日本鐵路防災系統對我國鐵路的啟示

劉 俊

（鐵道部 運輸局，北京 100844）

日本鐵路防災系統對我國鐵路的啟示

劉 俊

（鐵道部 運輸局，北京 100844）

在闡述日本鐵路綜合防災系統建設情況的基礎上，分析了北海道調度所綜合防災系統、九州新干線防災系統設置、JR九州新干線防災列車開行限制條件、函館調度所青函隧道防災監測系統。結合我國高速鐵路建設情況，提出完善大風監測報警系統、構建大雪防災系統、試點建設地震早期報警系統、構建信息完善的綜合防災系統和完善防災相關配套設施等建設我國鐵路綜合防災系統的建議。

日本鐵路；防災系統；新干線；安全

日本第一條新干線于 1964 年 10 月1日開通運營，截至 2011 年3月新干線里程達到 2 874.1 km，列車最高時速為 300 km，到 2013 年將達到 320 km。正在建設中的新干線有 552 km，計劃建設的新干線有533 km，新干線建設將在2017年前全部完成。2011 年3 月 11 日日本發生了 9.0 級大地震，在如此強震下日本新干線并未造成重大災害，充分顯示了日本鐵路在防災系統建設方面的顯著成效，同時也為我國鐵路綜合防災系統的建設提供了有益的借鑒。

1 日本鐵路綜合防災系統建設概況

1.1 鐵路綜合防災系統建設背景與指導思想

日本是個災害頻發的國家，自然環境條件非常不利，鐵路多在山區穿行，容易受到落石、滑坡、雪崩、地震等災害影響。日本每年 6—7 月份是臺風、降雨季節，平均每月有 10.8 個臺風接近，2.6 個臺風登陸。日本國土 75% 是山地，平地大多是軟土性質的沖積層，水源到河口的落差大，下雨容易引起急流，發生水災。

日本鐵路構建綜合防災系統的指導思想是當災害發生后，防災系統能第一時間發出預警或采取動作，使正在運行的列車停車或降速，最大程度地減少災害引發的列車運行人身傷亡事故；通過制定災害發生后的行車規則，或者及時監測到災害，以避免事故的發生。

鐵路應對災害的辦法包括對邊坡、坡面進行防護；修建擋風墻；對主要橋梁等設施進行抗震加固；在斜坡旁建防落石網；安放風速計監測；設置落石檢測線 (監測落石侵限)。另外，在日本鐵路沿線多處設置了地震儀，其發出的速報信息為全社會共享。自 2006 年起，日本國土交通省對每日乘降1萬人以上的車站進行抗震加固，這些車站在大災時還將兼顧野戰醫院和信息發布場所的作用。

1.2 綜合防災系統的構成

綜合防災系統 (ARISS) 是指自然災害報警系統和因特定需要而設置的安全報警系統，包括地震檢測系統、臺風預警系統、雨量超標報警、落石報警、積雪深度計、水位報警等，主要是防地震、防臺風、防海潮、防落石、防積雪等預警系統，還有針對海底隧道鐵路的涌水、火災報警系統。這些系統都與運輸調度指揮中心連接，第一時間向鐵路調度系統反饋監測數據或報警信息。

日本在鐵路沿線設置自然災害報警系統，并且當自然災害襲來時通過切斷供電電源或經自動控制系統控制列車減速運行，其中最為完善的是新干線早期地震預警系統和臺風預警系統。當地震儀監測到里氏4級以上，并且有列車處于地震影響范圍內時，能及時控制變電所停止向接觸網供電使列車停車。在各公司調度指揮中心都建設有完備的安全防災監控系統，各個防災監測點采集到的地震、風速、降雨等信息能實時傳輸至調度指揮中心，一旦達到設定警戒線就會自動報警，根據設定程序觸發設備動作或提示調度員及時采取相應措施。

新干線的臺風預警系統除與氣象部門聯網外，還在易受風害的主要地段設置風速儀，監測沿線風速變化情況。當風速達到一定程度后，自動通知列車減速或停止運行。

除此之外，日本對新干線的洪水和降雪災害也十分重視。除防洪水設計定為 50～100 年一遇的標準外，還規定了在不同的小時降雨量和連續降雨量條件下，新干線列車以不同允許速度運行的標準。對于新干線降雪時的對策，除采用灑水除雪、自動溫水融雪、人工清除車底積雪 (在車站) 等對策以外，不同的降雪條件下對列車速度也有限制。

