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北京地鐵雪天追撞,專家同樣不解

北京地鐵昌平線列車追撞原因初步查明後,業界圍繞信號系統等技術問題的討論開始增多。

15日中午12時許,北京交通委通報:12月14日18時57分,地鐵昌平線西二旗至生命科學園上行區間,兩輛列車發生追撞事故,造成部分乘客受傷。

上述通報稱,據初步調查,事故原因為雪天軌滑導致前車信號降級,緊急制動停車,後車因所在區段位於下坡地段,雪天導致列車滑行,未能有效制動,造成與前車追撞。

這與14日晚第一財經記者在事故現場看到的部分車廂受到擠壓變形、以及兩節車廂斷裂脫落的情況較為吻合。此次事故既有車廂脫離,又有兩車追撞,但其中前後關聯目前尚不得而知。

何為信號降級?

一旦出現信號降級有車輛緊急制動停車的情況,該線路上的車輛調度安排又將如何避免出現上述追撞事故?除了下雪因素,此次事故中後車與前車是否保持了合適的間距?

對此,第一財經採訪了一些相關領域的技術專家,嘗試從技術層面做一些分析,他們對於事故的分析不盡相同。有專家認為,問題或許出在制動及車輛本身,也有專家認為該事故應屬信號系統的調度與控制問題。還有一位專家提出,「國際上,一般出現特別糟糕的天氣,地面車輛是需要停止運行的,因為超過了設計時的能力與條件」。

本次事故的具體原因將有待於相關部門的詳細調查方能確定。

15日上午,北京市委書記尹力在全市應對極寒天氣工作部署會上強調,要全力做好地鐵昌平線事故善後處置工作。全力救治受傷人員,嚴查事故責任,深入分析原因,提出有針對性的具體舉措,抓好問題整改。進一步完善應急預案,杜絕事故發生,遇有情況快速有效妥善有序處置。

信號降級與雪天軌滑

根據通報,前車信號降級成為此次事故的導火線之一。

北京昌平線地鐵的信號系統則是由交控科技主導。2022年北京新聞廣播一篇對交控科技董事長郜春海的專訪文章中稱,2009年12月,交控科技正式成立。2010年12月30日,北京地鐵亦莊線CBTC示範工程以及昌平線順利開通,我國自主研製開發的CBTC信號系統被成功應用於這兩條地鐵線路中,我國因此成為世界上擁有這項核心技術並成功開通營運的第四個國家。

「我們也是看到新聞以後,才知道這趟車出事了,現在我們也在等官方的調查結果。」15日下午,交控科技證券部管理人員張女士對第一財經稱。

張女士稱,所謂「信號降級」本質上是一種遵循「故障導向安全」原則的操作。如果車輛在行駛過程中出現了不好的情況,需要減速或者制動剎車,以避免因高速運行產生的不可預計的結果,並不是說信號系統出現故障而降級了。「就好像你冬天開車或者騎車,在路上行走,很容易打滑。軌道交通是一個道理,遇到這種天氣就不能再高速行駛了,需是保持安全距離,慢慢制動。」

不過,另有一位信號處理專家告訴記者,「信號降級」可以通俗理解成信號失效,通訊鏈路的可靠性不好。「一般列車出現情況會發出信號給控制中心,這其中有幾條通訊鏈路,中間有幾條失效的話就會造成事故車的制動信息沒有傳達出來。」該專家表示,可靠性問題產生的可能性比較多,具體情況還是要看事故最後的調查報告。

下雪成為此次事發的又一重要因素。

14日17時,北京市氣象局曾發布黃色預警稱,當日夜間陰有小雪或零星小雪,最低氣溫零下7℃。道路結冰黃色和寒潮藍色預警中,路面有積雪結冰,注意交通安全。記者當日晚間從西二旗地鐵站出口騎車至兩公里外的事發路段時,出現了多次輪胎打滑。行走在事發路段軌道的枕木和石頭上,腳下時有打滑。

第一財經注意到,事發前兩天,為應對低溫降雪天氣,北京地鐵組織了工作人員對車輛設備、高架線路設施進行了檢修維護。據北京發布消息,降雪期間,北京地鐵將開啟252組道岔融雪裝置防止道岔結冰;地面和高架線路將採用人工駕駛模式運行,根據降雪情況適時降低列車運行速度,並安排技術骨幹添乘列車對線路進行巡視檢查,確保行車安全。

北京交通大學經濟與管理學院教授趙堅對第一財經記者分析,該起事故中令人不解之處在於,理論上來說,前車已經信號降級、採取緊急制動停車,未離開制動區間時,後車應不能進入該區間。即便存在下坡地段、雪天路滑的客觀因素,也應在前期進行審慎評估和考慮,儘量採取有效措施避免多重不利因素疊加,導致可能的事故發生。

北京地鐵昌平線的信號系統是否會根據極端天氣、下坡等特殊狀況,預留充足的制動距離和時間?

