是誰失靈—— 中國高鐵不能跨躍“早期失效期”(ZT)

2011年08月01日 08:46
來源：瞭望東方周刊 作者：薑智鵬 張瑜 呂爽

雷電擊中列車，也不能阻止前車信號的發出。除非雷電不僅擊中了列車，還準確地破壞了軌道電路。“但軌道電路被破壞，此前還沒有先例，因為鐵路沿線有避雷係統。”

“匪夷所思！”7.23甬溫線特別重大鐵路交通事故發生後，同濟大學鐵道與城市軌道交通研究院教授孫章對《瞭望東方周刊》說。

對於火車來說，追尾幾乎可以稱為奇談，即便鐵道部發言人王勇平，也稱之為“不應該發生的”事故。 因為，從設計角度上說，中國鐵路的安全係統，當得上“萬無一失”。

這是一個層層設防的體係：當前一輛列車停駛後，後麵的列車有足夠多的途徑獲知並采取措施。

第一個途徑是軌道電路信號。鐵路鋼軌是通電的，列車的輪對碾壓在鋼軌上，就等於接通了一個軌道電路，並發出信號，表明這一區間有列車。後續列車接收到信號之後，就會減速或停駛，避免追尾。

雷電擊中列車，也不能阻止前車信號的發出。除非雷電不僅擊中了列車，還準確地破壞了軌道電路。“但軌道電路被破壞，還沒有先例。因為鐵路沿線有避雷係統，而且一般的雷擊也很難使鋼軌電路失靈。”孫章說。

即使這套係統失效了，前車也有其他的途徑發出信號。

列車的信號控製係統中，不僅有有線係統，還有無線的車地通訊係統。“這些係統是並聯的，雷擊很難一次性全部破壞。”孫章說。

前麵紅燈一亮，後麵的車想不停也不行。

因為中國列車都安裝了LKJ（列車運行監察係統，通過接收軌道電路的地麵色燈信號機的信號來實現對列車的安全控製）。

在接收到信號後，即使列車司機睡著了，LKJ係統也能自動製動。

這套係統曾是中國鐵路係統的驕傲。2007年，鐵道部公開表示，我國自主研發的自動閉塞係統，先進到連列車速度超過限速時都會發出警報，而且，如果司機不理會警報，列車還會自動停車，55秒就讓列車從時速200公裏到完全停止。

鐵道部曾說，這套係統可以控製同一條鐵路上多列動車組安全區間，防止列車追尾事故發生。

7月23日，萬無一失的神話怎麽就破滅了？

“萬無一失”的係統大腦

防止列車追尾，最核心的辦法就是保證在同一區間、同一時間內，隻有一列火車在運行。

自動閉塞係統的設計就是基於這一原理。同濟大學交通運輸工程學院運輸管理工程係主任徐瑞華告訴《瞭望東方周刊》，中國鐵路線路被劃分為一個個閉塞區間，區間的交接點裝有信號燈，信號燈顏色根據列車進出而變化。後續列車收到紅色信號就要停車，收到綠色信號則表示前方區間內沒有列車。

簡單原理的背後，是一套非常複雜的係統。

自動閉塞係統還僅僅是CTCS（Chinese Train Control System、中國列車運行控製係統）的一部分。

CTCS是鐵路調度指揮信息管理係統，主要完成調度指揮信息的記錄、分析、車次號校核、自動報點、正晚點統計、運行圖自動繪製、調度命令及計劃的下達、行車日誌自動生成等功能。

也就是說，CTCS係統可以自動完成以前行車調度員和車站值班員的工作。ATP（列車自動防護係統）則是其子係統之一。

有了CTCS係統，列車接收到信號後，就可以精確到以米為單位地計算出本車前後車距，以決定是正常運行、減速還是強製製動。

但除了讚歎之外，業內也有人曾質疑說，這套源於日本川崎技術，綜合了德國、法國等國技術的自主創新技術，因為太過複雜，還無法被中國鐵路係統完全消化。


徐瑞華認為，此次事故的直接原因可能是控製鐵路閉塞分區的信號係統出了問題。

“按理說，D3115次列車斷電停運時，301次列車接收到的軌道自動閉塞區間信號應該是紅燈，表示阻止下一列車進入此區間。但現在看來，不排除當時是綠燈的可能。”徐瑞華說。

這一說法得到新任上海鐵路局局長安路生7月28日的佐證：根據初步掌握的情況分析，事故是“由於溫州南站信號設備在設計上存在嚴重缺陷，遭雷擊發生故障後，導致本應顯示為紅燈的區間信號機錯誤顯示為綠燈。”

徐瑞華認為，這一個小故障也不應該導致事故發生，因為按照上文所說，中國列車的安全係統有多個備份，而且都是並聯的，互相不受影響。

“最奇怪的是，ATP和LKJ竟然會同時失效。”鐵道科學院一位不願透露姓名的專家對本刊記者表示。

安路生在分析鐵路部門的問題時說，在雷擊造成溫州南站信號設備故障後，電務值班人員沒有意識到信號可能錯誤顯示，安全意識敏感性不強；溫州南站值班人員對新設備關鍵部位性能不了解，沒能及時有效發現和處置設備問題，暴露出鐵路部門對職工的教育培訓不到位。