2 日本鐵路綜合防災系統的應用

2.1 北海道調度所綜合防災系統

（1）大風監測系統。臺風在日本比較頻繁，因此對大風的監測相當細致，如對橋梁的某些區段進行危險風向監測，以判定不同風向對列車運行的影響。在調度區段內同一個風速對應的列車限速值不同，主要是在特殊地段如風口、橋梁等處進行了特殊設置，并且有些區段設置了擋風墻或聲屏障，對此監測系統有不同的風速預警值。例如，JR北海道公司既有線的江別地區，可分別查詢車站當前風速、各站風速情況一覽、江別站階段風速、危險風向參考圖等內容。

（2）雨量、水位監測系統。日本在重點鐵路橋梁設置了水位監測裝置，如JR北海道公司的水位監測設備設定當水位上升至距離橋梁 1.5 m 時警戒、1 m 時列車降速、0.5 m 時列車停運。

（3）軌溫監測系統。軌溫監測系統實時監測鋼軌溫度，及時提供預警信息。

（4）降雪災害預警系統。①積雪深度儀。其主要原理是采用超聲波探測設置地點的積雪深度，向系統終端反饋積雪深度情況。②固定除雪設備。除雪灑水器用于在區間向鋼軌噴灑溫水去除鋼軌及道心的冰雪。快速除雪裝置設置在道岔區段，通過向道岔噴灑溫水，溶解冰雪。這些設備是固定安置的。③移動除雪設備。在經常降大雪的地區還配備有專業除雪車，其在鋼軌上運行時將積雪向線路兩側鏟除。JR北海道公司在雪深預報為 10 cm 時，安排除雪車出動掃雪。④車輛的應對裝置。列車的車頭安置鏟雪器，將積雪鏟向線路兩側；車門安置加熱裝置，防止車門積雪凍結；在車底部安置車罩結構，防止車下機器設備積雪；在車底部涂有特殊涂料，使卷起的積雪不易附著在上面；司機駕駛臺擋風玻璃采用耐寒、防結霜材料。

（5）地震檢測系統。目前，日本鐵路既有線平均 15 km 設置一個地震儀，新干線平均 13 km 設置一個地震儀。地震儀檢測到的地震信息，既有線傳輸至調度指揮中心，由調度員操作使列車降速或停車，新干線直接傳至變電站進行自動斷電操作。日本的地震早期警報系統到目前有四代產品。第一代系統只能檢測S波，第四代系統能檢測P波和S波，計算出震源位置，在P波來到2秒內計算出震級，并備有斷電后的蓄電池裝置，以保證其良好的工作狀態。第四代地震早期報警系統與氣象臺的地震儀信息通過網絡互通共享。地震儀的設置及P波、S 波檢測如圖1所示，地震信息傳輸與列車控制原理如圖2所示。

2.2 九州新干線防災系統設置

（1）地震監測設備。該設備的沿線監測點在變電所、電區分所附近設置；海岸監測點在過去大地震、震源附近場所設置，另外還有中繼所。

（2）雨量警報裝置。該裝置主要設置在路堤、路塹、隧道的出入口。

（3）河川水位警報裝置。該裝置主要設置在上游有水庫、橋梁梁下空間較小的地方。

（4）風向、風速監視裝置。該裝置主要設置在河川流域、風力集中場所、突發大風的場所。

（5）滑坡警報裝置。該裝置設置在有可能發生滑坡的地方。

（6）軌道溫度報警裝置。該裝置設置在易發生軌溫變化的地方，如有砟軌道與無砟軌道的結合處。

（7）侵入限界報警裝置。該裝置設置在新干線與既有線并行，或者與既有線、公路相互交叉的地方，防止既有線車輛、貨物侵限。

2.3 JR 九州新干線防災列車開行限制條件

（1）地震監測。災害狀況在 40～80 g al 時，列車停車后再開；在 80～120 gal 時，列車停車車上檢查后再開；在 120 gal 以上時，列車停車下車檢查后再開。

