地鐵軌道隧道段與高架段的安防應(yīng)用分析

　　地鐵軌道建設(shè)類(lèi)別

　　針對(duì)軌道安全，北京市公布《城市軌道交通安全運(yùn)營(yíng)管理辦法》，首次以法規(guī)的形式明確規(guī)定，地鐵車(chē)站內(nèi)不能設(shè)置商業(yè)攤點(diǎn)，擅自進(jìn)入地鐵軌道將被視為危害軌道交通安全;此外，攔截列車(chē)，擅自進(jìn)入軌道線(xiàn)路、隧道等禁止進(jìn)入的區(qū)域，強(qiáng)行上下列車(chē)，向列車(chē)、機(jī)車(chē)、維修工程車(chē)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(yùn)營(yíng)的行為。由此可知，地鐵系統(tǒng)軌道安全部分的安全隱憂(yōu)，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(yùn)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(kāi)平面道路的阻礙達(dá)到快捷運(yùn)輸?shù)脑?，?dāng)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(lèi)型的地鐵軌道路段因機(jī)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(xiàn)供電方式之外，為了減少系統(tǒng)電力線(xiàn)在高架段可能產(chǎn)生天氣或人為因素而斷線(xiàn)，還有為了減少開(kāi)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(lèi)型，它們會(huì)以共同模式存在于不同軌道型式中，也會(huì)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(lái)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(jiàn)的，它不僅發(fā)生在站體內(nèi)月臺(tái)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(hù)，軌道兩旁大樓飄落物及小孩無(wú)意的丟擲物品石頭進(jìn)入軌道區(qū)，都可能使列車(chē)偵測(cè)系統(tǒng)因偵測(cè)到異物而暫停行駛，影響系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)及民眾的行動(dòng)便利。

　　人員入侵軌道區(qū)域

　　人員入侵軌道區(qū)本不應(yīng)該存在，不管車(chē)站站臺(tái)是否有無(wú)屏蔽門(mén)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(jìn)入是一個(gè)高度的危險(xiǎn)事件，是完全不容許發(fā)生的。但往往因?yàn)榭赡艿墓こ叹S護(hù)時(shí)漏洞或由隧道通風(fēng)豎井或是隧道銜接高架段部份結(jié)構(gòu)缺口不當(dāng)入侵，這個(gè)影響比異物掉落軌道影響更大，不只是列車(chē)停駛及時(shí)間擔(dān)誤，這種危害會(huì)造成軌道設(shè)備損壞及人員觸電死亡問(wèn)題。

　　軌道大量進(jìn)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(huì)發(fā)生，發(fā)生機(jī)率小，但多國(guó)地鐵發(fā)生過(guò)此情況，這種危害問(wèn)題發(fā)生在軌道供電的地鐵系統(tǒng)上會(huì)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(yīng)軌(第三或第四軌)上接觸取得電力，若積水過(guò)深會(huì)造成集電靴無(wú)法取得電力使列車(chē)中斷電力而停駛。

　　軌道架空電力線(xiàn)斷落

　　電力線(xiàn)斷落部份造成列車(chē)無(wú)動(dòng)力無(wú)法行駛是一種較少發(fā)生但卻不能說(shuō)不會(huì)發(fā)生的軌道安全問(wèn)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(xiàn)斷落也會(huì)造成供電站或臨近地區(qū)供電發(fā)生問(wèn)題，因此也是一個(gè)必須要納入軌道安全危害考慮的部份。

　　軌道偵測(cè)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(cè)列車(chē)或是軌道本身狀態(tài)的偵測(cè)器，因?yàn)榭赡苁请A段發(fā)展的關(guān)系，有很多偵測(cè)系統(tǒng)不是傳不回信息狀態(tài)就是有故障及整合問(wèn)題，使得列車(chē)在軌道上運(yùn)行時(shí)多半得靠駕駛?cè)藛T的回報(bào)才能掌握軌道信息，若是無(wú)人計(jì)算機(jī)操作控制的列車(chē)就可能發(fā)生列車(chē)追撞事件。

　　軌道電力站故障

　　重大的危害問(wèn)題之一，特別是因?yàn)檐壍拦╇姺绞降牡罔F軌道系統(tǒng)，采用約1500V直流供電較多，不像22KV架空電力供應(yīng)可以很長(zhǎng)一段距離才設(shè)置一個(gè)電力站，因此在軌道上會(huì)有很多供電站點(diǎn)，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(shí)停車(chē)的危害事件，這也是軌道安全在高架及隧道段最在意的問(wèn)題。

　　隧道段軌道區(qū)排煙通風(fēng)不良

　　地鐵系統(tǒng)約有80%以上軌道路段在地下，因此對(duì)隧道段內(nèi)通風(fēng)及溫度和一氧化碳濃度的偵測(cè)有其重要性，過(guò)去地鐵運(yùn)營(yíng)初期也確實(shí)因?yàn)橥L(fēng)不良而產(chǎn)生過(guò)地鐵乘員產(chǎn)生身體不適的問(wèn)題，但更重要的是隧道內(nèi)溫度過(guò)高的危險(xiǎn)性，可能使設(shè)備故障或是引發(fā)火災(zāi)，因此通風(fēng)與散熱問(wèn)題也是很重要的危害因子。

