日本铁路防灾系统对我国铁路的启示

刘 俊

（铁道部 运输局，北京 100844）

日本铁路防灾系统对我国铁路的启示

刘 俊

（铁道部 运输局，北京 100844）

在阐述日本铁路综合防灾系统建设情况的基础上，分析了北海道调度所综合防灾系统、九州新干线防灾系统设置、JR九州新干线防灾列车开行限制条件、函馆调度所青函隧道防灾监测系统。结合我国高速铁路建设情况，提出完善大风监测报警系统、构建大雪防灾系统、试点建设地震早期报警系统、构建信息完善的综合防灾系统和完善防灾相关配套设施等建设我国铁路综合防灾系统的建议。

日本铁路；防灾系统；新干线；安全

日本第一条新干线于 1964 年 10 月1日开通运营，截至 2011 年3月新干线里程达到 2 874.1 km，列车最高时速为 300 km，到 2013 年将达到 320 km。正在建设中的新干线有 552 km，计划建设的新干线有533 km，新干线建设将在2017年前全部完成。2011 年3 月 11 日日本发生了 9.0 级大地震，在如此强震下日本新干线并未造成重大灾害，充分显示了日本铁路在防灾系统建设方面的显著成效，同时也为我国铁路综合防灾系统的建设提供了有益的借鉴。

1 日本铁路综合防灾系统建设概况

1.1 铁路综合防灾系统建设背景与指导思想

日本是个灾害频发的国家，自然环境条件非常不利，铁路多在山区穿行，容易受到落石、滑坡、雪崩、地震等灾害影响。日本每年 6—7 月份是台风、降雨季节，平均每月有 10.8 个台风接近，2.6 个台风登陆。日本国土 75% 是山地，平地大多是软土性质的冲积层，水源到河口的落差大，下雨容易引起急流，发生水灾。

日本铁路构建综合防灾系统的指导思想是当灾害发生后，防灾系统能第一时间发出预警或采取动作，使正在运行的列车停车或降速，最大程度地减少灾害引发的列车运行人身伤亡事故；通过制定灾害发生后的行车规则，或者及时监测到灾害，以避免事故的发生。

铁路应对灾害的办法包括对边坡、坡面进行防护；修建挡风墙；对主要桥梁等设施进行抗震加固；在斜坡旁建防落石网；安放风速计监测；设置落石检测线 (监测落石侵限)。另外，在日本铁路沿线多处设置了地震仪，其发出的速报信息为全社会共享。自 2006 年起，日本国土交通省对每日乘降1万人以上的车站进行抗震加固，这些车站在大灾时还将兼顾野战医院和信息发布场所的作用。

1.2 综合防灾系统的构成

综合防灾系统 (ARISS) 是指自然灾害报警系统和因特定需要而设置的安全报警系统，包括地震检测系统、台风预警系统、雨量超标报警、落石报警、积雪深度计、水位报警等，主要是防地震、防台风、防海潮、防落石、防积雪等预警系统，还有针对海底隧道铁路的涌水、火灾报警系统。这些系统都与运输调度指挥中心连接，第一时间向铁路调度系统反馈监测数据或报警信息。

日本在铁路沿线设置自然灾害报警系统，并且当自然灾害袭来时通过切断供电电源或经自动控制系统控制列车减速运行，其中最为完善的是新干线早期地震预警系统和台风预警系统。当地震仪监测到里氏4级以上，并且有列车处于地震影响范围内时，能及时控制变电所停止向接触网供电使列车停车。在各公司调度指挥中心都建设有完备的安全防灾监控系统，各个防灾监测点采集到的地震、风速、降雨等信息能实时传输至调度指挥中心，一旦达到设定警戒线就会自动报警，根据设定程序触发设备动作或提示调度员及时采取相应措施。

新干线的台风预警系统除与气象部门联网外，还在易受风害的主要地段设置风速仪，监测沿线风速变化情况。当风速达到一定程度后，自动通知列车减速或停止运行。

除此之外，日本对新干线的洪水和降雪灾害也十分重视。除防洪水设计定为 50～100 年一遇的标准外，还规定了在不同的小时降雨量和连续降雨量条件下，新干线列车以不同允许速度运行的标准。对于新干线降雪时的对策，除采用洒水除雪、自动温水融雪、人工清除车底积雪 (在车站) 等对策以外，不同的降雪条件下对列车速度也有限制。

