的維修(維護)措施。3.4可靠性研究體系城市軌道交通系統的可靠性研究體系主要包括對設備(設施)的可靠性設計、分析、試驗、驗證、評估、改進,以及對整個系統或各子系統的可靠性分析、評估,維修性試驗、驗證,建立可靠性模型等內容。在可靠性研究的所有內容中,最基本的是可靠性分析和可靠性評估[6]。目前國內外研究及應用得較成熟的可靠性分析和評估方法或理論主要有故障模式影響及危害性分析、事故樹分析、潛在狀態分析、共因故障分析、維修性分析等。4結語城市軌道交通系統是一個牽涉到多種技術領域,由多種設備、多種硬軟件、多種設施組成的復雜系統。根據國外經驗,大型系統全面和完善的安全性、可靠性研究與應用,需要有數十年的經驗積累,并且有專門的工作部門專項負責安全性或可靠性的研究與措施的落實。我國在大力建設城市軌道交通系統的同時,必須不斷地研究和提高整個系統的安全性與可靠性。本文構建的城市軌道交通安全性與可靠性工程框架,旨在給出一種系統思想,為今后在我國城市軌道交通的建設和運營管理中研究、解決安全性與可靠性問題提供參考。參考文獻[1]孫 章,何宗華,徐金祥.城市軌道交通概論[Ｍ].北京:中國鐵道出版社,2000.[2]陳 鐵,管旭日,孫力彤.城市軌道交通綜合安全管理體系研究[Ｊ].城市軌道交通研究,2004(1):16.[3]張殿業,金 鍵,楊京帥.城市軌道交通安全研究體系[Ｊ].都市快軌交通,2004(4):1.[4]崔艷萍,唐禎敏,武 旭.地鐵行車安全保障系統的研究[Ｊ].城市軌道交通研究,2004(5):23.[5]沈斐敏.安全系統工程基礎與實踐[Ｍ].第2版.北京:煤炭工業出版社,1996.[6]曾天翔,楊先振,王維翰.可靠性及維修性工程手冊(上冊)[Ｍ].北京:國防工業出版社,1994.
2.1安全技術體系 安全技術體系包含了各種安全保障或事故預防的技術措施,一般在線路設計建造時實現,也可在既有線改造時實施,主要有設備(設施)的固有可靠性提高、冗余、監控、檢測、維護、維修、保護等技術措施;按專業可分為車輛、線路、通號、供電、客運等的安全技術措施;按區域可分為控制中心、列車運行、車站、隧道、橋梁、變電站、車輛段、通號基地等的安全技術措施。2.2安全管理體系 安全管理體系包含了安全管理組織結構、各種安全活動計劃、安全制度等內容。本文根據城市軌道交通系統管理組織結構的現狀,提出了軌道交通系統安全性與可靠性管理組織的結構框架(見圖2)。圖中的安全組織結構為三級安全組織管理體制:公司決策層有分管安全性與可靠性的負責人;中間管理層有專門負責安全性與可靠性的職能部門;各專業分公司操作層有專職安全性與可靠性的責任小組。職能部門負責安全性與可靠性管理制度的制訂及實施情況監督、安全性與可靠性信息管理系統的管理、安全性與可靠性分析評估及預警系統的管理等工作。責任小組負責事故與故障信息的錄入、相關制度執行情況監督等工作。通過安全性與可靠性綜合信息平臺實現安全性與可靠性的動態管理。2.3 事故應急體系 事故應急體系由應急技術與應急管理(應急預案)組成,主要有應急救援、應急運營、應急裝備、事故處理等方面的內容。由于事故應急的重要性以及必須具備快速響應和聯動調度的機制[3],所以列為單獨的一個體系。2.4安全性研究體系 對于城市軌道交通系統,安全性研究體系主要有五個方面的內容:安全技術研究;安全管理研究;事故應急機制及預案研究;事故調查分析;系統安全性分析與評價。安全性研究的核心是發現、分析和評價系統中存在的不安全因素[4],研究和開發各種針對高危險狀態的監控系統、檢測技術、事故預防和應急措施,制定防止不安全因素轉化為事故發生和事故發生后減少損失的安全管理規章制度,以及對這些規章制度的實施、檢查及評價等。 在安全性研究的所有內容中,最基本的是安全性分析和安全性評估[4]。目前國內外研究及應用得較成熟的安全性分析和評估方法或理論主要有初步危害分析、事故樹分析、事件樹分析、因果分析圖法、安全檢查表法、事故致因理論、安全行為論、綜合安全評價、安全管理體系評估法等。