運營鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報警一體化技術(shù)研究

秦小光

(中國鐵路設(shè)計院集團有限公司,天津 300251)

截至2017年底，我國已投入運營的鐵路隧道15 326 km，在建隧道總長3 057 km，規(guī)劃鐵路隧道約5 482 km。[1]建成了一批長度超過20 km的特長隧道，如西格二線新關(guān)角隧道(32.69 km)，西秦嶺隧道(28.24 km)，太行山隧道(27.84 km)等，我國規(guī)劃、在建及運營鐵路隧道數(shù)量均處在世界領(lǐng)先地位，我國的隧道建造技術(shù)居世界先進水平。如何更好地維護、使用隧道成為擺在鐵路工程技術(shù)人員面前的新課題。鐵路隧道防災(zāi)救援技術(shù)是保障鐵路隧道安全運營的關(guān)鍵技術(shù)，本文中的鐵路隧道防災(zāi)救援有別于建造中的鐵路隧道，特指運營鐵路隧道防災(zāi)救援。與發(fā)達國家及不同行業(yè)相比，雖然我國對鐵路隧道防災(zāi)救援技術(shù)進行了多年探索，但研究重點集中在設(shè)置疏散通道、救援站等硬件基礎(chǔ)設(shè)施[2-3]，對于軟技術(shù)體系，尤其鐵路運營隧道災(zāi)害的預(yù)警與報警，以及各系統(tǒng)設(shè)施的聯(lián)動，尚缺乏系統(tǒng)研究和工程實踐，鐵路隧道安全標準體系和災(zāi)害風險評估方法尚不完善[4]。

1 鐵路隧道災(zāi)害危險源研究

1.1 鐵路隧道災(zāi)害危險源

鐵路災(zāi)害，是指由于自然或人為因素造成的、對鐵路正常運營產(chǎn)生巨大影響，并對生命財產(chǎn)和社會生活造成災(zāi)難性后果的事件[5]，其表現(xiàn)形態(tài)分為自然災(zāi)害、行車事故、線路病害、環(huán)境破壞、人為破壞和異物侵限等。鐵路隧道中發(fā)生的鐵路災(zāi)害稱為鐵路隧道災(zāi)害，其表現(xiàn)形式多樣，火災(zāi)造成設(shè)施燒毀、人員傷亡；水害造成圍巖軟化、襯砌破裂、基礎(chǔ)下沉；有害氣體造成人員呼吸不暢甚至死亡；塌方落物造成車輛損毀、行車中斷；地震引發(fā)隧道崩塌、山體落石、路基沉陷；雷電造成電氣設(shè)備損壞等。

1.2 鐵路隧道災(zāi)害風險分析

風險評價是評估風險點所帶來的風險大小，通常用可能造成安全風險的大小事故發(fā)生的可能性(L)、人員暴露于危險環(huán)境中的頻繁程度(E)、發(fā)生事故所產(chǎn)生的后果(C)三個自變量的乘積(風險分值S)來衡量，即S=f(L，E，C)。

當風險分值≤20為可忽略風險(A級)、分值在20～70之間為可容許風險(AA級)、分值在70～160之間為中度風險(AAA級)、分值在160～320之間為重大風險(AAAA級)、分值>320為不容許風險(AAAAA級)。自變量取值及災(zāi)害風險等級見表1～表4。

表1 事故發(fā)生可能性(L)

表2 人員暴露于危險環(huán)境的頻繁程度(E)

表3 發(fā)生事故所產(chǎn)生的后果(C)

表4 災(zāi)害風險分值及風險等級(S)

根據(jù)文獻[5]對1970年～2015年國內(nèi)外83例鐵路隧道運營事故的統(tǒng)計，災(zāi)害或次生災(zāi)害中火災(zāi)43例(包括油氣車撞擊或泄露引發(fā)火災(zāi)8例)，列車事故31例，襯砌脫落6例，有害氣體事故4例，隧道口塌方或掩埋3例，恐怖事件2例，暴雨導致脫軌1例，其中火災(zāi)是各類災(zāi)害中的最主要因素。