2 日本铁路综合防灾系统的应用

2.1 北海道调度所综合防灾系统

（1）大风监测系统。台风在日本比较频繁，因此对大风的监测相当细致，如对桥梁的某些区段进行危险风向监测，以判定不同风向对列车运行的影响。在调度区段内同一个风速对应的列车限速值不同，主要是在特殊地段如风口、桥梁等处进行了特殊设置，并且有些区段设置了挡风墙或声屏障，对此监测系统有不同的风速预警值。例如，JR北海道公司既有线的江别地区，可分别查询车站当前风速、各站风速情况一览、江别站阶段风速、危险风向参考图等内容。

（2）雨量、水位监测系统。日本在重点铁路桥梁设置了水位监测装置，如JR北海道公司的水位监测设备设定当水位上升至距离桥梁 1.5 m 时警戒、1 m 时列车降速、0.5 m 时列车停运。

（3）轨温监测系统。轨温监测系统实时监测钢轨温度，及时提供预警信息。

（4）降雪灾害预警系统。①积雪深度仪。其主要原理是采用超声波探测设置地点的积雪深度，向系统终端反馈积雪深度情况。②固定除雪设备。除雪洒水器用于在区间向钢轨喷洒温水去除钢轨及道心的冰雪。快速除雪装置设置在道岔区段，通过向道岔喷洒温水，溶解冰雪。这些设备是固定安置的。③移动除雪设备。在经常降大雪的地区还配备有专业除雪车，其在钢轨上运行时将积雪向线路两侧铲除。JR北海道公司在雪深预报为 10 cm 时，安排除雪车出动扫雪。④车辆的应对装置。列车的车头安置铲雪器，将积雪铲向线路两侧；车门安置加热装置，防止车门积雪冻结；在车底部安置车罩结构，防止车下机器设备积雪；在车底部涂有特殊涂料，使卷起的积雪不易附着在上面；司机驾驶台挡风玻璃采用耐寒、防结霜材料。

（5）地震检测系统。目前，日本铁路既有线平均 15 km 设置一个地震仪，新干线平均 13 km 设置一个地震仪。地震仪检测到的地震信息，既有线传输至调度指挥中心，由调度员操作使列车降速或停车，新干线直接传至变电站进行自动断电操作。日本的地震早期警报系统到目前有四代产品。第一代系统只能检测S波，第四代系统能检测P波和S波，计算出震源位置，在P波来到2秒内计算出震级，并备有断电后的蓄电池装置，以保证其良好的工作状态。第四代地震早期报警系统与气象台的地震仪信息通过网络互通共享。地震仪的设置及P波、S 波检测如图1所示，地震信息传输与列车控制原理如图2所示。

2.2 九州新干线防灾系统设置

（1）地震监测设备。该设备的沿线监测点在变电所、电区分所附近设置；海岸监测点在过去大地震、震源附近场所设置，另外还有中继所。

（2）雨量警报装置。该装置主要设置在路堤、路堑、隧道的出入口。

（3）河川水位警报装置。该装置主要设置在上游有水库、桥梁梁下空间较小的地方。

（4）风向、风速监视装置。该装置主要设置在河川流域、风力集中场所、突发大风的场所。

（5）滑坡警报装置。该装置设置在有可能发生滑坡的地方。

（6）轨道温度报警装置。该装置设置在易发生轨温变化的地方，如有砟轨道与无砟轨道的结合处。

（7）侵入限界报警装置。该装置设置在新干线与既有线并行，或者与既有线、公路相互交叉的地方，防止既有线车辆、货物侵限。

2.3 JR 九州新干线防灾列车开行限制条件

（1）地震监测。灾害状况在 40～80 g al 时，列车停车后再开；在 80～120 gal 时，列车停车车上检查后再开；在 120 gal 以上时，列车停车下车检查后再开。

