城市軌道交通行車安全系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型研究

薛亮 劉小玲

摘要：分析了城市軌道交通行車安全問題現(xiàn)狀，提出了城市軌道交通行車系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)因素。根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各風(fēng)險(xiǎn)因素的相互關(guān)系，建立行車安全系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;行車安全;系統(tǒng)動(dòng)力學(xué);安全風(fēng)險(xiǎn)因素

1城市軌道交通行車安全

1.1城市軌道交通行車安全現(xiàn)狀

近年來，隨著國內(nèi)各個(gè)城市的城市軌道交通線路運(yùn)營里程不斷增加，路網(wǎng)形態(tài)逐步形成，對(duì)行車工作中的安全問題研究尤為重要。雖然現(xiàn)階段各個(gè)城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)在安全管理工作中已經(jīng)取得了一定的經(jīng)驗(yàn)，但是由于城市軌道交通行車系統(tǒng)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng)，涵蓋的崗位、人員、設(shè)備、設(shè)施等因素眾多，運(yùn)行過程中的任何一個(gè)因素出現(xiàn)問題都有可能危及行車，發(fā)生安全事故。目前，有關(guān)城市軌道交通行車系統(tǒng)安全管理問題點(diǎn)研究大多為定性分析，還鮮少有學(xué)者從定量的角度去研究行車系統(tǒng)的安全問題，并以實(shí)際數(shù)據(jù)為支撐去驗(yàn)汪深入分析行車系統(tǒng)及其安全影響因素。

1.2城市軌道交通行車系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)因素分析

城市軌道交通行車系統(tǒng)涉及到的場(chǎng)所主要是正線和場(chǎng)段，在正線上可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)因素有：軌行區(qū)頂棚漏水且溫度低易造成接觸網(wǎng)或軌面結(jié)冰，影響行車;軌行區(qū)施工人員或物資未出清導(dǎo)致侵限;部分滑動(dòng)門之間存在縫隙且無法鎖閉導(dǎo)致軌行區(qū)無法封閉;信號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機(jī)外鎖閉故障;組織人員進(jìn)出軌行區(qū);錯(cuò)誤、遺漏審核掛拆接地線位置;ATS、ISCS、FAS、SCADA、CCTV系統(tǒng)功能不完善;執(zhí)行電話閉塞法列車定位時(shí)，未與全部司機(jī)確認(rèn)列車位置;未撤除接地保護(hù)裝置情況下送電;站臺(tái)火災(zāi)時(shí)未及時(shí)扣停后續(xù)列車;跨線路施工，各線路行調(diào)未進(jìn)行聯(lián)控，未確認(rèn)好線路空閑狀況，接觸網(wǎng)停送電狀態(tài)，錯(cuò)誤批準(zhǔn)施工計(jì)劃;車站站臺(tái)特殊部位的鋁合金踢腳線，松動(dòng)脫落時(shí)可能發(fā)生侵限。在場(chǎng)段上可能發(fā)生的安全風(fēng)險(xiǎn)因素有：信號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機(jī)外鎖閉故障;庫內(nèi)接觸網(wǎng)隔離開關(guān)故障;錯(cuò)誤操作TYJL-Ⅱ和應(yīng)急盤;組織人員進(jìn)出軌行區(qū);錯(cuò)誤、遺漏審核掛拆接地線位置;未撤除接地保護(hù)裝置情況下送電。

2城市軌道交通行車安全系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一門基于系統(tǒng)論，吸取反饋理論與信息論等，并借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)點(diǎn)交叉學(xué)科。它能定性與定量地分析研究系統(tǒng)，從系統(tǒng)點(diǎn)微觀結(jié)構(gòu)人手建模，構(gòu)造系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，進(jìn)而模擬與分析系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為，適合研究各種系統(tǒng)動(dòng)態(tài)發(fā)展問題。城市軌道交通行車安全系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)涉及到正線和場(chǎng)段的人員及設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)，從系統(tǒng)內(nèi)各因素的相互關(guān)系出發(fā)，建立行車安全系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。

2.1因果關(guān)系圖

由圖l可以看出，城市軌道交通行車安全系統(tǒng)之正線安全風(fēng)險(xiǎn)主要存在以下反饋環(huán)：

反饋環(huán)1：人員素質(zhì)水平↓→正線人員風(fēng)險(xiǎn)↑→正線安全風(fēng)險(xiǎn)↑→城市軌道交通行車安全事故↑→人員素質(zhì)水平↑

反饋環(huán)2：安全教育水平↓→正線人員風(fēng)險(xiǎn)↑→正線安全風(fēng)險(xiǎn)↑→城市軌道交通行車安全事故↑→安全教育水平↑

反饋環(huán)3：崗位工作水平↓→正線人員風(fēng)險(xiǎn)↑→正線安全風(fēng)險(xiǎn)↑→城市軌道交通行車安全事故↑→崗位工作水平↑

反饋環(huán)4：設(shè)備安全防護(hù)水平↓→正線設(shè)備故障↑→正線安全風(fēng)險(xiǎn)↑→城市軌道交通行車安全事故↑→設(shè)備安全防護(hù)水平↑

反饋環(huán)5：設(shè)備維修維護(hù)水平↓→正線設(shè)備故障↑→正線安全風(fēng)險(xiǎn)↑→城市軌道交通行車安全事故↑→設(shè)備維修維護(hù)水平↑

反饋環(huán)6：設(shè)備更新創(chuàng)新水平↓→設(shè)備維修維護(hù)水平↓→正線設(shè)備故障↑→正線安全風(fēng)險(xiǎn)↑→城市軌道交通行車安全事故↑→設(shè)備更新創(chuàng)新水平↑

