劉 俊

（鐵道部 運輸局，北京 100844）

日本鐵路防災系統(tǒng)對我國鐵路的啟示

劉 俊

（鐵道部 運輸局，北京 100844）

在闡述日本鐵路綜合防災系統(tǒng)建設情況的基礎上，分析了北海道調度所綜合防災系統(tǒng)、九州新干線防災系統(tǒng)設置、JR九州新干線防災列車開行限制條件、函館調度所青函隧道防災監(jiān)測系統(tǒng)。結合我國高速鐵路建設情況，提出完善大風監(jiān)測報警系統(tǒng)、構建大雪防災系統(tǒng)、試點建設地震早期報警系統(tǒng)、構建信息完善的綜合防災系統(tǒng)和完善防災相關配套設施等建設我國鐵路綜合防災系統(tǒng)的建議。

日本鐵路；防災系統(tǒng)；新干線；安全

日本第一條新干線于 1964 年 10 月1日開通運營，截至 2011 年3月新干線里程達到 2 874.1 km，列車最高時速為 300 km，到 2013 年將達到 320 km。正在建設中的新干線有 552 km，計劃建設的新干線有533 km，新干線建設將在2017年前全部完成。2011 年3 月 11 日日本發(fā)生了 9.0 級大地震，在如此強震下日本新干線并未造成重大災害，充分顯示了日本鐵路在防災系統(tǒng)建設方面的顯著成效，同時也為我國鐵路綜合防災系統(tǒng)的建設提供了有益的借鑒。

1 日本鐵路綜合防災系統(tǒng)建設概況

1.1 鐵路綜合防災系統(tǒng)建設背景與指導思想

日本是個災害頻發(fā)的國家，自然環(huán)境條件非常不利，鐵路多在山區(qū)穿行，容易受到落石、滑坡、雪崩、地震等災害影響。日本每年 6—7 月份是臺風、降雨季節(jié)，平均每月有 10.8 個臺風接近，2.6 個臺風登陸。日本國土 75% 是山地，平地大多是軟土性質的沖積層，水源到河口的落差大，下雨容易引起急流，發(fā)生水災。

日本鐵路構建綜合防災系統(tǒng)的指導思想是當災害發(fā)生后，防災系統(tǒng)能第一時間發(fā)出預警或采取動作，使正在運行的列車停車或降速，最大程度地減少災害引發(fā)的列車運行人身傷亡事故；通過制定災害發(fā)生后的行車規(guī)則，或者及時監(jiān)測到災害，以避免事故的發(fā)生。

鐵路應對災害的辦法包括對邊坡、坡面進行防護；修建擋風墻；對主要橋梁等設施進行抗震加固；在斜坡旁建防落石網；安放風速計監(jiān)測；設置落石檢測線 (監(jiān)測落石侵限)。另外，在日本鐵路沿線多處設置了地震儀，其發(fā)出的速報信息為全社會共享。自 2006 年起，日本國土交通省對每日乘降1萬人以上的車站進行抗震加固，這些車站在大災時還將兼顧野戰(zhàn)醫(yī)院和信息發(fā)布場所的作用。

1.2 綜合防災系統(tǒng)的構成

綜合防災系統(tǒng) (ARISS) 是指自然災害報警系統(tǒng)和因特定需要而設置的安全報警系統(tǒng)，包括地震檢測系統(tǒng)、臺風預警系統(tǒng)、雨量超標報警、落石報警、積雪深度計、水位報警等，主要是防地震、防臺風、防海潮、防落石、防積雪等預警系統(tǒng)，還有針對海底隧道鐵路的涌水、火災報警系統(tǒng)。這些系統(tǒng)都與運輸調度指揮中心連接，第一時間向鐵路調度系統(tǒng)反饋監(jiān)測數據或報警信息。

