地鐵軌道隧道段與高架段的安防應用分析

　　地鐵軌道建設(shè)類別

　　針對軌道安全，北京市公布《城市軌道交通安全運營管理辦法》，首次以法規(guī)的形式明確規(guī)定，地鐵車站內(nèi)不能設(shè)置商業(yè)攤點，擅自進入地鐵軌道將被視為危害軌道交通安全;此外，攔截列車，擅自進入軌道線路、隧道等禁止進入的區(qū)域，強行上下列車，向列車、機車、維修工程車以及其他設(shè)施投擲物品等9種行為將被視為危害城市軌道交通安全運營的行為。由此可知，地鐵系統(tǒng)軌道安全部分的安全隱憂，讓政府單位不得不正視軌道安全的規(guī)范。

　　地鐵軌道的建設(shè)型式有哪些呢?地鐵是大眾捷運系統(tǒng)的一部份，在建設(shè)上采用隧道以及高架兩種方式，這也是地鐵軌道得以避開平面道路的阻礙達到快捷運輸?shù)脑?，當然也有些城市地鐵系統(tǒng)行駛于地平面上，但畢竟是少數(shù)且其環(huán)境特殊。這兩種類型的地鐵軌道路段因機電系統(tǒng)的差異不同也有不同的軌道結(jié)構(gòu)型式，除了我們熟知的架空電力線供電方式之外，為了減少系統(tǒng)電力線在高架段可能產(chǎn)生天氣或人為因素而斷線，還有為了減少開挖及降低凈空空間需求，軌道供電方式盛行于地鐵系統(tǒng)中。不論是哪一種結(jié)構(gòu)，地鐵軌道都存在一些已知或未知的安全危害因素，這些因素也因軌道的型式、結(jié)構(gòu)及路段不同而有不同程度的安全顧慮存在。

　　地鐵軌道有何安全顧慮特性

　　軌道安全顧慮有很多種不同類型，它們會以共同模式存在于不同軌道型式中，也會以特定的模式行為存在于不同的軌道路段或型式上，我們就分別來看這些共同與不同的軌道安全顧慮內(nèi)容有那些危害與影響。

　　軌道不明掉落物

　　不明物體掉落軌道是地鐵軌道事件中最多也最常見的，它不僅發(fā)生在站體內(nèi)月臺區(qū)，更多是發(fā)生在地面高架軌道及地下軌道銜接地面高架段的區(qū)域，由于缺乏完整的覆蓋保護，軌道兩旁大樓飄落物及小孩無意的丟擲物品石頭進入軌道區(qū)，都可能使列車偵測系統(tǒng)因偵測到異物而暫停行駛，影響系統(tǒng)的運營及民眾的行動便利。

　　人員入侵軌道區(qū)域

　　人員入侵軌道區(qū)本不應該存在，不管車站站臺是否有無屏蔽門或軌道旁圍籬，都還有監(jiān)控設(shè)備及人員把關(guān)，隧道及高架段人員進入是一個高度的危險事件，是完全不容許發(fā)生的。但往往因為可能的工程維護時漏洞或由隧道通風豎井或是隧道銜接高架段部份結(jié)構(gòu)缺口不當入侵，這個影響比異物掉落軌道影響更大，不只是列車停駛及時間擔誤，這種危害會造成軌道設(shè)備損壞及人員觸電死亡問題。

　　軌道大量進水積水

　　這種情況通常出現(xiàn)在大雨天氣不佳，加上高架軌道上排水系統(tǒng)堵塞才會發(fā)生，發(fā)生機率小，但多國地鐵發(fā)生過此情況，這種危害問題發(fā)生在軌道供電的地鐵系統(tǒng)上會造成較大的麻煩，由于軌道供電的方式是采用集電靴在電力供應軌(第三或第四軌)上接觸取得電力，若積水過深會造成集電靴無法取得電力使列車中斷電力而停駛。

　　軌道架空電力線斷落

　　電力線斷落部份造成列車無動力無法行駛是一種較少發(fā)生但卻不能說不會發(fā)生的軌道安全問題，且由于架空電力與軌道供電大為不同，軌道供電為直流低電壓方式，而架空為高壓方式，因此架空線斷落也會造成供電站或臨近地區(qū)供電發(fā)生問題，因此也是一個必須要納入軌道安全危害考慮的部份。

　　軌道偵測系統(tǒng)故障

　　目前各種軌道系統(tǒng)都或多或少在軌道上裝置有一些偵測列車或是軌道本身狀態(tài)的偵測器，因為可能是階段發(fā)展的關(guān)系，有很多偵測系統(tǒng)不是傳不回信息狀態(tài)就是有故障及整合問題，使得列車在軌道上運行時多半得靠駕駛?cè)藛T的回報才能掌握軌道信息，若是無人計算機操作控制的列車就可能發(fā)生列車追撞事件。

