地鐵軌道隧道段與高架段的安防應用分析

　　地鐵軌道建設類(lèi)別

　　針對軌道安全，北京市公布《城市軌道交通安全運營(yíng)管理辦法》，首次以法規的形式明確規定，地鐵車(chē)站內不能設置商業(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)入的區域，強行上下列車(chē)，向列車(chē)、機車(chē)、維修工程車(chē)以及其他設施投擲物品等9種行為將被視為危害城市軌道交通安全運營(yíng)的行為。由此可知，地鐵系統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范。

　　地鐵軌道的建設型式有哪些呢?地鐵是大眾捷運系統的一部份，在建設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)平面道路的阻礙達到快捷運輸的原因，當然也有些城市地鐵系統行駛于地平面上，但畢竟是少數且其環(huán)境特殊。這兩種類(lèi)型的地鐵軌道路段因機電系統的差異不同也有不同的軌道結構型式，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中。不論是哪一種結構，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、結構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)生在站體內月臺區，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域，由于缺乏完整的覆蓋保護，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，都可能使列車(chē)偵測系統因偵測到異物而暫停行駛，影響系統的運營(yíng)及民眾的行動(dòng)便利。

　　人員入侵軌道區域

　　人員入侵軌道區本不應該存在，不管車(chē)站站臺是否有無(wú)屏蔽門(mén)或軌道旁圍籬，都還有監控設備及人員把關(guān)，隧道及高架段人員進(jìn)入是一個(gè)高度的危險事件，是完全不容許發(fā)生的。但往往因為可能的工程維護時(shí)漏洞或由隧道通風(fēng)豎井或是隧道銜接高架段部份結構缺口不當入侵，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)間擔誤，這種危害會(huì )造成軌道設備損壞及人員觸電死亡問(wèn)題。

　　軌道大量進(jìn)水積水

　　這種情況通常出現在大雨天氣不佳，加上高架軌道上排水系統堵塞才會(huì )發(fā)生，發(fā)生機率小，但多國地鐵發(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。

　　軌道偵測系統故障

　　目前各種軌道系統都或多或少在軌道上裝置有一些偵測列車(chē)或是軌道本身狀態(tài)的偵測器，因為可能是階段發(fā)展的關(guān)系，有很多偵測系統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)在軌道上運行時(shí)多半得靠駕駛人員的回報才能掌握軌道信息，若是無(wú)人計算機操作控制的列車(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，特別是因為軌道供電方式的地鐵軌道系統，采用約1500V直流供電較多，不像22KV架空電力供應可以很長(cháng)一段距離才設置一個(gè)電力站，因此在軌道上會(huì )有很多供電站點(diǎn)，但設備一多故障率就跟著(zhù)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。

　　隧道段軌道區排煙通風(fēng)不良

　　地鐵系統約有80%以上軌道路段在地下，因此對隧道段內通風(fēng)及溫度和一氧化碳濃度的偵測有其重要性，過(guò)去地鐵運營(yíng)初期也確實(shí)因為通風(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溫度過(guò)高的危險性，可能使設備故障或是引發(fā)火災，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，但對地鐵運輸而言，軌道漸次變形是很?chē)乐氐膯?wèn)題，因為地鐵系統設計時(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算預估推算，但往往由于運營(yíng)量的大小問(wèn)題使得這個(gè)計算推論不是能夠那么準確的落在預估點(diǎn)或推論時(shí)間，但若疏忽對軌道產(chǎn)生應力變化可能帶來(lái)危險是很可怕的，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)運時(shí)因為系統的不穩定發(fā)生系統當機的情況，當事件發(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(zhù)行李前進(jìn)到最近車(chē)站的危險畫(huà)面，這些說(shuō)明這照明與逃生引導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 )在軌道對地間產(chǎn)生一個(gè)回流電流因此很容易對地下隧道內的設備產(chǎn)生電腐蝕作用使設備故障，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。

　　以上是我們在軌道型式上所看到的不同安全顧慮內容，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)應該是地鐵軌道本身要重視的安全項目，那這些不同于一般安全項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)題的防治很復雜，它不是單一安防系統可以覆蓋解決，需要用到各種不同的設備器材及傳輸偵測及收集反應等措施。

