城市轨道交通综合监控系统的安全性及可靠性分析

摘要：随着我国建设轨道交通的城市越来越多及《城市轨道交通综合监控系统设计规范》的推出，在建或将建的城市轨道交通工程都采用了综合监控系统技术。综合监控系统集成互联了多个子系统，只有各系统同时正常、协调的运行才能达到轨道交通安全、可靠高效运营的目的。因此，对城市轨道交通综合监控系统的安全性可靠性进行分析研究，其成果将对城市轨道综合监控系统的设计和施工具有积极地指导作用。

关键词：城市轨道交通；综合监控系统；安全性可靠性分析；风险评估

Abstract: The integrated monitoring system integrated interconnect multiple subsystems, only the system is normal, coordinated run at the same time, it can achieve the rail transportation safety, reliable and efficient operation purpose. Therefore, analyzes the integrated monitoring system for urban rail transit safety and reliability, it has a positive role in guiding in design and construction of the integrated monitoring system for its outcome will have urban rail.Key words: urban rail traffic; comprehensive monitoring system; reliability analysis of the security; risk assessment

中图分类号：X924.3文献标识码：A文章编号：2095-2104（2012）04-0020-0

1城市轨道交通发展现状

近年来随着国家大力发展汽车工业，轿车已大量进入家庭， 2008年全国私人汽车保有量达3501万辆，其中大多数的汽车都在城市里行驶，如此多的汽车不仅消耗大量燃油，也对空气造成严重污染，更使城市道路交通拥挤状况进一步加剧，市民出行速度严重下降，因此国内已有许多城市引入了城市轨道交通系统。

城市轨道交通特别是地铁是一个复杂的系统工程，它影响着城市未来的各个方面，是城市重要的有机组成部分，同时也能提升城市的综合竞争力。中国第一条地铁线路位于北京，于1969年10月1日建成通车。截至2010年，我国已建成城市轨道交通线路的城市有北京、上海、广州、深圳、天津、武汉、南京、大连等城市。除已建成轨道交通的城市外，国家相继批准了成都、哈尔滨、沈阳、西安、苏州、无锡、宁波、郑州、长沙等城市的轨道交通建设，此外，乌鲁木齐、太原、石家庄等城市已开展前期和报批工作。

我国未来建设轨道交通的城市将越来越多，轨道交通总里程保守估计在2万公里以上，且在今后的30年内，轨道交通建设将始终处于高速发展时期。

2 城市轨道交通综合监控系统

轨道交通综合监控系统由最早的人工和半自动的监管系统发展而来，始终在运营需求的推动下，在技术进步的推动下，经历了半导体到计算机，分离系统到集成系统的重大进步。当今，城市轨道交通综合监控系统正在走向全自动化、全数字化和高智能化，随着2010年的中华人民共和国国家标准GB 50636-2010：《城市轨道交通综合监控系统设计规范》的推出，在建或将建的城市轨道交通工程都采用了综合监控系统技术。

城市轨道交通综合监控系统是一个统一的运行平台、信息共享平台和集中监控系统，能够实现各系统基础数据的统一管理，以及系统之间的数据共享；实现系统之间的业务关联与事件联动，保障乘客的安全和列车运行计划，提高对轨道交通的服务质量和综合运营效率。综合监控系统的总体功能目标：

保证列车安全稳定运行；

实现机电设备良好运转；

完善乘客服务水平；

安全可靠的系统联动；

提高地铁运营效率。

综合监控系统（见图2.1）集成互联了电力监控系统（SCADA）、环境与设备监控系统（BAS）、门禁系统（ACS）、火灾自动报警系统（FAS）、信号系统(SIG)、屏蔽门系统(PSD)、自动售检票系统(AFC)、电扶梯系统(ES)及其他辅助系统。

图2.1

综合监控系统与城市轨道交通运营的关系十分密切，综合监控系统实现了各系统之间的资源共享，能够给实时掌握各个系统的运行情况，但由于综合监控系统与各系统之间的接口多，信息传输量大，随着各个城市城市轨道交通线路的不断增多，其安全性，可靠性日益成为城市轨道交通正常运营的重点。综合监控系统及其集成互联的系统产生的风险体现在：机电设备不能正常工作对运营工作及人员产生危害，造成运营服务质量降低，运行中断，出现事故及各类人员伤害等事故。（见表格2.1）。

