【摘　要】　通過(guò)分析高速輪軌鐵路交通事故，得出發(fā)生脫軌的可能性是評(píng)價(jià)軌道交通系統(tǒng)安全性的主要依據(jù)的結(jié)論；然后通過(guò)分析比較輪軌系統(tǒng)和磁浮系統(tǒng)在構(gòu)造上和技術(shù)上防止脫軌的各種措施，得出磁浮系統(tǒng)的安全性高于輪軌系統(tǒng)的結(jié)論?！?/p>

　　【關(guān)鍵詞】　高速軌道交通系統(tǒng)；　安全性；　輪軌系統(tǒng)；　磁浮系統(tǒng)；　脫軌

　　當(dāng)今世界，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們勞動(dòng)生產(chǎn)率提高，對(duì)出行的效率的要求也就隨之提高，因此我們熱切的追求運(yùn)輸速度的提高；加上科學(xué)技術(shù)的高度發(fā)展，高速軌道交通就應(yīng)運(yùn)而生了。

　　高速軌道交通系統(tǒng)分為兩大體系：一是高速輪軌鐵路系統(tǒng)，以日本的新干線、法國(guó)的TGV系統(tǒng)、德國(guó)的ICE系統(tǒng)等為代表；另一是高速磁懸浮鐵路系統(tǒng)，以德國(guó)的TR系統(tǒng)(常導(dǎo))和日本的MLX系統(tǒng)(超導(dǎo))為代表。(由于德國(guó)的TR系統(tǒng)技術(shù)較為成熟，且目前世界上唯一一條商業(yè)運(yùn)營(yíng)的磁浮鐵路———我國(guó)上海高速磁浮鐵路客運(yùn)專(zhuān)線就是采用的這一系統(tǒng)，因此本文只考慮磁浮系統(tǒng)中的德國(guó)TR系統(tǒng)。)

　　安全是旅行的必要條件，安全性是旅客選擇交通工具時(shí)考慮的重要因素，而且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民生活水平的提高，旅客越來(lái)越重視出行的安全性了。也就是說(shuō)，某一種交通系統(tǒng)的安全性將在很大程度上決定了這一系統(tǒng)能吸引客流量的多少，影響著這一系統(tǒng)的市場(chǎng)占有率。

　　由于各種交通工具的技術(shù)特點(diǎn)和運(yùn)營(yíng)條件不同，其安全程度也有差異?，F(xiàn)在的有關(guān)研究中用單位旅客周轉(zhuǎn)量的傷亡人數(shù)指標(biāo)來(lái)定量的描述安全性的。根據(jù)多年的統(tǒng)計(jì)資料，高速輪軌鐵路的事故死傷率為0.018人/億人公里，低于高速公路的19.200人/億人公里和航空的0.140人/億人公里；而對(duì)于高速磁浮鐵路，由于至今在世界范圍內(nèi)仍缺乏商業(yè)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，故暫時(shí)沒(méi)有這方面的統(tǒng)計(jì)資料。本文旨在從對(duì)輪軌鐵路交通事故進(jìn)行調(diào)查分析入手，找出引發(fā)事故并導(dǎo)致嚴(yán)重人員傷亡的主要原因，然后通過(guò)對(duì)比分析輪軌和磁浮這兩種系統(tǒng)在構(gòu)造和技術(shù)上防止這一現(xiàn)象發(fā)生的各種措施來(lái)比較這兩種系統(tǒng)的安全性。

　　1高速輪軌鐵路交通事故的調(diào)查分析　　

　　通過(guò)媒體搜集到近十年內(nèi)傷亡比較嚴(yán)重的國(guó)外輪軌鐵路交通事故案例：

　　(1)1998年6月3日，德國(guó)鐵路一列高速列車(chē)在從慕尼黑駛往漢堡途中的埃舍德水鎮(zhèn)脫軌，撞塌一座公路大橋，造成100多人死亡，這是德國(guó)近20年來(lái)最嚴(yán)重的一起鐵路交通事故。