張女士表示,現實中信號系統的運行會受到多種因素影響,難以一概而論。例如,把列車間隔時間設置在90秒和180秒,制動距離是不同的。如果間隔設置成6分鐘,制動距離還可以更長。信號系統會根據既定的間隔時間設計出相對合理的制動距離和速度,而這很大程度上取決於設置方需要多大的運力把人群運出去。此外,雨雪天氣下的鋼鐵結構變冷收縮等因素也會影響車輛和軌道的防滑係數,這些複雜的因素也會干擾最終的結果。

中國城市規劃設計研究院城市交通研究分院院長,教授級高級工程師趙一新在接受第一財經採訪時分析稱,地鐵追撞事件並不常見。由於列車運行主要依靠信號控制系統來調度指揮,如遇到大雪等極端天氣,應通過信號控制系統有效保持安全要求,保障列車運行的安全。在我國,由於軌道交通多為地下營運,位處北方地區的地上軌道里程相對較短,所以遇上極端天氣發生地鐵追撞事故更為少見。

針對此次地鐵昌平線兩輛列車發生追撞事故,趙一新認為,營運速度應該已經考慮到通常的雨雪天氣,在正常情況下是安全的。但在極端情況下,因為軌道上有積雪,人工剎車制動距離拉長,緊急制動時機滯後,進而可能導致原本兩輛行駛列車間的距離縮短,以至發生追撞。

在趙一新看來,此次事故為北方非地下封閉營運軌道的城市敲響警鐘。首先,由於地鐵追撞情況極為罕見,智慧軌道,包括數位化監控對類似安全風險預案往往存在缺口。更重要的是,地鐵調度指揮中心應針對極端天氣的採取相應的應急預案,可以考慮提升安全等級、加大列車間距、降低運力、加強通信及其相關設備、部件的安全可靠性等。

營運安全與運力需求如何平衡?

事故發生以後,有不少網友表達了對雨雪天氣地鐵安全的擔憂。對此,趙堅表示,地鐵事故總體來看仍屬極小概率的事件,反而是同等天氣條件下道路交通易產生安全隱患,人們已經司空見慣。他認為,在該起事故中,最簡單的解決方案是加大行車間隔,或許就可以很大程度上避免險情出現。

第一財經記者查詢北京地鐵官方網站,公開的昌平線西二旗站的列車時刻表顯示,列車間隔從2分鐘到10分鐘不等,例如工作日開往昌平西山口的17時49分和51分、18時54分和56分、20時49分和51分等多個時段,相鄰兩趟地鐵的間隔較短,僅有2分鐘。

上海一位軌道交通領域技術人士對記者表示,軌道交通的信息系統應該增加更多包括極端惡劣天氣下的場景,針對不同的場景信息系統應該設置不同的制動參數,將前車和後車的間隔距離增加到1公里以上,並適當放寬發車時間,就會有所改善。

「在今後面對類似極端惡劣情況下的列車運行,可以採取人工干預的方式,除了拉大列車運行的時間間隔,旅客等候和安全保障等也要設置相應預案。借鑑國際經驗,可以在極端惡劣的氣候場景下,為軌道設置加熱裝置、採用融雪劑等來清理軌道,並幫助提升軌道的粘著係數。」該技術人士稱。

根據《交通運輸部關於印發城市軌道交通行車組織管理辦法的通知》(交運規〔2019〕14號)第三十二條,遇惡劣天氣時,行車相關人員可根據情況及時採取加強瞭望、限速、停運、封站等措施,並應按照以下要求組織行車調整:

對於地面及高架線路,風力波及區段風力達7級時列車運行速度不應超過60km/h,風力達8級時列車運行速度不應超過25km/h,風力達9級及以上時應停運。

遇霧、霾、雨、雪、沙塵等惡劣天氣瞭望困難時,地面及高架線路列車應開啟前照燈,限速運行,適時鳴笛。當瞭望距離不足100米、50米、30米時,列車運行速度分別不應超過50km/h、30km/h、15km/h;瞭望距離不足5米時,駕駛員應立即停車。駕駛員無法看清信號機顯示、道岔位置時,應停車確認,嚴禁臆測行車。

圖為14日西二旗地鐵站台,乘客冒雪從地鐵軌道上撤離。攝影/馬晨晨

此次追撞事故發生後,北京地鐵方面15日早間對外表示,為確保極端天氣下,地面和高架線路列車運行安全,所有地面和高架線路均採用人工駕駛模式,採取降速運行措施,發車間隔將會適當拉大,沿線公共交通將加大運力接駁,乘客可按需選擇公共交通出行。