2 鐵路隧道防災(zāi)救援存在問題和要求

2.1 鐵路隧道防災(zāi)救援存在問題

(1)隧道斷面小、縱深窄長，災(zāi)害發(fā)生蔓延快，容易造成堵塞，救援疏散難度大?；馂?zāi)會燒毀設(shè)施設(shè)備，損壞結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生的煙氣和熱很難排除；水災(zāi)會淹沒設(shè)施設(shè)備，造成電氣短路，引起結(jié)構(gòu)坍塌；有毒氣體會引發(fā)呼吸障礙，可燃氣體遇電氣明火產(chǎn)生爆炸，引發(fā)二次災(zāi)害。

(2)我國鐵路隧道災(zāi)害預(yù)警報警技術(shù)、防災(zāi)協(xié)調(diào)機制不先進，防災(zāi)救援經(jīng)驗較少，尚未建立完整的鐵路隧道災(zāi)害管理體制，存在諸多隱患。一旦災(zāi)難突發(fā)，很難及時報警和有效控制災(zāi)情發(fā)展，將災(zāi)難消除在初始階段。

(3)防災(zāi)救援各設(shè)備系統(tǒng)獨立建設(shè)，孤島運行，難于實現(xiàn)互聯(lián)互通、資源共享和綜合自動化運維管理，效率和功能已不能適應(yīng)鐵路隧道現(xiàn)代化、智能化安全運營和管理的需要。當災(zāi)難發(fā)生時，難以充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

2.2 鐵路隧道防災(zāi)救援的要求

目前我國防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)工作堅持以防為主，防抗救相結(jié)合的原則，注重災(zāi)前預(yù)防、綜合減災(zāi)、減輕災(zāi)害風險，提升綜合防范能力。鐵路隧道防災(zāi)救援是鐵路防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)的重要工作之一，需根據(jù)鐵路行車特點、安全生產(chǎn)要求、隧道災(zāi)害因素分析結(jié)果進行重點防范，制定災(zāi)害預(yù)防方案和應(yīng)急預(yù)案，提高防御能力和水平，確保鐵路安全運營。

(1)鐵路隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)應(yīng)以多部門運營指揮、應(yīng)急協(xié)調(diào)和維修維護管理為中心，分級分層構(gòu)建，防災(zāi)救援系統(tǒng)和正常運營系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合建設(shè)。我國防災(zāi)救援體系分為國家、地方、行業(yè)幾個層次，鐵路運維管理組織由鐵路總公司、鐵路局、站段、車間工區(qū)多層構(gòu)架組成，鐵路隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)應(yīng)與之相適應(yīng)。同時，鐵路隧道防災(zāi)救援建設(shè)應(yīng)按照平災(zāi)結(jié)合的原則，充分考慮應(yīng)急救援和正常運維的特點。鐵路隧道距離長，所處區(qū)域偏遠，應(yīng)急救援、維修維護不方便，鐵路隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)除設(shè)置現(xiàn)場應(yīng)急操控裝置外，還應(yīng)該通過自動化信息化手段，實現(xiàn)遠程操作和維護，及時有效便捷地進行防災(zāi)救援系統(tǒng)應(yīng)急指揮和運維管理。

(2)鐵路隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)應(yīng)有針對性地構(gòu)建一體化結(jié)構(gòu)。防災(zāi)減災(zāi)救災(zāi)和經(jīng)濟技術(shù)發(fā)展水平密切相關(guān)，鐵路隧道防災(zāi)具有較獨特的特征，不同隧道災(zāi)害防范重點不同，應(yīng)針對火災(zāi)、水災(zāi)、有害氣體等災(zāi)害因素，有針對性的、有重點的建設(shè)鐵路隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)。同時，鐵路隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)是一個多部門多專業(yè)的聯(lián)動系統(tǒng)，需建立防災(zāi)、減災(zāi)、救災(zāi)的一體化聯(lián)動機制，提高效率。

3 一體化系統(tǒng)技術(shù)