　　(2)當(dāng)?shù)貢r(shí)間2004年12月14日下午，印度北部旁遮普邦發(fā)生兩列火車(chē)迎頭相撞事故。約50人在事故中喪生，另有150人受傷。(新聞來(lái)源：新華網(wǎng))

　　(3)印尼東爪哇杰姆波爾地區(qū)2004年5月26日凌晨3點(diǎn)15分發(fā)生一起火車(chē)與客車(chē)相撞的惡性事故，造成7人死亡、21人受傷。此次事故的所有傷亡人員均為客車(chē)司乘人員。據(jù)目擊者稱(chēng)，當(dāng)時(shí)這輛巴士正在穿越一個(gè)鐵路道口，而一列火車(chē)恰好迎面而來(lái)與之相撞。據(jù)當(dāng)?shù)鼐酵嘎?，此次事故完全是人為造成的，因?yàn)楫?dāng)時(shí)道口看守沒(méi)有按規(guī)定及時(shí)放下路口的欄桿。

　　通過(guò)對(duì)上述3例傷亡嚴(yán)重的輪軌鐵路交通事故的分析，可根據(jù)事故原因?qū)⑺鼈兎譃槿?lèi)：第一類(lèi)，列車(chē)在運(yùn)行中自動(dòng)脫軌而造成的事故。這類(lèi)事故一般是列車(chē)在運(yùn)行中由于系統(tǒng)內(nèi)部(軌道和車(chē)輛)的某種原因?qū)е铝熊?chē)脫軌造成事故，可稱(chēng)之為內(nèi)因型事故；第二類(lèi)，列車(chē)在運(yùn)行中與軌道上的另外一列列車(chē)相撞(追尾或迎頭相撞)而造成的事故。這類(lèi)事故一般是由于行車(chē)指揮工作人員的過(guò)錯(cuò)而造成的，屬于人為事故；第三類(lèi)，列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中與穿越軌道的其他車(chē)輛相撞而造成的事故。這類(lèi)事故一般是由于鐵路與其他道路平交路口缺少必要的管理人員或者管理人員玩忽職守而造成的，也屬于人為事故；且這類(lèi)事故的傷亡人員絕大多數(shù)甚至全部是穿越軌道的車(chē)輛上的司乘人員，對(duì)列車(chē)上的乘客傷害則很小。第二類(lèi)和第三類(lèi)事故可統(tǒng)稱(chēng)為外因型事故。對(duì)于外因型事故，由于它是人為因素造成的，通過(guò)加強(qiáng)對(duì)行車(chē)指揮人員的管理、嚴(yán)格工作紀(jì)律、增強(qiáng)工作人員的安全意識(shí)與責(zé)任感、在鐵路與其他道路的交叉路口安排必要的管理人員及設(shè)置警示標(biāo)志等措施，在很大程度上是可以避免的；而對(duì)于內(nèi)因型事故，它是由輪軌系統(tǒng)內(nèi)部因素造成的，只要采用這一交通系統(tǒng)，其構(gòu)造特點(diǎn)、技術(shù)特點(diǎn)和運(yùn)營(yíng)條件就決定了會(huì)有一定的概率發(fā)生列車(chē)在運(yùn)行中的自行脫軌，從而導(dǎo)致這一類(lèi)事故的發(fā)生。也就是說(shuō)，這類(lèi)事故的起因即運(yùn)行中自行脫軌由系統(tǒng)本身的特性所決定，在某種意義上說(shuō)是無(wú)法避免的。

　　綜上，我們可以得出結(jié)論，脫軌(指運(yùn)行中的自行脫軌，下同)是高速輪軌系統(tǒng)最大的安全隱患，發(fā)生脫軌的可能性應(yīng)該是評(píng)價(jià)其安全性的主要依據(jù)。由于同屬于高速軌道交通系統(tǒng)，這一結(jié)論也適用于高速磁浮系統(tǒng)。故可通過(guò)比較兩種系統(tǒng)對(duì)脫軌的各種防范措施來(lái)比較兩種系統(tǒng)的安全性。