日本在鐵路沿線設置自然災害報警系統(tǒng)，并且當自然災害襲來時通過切斷供電電源或經自動控制系統(tǒng)控制列車減速運行，其中最為完善的是新干線早期地震預警系統(tǒng)和臺風預警系統(tǒng)。當地震儀監(jiān)測到里氏4級以上，并且有列車處于地震影響范圍內時，能及時控制變電所停止向接觸網供電使列車停車。在各公司調度指揮中心都建設有完備的安全防災監(jiān)控系統(tǒng)，各個防災監(jiān)測點采集到的地震、風速、降雨等信息能實時傳輸至調度指揮中心，一旦達到設定警戒線就會自動報警，根據設定程序觸發(fā)設備動作或提示調度員及時采取相應措施。

新干線的臺風預警系統(tǒng)除與氣象部門聯網外，還在易受風害的主要地段設置風速儀，監(jiān)測沿線風速變化情況。當風速達到一定程度后，自動通知列車減速或停止運行。

除此之外，日本對新干線的洪水和降雪災害也十分重視。除防洪水設計定為 50～100 年一遇的標準外，還規(guī)定了在不同的小時降雨量和連續(xù)降雨量條件下，新干線列車以不同允許速度運行的標準。對于新干線降雪時的對策，除采用灑水除雪、自動溫水融雪、人工清除車底積雪 (在車站) 等對策以外，不同的降雪條件下對列車速度也有限制。

2 日本鐵路綜合防災系統(tǒng)的應用

2.1 北海道調度所綜合防災系統(tǒng)

（1）大風監(jiān)測系統(tǒng)。臺風在日本比較頻繁，因此對大風的監(jiān)測相當細致，如對橋梁的某些區(qū)段進行危險風向監(jiān)測，以判定不同風向對列車運行的影響。在調度區(qū)段內同一個風速對應的列車限速值不同，主要是在特殊地段如風口、橋梁等處進行了特殊設置，并且有些區(qū)段設置了擋風墻或聲屏障，對此監(jiān)測系統(tǒng)有不同的風速預警值。例如，JR北海道公司既有線的江別地區(qū)，可分別查詢車站當前風速、各站風速情況一覽、江別站階段風速、危險風向參考圖等內容。

（2）雨量、水位監(jiān)測系統(tǒng)。日本在重點鐵路橋梁設置了水位監(jiān)測裝置，如JR北海道公司的水位監(jiān)測設備設定當水位上升至距離橋梁 1.5 m 時警戒、1 m 時列車降速、0.5 m 時列車停運。

（3）軌溫監(jiān)測系統(tǒng)。軌溫監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測鋼軌溫度，及時提供預警信息。

（4）降雪災害預警系統(tǒng)。①積雪深度儀。其主要原理是采用超聲波探測設置地點的積雪深度，向系統(tǒng)終端反饋積雪深度情況。②固定除雪設備。除雪灑水器用于在區(qū)間向鋼軌噴灑溫水去除鋼軌及道心的冰雪?？焖俪┭b置設置在道岔區(qū)段，通過向道岔噴灑溫水，溶解冰雪。這些設備是固定安置的。③移動除雪設備。在經常降大雪的地區(qū)還配備有專業(yè)除雪車，其在鋼軌上運行時將積雪向線路兩側鏟除。JR北海道公司在雪深預報為 10 cm 時，安排除雪車出動掃雪。④車輛的應對裝置。列車的車頭安置鏟雪器，將積雪鏟向線路兩側；車門安置加熱裝置，防止車門積雪凍結；在車底部安置車罩結構，防止車下機器設備積雪；在車底部涂有特殊涂料，使卷起的積雪不易附著在上面；司機駕駛臺擋風玻璃采用耐寒、防結霜材料。

