軌道車輛碰撞事故調(diào)查研究

王 帥 李 楊 吳桂林

（中車株洲電力機車有限公司，株洲 412007）

進入21世紀(jì)后，軌道交通行業(yè)迅速發(fā)展，人們越來越重視軌道車輛運行的安全性。然而，碰撞事故仍然時有發(fā)生，對乘員造成了嚴(yán)重傷害。因此，詳細(xì)調(diào)查研究已經(jīng)發(fā)生的碰撞事故，以提高軌道車輛安全水平。

1 碰撞場景

世界各國軌道車輛的運行環(huán)境各不相同。我國除少數(shù)低速運行的載客量較少的有軌電車和膠輪車外，其余類型的軌道車輛都在專線中運行，大大減少了車輛與其他物體之間發(fā)生碰撞事故的概率。而在其他國家，軌道車輛中除少數(shù)新修建的高速列車線路外，絕大多數(shù)線路不是專線，經(jīng)常發(fā)生有關(guān)軌道車輛的碰撞事故。根據(jù)碰撞事故發(fā)生的頻率、造成的傷害及事故發(fā)生的位置環(huán)境等，總結(jié)歸納了3種碰撞場景[1]：一是同一軌道上的車輛間的正面或者追尾碰撞；二是與障礙物（如突然入侵的動物等）之間發(fā)生的碰撞；三是平交道口處發(fā)生的碰撞。從事故類型和事故造成的傷亡嚴(yán)重程度來看，軌道車輛間的正面碰撞最嚴(yán)重。因此，研究人員主要研究在此碰撞場景下軌道車輛的耐撞性。

2 軌道車輛在事故中的破壞及運動形式

不同時期軌道車輛的耐撞性設(shè)計不同，因此車輛在不同時期發(fā)生的碰撞事故的破壞及運動形式也有區(qū)別。早期設(shè)計軌道車輛時，沒有考慮耐撞性要求或者耐撞性要求很低。在發(fā)生碰撞事故時，車輛與周圍環(huán)境隨機發(fā)生剛性接觸。隨著人們對車輛安全性的重視，軌道車輛采用基于能量管理的耐撞性設(shè)計理念，顯著提高了車輛耐撞性。但是，車輛運行速度也在不斷提高，發(fā)生事故時造成的傷害十分巨大。在碰撞事故中，車輛主要產(chǎn)生5種形式的破壞和運動方式[2]。第一種是爬車現(xiàn)象。一節(jié)車爬到相鄰的另一節(jié)車上，導(dǎo)致被爬車輛的被爬部分結(jié)構(gòu)嚴(yán)重破壞，喪失乘員空間。第二種是穿透。被撞車輛產(chǎn)生貫穿性破壞，完全喪失乘員空間，多見于早期軌道車輛間的正面碰撞和高速下的碰撞事故。第三種是脫軌。一類是車輛轉(zhuǎn)向架脫離軌道，但是車體沒有發(fā)生翻轉(zhuǎn)和傾覆，常見“之”字形脫軌。另一類是脫軌的同時車體發(fā)生翻轉(zhuǎn)或傾覆，此時乘員會受到二次傷害。第四種是車輛發(fā)生剛性碰撞，造成車輛一側(cè)橫向屈曲。第五種是車輛保持在軌道上，端部結(jié)構(gòu)發(fā)生塑性大變形。

3 碰撞傷害調(diào)查

3.1 評價指標(biāo)

軌道交通行業(yè)主要采用汽車行業(yè)中的簡明損傷分級（Abbreviated Injury Scale，AIS）指數(shù)判定乘員的傷害嚴(yán)重程度[3]。FMVSS208和AV/ST9001中對AIS等級有明確規(guī)定。AIS指數(shù)值越大，說明乘員受到的傷害越大。此外，軌道交通行業(yè)還形成了目前廣泛使用的頭部傷害標(biāo)準(zhǔn)（Head Injury Criterion，HIC）。

3.2 乘員傷害調(diào)查

乘員在事故中受到的傷害按照部位可以分為頭部損傷、面部損傷、頸部損傷、胸部損傷、腹部損傷、盆骨損傷、膝蓋損傷以及小腿損傷等。研究人員調(diào)查分析大量事故發(fā)現(xiàn)，事故中頭部、胸部及小腿受傷概率最大，且受到嚴(yán)重傷害的可能性最大。圖1為碰撞事故中人體各部位受傷數(shù)量的統(tǒng)計。

圖1 身體各部位受傷數(shù)量統(tǒng)計

在事故中，乘員與車內(nèi)設(shè)施如桌子、座椅和扶手等之間發(fā)生的碰撞稱為二次碰撞。研究結(jié)果表明，二次碰撞是造成乘員傷害的主要原因。絕大多數(shù)的死亡記錄是由于沖擊、穿刺及彈射造成的。當(dāng)車輛發(fā)生翻轉(zhuǎn)和傾覆時會造成乘員與車輛間發(fā)生二次碰撞。受傷害的嚴(yán)重程度與碰撞發(fā)生時車輛的運行速度成正比。如果發(fā)生爬車或者車輛發(fā)生翻轉(zhuǎn)和傾覆時造成了車體結(jié)構(gòu)損壞，會導(dǎo)致乘員的生存空間被侵占和外物侵入車輛內(nèi)部等事故。這種情況對乘員造成的傷害遠(yuǎn)大于二次碰撞，甚至危及乘員的生命安全。

除了接觸性物理傷害外，事故對乘員產(chǎn)生的加速度超出了人體生理耐受極限，也是造成乘員受到傷害的一個重要因素。

因此，保證車輛完整性并保持其在軌道上運行、使乘員受到的加速度在人類能承受的生理極限范圍內(nèi)和減少乘員與車輛間的二次碰撞，是未來軌道車輛耐撞性設(shè)計的主要方向。

3.3 駕駛員傷害調(diào)查

除了客室乘員外，很多碰撞事故中對駕駛員造成的傷害也非常嚴(yán)重。駕駛員所處的環(huán)境比較特殊。駕駛室是一個單獨的封閉空間，且有些駕駛室內(nèi)設(shè)備布置繁多。對大量事故的調(diào)查研究表明，駕駛室空間被侵占和駕駛員與駕駛室內(nèi)設(shè)備間發(fā)生二次碰撞，是駕駛員傷亡的主要原因。其中，胸部損傷和小腿損傷是最常見的傷害[4]。因此，耐撞性駕駛臺和駕駛員保護系統(tǒng)是在事故發(fā)生時保護駕駛員的一個主要研究方向。

4 結(jié)語

碰撞事故中車輛破損、乘員生存空間被侵占以及二次傷害，是乘員和駕駛員受到傷害的主要原因。因此，車輛在碰撞發(fā)生時保證完整性、避免二次碰撞和減小乘員受到的加速度等措施，能夠有效保護乘員和駕駛員的安全。