　　2輪軌系統(tǒng)對(duì)脫軌的各種防范措施分析

　　2.1脫軌原因分析

　　通常車(chē)輛脫軌不是由單一因素，而是由多種因素的不利組合造成的。

　　2.1.1軌道狀態(tài)

　　(1)外軌超高設(shè)置不當(dāng)，未被平衡的超高導(dǎo)致車(chē)輪輪重的增減載；

　　(2)軌道順坡、三角坑、不均勻支承等會(huì)使車(chē)體產(chǎn)生扭曲，從而引起各車(chē)輪輪重的增減載和加劇橫向搖擺；

　?。?)軌道橫向不平順、小半徑曲線、道岔以及軌縫等局部不平順都可能引起較大的橫向力。

　　2.1.2車(chē)輛狀態(tài)

　　(1)車(chē)輛裝載不均衡，旅客或貨物偏載影響各車(chē)輪輪重的分配?？哲?chē)比重車(chē)容易脫軌；

　　(2)不同運(yùn)行速度對(duì)車(chē)輛脫軌有不同影響，當(dāng)車(chē)輪通過(guò)曲線時(shí)低速運(yùn)行比高速運(yùn)行容易脫軌；

　　(3)反向運(yùn)行即機(jī)車(chē)推進(jìn)時(shí)，車(chē)輛之間的車(chē)鉤作用力是壓縮力，使前后轉(zhuǎn)向架側(cè)向力增大，同時(shí)有可能使車(chē)輛向上撅起，使其輪重減載；

　　(4)風(fēng)力對(duì)脫軌安全性也是不利的。

　　綜上所述，引起車(chē)輛脫軌的原因很多，而從脫軌時(shí)受力分析的角度來(lái)看，影響車(chē)輛脫軌的因素可分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是使輪重減小的；一類(lèi)是使輪軌之間的橫向力加大的。應(yīng)從這兩個(gè)方面有針對(duì)性的采取相應(yīng)措施予以防止。

　　2.2輪軌系統(tǒng)在構(gòu)造上防止脫軌的分析

　　輪軌鐵路是用兩股鋼軌直接支承機(jī)車(chē)車(chē)輛的車(chē)輪，并引導(dǎo)其前進(jìn)的。車(chē)輪與鋼軌接觸的面稱(chēng)為踏面；為防止車(chē)輪脫軌，踏面內(nèi)側(cè)制成凸緣稱(chēng)之為輪緣；鋼軌與車(chē)輪接觸的部分稱(chēng)之為軌頭，軌頭的外形是由不同半徑的復(fù)曲線所組成；再加上輪對(duì)的寬度略小于軌距，這樣輪對(duì)就被限制在兩股鋼軌之間，由鋼軌引導(dǎo)前進(jìn)(如圖1所示)。

　　基于以上構(gòu)造原理，當(dāng)列車(chē)高速運(yùn)行時(shí)，如果由于某種原因產(chǎn)生較大的橫向力，使機(jī)車(chē)車(chē)輛發(fā)生劇烈橫向擺動(dòng)時(shí)，就很容易發(fā)生脫軌現(xiàn)象；另一方面，輪對(duì)是靠重力作用才置于鋼軌之上的，如果由于某種原因使得某一個(gè)車(chē)輪增減載，則兩個(gè)車(chē)輪輪重大小不同，則輪重較輕的那一個(gè)車(chē)輪傾向于向上翹起，當(dāng)達(dá)到一定的程度時(shí)，就會(huì)發(fā)生脫軌現(xiàn)象。