（5）地震檢測系統(tǒng)。目前，日本鐵路既有線平均 15 km 設置一個地震儀，新干線平均 13 km 設置一個地震儀。地震儀檢測到的地震信息，既有線傳輸至調度指揮中心，由調度員操作使列車降速或停車，新干線直接傳至變電站進行自動斷電操作。日本的地震早期警報系統(tǒng)到目前有四代產品。第一代系統(tǒng)只能檢測S波，第四代系統(tǒng)能檢測P波和S波，計算出震源位置，在P波來到2秒內計算出震級，并備有斷電后的蓄電池裝置，以保證其良好的工作狀態(tài)。第四代地震早期報警系統(tǒng)與氣象臺的地震儀信息通過網絡互通共享。地震儀的設置及P波、S 波檢測如圖1所示，地震信息傳輸與列車控制原理如圖2所示。

2.2 九州新干線防災系統(tǒng)設置

（1）地震監(jiān)測設備。該設備的沿線監(jiān)測點在變電所、電區(qū)分所附近設置；海岸監(jiān)測點在過去大地震、震源附近場所設置，另外還有中繼所。

（2）雨量警報裝置。該裝置主要設置在路堤、路塹、隧道的出入口。

（3）河川水位警報裝置。該裝置主要設置在上游有水庫、橋梁梁下空間較小的地方。

（4）風向、風速監(jiān)視裝置。該裝置主要設置在河川流域、風力集中場所、突發(fā)大風的場所。

（5）滑坡警報裝置。該裝置設置在有可能發(fā)生滑坡的地方。

（6）軌道溫度報警裝置。該裝置設置在易發(fā)生軌溫變化的地方，如有砟軌道與無砟軌道的結合處。

（7）侵入限界報警裝置。該裝置設置在新干線與既有線并行，或者與既有線、公路相互交叉的地方，防止既有線車輛、貨物侵限。

2.3 JR 九州新干線防災列車開行限制條件

（1）地震監(jiān)測。災害狀況在 40～80 g al 時，列車停車后再開；在 80～120 gal 時，列車停車車上檢查后再開；在 120 gal 以上時，列車停車下車檢查后再開。

（2）雨量報警。當r＝25 mm (r為時間雨量)且R＝130 mm (R為連續(xù)雨量) 或r＝35 mm 或R＝160 mm 時，列車限速 160 km/h；r＝35 mm 且R＝150 mm 或r＝45 mm 或R＝160 mm 時，列車限速 70 km/ h；r＝50 mm 且R＝200 mm 或r＝60 mm 或R＝250 mm 時，列車停止運行。

（3）風速監(jiān)測。風速在 20～25 m/s 時，列車限速 160 km/h；風速在 25～30 m/s 時，列車限速 70 km/h；風速在 30 m/s 以上時，列車停止運行。

（4）軌溫報警。軌溫在 50～55℃ 時，列車限速 160 km/h；軌溫在 55～60℃ 時，列車限速 70 km/h。

2.4 函館調度所青函隧道防災監(jiān)測系統(tǒng)

青函隧道 (青森—函館) 是一個跨海海底隧道，于 1964 年開始施工建設，1988 年開通運營，全長 53.85 km，最深處位于海底 240 m (其中海水深度 140 m，隧道距海底100 m)。由于北海道地區(qū)既有線采用 1 067 mm 窄軌鐵路，在設計初期就考慮到新干線的公用問題 (新干線為 1 435 mm 軌距)，預留了第三軌的位置 (最高允許速度 260 km/h)。隧道包括主隧道、先導坑道 (調研地質用)、作業(yè)坑道(施工用) 等，坑道之間橫向連通，設有排水基地，用于排除地面涌水。

JR北海道函館調度所負責青函隧道的行車及相關調度指揮工作，函館調度所的青函隧道工況監(jiān)視大屏如圖3所示，從屏幕上可看到列車占用、風向風速、電力等設備工況情況。

（1）青函隧道變形監(jiān)視報警裝置。隧道變形以1/104 mm 為單位進行測量，從建成通車以來未監(jiān)測到任何變形，說明地震對隧道的影響不大。整條隧道共設有 27 處地震監(jiān)測設備，百分之一毫米的變形表示隧道達到使用極限，百分之二毫米的變形表示隧道已經被損壞，不能繼續(xù)使用。