（2）雨量报警。当r＝25 mm (r为时间雨量)且R＝130 mm (R为连续雨量) 或r＝35 mm 或R＝160 mm 时，列车限速 160 km/h；r＝35 mm 且R＝150 mm 或r＝45 mm 或R＝160 mm 时，列车限速 70 km/ h；r＝50 mm 且R＝200 mm 或r＝60 mm 或R＝250 mm 时，列车停止运行。

（3）风速监测。风速在 20～25 m/s 时，列车限速 160 km/h；风速在 25～30 m/s 时，列车限速 70 km/h；风速在 30 m/s 以上时，列车停止运行。

（4）轨温报警。轨温在 50～55℃ 时，列车限速 160 km/h；轨温在 55～60℃ 时，列车限速 70 km/h。

2.4 函馆调度所青函隧道防灾监测系统

青函隧道 (青森—函馆) 是一个跨海海底隧道，于 1964 年开始施工建设，1988 年开通运营，全长 53.85 km，最深处位于海底 240 m (其中海水深度 140 m，隧道距海底100 m)。由于北海道地区既有线采用 1 067 mm 窄轨铁路，在设计初期就考虑到新干线的公用问题 (新干线为 1 435 mm 轨距)，预留了第三轨的位置 (最高允许速度 260 km/h)。隧道包括主隧道、先导坑道 (调研地质用)、作业坑道(施工用) 等，坑道之间横向连通，设有排水基地，用于排除地面涌水。

JR北海道函馆调度所负责青函隧道的行车及相关调度指挥工作，函馆调度所的青函隧道工况监视大屏如图3所示，从屏幕上可看到列车占用、风向风速、电力等设备工况情况。

（1）青函隧道变形监视报警装置。隧道变形以1/104 mm 为单位进行测量，从建成通车以来未监测到任何变形，说明地震对隧道的影响不大。整条隧道共设有 27 处地震监测设备，百分之一毫米的变形表示隧道达到使用极限，百分之二毫米的变形表示隧道已经被损坏，不能继续使用。

（2）青函隧道涌水监视装置。由于隧道有部分是和地表相连接的，所以每天都有大量的涌水进入隧道，对涌水的监测和处理也是确保隧道安全的重要工作。全部隧道共设置 27 处涌水监测点，对涌水量进行监测，同时设有3处大功率水泵，将涌水抽到地表，每日运用 50% 的水泵，其余作为备用。若全部水泵都出现故障时，可以将涌水引入修建隧道时的先导坑道内进行存储，其可以容纳7天的正常涌水量。

（3）青函隧道的地震监视报警装置。地震时会发生小震的P波和大震的S波，P 波的传导速度是7 km/h，S 波的传导速度是 4 km/h，因此根据 P 波预测出震级，赶在S波到达前发出警报是很重要的。分布在隧道及海岸线的地震监测报警装置监测到4级以上地震时，立即使接触网断电，列车紧急停车。虽然只有 10 秒的时间差，但对防止列车运行脱轨、颠覆和旅客逃生来说是十分关键与重要的。

（4）青函隧道火灾报警监控装置。该装置能实现对隧道内的火灾，以及车底、车体、车轴进行监测。当监测到车底温度超过 300℃、车体温度超过 140℃、车轴温度超过400℃时视为列车发生火灾，需要采取处理措施。同时配有视频监测系统对发生报警的位置进行确认和回放，准确确定发生火灾的列车和位置 (能准确到列车的第几节车辆、第几轴)。隧道内共设有4个灭火点，分别是吉冈、飞龙、知内和津轻。4 个灭火点的上、下行线共设有 24 个喷淋头，可持续喷淋 40 min (每分钟喷淋7 t水)。当监测到火灾报警信息时，中心监测系统会自动切换到报警画面，同时伴有声音和颜色提示调度员通知司机采取相应措施。海底隧道的火灾监测设备如图4所示。

（5）青函隧道防灾监测设备状态监视报警装置。该装置对各监测设备的工作状态进行监控，遇有不正常状态时，立即报警提示，如图5所示。

函馆调度所的防灾系统由设施调度负责，防灾系统对每项报警信息能自动给出相应的处所位置，视频监控可以自动切换至相应画面，调度通过相应画面与现场进行通话或远动操作。在青函隧道发生灾害需要补充空气或抽吸烟雾时，调度中心可以遥控开关进行强制送风，可以监控隧道里的旅客逃生通道情况，并可以进行语音通话和引导。综合防灾系统 (ARISS) 通过系统平台对各防灾子系统进行控制、指挥。