　　2.3輪軌系統(tǒng)在技術(shù)上防止脫軌的分析

　　輪軌系統(tǒng)在技術(shù)上防止脫軌主要表現(xiàn)在曲線地段外軌超高的設(shè)置和最小曲線半徑的取值上。

　　2.3.1外軌超高

　　當(dāng)列車(chē)在曲線上行駛時(shí)，由于慣性離心力的作用，將機(jī)車(chē)車(chē)輛推向外股鋼軌，加大了外股鋼軌的壓力，因此需要把曲線地段外軌適當(dāng)抬高，使列車(chē)的自身重力產(chǎn)生一個(gè)向心的水平分力，以抵消慣性離心力，避免列車(chē)脫軌，提高線路的安全性。超高的計(jì)算公式如下：

　　h=7.6V2max/R

　　式中：h為所需的外軌超高度；Vmax為該段線路的最大行車(chē)速度；R為曲線半徑。

　　據(jù)此，如果列車(chē)行駛速度V超出了設(shè)計(jì)的最大行車(chē)速度Vmax，則線路設(shè)置超高h(yuǎn)后所提供的向心力就不足以抵消慣性離心力(欠超高)；當(dāng)超速達(dá)一定的程度，欠超高超過(guò)了允許值，則發(fā)生脫軌現(xiàn)象。

　　2.3.2最小曲線半徑

　　脫軌系數(shù)(輪軌間橫向作用力Q與垂向力P的比值)是避免列車(chē)脫軌的重要控制指標(biāo)，在高速輪軌鐵路中，采用Q/P≤0.8。而在列車(chē)高速運(yùn)行條件下，輪軌鐵路的曲線半徑對(duì)脫軌系數(shù)的影響很顯著。因此，脫軌系數(shù)就制約著線路所允許的最小曲線半徑的取值。也就是說(shuō)，最小曲線半徑的取值必須滿足脫軌系數(shù)Q/P≤0.8。

　　高速鐵路最小曲線半徑的計(jì)算公式為：

　　Vmax為該段線路的最大行車(chē)速度；[h+hp]為實(shí)設(shè)超高(h)與欠超高(hp)之和的允許值。

　　據(jù)此，當(dāng)列車(chē)超速行駛(V>Vmax)或者外軌超高由于磨損或設(shè)置不當(dāng)而使[h+hp]變小時(shí)，Rmin的值就會(huì)變大；這樣，列車(chē)行駛在小曲線上時(shí)就容易不滿足脫軌系數(shù)Q/P≤0.8，而導(dǎo)致列車(chē)脫軌。

　　3磁浮系統(tǒng)對(duì)脫軌的各種防范措施分析

　　3.1磁浮系統(tǒng)在構(gòu)造上防止脫軌的分析

　　磁浮鐵路系統(tǒng)(德國(guó)的TR系統(tǒng))在構(gòu)造上采取了避免脫軌的措施：列車(chē)環(huán)保線路，幾乎排除了列車(chē)脫軌的可能性(如圖2所示)。除非當(dāng)車(chē)體遭到嚴(yán)重破壞至潰散的程度，車(chē)體才有可能從軌道上脫落，而一般的橫向力或者撞擊是不會(huì)導(dǎo)致其脫軌的?？梢?jiàn)，從構(gòu)造上看，TR系統(tǒng)發(fā)生脫軌的可能性很小。

　　3.2磁浮系統(tǒng)在技術(shù)上防止脫軌的分析

　　TR系統(tǒng)在技術(shù)上采取了能夠最大限度的保障行車(chē)安全的可靠性很強(qiáng)的設(shè)計(jì)，防止脫軌的措施主要體現(xiàn)在車(chē)輛系統(tǒng)和運(yùn)行控制系統(tǒng)兩個(gè)方面。

　　3.2.1　車(chē)輛系統(tǒng)

　　(1)磁浮轉(zhuǎn)向架(懸浮架)。磁浮列車(chē)每節(jié)車(chē)廂設(shè)有四個(gè)懸浮架，每個(gè)懸浮架在車(chē)體兩側(cè)的底部各安裝一個(gè)懸浮與推進(jìn)電磁鐵(如圖2所示)；相鄰兩個(gè)懸浮架之間也在每側(cè)有一個(gè)懸浮與推進(jìn)電磁鐵相連，即車(chē)輛兩側(cè)由懸浮與推進(jìn)電磁鐵首尾相接布滿全車(chē)，這樣，當(dāng)有若干個(gè)電磁鐵失效時(shí)剩余的大部分電磁鐵仍能提供足夠的懸浮力保證列車(chē)安全運(yùn)行。另外，每個(gè)電磁鐵的兩端分別有兩個(gè)獨(dú)立的控制點(diǎn)，如果一個(gè)控制點(diǎn)發(fā)生故障，另一個(gè)仍能控制該電磁鐵繼續(xù)工作；這樣，采用了電氣冗余設(shè)計(jì)，大大提高了系統(tǒng)的可靠性。