　　軌道逐漸變形磨耗問(wèn)題

　　這是一般搭乘旅客較不在意的問(wèn)題，但對(duì)地鐵運(yùn)輸而言，軌道漸次變形是很?chē)?yán)重的問(wèn)題，因?yàn)榈罔F系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)有考慮到車(chē)輪與軌道磨耗問(wèn)題，可以利用材料磨損計(jì)算預(yù)估推算，但往往由于運(yùn)營(yíng)量的大小問(wèn)題使得這個(gè)計(jì)算推論不是能夠那么準(zhǔn)確的落在預(yù)估點(diǎn)或推論時(shí)間，但若疏忽對(duì)軌道產(chǎn)生應(yīng)力變化可能帶來(lái)危險(xiǎn)是很可怕的，因此車(chē)載重與軌道磨耗也是一個(gè)軌道安全要關(guān)注的重點(diǎn)。

　　軌道隧道段缺乏緊急照明與逃生引導(dǎo)措施

　　這是軌道安全問(wèn)題中的大問(wèn)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(chē)停駛事件時(shí)，逃生引導(dǎo)及緊急照明就成了非常重要的軌道安全措施，過(guò)去有幾次新的地鐵試營(yíng)運(yùn)時(shí)因?yàn)橄到y(tǒng)的不穩(wěn)定發(fā)生系統(tǒng)當(dāng)機(jī)的情況，當(dāng)事件發(fā)生后地鐵人員必須在高架及隧道段緊急開(kāi)啟車(chē)廂引導(dǎo)乘客離開(kāi)車(chē)廂至最進(jìn)的車(chē)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(jìn)，還有在高架段上沿軌道旁維修步道拖著行李前進(jìn)到最近車(chē)站的危險(xiǎn)畫(huà)面，這些說(shuō)明這照明與逃生引導(dǎo)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(gè)軌道安全技術(shù)性問(wèn)題，由于軌道供電方式在電力回流時(shí)會(huì)在軌道對(duì)地間產(chǎn)生一個(gè)回流電流因此很容易對(duì)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(wèn)題的發(fā)生與防治。

　　以上是我們?cè)谲壍佬褪缴纤吹降牟煌踩檻]內(nèi)容，這些不同于我們平常所討論的地鐵車(chē)站或列車(chē)車(chē)廂安全問(wèn)題，但其實(shí)應(yīng)該是地鐵軌道本身要重視的安全項(xiàng)目，那這些不同于一般安全項(xiàng)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(gè)地鐵軌道安全危害問(wèn)題的防治很復(fù)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(cè)及收集反應(yīng)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(guān)的方式，它可以通過(guò)遠(yuǎn)距離監(jiān)控視頻畫(huà)面對(duì)可能發(fā)生如軌道異物掉落或積雪積水進(jìn)行監(jiān)視。另外搭配低光夜視和視頻分析與辨識(shí)(IVA)系統(tǒng)可以針對(duì)軌道在隧道口及高架銜接處的一些重點(diǎn)區(qū)域?qū)θ肭值娜藛T進(jìn)行快速的圖像辨識(shí)與行為分析，可以再利用聲音采集系統(tǒng)進(jìn)行雙向的對(duì)話(huà)及告警，必要時(shí)在以遠(yuǎn)程廣播喇叭發(fā)出告警訊息以達(dá)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(guò)軌道布放的光纖電纜傳輸實(shí)時(shí)的視頻，并可以通過(guò)PTZ功能對(duì)軌道異物及入侵人員進(jìn)行細(xì)部觀(guān)察監(jiān)控。

　　月臺(tái)屏蔽門(mén)及軌道旁光纖圍籬偵測(cè)器

　　月臺(tái)屏蔽門(mén)(Screen Door)在目前各國(guó)使用于地鐵車(chē)站內(nèi)的效果是不容置疑的，它可以配合列車(chē)的到站與離站來(lái)控制屏蔽門(mén)的開(kāi)關(guān)，很多地鐵車(chē)站在月臺(tái)加裝屏蔽門(mén)之后，除非是人員疏忽放行不然幾乎沒(méi)有再發(fā)生過(guò)由月臺(tái)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(dòng)等早期偵測(cè)設(shè)備，可以在人員入侵時(shí)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(yuǎn)程資料收集器

　　通過(guò)風(fēng)力、積水、積雪及雨量等不同資料收集器，將強(qiáng)風(fēng)、積水、積雪狀態(tài)透過(guò)收集器以RS-232轉(zhuǎn)換為T(mén)CP/IP信號(hào)再以光纖傳輸器將信號(hào)數(shù)據(jù)傳回行車(chē)控制中心進(jìn)行分析，目前這種有線(xiàn)方式是最為穩(wěn)定可靠的方式，當(dāng)然也有部份系統(tǒng)會(huì)采用無(wú)線(xiàn)搖控?cái)?shù)據(jù)收集方式，但基本上目前所有地鐵機(jī)電控制系統(tǒng)包含列車(chē)控制都以有線(xiàn)控制為主，目前一個(gè)光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)界面(FOT)或網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)(SFP Switch)可同時(shí)接收數(shù)字視頻、RS-232/422/485及多組的N.O/N.C點(diǎn)，對(duì)軌道監(jiān)控可以應(yīng)用各種遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)視頻與控制的雙向傳送。