3.1 系統(tǒng)構(gòu)架

針對以上需求，構(gòu)建鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報警一體化系統(tǒng)(以下簡稱一體化系統(tǒng))，實現(xiàn)火災(zāi)、水災(zāi)、有害氣體等災(zāi)害的集中監(jiān)測和應(yīng)急救援指揮。當發(fā)生災(zāi)害時，通過一體化系統(tǒng)自動探測、自動報警、確認災(zāi)害、啟動相應(yīng)的應(yīng)急程序，協(xié)調(diào)相關(guān)單位部門和系統(tǒng)設(shè)備進行減災(zāi)救援，確保隧道防災(zāi)救援和安全疏散的有效性，保障鐵路運營安全。同時，通過系統(tǒng)一體化構(gòu)架提高鐵路隧道智能化水平和綜合防災(zāi)救援能力，將災(zāi)難盡量控制在最小范圍內(nèi)，消除在初始狀態(tài)。從目前國內(nèi)外鐵路隧道及城市軌道交通監(jiān)控系統(tǒng)的集成方案來看，監(jiān)控系統(tǒng)主要設(shè)計原則是技術(shù)先進成熟、系統(tǒng)安全可靠、經(jīng)濟適用、可實施、可擴充、運維方便。結(jié)合我國鐵路隧道運維特點，對各機電設(shè)備系統(tǒng)，尤其是監(jiān)控類系統(tǒng)，如設(shè)備監(jiān)控、火災(zāi)報警、電力監(jiān)控、應(yīng)急照明、應(yīng)急廣播、視頻監(jiān)控、熱軸報警、列車通過監(jiān)測、隧道口塌方監(jiān)測、疏散門等，進行分析研究，綜合國內(nèi)外鐵路、公路隧道，城市軌道交通工程地下隧道建設(shè)經(jīng)驗和運維經(jīng)驗，認為一體化系統(tǒng)可有3種集成方式[7-9]。

方式一：深度集成，指各子系統(tǒng)完全集成在一體化系統(tǒng)中，其全部功能由一體化系統(tǒng)實現(xiàn)。

方式二：互聯(lián)，指各子系統(tǒng)獨立運行，與一體化系統(tǒng)通過外部接口進行信息交互，實現(xiàn)聯(lián)動。

方式三：界面集成，指各子系統(tǒng)獨立運行進行數(shù)據(jù)處理，監(jiān)控操作界面被集成在一體化系統(tǒng)中，監(jiān)控功能和人機界面通過一體化系統(tǒng)實現(xiàn)。

方式一系統(tǒng)集成范圍較廣，各系統(tǒng)間的聯(lián)動控制及信息的共享與交互簡單直接，符合技術(shù)發(fā)展方向，充分體現(xiàn)一體化系統(tǒng)的優(yōu)越性，但對系統(tǒng)集成的能力要求較高，且存在不同系統(tǒng)開通時間不同引起的工程實施組織方面的矛盾。方式二集成范圍小，系統(tǒng)集成相對簡單，可回避部分系統(tǒng)先期開通的矛盾。方式三介于方式一和方式二之間。我國鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)控與報警相關(guān)的子系統(tǒng)有設(shè)備監(jiān)控、火災(zāi)報警、電力監(jiān)控、應(yīng)急照明、應(yīng)急廣播、視頻監(jiān)控、熱軸報警、列車通過監(jiān)測、隧道口塌方監(jiān)測、疏散門等，根據(jù)運維監(jiān)控需求、技術(shù)發(fā)展、各子系統(tǒng)構(gòu)成和功能選擇不同的集成互聯(lián)方式。

鐵路綜合視頻監(jiān)控系統(tǒng)是鐵路通信業(yè)務(wù)網(wǎng)的一個子系統(tǒng)，設(shè)置于站段所亭、線路、隧道、橋梁、貨場、裝卸線、作業(yè)場所、重要機房等部位，服務(wù)于安監(jiān)、客運、貨運、工務(wù)、電務(wù)、機務(wù)、車輛、運輸、公安等不同部門的不同業(yè)務(wù)需求，是一個功能比較完善的子系統(tǒng)。一體化系統(tǒng)可通過通信接口與綜合視頻系統(tǒng)連接，采取界面集成的方式，一體化工作站實現(xiàn)圖像畫面組合、切換圖像、控制云臺轉(zhuǎn)動、調(diào)節(jié)鏡頭光圈參數(shù)，檢索、回放、下載歷史圖像功能[10-11]。大屏幕系統(tǒng)在防災(zāi)救援控制室與一體化系統(tǒng)互聯(lián)，支持系統(tǒng)的人機界面在大屏幕上顯示。