　　導(dǎo)向與制動(dòng)電磁鐵的安裝設(shè)計(jì)與懸浮與推進(jìn)電磁鐵相類(lèi)似，個(gè)別電磁鐵出現(xiàn)故障不會(huì)導(dǎo)致列車(chē)運(yùn)行事故。

　　(2)二次懸掛系統(tǒng)。二次懸掛系統(tǒng)設(shè)置了擺桿結(jié)構(gòu)，擺桿與懸浮架相連，可以同時(shí)產(chǎn)生側(cè)向和縱向運(yùn)動(dòng)，這就保證了列車(chē)運(yùn)行在曲線上時(shí)，懸浮架相對(duì)于車(chē)廂可以有側(cè)向運(yùn)動(dòng)自由度。

　　當(dāng)列車(chē)運(yùn)行中遇到側(cè)向風(fēng)力或者存在未被平衡的離心加速度時(shí)，車(chē)廂將產(chǎn)生測(cè)滾運(yùn)動(dòng)。為了衰減車(chē)輛的測(cè)滾運(yùn)動(dòng)，車(chē)廂與磁浮轉(zhuǎn)向架設(shè)計(jì)了防測(cè)滾穩(wěn)定器，通過(guò)液壓裝置減輕車(chē)廂的測(cè)滾效應(yīng)。

　　(3)電氣設(shè)備。列車(chē)在運(yùn)行中，電磁鐵與軌道之間的懸浮間隙控制在8～10mm。間隙信息是通過(guò)間隙傳感器反饋到車(chē)載控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)自動(dòng)作出調(diào)整。每個(gè)電磁鐵由兩套獨(dú)立的控制電路進(jìn)行控制；每套控制電路又設(shè)置兩個(gè)間隙測(cè)量單元。如果一個(gè)間隙傳感器失效，相鄰的控制電路仍能反饋間隙信號(hào)。這就保證了列車(chē)運(yùn)行中懸浮間隙的穩(wěn)定性。

　　3.2.2　運(yùn)行控制系統(tǒng)

　　運(yùn)行控制系統(tǒng)指揮協(xié)調(diào)整個(gè)磁浮列車(chē)系統(tǒng)的運(yùn)行，類(lèi)似于人體的大腦和神經(jīng)系統(tǒng)。它包括所有用于安全保護(hù)、控制、執(zhí)行和計(jì)劃的設(shè)備，還包括用于設(shè)備之間相互通訊的設(shè)備。它采用了檢測(cè)技術(shù)、有線和無(wú)線通訊技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)等，保證了磁浮列車(chē)高速安全地運(yùn)行，并能根據(jù)運(yùn)行中車(chē)輛、線路的狀況，隨時(shí)調(diào)整運(yùn)行計(jì)劃，迅速處理運(yùn)行中的各種突發(fā)事件，大大減小發(fā)生事故的可能性。

　　4結(jié)束語(yǔ)　　

　　通過(guò)以上對(duì)比分析輪軌系統(tǒng)和磁浮系統(tǒng)在構(gòu)造上和技術(shù)上防止脫軌的各種措施，可以得出結(jié)論：磁浮系統(tǒng)發(fā)生脫軌的可能性更小，較輪軌系統(tǒng)具有更好的安全性。

　　由于至今在世界范圍內(nèi)仍沒(méi)有長(zhǎng)大干線高速磁懸浮鐵路的商業(yè)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，故本文只能從理論上進(jìn)行一些分析，而且本人水平有限，有不當(dāng)之處，望專(zhuān)家學(xué)者們指正。