此前，還曾有另一個推測：D301司機將ATP係統打至隔離位置，從而人為控製車速。

這將追責目標指向調度人員。

事故發生的甬溫線調度管理歸上海鐵路局管控。在地麵調度室中配備了CTC係統（調度集中係統），調度台監控係統能夠實時顯示各趟列車在鐵路上的具體位置，一旦發現異常，應立即通知司機。

即使係統失靈，調度也可通過無線通信與D301司機聯係，告知其及時停車。

然而，最不該發生的追尾事故竟然發生了。

在事故直接原因之外，還有一個漏洞不容忽視。

“遭遇雷擊後，D3115次列車實際並未完全停止，而是以非常緩慢的速度前進。這實際上違背了故障導向安全的基本原則。” 徐瑞華說，列車安全係統最基本的設計原則，就是“故障導向安全”。

“武廣高鐵就出現過乘客抽煙導致停車的情況，這體現了故障導向安全的原則。即隻要有問題，就先停車，確保安全。”在前幾次高鐵延誤事故中，某一趟列車停車後，後續列車全部順延，就是依據這一原則。

沒有冗餘的標準體係

徐瑞華認為，雖然中國鐵路安全係統在設計上“萬無一失”，但在實際操作中，卻明顯缺少了應對極端情況的冗餘。

“我們的一些係統，在惡劣的、複雜的外部條件下的整體可靠性，還要深入完善。”徐瑞華舉例說，“有的係統對外宣傳說可以抗10級大風，但這其實是係統能承受的極限。真遇到10級大風，係統上某一點承受的風力可能不止10級，那係統整體就會出現問題。”

徐瑞華說，一個需要重視的情況是：事故發生時外部環境非常惡劣。“也許安全係統的所有運作，在正常情況下都絕對能實現。但極端的外部環境下的測試，沒有得到足夠的重視。”

而極端的外部環境，恰恰是事故最容易出現的時候。

“7.23”事故發生的甬溫鐵路，處於我國東南沿海的台風線。每到夏天都是氣候多變，雷雨密集。

從之前京滬高鐵頻繁故障到本次事故，都說明中國列車防雷係統的冗餘不足，孫章說：“如果不是設備的設計或質量有問題，那就是在安全標準製定時，沒有考慮到極端情況。”

欲速則不達？

即便標準達不到應對極端情況的要求，事先對極端氣象條件有所預測也不太難。

溫州市氣象台曾在7月23日列車脫軌事故前一小時發布了溫州市區、文成和泰順的雷電黃色預警信號，預計23日晚到上半夜有雷雨，可伴有短時強降水、強雷電和7~9級雷雨大風。

但這個預報有沒有官方的渠道傳達到鐵路指揮係統？孫章說，目前，中國鐵路係統對氣象條件的檢測是實時的而非預測性的。鐵路係統對天氣的了解，主要來自於鐵路沿線的風速計和雨量計等設備。

“從國際經驗上看，鐵路沿線的地方氣象台信息，是調度指揮係統必須掌握的內容。隻有預先知道當地氣象條件，才可能有超前的預案。”孫章說。

日本新幹線就有詳細的方案，規定遇到特殊氣象條件時如何應對。“例如，降雨超過500毫米的情況下，新幹線要暫停運營。但中國列車隻有在降雨超過500毫米時，才知道遇到特殊情況了，沒有足夠的應對空間。”

同濟大學交通運輸與工程學院教授曾小清告訴《瞭望東方周刊》：“這次事故的關鍵點還不是技術問題，追溯它的根本原因，是中國的高速列車發展太快。我們的關鍵部分都是集成國外技術，這些都是需要時間去消化吸收的。日本從時速200公裏提速到300公裏用了五、六十年，而中國從時速120公裏到300公裏隻用了五六年。”

被忽略的可能不止當地氣象台。

“我國高鐵新線80%以上都是高架橋，但旅客找不到輕便的安全梯以離開高架。”孫章說，“速度，應該是和安全性、經濟性、環保的統一。速度太快，會帶來一係列問題。”

從可靠性理論上看，中國高鐵係統還將在一段時間內處於“早期失效期”。孫章說，按照國際共識，“舊線改造後，列車時速在200公裏以上；或者新建鐵路，但客貨兼運，時速在250公裏以上，都算是高鐵。”

所謂“早期失效期”，就是指新技術早期會不斷出現設計時沒有預料到的問題，必須通過長時間磨合，以不斷發現問題並改進設計。在度過早期失效期後，才會進入安全性較高的“隨機失效期”。

中國自2004年開始批量進口高速列車車廂，迄今不過7年。2007年鐵路第6次大提速之後，中國才有了真正意義上的高鐵。從這方麵上說，中國“200公裏以上的動車組，盡管已經運營了好幾年，但也沒有完全度過早期失效期。”

“中國必須科學有序地推進高鐵發展。”孫章說，“磨合期其實是不能跨越的。”中國高鐵係統裏一些時速達到300公裏以上的新車型，磨合期不到3年。因為速度問題，CRH380型列車受到的倚重越來越高，從設計到量產、運營，總共隻有1年多時間.