（2）青函隧道涌水監(jiān)視裝置。由于隧道有部分是和地表相連接的，所以每天都有大量的涌水進入隧道，對涌水的監(jiān)測和處理也是確保隧道安全的重要工作。全部隧道共設置 27 處涌水監(jiān)測點，對涌水量進行監(jiān)測，同時設有3處大功率水泵，將涌水抽到地表，每日運用 50% 的水泵，其余作為備用。若全部水泵都出現故障時，可以將涌水引入修建隧道時的先導坑道內進行存儲，其可以容納7天的正常涌水量。

（3）青函隧道的地震監(jiān)視報警裝置。地震時會發(fā)生小震的P波和大震的S波，P 波的傳導速度是7 km/h，S 波的傳導速度是 4 km/h，因此根據 P 波預測出震級，趕在S波到達前發(fā)出警報是很重要的。分布在隧道及海岸線的地震監(jiān)測報警裝置監(jiān)測到4級以上地震時，立即使接觸網斷電，列車緊急停車。雖然只有 10 秒的時間差，但對防止列車運行脫軌、顛覆和旅客逃生來說是十分關鍵與重要的。

（4）青函隧道火災報警監(jiān)控裝置。該裝置能實現對隧道內的火災，以及車底、車體、車軸進行監(jiān)測。當監(jiān)測到車底溫度超過 300℃、車體溫度超過 140℃、車軸溫度超過400℃時視為列車發(fā)生火災，需要采取處理措施。同時配有視頻監(jiān)測系統(tǒng)對發(fā)生報警的位置進行確認和回放，準確確定發(fā)生火災的列車和位置 (能準確到列車的第幾節(jié)車輛、第幾軸)。隧道內共設有4個滅火點，分別是吉岡、飛龍、知內和津輕。4 個滅火點的上、下行線共設有 24 個噴淋頭，可持續(xù)噴淋 40 min (每分鐘噴淋7 t水)。當監(jiān)測到火災報警信息時，中心監(jiān)測系統(tǒng)會自動切換到報警畫面，同時伴有聲音和顏色提示調度員通知司機采取相應措施。海底隧道的火災監(jiān)測設備如圖4所示。

（5）青函隧道防災監(jiān)測設備狀態(tài)監(jiān)視報警裝置。該裝置對各監(jiān)測設備的工作狀態(tài)進行監(jiān)控，遇有不正常狀態(tài)時，立即報警提示，如圖5所示。

函館調度所的防災系統(tǒng)由設施調度負責，防災系統(tǒng)對每項報警信息能自動給出相應的處所位置，視頻監(jiān)控可以自動切換至相應畫面，調度通過相應畫面與現場進行通話或遠動操作。在青函隧道發(fā)生災害需要補充空氣或抽吸煙霧時，調度中心可以遙控開關進行強制送風，可以監(jiān)控隧道里的旅客逃生通道情況，并可以進行語音通話和引導。綜合防災系統(tǒng) (ARISS) 通過系統(tǒng)平臺對各防災子系統(tǒng)進行控制、指揮。

3 對我國鐵路綜合防災系統(tǒng)建設的啟示

目前，我國高速鐵路正處于快速發(fā)展時期，亟需構建完善的綜合防災系統(tǒng)以保證高速鐵路的列車運行安全。

3.1 完善大風監(jiān)測報警系統(tǒng)

目前，我國鐵路大風監(jiān)測報警系統(tǒng)存在監(jiān)測點設定不完善，檢測報警值不科學等問題。由于高速鐵路建設進度較快，沿線大風監(jiān)測點有些未設置在關鍵的風口處，某些形成大風的地段未能及時設定監(jiān)測點，并且由于高速鐵路沿線有些地段設置了擋風墻、聲屏障，應考慮這些設施對大風起到的阻擋作用，否則易造成防災系統(tǒng)報警信息失真。建議全面調查高速鐵路沿線的自然情況，對于司機反映的一些容易感覺晃車的關鍵風口，及時補設大風監(jiān)測點，完善大風檢測網絡；對設置擋風墻、聲屏障的地段阻擋大風的情況進行測試，提出科學的預警數據。