這些理論或方法主要可歸納為兩大類:一類為分析類,即發現隱患,識別危險性,尋找原因;另一類為評價類,即確定危險程度或安全程度。而評價又可分為兩類:一類是系統內部各危險行為或狀態的分析評價,確定出各種不安全行為或狀態的危險程度高低,給安全管理工作提供參考;另一類是比較評價,即確定影響系統安全性各個因素的重要程度和好壞程度,用于安全性評比。3 城市軌道交通系統的可靠性工程框架 可靠性工程包括了可靠性與維修性兩方面。可靠性工程是指依靠相關的可靠性理論,對具體系統進行的可靠性與維修性設計、分析、試驗、評估、改進、提高等工作。對這些工作制定的一系列計劃、安排、實施、檢查等方案或規章制度統稱為可靠性與維修性工程大綱。對這些工作進行的理論或應用研究統稱為可靠性研究。可靠性理論的研究主要有可靠性數學、可靠性與維修性模型、可靠性與維修性分析、可靠性與維修性預測與增長、可靠性與維修性試驗、可靠性與維修性管理等。而可靠性應用研究是指依靠相關的可靠性理論,對具體系統進行的可靠性設計、分析、試驗、評估、改進、提高等。 對于城市軌道交通系統,在設計建造時為了提高各種設備(設施)的可靠性,尤其是列車運行的可靠性,采用了大量的冗余技術和監控系統,在使用時制定有嚴格的定期或狀態維修(維護)制度,以保障設備(設施)的使用可靠性。本文針對城市軌道交通系統的特點,構建了城市軌道交通系統可靠性工程框架,如圖3所示。3.1可靠性技術體系 可靠性技術體系包含了設備(設施)的固有可靠性提高,診斷(檢測、監測),可靠性試驗(驗證)等技術措施。固有可靠性技術包含了冗余、備份等技術措施。城市軌道交通系統按專業可分為車輛設備、線路(車站)設施、通號系統、供電系統、列車自動控制系統等可靠性技術措施。3.2可靠性管理體系 可靠性管理是系統可靠性工程的一個重要組成部分。城市軌道交通系統的可靠性管理體系主要包含可靠性管理組織結構,設備(設施)的驗收、維修、維護制度,故障統計、分析、匯報制度等方面。可靠性管理體系的組織結構和信息流程通道可以與安全性的共享(見圖2)。3.3維修性技術體系 維修性技術體系包含了設備(設施)的維修策略,故障的檢測、診斷、隔離、維修技術措施,以及維修性驗證等內容。城市軌道交通系統按專業可分為車輛、線路、供電、通號、車站等的維修(維護)措施。3.4可靠性研究體系城市軌道交通系統的可靠性研究體系主要包括對設備(設施)的可靠性設計、分析、試驗、驗證、評估、改進,以及對整個系統或各子系統的可靠性分析、評估,維修性試驗、驗證,建立可靠性模型等內容。在可靠性研究的所有內容中,最基本的是可靠性分析和可靠性評估[6]。目前國內外研究及應用得較成熟的可靠性分析和評估方法或理論主要有故障模式影響及危害性分析、事故樹分析、潛在狀態分析、共因故障分析、維修性分析等。4結語城市軌道交通系統是一個牽涉到多種技術領域,由多種設備、多種硬軟件、多種設施組成的復雜系統。根據國外經驗,大型系統全面和完善的安全性、可靠性研究與應用,需要有數十年的經驗積累,并且有專門的工作部門專項負責安全性或可靠性的研究與措施的落實。我國在大力建設城市軌道交通系統的同時,必須不斷地研究和提高整個系統的安全性與可靠性。本文構建的城市軌道交通安全性與可靠性工程框架,旨在給出一種系統思想,為今后在我國城市軌道交通的建設和運營管理中研究、解決安全性與可靠性問題提供參考。參考文獻[1]孫 章,何宗華,徐金祥.城市軌道交通概論[Ｍ].北京:中國鐵道出版社,2000.[2]陳 鐵,管旭日,孫力彤.城市軌道交通綜合安全管理體系研究[Ｊ].城市軌道交通研究,2004(1):16.[3]張殿業,金 鍵,楊京帥.城市軌道交通安全研究體系[Ｊ].都市快軌交通,2004(4):1.[4]崔艷萍,唐禎敏,武 旭.地鐵行車安全保障系統的研究[Ｊ].城市軌道交通研究,2004(5):23.[5]沈斐敏.安全系統工程基礎與實踐[Ｍ].第2版.北京:煤炭工業出版社,1996.[6]曾天翔,楊先振,王維翰.可靠性及維修性工程手冊(上冊)[Ｍ].北京:國防工業出版社,1994.