　　CCTV視頻監控系統

　　CCTV視頻監控系統是最優(yōu)先最直觀(guān)的方式，它可以通過(guò)遠距離監控視頻畫(huà)面對可能發(fā)生如軌道異物掉落或積雪積水進(jìn)行監視。另外搭配低光夜視和視頻分析與辨識(IVA)系統可以針對軌道在隧道口及高架銜接處的一些重點(diǎn)區域對入侵的人員進(jìn)行快速的圖像辨識與行為分析，可以再利用聲音采集系統進(jìn)行雙向的對話(huà)及告警，必要時(shí)在以遠程廣播喇叭發(fā)出告警訊息以達到先警告制止的目的，再盡速配合工作人員驅離入侵人員或清除掉落異物。視頻系統通過(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功能對軌道異物及入侵人員進(jìn)行細部觀(guān)察監控。

　　月臺屏蔽門(mén)及軌道旁光纖圍籬偵測器

　　月臺屏蔽門(mén)(Screen Door)在目前各國使用于地鐵車(chē)站內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)由月臺能入侵隧道軌道區的情事。而軌道在與地面或高架段銜接處，由于地鐵系統疏忽的隧道口或平面軌道區域可以采用圍籬加裝光纖振動(dòng)等早期偵測設備，可以在人員入侵時(shí)可以配合影音采集監視監控系統予以掌控及驅離。

　　軌道環(huán)境遠程資料收集器

　　通過(guò)風(fēng)力、積水、積雪及雨量等不同資料收集器，將強風(fēng)、積水、積雪狀態(tài)透過(guò)收集器以RS-232轉換為T(mén)CP/IP信號再以光纖傳輸器將信號數據傳回行車(chē)控制中心進(jìn)行分析，目前這種有線(xiàn)方式是最為穩定可靠的方式，當然也有部份系統會(huì )采用無(wú)線(xiàn)搖控數據收集方式，但基本上目前所有地鐵機電控制系統包含列車(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(SFP Switch)可同時(shí)接收數字視頻、RS-232/422/485及多組的N.O/N.C點(diǎn)，對軌道監控可以應用各種遠程數據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)偵測軟件

　　這是一種新的軟件與遠程列車(chē)信息結合的運用，過(guò)去是以國外廠(chǎng)商為主的供應方式與系統鏈接，但在這兩年已有成功的研制自有軌道及列車(chē)輪軸承載狀況監控系統，廠(chǎng)商研發(fā)的復合傳感器、超諧振聲學(xué)共振解調傳感器、總接線(xiàn)盒、裝置主機、副機、故障診斷檢測機、診斷站和軟件專(zhuān)家系統等，形成了對地鐵機車(chē)車(chē)輛從車(chē)上到地面，從整車(chē)到部件，從機械到電器，從運用到維修的“立體”安全監測體系，極大地保障了機車(chē)運行安全，大大減少和避免了運輸事故的發(fā)生，提高了鐵路運行的安全。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)數據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)偵測器

　　在軌道的沿線(xiàn)裝設有列車(chē)偵測器，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，因為大運量地鐵系統仍是人工駕駛操作為主，可以輔助電連車(chē)駕駛對車(chē)速及前后方列車(chē)監距與車(chē)速的掌控，通過(guò)這個(gè)機制地鐵系統才得以不發(fā)生追車(chē)追撞情況。同時(shí)在車(chē)上也應該有APS自動(dòng)電力供應及ATS自動(dòng)列車(chē)警誓煞車(chē)功能，以避免追撞及無(wú)電力供應時(shí)自動(dòng)列車(chē)運行要求。

　　軌道信號燈標志監控系統

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

　　隧道軌道光纖溫度偵測及通風(fēng)排煙消防系統

　　確保整個(gè)地鐵軌道安全的特大重點(diǎn)項目，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)速上各國都有嚴格標準，同時(shí)為了偵測隧道內環(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)與排煙監控功能更是軌道安全不可少的監控機制。

　　結語(yǔ)

　　針對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)濟發(fā)展的動(dòng)脈，地鐵軌道交通承擔著(zhù)城市廣大民眾與物資運輸的安全任務(wù);同時(shí)，城市軌道交通發(fā)展已接近完善階段，許多城市正在或準備建設地鐵。地鐵安全不應該單是探討車(chē)站或車(chē)廂安全，軌道安全也應該是當務(wù)之急。面對這種安全需求，軌道安全作為研究及推廣應用就顯得尤為重要。