鐵路廣播系統(tǒng)是通信業(yè)務(wù)網(wǎng)的一個子系統(tǒng)，一般按場所獨立設(shè)置于站場、車站、列車。鐵路隧道防災(zāi)救援廣播屬于應(yīng)急通信系統(tǒng)，在設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的場所與消防廣播共用。一體化系統(tǒng)可通過通信接口與廣播系統(tǒng)連接，采取界面集成的方式，一體化工作站實現(xiàn)人工應(yīng)急廣播和自動應(yīng)急廣播功能。

鐵路隧道設(shè)備監(jiān)控、火災(zāi)報警、應(yīng)急照明等系統(tǒng)均為某一隧道獨立系統(tǒng)，設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)負責隧道內(nèi)防災(zāi)救援風機、風閥、水泵的監(jiān)控，火災(zāi)報警系統(tǒng)負責隧道內(nèi)火災(zāi)報警及聯(lián)動控制，應(yīng)急照明系統(tǒng)負責隧道內(nèi)應(yīng)急照明設(shè)備監(jiān)控，可通過一體化系統(tǒng)集成監(jiān)控管理。電力監(jiān)控系統(tǒng)負責全線供電設(shè)備監(jiān)控，可通過通信接口與一體化系統(tǒng)連接，采取互聯(lián)集成的方式進行監(jiān)控管理，也可以采用集成方式由一體化平臺進行集中監(jiān)管。

疏散門設(shè)置在正線與疏散通道交接處，緊急情況下，觸發(fā)釋放疏散門電磁鎖，打開疏散門；鐵路隧道口設(shè)置塌方監(jiān)測設(shè)備，監(jiān)測山坡塌方；隧道口外方設(shè)置熱軸探測設(shè)備，監(jiān)測列車車軸使用狀態(tài)；隧道口內(nèi)方設(shè)置列車通過監(jiān)測設(shè)備，探測車輛的通過狀態(tài)。上述設(shè)備均為獨立設(shè)置，可由一體化系統(tǒng)集成監(jiān)控管理。

隨著我國加大鐵路建設(shè)的力度，各種不同類型隧道不斷出現(xiàn)，鐵路隧道災(zāi)害監(jiān)控也成為各項目建設(shè)和運維的重難點。一體化系統(tǒng)需根據(jù)鐵路隧道的運維特點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動采集、分析、處理、報表、存儲等多項功能，滿足鐵路不同層級運維管理人員的需求，一體化系統(tǒng)可采用多級控制方案。

方案一 三級結(jié)構(gòu)：采用鐵路局中心級、車站級、現(xiàn)場級三級。在各鐵路局設(shè)鐵路局中心級系統(tǒng)，在各車站設(shè)車站級系統(tǒng)，在各隧道設(shè)置現(xiàn)場級系統(tǒng)。中心級系統(tǒng)與車站級系統(tǒng)之間通過通信傳輸網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，現(xiàn)場級采用環(huán)型現(xiàn)場總線方式組網(wǎng)。如圖1所示。

方案二 兩級結(jié)構(gòu)：采用車站級、現(xiàn)場級兩級，在隧道相鄰的車站設(shè)車站級系統(tǒng)，在隧道設(shè)置現(xiàn)場級系統(tǒng)。由車站級獨立完成對隧道設(shè)備的監(jiān)控，不與鐵路局中心級互通。如圖2所示。

圖1 三級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 一體化系統(tǒng)設(shè)備配置(圖3)

路局中心級系統(tǒng)：設(shè)置冗余應(yīng)用服務(wù)器、冗余數(shù)據(jù)服務(wù)器、磁盤陣列、監(jiān)測/監(jiān)控工作站、工程師工作站，并與地震預(yù)警、自然災(zāi)害及異物侵限系統(tǒng)設(shè)置接口。同時，設(shè)置中心級移動服務(wù)器、移動工作站，維修人員可以通過Telnet、Web、Android、iOS等方式實現(xiàn)遠程監(jiān)管，查看系統(tǒng)運行狀態(tài)和接收報警信息，以便第一時間了解并解決問題。