（2）雨量報警。當r＝25 mm (r為時間雨量)且R＝130 mm (R為連續雨量) 或r＝35 mm 或R＝160 mm 時，列車限速 160 km/h；r＝35 mm 且R＝150 mm 或r＝45 mm 或R＝160 mm 時，列車限速 70 km/ h；r＝50 mm 且R＝200 mm 或r＝60 mm 或R＝250 mm 時，列車停止運行。

（3）風速監測。風速在 20～25 m/s 時，列車限速 160 km/h；風速在 25～30 m/s 時，列車限速 70 km/h；風速在 30 m/s 以上時，列車停止運行。

（4）軌溫報警。軌溫在 50～55℃ 時，列車限速 160 km/h；軌溫在 55～60℃ 時，列車限速 70 km/h。

2.4 函館調度所青函隧道防災監測系統

青函隧道 (青森—函館) 是一個跨海海底隧道，于 1964 年開始施工建設，1988 年開通運營，全長 53.85 km，最深處位于海底 240 m (其中海水深度 140 m，隧道距海底100 m)。由于北海道地區既有線采用 1 067 mm 窄軌鐵路，在設計初期就考慮到新干線的公用問題 (新干線為 1 435 mm 軌距)，預留了第三軌的位置 (最高允許速度 260 km/h)。隧道包括主隧道、先導坑道 (調研地質用)、作業坑道(施工用) 等，坑道之間橫向連通，設有排水基地，用于排除地面涌水。

JR北海道函館調度所負責青函隧道的行車及相關調度指揮工作，函館調度所的青函隧道工況監視大屏如圖3所示，從屏幕上可看到列車占用、風向風速、電力等設備工況情況。

（1）青函隧道變形監視報警裝置。隧道變形以1/104 mm 為單位進行測量，從建成通車以來未監測到任何變形，說明地震對隧道的影響不大。整條隧道共設有 27 處地震監測設備，百分之一毫米的變形表示隧道達到使用極限，百分之二毫米的變形表示隧道已經被損壞，不能繼續使用。

（2）青函隧道涌水監視裝置。由于隧道有部分是和地表相連接的，所以每天都有大量的涌水進入隧道，對涌水的監測和處理也是確保隧道安全的重要工作。全部隧道共設置 27 處涌水監測點，對涌水量進行監測，同時設有3處大功率水泵，將涌水抽到地表，每日運用 50% 的水泵，其余作為備用。若全部水泵都出現故障時，可以將涌水引入修建隧道時的先導坑道內進行存儲，其可以容納7天的正常涌水量。

（3）青函隧道的地震監視報警裝置。地震時會發生小震的P波和大震的S波，P 波的傳導速度是7 km/h，S 波的傳導速度是 4 km/h，因此根據 P 波預測出震級，趕在S波到達前發出警報是很重要的。分布在隧道及海岸線的地震監測報警裝置監測到4級以上地震時，立即使接觸網斷電，列車緊急停車。雖然只有 10 秒的時間差，但對防止列車運行脫軌、顛覆和旅客逃生來說是十分關鍵與重要的。

（4）青函隧道火災報警監控裝置。該裝置能實現對隧道內的火災，以及車底、車體、車軸進行監測。當監測到車底溫度超過 300℃、車體溫度超過 140℃、車軸溫度超過400℃時視為列車發生火災，需要采取處理措施。同時配有視頻監測系統對發生報警的位置進行確認和回放，準確確定發生火災的列車和位置 (能準確到列車的第幾節車輛、第幾軸)。隧道內共設有4個滅火點，分別是吉岡、飛龍、知內和津輕。4 個滅火點的上、下行線共設有 24 個噴淋頭，可持續噴淋 40 min (每分鐘噴淋7 t水)。當監測到火災報警信息時，中心監測系統會自動切換到報警畫面，同時伴有聲音和顏色提示調度員通知司機采取相應措施。海底隧道的火災監測設備如圖4所示。

（5）青函隧道防災監測設備狀態監視報警裝置。該裝置對各監測設備的工作狀態進行監控，遇有不正常狀態時，立即報警提示，如圖5所示。

函館調度所的防災系統由設施調度負責，防災系統對每項報警信息能自動給出相應的處所位置，視頻監控可以自動切換至相應畫面，調度通過相應畫面與現場進行通話或遠動操作。在青函隧道發生災害需要補充空氣或抽吸煙霧時，調度中心可以遙控開關進行強制送風，可以監控隧道里的旅客逃生通道情況，并可以進行語音通話和引導。綜合防災系統 (ARISS) 通過系統平臺對各防災子系統進行控制、指揮。