發車間隔適當拉大有助於保障車輛營運安全,但雨雪天氣下地面交通不便,民眾的地鐵出行需求原本就會更多,這又形成了一個矛盾。

一位經歷了事故地鐵險情的當事人張先生告訴記者,自己平時乘坐昌平線從西土城到朱辛莊站通勤,通常傍晚五點多開始,地鐵就進入了尖峰時段。如果遇到雨雪天氣,乘坐的人還會更多。尤其是在西二旗站周圍聚集了不少網際網路企業,一到站,地鐵車廂門口總是排著長長的隊伍。「雨雪天氣,叫網約車動輒就要排個上百號,等一個小時也不一定能坐上車。不如坐地鐵,車次多、時間有保障,站里也不冷。」

趙堅認為,雨雪天氣對地鐵間隙提出更長的要求,而人們出行的真實需求卻要求在這樣的天氣里加大地鐵頻次,兩者之間存在矛盾。而化解這個問題,要回到城市和軌道交通規劃的問題上來。「東京都市圈的人口四千萬左右,面積比北京還小,2017年軌道交通里程就是2700公里。北京現在的城市軌道運行里程還不到1000公里,遠遠不及高質量的軌道出行需求。」

2022年發布的《北京市「十四五」時期重大基礎設施發展規劃》提出,到2025年,城市軌道交通營運總里程力爭達到1000公里,中心城區軌道交通出行比例達到18.7%以上。除了擴大軌道交通規模、趙堅還認為,各地應將城市規劃和軌道交通建設緊密結合起來,讓更多的人選擇這種高效集約的出行方式,減輕城市道路交通壓力。

行業的潛在問題

據公開資料,地鐵追撞事件在全球其他國家大城市也偶有發生。

2009年6月22日,美國首都華盛頓兩輛地鐵列車在華盛頓東北部相撞,當時也正值下班高峰期,該起事故導致前面列車尾部車廂嚴重變形,後續一輛車的受損車廂爬上前列車上方,造成了華盛頓地鐵系統營運30多年來最嚴重的事故。

華盛頓地鐵相撞事件的調查人員通過對事故現場殘存的跡象發現,電腦系統的信號故障和人為失誤可能是導致此次地鐵事故的兩大主要原因。

中國科學院軟體研究所綜合信息系統技術實驗室副研究員鄭剛曾對華盛頓列車追撞事件撰文稱,進入21世紀以來,中國城市軌道交通也進入大發展時期。隨著地鐵列車運輸能力和運輸效率不斷提高,運輸密度的不斷加大,列車速度加快,要求列車運行控制自動化程度不斷提高,地鐵列車自動控制系統的安全穩定顯得尤為重要。

鄭剛認為,一方面,人是保證行車安全的第一要素。我國城市軌道交通的後發優勢,決定了大量啟用自動化的先進設備(比如ATC系統),並利用其列車超速防護(ATP)、自動駕駛(ATO)等功能保證行車安全,但往往忽視了人的作用。

另一方面,從技術層面,目前國內地鐵列車控制系統用的產品來自不同的生產廠商,在信號的傳輸形式與制式、速度控制模式、通信網絡等方面各不相同,即使同一個城市的地鐵車輛系統也不一樣,故而要積極推動相關技術裝備安全的標準化工作;加強對產品的試驗、檢測和認證工作。

此外,由於目前,我國部分地鐵列車已經營運多年,列車的運行控制系統需要進行升級換代,從信號傳輸、運行控制、指揮調度、通信網絡等多個方面全方位提高地鐵列車的速度運行自動控制水平以及列車對運行狀態的實時監視、診斷和控制能力。鄭剛建議,加快對老地鐵列車控制系統的更新換代與改造。

去年,一篇由北京市地鐵營運有限公司等研究人員發表在《軌道交通》上的文章稱,以線路為指揮單元劃分的傳統調度指揮模式已無法滿足網絡化營運的發展需求,結合北京線路指揮中心現行條件,建議優化調度指揮模式的發展建設方案。

該文章分析認為,隨著線網規模的提升,當前線路營運逐步呈現出與單線營運的不同特徵,具有四:其一,線路間關聯性增強導致應急事件影響面更廣;其二,受換乘節點增多以及客流交換量增加導致的客流變化在時間、空間上的分析和發展規律愈加複雜;其三,作為城市核心交通承載手段,能否保證地鐵的正常運行以及應急響應,對城市安全的影響更加深遠;其四,多營運主體單位承運,增加了營運管理的協調難度。

責任編輯: 李冬琪  來源:第一財經 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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