正是由于城市轨道交通综合监控系统的复杂性、重要性及事故多发性，促使我们必须对综合监控系统生命周期（见图2.2）14个阶段内的安全性、可靠性进行研究，提出风险评估方案，以提高综合监控系统对城市轨道交通正常运营的保障度。

3 综合监控系统的安全性分析

根据城市轨道交通综合监控系统的特点，对系统等级结构分析，提出对系统风险的分类方法；通过对系统功能性安全的目标进行分析，提出风险分配、规避和消除的方法，以降低综合监控系统出现故障可能性。

3.1 系统等级结构分析及风险分类

1）对系统边界和系统功能进行定义，对系统进行分类

通过外部视角理论，对目标系统及其子系统进行分级,系统分级图示例（图3.1）

2）通过使用对风险的经验性和创造性识别手段，进行风险、危害分类。使用到的方法包括以下：

检查表法

故障模式和影响分析法

头脑风暴法

危害和可操作性研究法（HAZOP）

3.2 风险的等级评估及风险的规避、消除

通过对危害分级方法的研究，结合危害的分类，进行风险等级评估，提出风险登记册及风险分配、规避和消除的方法。

所有危害须按业主制定的风险矩阵（参照表格3.1）进行风险等级评估。各风险等级的处理如下：

被评估为R1或R2风险等级的所有危害事项，必须尽快通过设计方法将风险减轻至R3或R4等级。

不接受剩余风险被评为R1等级的危害事项。承包商可要求业主批准特许剩余风险为R2的危害事项；在该等级情况下，必须连同有关理由向业主正式申请，并由业主审核批准。

R3危害事项一般可以接受，若实际可行并合乎成本效益，承包商仍须寻求机会将该类危害事项减低至R4等级。

风险评级为R4的危害事项均在可接受范围内。在正常情况下，毋需采取额外减轻措施。

承包商须将所有风险（包括由业主提供的风险及由承包商识别的新风险）记录在风险登记册内，并递交给业主审批。

承包商须在风险登记册内定期更新预防/减轻措施的相关数据及进度，并递交给业主审批。

4 综合监控系统可靠性分析

1）通过对可靠性理论和可靠性的数学定义的研究，建立系统可靠性模型,并以此进行可靠性预测，针对系统级和部件级可靠性提出不同的预测方法。

其中， f(x)—失效概率密度函数，

t—时间

故障树法（Fault Tree Analysis,简称FTA）

在系统设计过程中通过对可能造成系统失效的各种因素进行分析，画出逻辑框图（失效树），从而确定系统失效原因的各种可能组合方式或其发生概率，已计算系统失效概率，采取相应的纠正措施，以提高系统可靠性。

事件树法（Event Tree Analysis，简称ETA）

事件树分析是一种按事故发展的时间顺序由初始事件开始推论可能的后果，从而进行危险源辨识的方法。

2）通过现场采集系统运行情况和设备使用状况数据，使用韦伯分布和线性回归分析法进行分析，从而验证可靠性保障计划。

3）根据城市轨道轨道交通综合监控系统的特点，通过应用新兴学科“可靠性设计”理论，将可靠性设计嵌入到综合监控系统的设计过程中，确立可靠性保证计划；建立故障报告与修正措施系统，以实现综合监控系统可靠性的增长。

5 结束语

城市轨道综合监控系统是应用安全性可靠性研究的重要领域，由于为城市轨道交通构建综合监控系统是一个宏大工程的总设计，即以开放系统作为平台的基础无缝地接入各个子系统并通过信息共享平台由成熟的软件平台支持。城市轨道交通综合监控系统建设的主要任务就是对专业系统的“综合”，而如何使综合监控系统的众多系统及30余项不同专业设施安全可靠地运行，并有一套成熟的安全评估措施为综合监控系统服务，就让综合监控系统的安全性可靠性和风险评估研究显得十分复杂和困难。因此，开展城市轨道综合监控系统安全性可靠性研究和风险评估研究具有十分重要的科研价值，其研究成果将对城市轨道综合监控系统的设计和施工具有积极地指导作用。

参考文献：

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[6] 李海泉，李刚. 系统可靠性分析与设计. 科学出版社 2003

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。