3 對我國鐵路綜合防災系統建設的啟示

目前，我國高速鐵路正處于快速發展時期，亟需構建完善的綜合防災系統以保證高速鐵路的列車運行安全。

3.1 完善大風監測報警系統

目前，我國鐵路大風監測報警系統存在監測點設定不完善，檢測報警值不科學等問題。由于高速鐵路建設進度較快，沿線大風監測點有些未設置在關鍵的風口處，某些形成大風的地段未能及時設定監測點，并且由于高速鐵路沿線有些地段設置了擋風墻、聲屏障，應考慮這些設施對大風起到的阻擋作用，否則易造成防災系統報警信息失真。建議全面調查高速鐵路沿線的自然情況，對于司機反映的一些容易感覺晃車的關鍵風口，及時補設大風監測點，完善大風檢測網絡；對設置擋風墻、聲屏障的地段阻擋大風的情況進行測試，提出科學的預警數據。

3.2 盡快構建大雪防災系統

我國華北及東北地區的鐵路運輸在冬季時常受到雨雪的影響。目前，我國鐵路在應對雪災的防災系統建設方面缺乏硬件投入和軟件研究。例如，鐵路沿線使用的除雪車在我國還沒有廣泛應用，鐵路沿線也沒有設置積雪深度儀以觀察雪量情況，這會嚴重影響大雪來臨時的災害判斷和應對措施。建議引進或生產適合我國特點的專用鐵路除雪車輛；建立高速鐵路積雪深度監測系統，并連接到綜合防災系統中，同時制定我國鐵路大雪防災系統標準。

3.3 試點建設先進的地震早期報警系統

我國高速鐵路建設至今，很多人認為地震既然不可預測，在地震來臨時能夠做的就是停止列車運行，因此沒有必要進行地震警報。而日本鐵路設置地震早期警報系統的目的是盡早監測到地震發生，并且通過系統自動判定地震級別，在確定存在危險時直接切斷新干線接觸網電源，當地震的能量主體來臨時，列車已經處于停車或低速狀態，從而降低地震對旅客人身安全的影響。在地震發生時，如果列車正在以 250 km/h 以上的速度運行，則旅客將處于非常危險的境地。2011 年3月 11 日日本發生 9.0級大地震時，日本東北新干線未發生一起動車組列車顛覆事故，當時一列“隼”號動車組列車停在了仙臺車站，僅僅頭車的一個輪對脫線，日本國土交通省事后對新干線地震防災系統的評價是肯定的。因此，建議試點建設先進的地震早期報警系統，并會同國家地震局等專業部門開展相關工作。學習日本地震防災系統的先進經驗，充分利用后發優勢，在日本第四代地震早期報警系統的基礎上，建設我國鐵路地震早期報警系統。

3.4 構建信息完善的綜合防災系統

日本的國家氣象災害預報系統和鐵路綜合防災系統實現了網絡信息互通，鐵路系統可以隨時調用國家氣象信息，而鐵路防災系統的信息也可為國家防災系統所調用，增加信息量可以為預防災害提供可靠依據，也能更好地確保列車運行安全。建議我國鐵路部門與國家氣象局、地震局等部門共同加強防災系統建設，并實現與有關防災系統的網絡信息互通，建立互惠互利的信息共享綜合防災系統。

3.5 完善高速鐵路的防災配套設施

日本青函海底隧道的應急通道、疏散口都有良好的通風和照明設施，地面工整平坦，各種引導標識鮮明，與調度指揮中心的通訊設施完好、齊全，監控攝像與調度指揮中心相連接，通道內還有疏散后的應急廁所等配套設施。相比而言，我國高速鐵路的很多長大隧道逃生口配套設施不足，通道里缺乏足夠的照明設備、引導標識和應急通訊設備。因此加強隧道逃生的配套設施建設，對長大隧道等特殊地理環境地段，增加逃生設計規范標準，完善已有逃生口等相關設施，嚴格驗收把關，為高速鐵路運營安全管理提供必要手段。

1003-1421(2011)06-0054-05

U298.1+2

B

2011-04-27

林 欣