3 对我国铁路综合防灾系统建设的启示

目前，我国高速铁路正处于快速发展时期，亟需构建完善的综合防灾系统以保证高速铁路的列车运行安全。

3.1 完善大风监测报警系统

目前，我国铁路大风监测报警系统存在监测点设定不完善，检测报警值不科学等问题。由于高速铁路建设进度较快，沿线大风监测点有些未设置在关键的风口处，某些形成大风的地段未能及时设定监测点，并且由于高速铁路沿线有些地段设置了挡风墙、声屏障，应考虑这些设施对大风起到的阻挡作用，否则易造成防灾系统报警信息失真。建议全面调查高速铁路沿线的自然情况，对于司机反映的一些容易感觉晃车的关键风口，及时补设大风监测点，完善大风检测网络；对设置挡风墙、声屏障的地段阻挡大风的情况进行测试，提出科学的预警数据。

3.2 尽快构建大雪防灾系统

我国华北及东北地区的铁路运输在冬季时常受到雨雪的影响。目前，我国铁路在应对雪灾的防灾系统建设方面缺乏硬件投入和软件研究。例如，铁路沿线使用的除雪车在我国还没有广泛应用，铁路沿线也没有设置积雪深度仪以观察雪量情况，这会严重影响大雪来临时的灾害判断和应对措施。建议引进或生产适合我国特点的专用铁路除雪车辆；建立高速铁路积雪深度监测系统，并连接到综合防灾系统中，同时制定我国铁路大雪防灾系统标准。

3.3 试点建设先进的地震早期报警系统

我国高速铁路建设至今，很多人认为地震既然不可预测，在地震来临时能够做的就是停止列车运行，因此没有必要进行地震警报。而日本铁路设置地震早期警报系统的目的是尽早监测到地震发生，并且通过系统自动判定地震级别，在确定存在危险时直接切断新干线接触网电源，当地震的能量主体来临时，列车已经处于停车或低速状态，从而降低地震对旅客人身安全的影响。在地震发生时，如果列车正在以 250 km/h 以上的速度运行，则旅客将处于非常危险的境地。2011 年3月 11 日日本发生 9.0级大地震时，日本东北新干线未发生一起动车组列车颠覆事故，当时一列“隼”号动车组列车停在了仙台车站，仅仅头车的一个轮对脱线，日本国土交通省事后对新干线地震防灾系统的评价是肯定的。因此，建议试点建设先进的地震早期报警系统，并会同国家地震局等专业部门开展相关工作。学习日本地震防灾系统的先进经验，充分利用后发优势，在日本第四代地震早期报警系统的基础上，建设我国铁路地震早期报警系统。

3.4 构建信息完善的综合防灾系统

日本的国家气象灾害预报系统和铁路综合防灾系统实现了网络信息互通，铁路系统可以随时调用国家气象信息，而铁路防灾系统的信息也可为国家防灾系统所调用，增加信息量可以为预防灾害提供可靠依据，也能更好地确保列车运行安全。建议我国铁路部门与国家气象局、地震局等部门共同加强防灾系统建设，并实现与有关防灾系统的网络信息互通，建立互惠互利的信息共享综合防灾系统。

3.5 完善高速铁路的防灾配套设施

日本青函海底隧道的应急通道、疏散口都有良好的通风和照明设施，地面工整平坦，各种引导标识鲜明，与调度指挥中心的通讯设施完好、齐全，监控摄像与调度指挥中心相连接，通道内还有疏散后的应急厕所等配套设施。相比而言，我国高速铁路的很多长大隧道逃生口配套设施不足，通道里缺乏足够的照明设备、引导标识和应急通讯设备。因此加强隧道逃生的配套设施建设，对长大隧道等特殊地理环境地段，增加逃生设计规范标准，完善已有逃生口等相关设施，严格验收把关，为高速铁路运营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