　　軌道電力站故障

　　重大的危害問題之一，特別是因為軌道供電方式的地鐵軌道系統(tǒng)，采用約1500V直流供電較多，不像22KV架空電力供應可以很長一段距離才設(shè)置一個電力站，因此在軌道上會有很多供電站點，但設(shè)備一多故障率就跟著高，一旦發(fā)生故障就可能產(chǎn)生臨時停車的危害事件，這也是軌道安全在高架及隧道段最在意的問題。

　　隧道段軌道區(qū)排煙通風不良

　　地鐵系統(tǒng)約有80%以上軌道路段在地下，因此對隧道段內(nèi)通風及溫度和一氧化碳濃度的偵測有其重要性，過去地鐵運營初期也確實因為通風不良而產(chǎn)生過地鐵乘員產(chǎn)生身體不適的問題，但更重要的是隧道內(nèi)溫度過高的危險性，可能使設(shè)備故障或是引發(fā)火災，因此通風與散熱問題也是很重要的危害因子。

　　軌道逐漸變形磨耗問題

　　這是一般搭乘旅客較不在意的問題，但對地鐵運輸而言，軌道漸次變形是很嚴重的問題，因為地鐵系統(tǒng)設(shè)計時有考慮到車輪與軌道磨耗問題，可以利用材料磨損計算預估推算，但往往由于運營量的大小問題使得這個計算推論不是能夠那么準確的落在預估點或推論時間，但若疏忽對軌道產(chǎn)生應力變化可能帶來危險是很可怕的，因此車載重與軌道磨耗也是一個軌道安全要關(guān)注的重點。

　　軌道隧道段缺乏緊急照明與逃生引導措施

　　這是軌道安全問題中的大問題，由于大部份地鐵系統(tǒng)都以地下化隧道為主，因此一旦發(fā)生緊急事故或列車停駛事件時，逃生引導及緊急照明就成了非常重要的軌道安全措施，過去有幾次新的地鐵試營運時因為系統(tǒng)的不穩(wěn)定發(fā)生系統(tǒng)當機的情況，當事件發(fā)生后地鐵人員必須在高架及隧道段緊急開啟車廂引導乘客離開車廂至最進的車站疏散避難，但這幾次的事件中給人最深刻的印象就是乘客自行在照明不足的隧道中延軌道摸黑行進，還有在高架段上沿軌道旁維修步道拖著行李前進到最近車站的危險畫面，這些說明這照明與逃生引導在軌道安全中的必要行。

　　軌道供電散雜電流影響安全

　　這是一個軌道安全技術(shù)性問題，由于軌道供電方式在電力回流時會在軌道對地間產(chǎn)生一個回流電流因此很容易對地下隧道內(nèi)的設(shè)備產(chǎn)生電腐蝕作用使設(shè)備故障，因此不論在哪一種型式軌道，都必須要考慮這種問題的發(fā)生與防治。

　　以上是我們在軌道型式上所看到的不同安全顧慮內(nèi)容，這些不同于我們平常所討論的地鐵車站或列車車廂安全問題，但其實應該是地鐵軌道本身要重視的安全項目，那這些不同于一般安全項目的部份又有哪些作為可以防范與管控呢?

　　地鐵軌道在高架與隧道段的安防作為

　　要做到上述十個地鐵軌道安全危害問題的防治很復雜，它不是單一安防系統(tǒng)可以覆蓋解決，需要用到各種不同的設(shè)備器材及傳輸偵測及收集反應等措施。

　　CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　CCTV視頻監(jiān)控系統(tǒng)是最優(yōu)先最直觀的方式，它可以通過遠距離監(jiān)控視頻畫面對可能發(fā)生如軌道異物掉落或積雪積水進行監(jiān)視。另外搭配低光夜視和視頻分析與辨識(IVA)系統(tǒng)可以針對軌道在隧道口及高架銜接處的一些重點區(qū)域?qū)θ肭值娜藛T進行快速的圖像辨識與行為分析，可以再利用聲音采集系統(tǒng)進行雙向的對話及告警，必要時在以遠程廣播喇叭發(fā)出告警訊息以達到先警告制止的目的，再盡速配合工作人員驅(qū)離入侵人員或清除掉落異物。視頻系統(tǒng)通過軌道布放的光纖電纜傳輸實時的視頻，并可以通過PTZ功能對軌道異物及入侵人員進行細部觀察監(jiān)控。

　　月臺屏蔽門及軌道旁光纖圍籬偵測器

　　月臺屏蔽門(Screen Door)在目前各國使用于地鐵車站內(nèi)的效果是不容置疑的，它可以配合列車的到站與離站來控制屏蔽門的開關(guān)，很多地鐵車站在月臺加裝屏蔽門之后，除非是人員疏忽放行不然幾乎沒有再發(fā)生過由月臺能入侵隧道軌道區(qū)的情事。而軌道在與地面或高架段銜接處，由于地鐵系統(tǒng)疏忽的隧道口或平面軌道區(qū)域可以采用圍籬加裝光纖振動等早期偵測設(shè)備，可以在人員入侵時可以配合影音采集監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)予以掌控及驅(qū)離。