3.2 盡快構建大雪防災系統(tǒng)

我國華北及東北地區(qū)的鐵路運輸在冬季時常受到雨雪的影響。目前，我國鐵路在應對雪災的防災系統(tǒng)建設方面缺乏硬件投入和軟件研究。例如，鐵路沿線使用的除雪車在我國還沒有廣泛應用，鐵路沿線也沒有設置積雪深度儀以觀察雪量情況，這會嚴重影響大雪來臨時的災害判斷和應對措施。建議引進或生產適合我國特點的專用鐵路除雪車輛；建立高速鐵路積雪深度監(jiān)測系統(tǒng)，并連接到綜合防災系統(tǒng)中，同時制定我國鐵路大雪防災系統(tǒng)標準。

3.3 試點建設先進的地震早期報警系統(tǒng)

我國高速鐵路建設至今，很多人認為地震既然不可預測，在地震來臨時能夠做的就是停止列車運行，因此沒有必要進行地震警報。而日本鐵路設置地震早期警報系統(tǒng)的目的是盡早監(jiān)測到地震發(fā)生，并且通過系統(tǒng)自動判定地震級別，在確定存在危險時直接切斷新干線接觸網電源，當地震的能量主體來臨時，列車已經處于停車或低速狀態(tài)，從而降低地震對旅客人身安全的影響。在地震發(fā)生時，如果列車正在以 250 km/h 以上的速度運行，則旅客將處于非常危險的境地。2011 年3月 11 日日本發(fā)生 9.0級大地震時，日本東北新干線未發(fā)生一起動車組列車顛覆事故，當時一列“隼”號動車組列車停在了仙臺車站，僅僅頭車的一個輪對脫線，日本國土交通省事后對新干線地震防災系統(tǒng)的評價是肯定的。因此，建議試點建設先進的地震早期報警系統(tǒng)，并會同國家地震局等專業(yè)部門開展相關工作。學習日本地震防災系統(tǒng)的先進經驗，充分利用后發(fā)優(yōu)勢，在日本第四代地震早期報警系統(tǒng)的基礎上，建設我國鐵路地震早期報警系統(tǒng)。

3.4 構建信息完善的綜合防災系統(tǒng)

日本的國家氣象災害預報系統(tǒng)和鐵路綜合防災系統(tǒng)實現了網絡信息互通，鐵路系統(tǒng)可以隨時調用國家氣象信息，而鐵路防災系統(tǒng)的信息也可為國家防災系統(tǒng)所調用，增加信息量可以為預防災害提供可靠依據，也能更好地確保列車運行安全。建議我國鐵路部門與國家氣象局、地震局等部門共同加強防災系統(tǒng)建設，并實現與有關防災系統(tǒng)的網絡信息互通，建立互惠互利的信息共享綜合防災系統(tǒng)。

3.5 完善高速鐵路的防災配套設施

日本青函海底隧道的應急通道、疏散口都有良好的通風和照明設施，地面工整平坦，各種引導標識鮮明，與調度指揮中心的通訊設施完好、齊全，監(jiān)控攝像與調度指揮中心相連接，通道內還有疏散后的應急廁所等配套設施。相比而言，我國高速鐵路的很多長大隧道逃生口配套設施不足，通道里缺乏足夠的照明設備、引導標識和應急通訊設備。因此加強隧道逃生的配套設施建設，對長大隧道等特殊地理環(huán)境地段，增加逃生設計規(guī)范標準，完善已有逃生口等相關設施，嚴格驗收把關，為高速鐵路運營安全管理提供必要手段。

1003-1421(2011)06-0054-05

U298.1+2

B

2011-04-27

林 欣