　　軌道損耗與列車(chē)輪軸承載狀態(tài)偵測(cè)軟件

　　這是一種新的軟件與遠(yuǎn)程列車(chē)信息結(jié)合的運(yùn)用，過(guò)去是以國(guó)外廠(chǎng)商為主的供應(yīng)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(chē)輪軸承載狀況監(jiān)控系統(tǒng)，廠(chǎng)商研發(fā)的復(fù)合傳感器、超諧振聲學(xué)共振解調(diào)傳感器、總接線(xiàn)盒、裝置主機(jī)、副機(jī)、故障診斷檢測(cè)機(jī)、診斷站和軟件專(zhuān)家系統(tǒng)等，形成了對(duì)地鐵機(jī)車(chē)車(chē)輛從車(chē)上到地面，從整車(chē)到部件，從機(jī)械到電器，從運(yùn)用到維修的“立體”安全監(jiān)測(cè)體系，極大地保障了機(jī)車(chē)運(yùn)行安全，大大減少和避免了運(yùn)輸事故的發(fā)生，提高了鐵路運(yùn)行的安全。這種裝置還可以在列車(chē)行駛過(guò)程中，將列車(chē)與軌道接合的密合度磨擦系數(shù)與列車(chē)輪軸承載壓力變化及列車(chē)在軌道彎道部份的重心偏移度，通過(guò)數(shù)據(jù)回傳后再分析以提早了解列車(chē)與軌道的磨耗情況，避免軌道或列車(chē)發(fā)生過(guò)度磨耗危及行車(chē)安全。

　　軌道行車(chē)偵測(cè)器

　　在軌道的沿線(xiàn)裝設(shè)有列車(chē)偵測(cè)器，可以收集目前軌道上所有列車(chē)的行車(chē)間距、車(chē)速及列車(chē)電力電流量，因?yàn)榇筮\(yùn)量地鐵系統(tǒng)仍是人工駕駛操作為主，可以輔助電連車(chē)駕駛對(duì)車(chē)速及前后方列車(chē)監(jiān)距與車(chē)速的掌控，通過(guò)這個(gè)機(jī)制地鐵系統(tǒng)才得以不發(fā)生追車(chē)追撞情況。同時(shí)在車(chē)上也應(yīng)該有APS自動(dòng)電力供應(yīng)及ATS自動(dòng)列車(chē)警誓煞車(chē)功能，以避免追撞及無(wú)電力供應(yīng)時(shí)自動(dòng)列車(chē)運(yùn)行要求。

　　軌道信號(hào)燈標(biāo)志監(jiān)控系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)為提供行車(chē)控制中心在列車(chē)行經(jīng)各車(chē)站及轉(zhuǎn)轍段時(shí)的信號(hào)燈狀態(tài)掌控，過(guò)去有太多地鐵駕駛在人手操作信號(hào)燈標(biāo)志時(shí)代，在燈號(hào)變換未完成下，即有將列車(chē)開(kāi)動(dòng)情況，對(duì)列車(chē)監(jiān)距及行車(chē)安全造成影響，但因燈號(hào)都為計(jì)算機(jī)操控，所以一套對(duì)所有信號(hào)燈標(biāo)志狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控的機(jī)制也是確保軌道安全的重要作為。

　　隧道軌道光纖溫度偵測(cè)及通風(fēng)排煙消防系統(tǒng)

　　確保整個(gè)地鐵軌道安全的特大重點(diǎn)項(xiàng)目，尤其是隧道段的軌道部份通風(fēng)排煙及緊急照明，過(guò)去也發(fā)生過(guò)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(chē)通過(guò)軌道時(shí)的速度過(guò)快產(chǎn)生高溫，因此在車(chē)速上各國(guó)都有嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)為了偵測(cè)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(chē)來(lái)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(fēng)與排煙監(jiān)控功能更是軌道安全不可少的監(jiān)控機(jī)制。

　　結(jié)語(yǔ)

　　針對(duì)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(jì)發(fā)展的動(dòng)脈，地鐵軌道交通承擔(dān)著城市廣大民眾與物資運(yùn)輸?shù)陌踩蝿?wù);同時(shí)，城市軌道交通發(fā)展已接近完善階段，許多城市正在或準(zhǔn)備建設(shè)地鐵。地鐵安全不應(yīng)該單是探討車(chē)站或車(chē)廂安全，軌道安全也應(yīng)該是當(dāng)務(wù)之急。面對(duì)這種安全需求，軌道安全作為研究及推廣應(yīng)用就顯得尤為重要。