　　軌道環(huán)境遠程資料收集器

　　通過風力、積水、積雪及雨量等不同資料收集器，將強風、積水、積雪狀態(tài)透過收集器以RS-232轉(zhuǎn)換為TCP/IP信號再以光纖傳輸器將信號數(shù)據(jù)傳回行車控制中心進行分析，目前這種有線方式是最為穩(wěn)定可靠的方式，當然也有部份系統(tǒng)會采用無線搖控數(shù)據(jù)收集方式，但基本上目前所有地鐵機電控制系統(tǒng)包含列車控制都以有線控制為主，目前一個光纖傳輸網(wǎng)絡界面(FOT)或網(wǎng)絡交換機(SFP Switch)可同時接收數(shù)字視頻、RS-232/422/485及多組的N.O/N.C點，對軌道監(jiān)控可以應用各種遠程數(shù)據(jù)視頻與控制的雙向傳送。

　　軌道損耗與列車輪軸承載狀態(tài)偵測軟件

　　這是一種新的軟件與遠程列車信息結(jié)合的運用，過去是以國外廠商為主的供應方式與系統(tǒng)鏈接，但在這兩年已有成功的研制自有軌道及列車輪軸承載狀況監(jiān)控系統(tǒng)，廠商研發(fā)的復合傳感器、超諧振聲學共振解調(diào)傳感器、總接線盒、裝置主機、副機、故障診斷檢測機、診斷站和軟件專家系統(tǒng)等，形成了對地鐵機車車輛從車上到地面，從整車到部件，從機械到電器，從運用到維修的“立體”安全監(jiān)測體系，極大地保障了機車運行安全，大大減少和避免了運輸事故的發(fā)生，提高了鐵路運行的安全。這種裝置還可以在列車行駛過程中，將列車與軌道接合的密合度磨擦系數(shù)與列車輪軸承載壓力變化及列車在軌道彎道部份的重心偏移度，通過數(shù)據(jù)回傳后再分析以提早了解列車與軌道的磨耗情況，避免軌道或列車發(fā)生過度磨耗危及行車安全。

　　軌道行車偵測器

　　在軌道的沿線裝設(shè)有列車偵測器，可以收集目前軌道上所有列車的行車間距、車速及列車電力電流量，因為大運量地鐵系統(tǒng)仍是人工駕駛操作為主，可以輔助電連車駕駛對車速及前后方列車監(jiān)距與車速的掌控，通過這個機制地鐵系統(tǒng)才得以不發(fā)生追車追撞情況。同時在車上也應該有APS自動電力供應及ATS自動列車警誓煞車功能，以避免追撞及無電力供應時自動列車運行要求。

　　軌道信號燈標志監(jiān)控系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)為提供行車控制中心在列車行經(jīng)各車站及轉(zhuǎn)轍段時的信號燈狀態(tài)掌控，過去有太多地鐵駕駛在人手操作信號燈標志時代，在燈號變換未完成下，即有將列車開動情況，對列車監(jiān)距及行車安全造成影響，但因燈號都為計算機操控，所以一套對所有信號燈標志狀態(tài)進行監(jiān)控的機制也是確保軌道安全的重要作為。

　　隧道軌道光纖溫度偵測及通風排煙消防系統(tǒng)

　　確保整個地鐵軌道安全的特大重點項目，尤其是隧道段的軌道部份通風排煙及緊急照明，過去也發(fā)生過很多次隧道內(nèi)軌道部份由于溫度高而引發(fā)燃燒的情況，由于列車通過軌道時的速度過快產(chǎn)生高溫，因此在車速上各國都有嚴格標準，同時為了偵測隧道內(nèi)環(huán)境溫度變化，必須采用敏感度較高的光纖溫度感知器，以避免因列車來往造成的溫度上升誤判，軌道消防本就是軌道安全的優(yōu)先部份。另外通風與排煙監(jiān)控功能更是軌道安全不可少的監(jiān)控機制。

　　結(jié)語

　　針對軌道安全的部分不只上述所列的，軌道交通安全特別是地鐵交通，是城市經(jīng)濟發(fā)展的動脈，地鐵軌道交通承擔著城市廣大民眾與物資運輸?shù)陌踩蝿?同時，城市軌道交通發(fā)展已接近完善階段，許多城市正在或準備建設(shè)地鐵。地鐵安全不應該單是探討車站或車廂安全，軌道安全也應該是當務之急。面對這種安全需求，軌道安全作為研究及推廣應用就顯得尤為重要。