反饋環(huán)7：設(shè)備更新創(chuàng)新水平↓→設(shè)備安全防護(hù)水平↓→正線設(shè)備故障↑→正線安全風(fēng)險(xiǎn)↑→城市軌道交通行車安全事故↑→設(shè)備更新創(chuàng)新水平↑

場(chǎng)段安全風(fēng)險(xiǎn)主要存在的反饋環(huán)與正線安全風(fēng)險(xiǎn)同理，此處不再詳述。

2.2建立系統(tǒng)的SD模型

根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)各因素因果關(guān)系的分析，確定系統(tǒng)的流率、流位、輔助變量等，構(gòu)建城市軌道交通行車安全系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平的流圖，如圖2所示。

圖2中，Ll、L2為水平變量——表示行車安全正線、場(chǎng)段風(fēng)險(xiǎn)水平高低的指標(biāo)，無量綱;

Rl、R2為速率變量——表示單位時(shí)間內(nèi)正線風(fēng)險(xiǎn)水平的增加量、減少量;

R3、R4為速率變量——表示單位時(shí)間內(nèi)場(chǎng)段風(fēng)險(xiǎn)水平的增加量、減少量;

其余的為輔助變量和常量。

2.3系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方程

根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平計(jì)算方法如下：

（1）系統(tǒng)總體風(fēng)險(xiǎn)。

城市軌道交通行車安全系統(tǒng)總體風(fēng)險(xiǎn)：L=Ll-K×Q+k-K×Q

式中，L表示總體風(fēng)險(xiǎn)水平;L1表示正線系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平;L2表示場(chǎng)段系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平;Q表示相應(yīng)的權(quán)重（本文所涉及到的所有權(quán)重是結(jié)合案例運(yùn)營公司記錄資料，利用專家咨詢、數(shù)據(jù)收集、數(shù)學(xué)的權(quán)重確定方法而得到的）。

（2）正線系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平。

L1*-K=Ll-J+DTx （RI-JK-R2-JK）

式中，L1*K表示正線系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平K時(shí)的值;L1*J表示正線系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平J時(shí)的值;DT表示單位時(shí)間步長(zhǎng);Rl -JK表示J到K間的流量增加量;R2 *JK表示J到K間的流量減少量。

Rl=正線人員風(fēng)險(xiǎn)×Q+正線設(shè)備故障×Q

正線人員風(fēng)險(xiǎn)=站臺(tái)火災(zāi)時(shí)為及時(shí)扣停后續(xù)列車×Q+電話閉塞法時(shí)未與全部司機(jī)確認(rèn)列車位置×Q+施T人員或物質(zhì)未出清×Q+錯(cuò)誤批準(zhǔn)跨線路施T×Q+正線未撤除接地保護(hù)裝置情況下送電×Q+錯(cuò)誤、遺漏審核掛拆接地線位置×Q+組織人員進(jìn)出正線軌行區(qū)×O

正線設(shè)備故障=軌行區(qū)接觸網(wǎng)或軌面結(jié)冰×Q+軌行區(qū)無法封閉×Q+車站特殊部位踢腳線脫落侵限×Q+ATS/ISCS/FAS/SCA-DA/CCTV系統(tǒng)功能不完善×Q+信號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)轍機(jī)外鎖閉故障×QR2=人員素質(zhì)水平×Q+安全教育水平×Q+崗位T作水平×Q+設(shè)備維修維護(hù)水平×Q+設(shè)備更新創(chuàng)新水平×Q+設(shè)備安全防護(hù)水平×Q

人員素質(zhì)水平=崗位職業(yè)素質(zhì)×Q+學(xué)歷水平×Q+身體素質(zhì)×Q+心理素質(zhì)×Q+人員安全管理投入×投入對(duì)人員素質(zhì)水平的轉(zhuǎn)化率 安全教育水平=投入對(duì)安全教育水平的轉(zhuǎn)化率×人員安全管理投入

崗位工作水平=崗位技能水平×Q+應(yīng)急處理能力×Q+工作經(jīng)驗(yàn)×Q-正線人員風(fēng)險(xiǎn)對(duì)崗位工作水平的影響系數(shù)×正線人員風(fēng)險(xiǎn)

設(shè)備維修維護(hù)水平=投入對(duì)設(shè)備維修維護(hù)水平的轉(zhuǎn)化率×設(shè)備安全管理投入+設(shè)備更新創(chuàng)新水平對(duì)設(shè)備維修維護(hù)水平的影響系數(shù)×設(shè)備更新創(chuàng)新水平一設(shè)備故障對(duì)維修維護(hù)水平的影響系數(shù)×正線設(shè)備故障

設(shè)備更新創(chuàng)新水平=投入對(duì)設(shè)備更新創(chuàng)新水平的轉(zhuǎn)化率×設(shè)備安全管理投入

設(shè)備安全防護(hù)水平=投入對(duì)設(shè)備安全防護(hù)水平的轉(zhuǎn)化率×設(shè)備安全管理投入+設(shè)備更新創(chuàng)新水平對(duì)設(shè)備安全防護(hù)水平的影響系數(shù)×設(shè)備更新創(chuàng)新水平

場(chǎng)段系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平計(jì)算方法與正線系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平同理，此處不再詳述。

3結(jié)束語

城市軌道交通行車安全系統(tǒng)作為整個(gè)軌道交通運(yùn)營系統(tǒng)中的重要組成部分，它關(guān)系著每日的正常安全運(yùn)營。本文所建立的行車安全系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型將會(huì)給同行研究者和運(yùn)營企業(yè)在今后做安全管理問題研究時(shí)提供一個(gè)可參考的依據(jù)，使城市軌道交通在公共交通事業(yè)中發(fā)揮更加安全可靠的作用。

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