圖2 兩級系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖3 三級結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)備配置

車站級系統(tǒng)：設(shè)置應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器、磁盤陣列、監(jiān)控工作站。

現(xiàn)場級系統(tǒng)：在隧道值班室設(shè)置火災(zāi)報警控制器，在斜井控制柜中設(shè)置冗余PLC控制器，在隧道正線和斜井被控風機控制箱、照明配電箱附近設(shè)置遠程I/O模塊箱，對被控設(shè)備進行監(jiān)控；在救援站設(shè)置緊急監(jiān)控盤[12]；在水泵房設(shè)置消防泵巡檢裝置；在隧道正線消火栓處設(shè)置消防報警電話插孔、手動報警按鈕、消防泵啟泵按鈕等報警及聯(lián)動設(shè)備；在氣體滅火設(shè)備室設(shè)置感溫、感煙探測器，聲光報警設(shè)備，氣體滅火控制設(shè)備；在隧道正線洞口設(shè)置塌方監(jiān)測設(shè)備和列車通過監(jiān)測設(shè)備；隧道內(nèi)設(shè)置溫濕度、瓦斯、CO2氣體探測裝置，風速探測裝置，隧道光纖感溫探測裝置。

3.3 一體化系統(tǒng)聯(lián)動功能

一體化系統(tǒng)主要防范鐵路隧道火災(zāi)、水災(zāi)、有害氣體等災(zāi)害，監(jiān)測災(zāi)害發(fā)生、發(fā)展，發(fā)出預(yù)報和報警信息，聯(lián)動防災(zāi)救援設(shè)備動作，實現(xiàn)災(zāi)害的防范和災(zāi)害指揮救援。

(1)火災(zāi)監(jiān)測報警及聯(lián)動控制功能

當鐵路隧道發(fā)生火災(zāi)時，火災(zāi)報警控制系統(tǒng)通過感溫光纜、光纖線性測溫、雙波段感火焰探測、圖像型火災(zāi)探測器等手段探測到火災(zāi)發(fā)生，將火災(zāi)信息發(fā)送到監(jiān)控系統(tǒng)。一方面，火災(zāi)報警控制系統(tǒng)聯(lián)動消防泵、專用排煙風機、加壓送風機等機電設(shè)備；另一方面，設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)接收到火災(zāi)信息后，聯(lián)動相關(guān)兼用設(shè)備。

在火災(zāi)的情況下，主要監(jiān)控對象為隧道排煙風機、補風機。一旦接收到火災(zāi)信號，系統(tǒng)需要根據(jù)相應(yīng)火災(zāi)工況控制邏輯，啟動相應(yīng)的排煙風機、補風機[13-14]。

(2)水災(zāi)監(jiān)測報警及聯(lián)動控制功能

當鐵路隧道發(fā)生水災(zāi)時，監(jiān)控系統(tǒng)接收到水位監(jiān)控設(shè)備的報警信息，并進行災(zāi)害確認，一旦系統(tǒng)確認災(zāi)害，系統(tǒng)進入水災(zāi)工況，啟動排水泵、聯(lián)動控制水閥，進行排水作業(yè)[15]。

(3)有害氣體監(jiān)測報警及聯(lián)動控制功能

當鐵路隧道發(fā)生有毒氣體災(zāi)害時，監(jiān)控系統(tǒng)接收到二氧化碳、瓦斯等有害氣體的報警信號，當濃度大于預(yù)定濃度時，判斷發(fā)生有害氣體災(zāi)害。

系統(tǒng)確定隧道內(nèi)發(fā)生了有害氣體災(zāi)害后，需要聯(lián)動控制隧道內(nèi)暖通專業(yè)設(shè)置的軸流風機或排風機，實現(xiàn)有害氣體的排出[16]。

(4)其他報警方式及通用聯(lián)動控制功能

除了以上災(zāi)害外，還存在列車故障、隧道口坍塌、地震等其他災(zāi)害事故。一體化系統(tǒng)需對隧道內(nèi)照明、應(yīng)急通信設(shè)備、通過列車、疏散門進行監(jiān)控，從而實現(xiàn)特殊情況下的防災(zāi)救援功能。隧道內(nèi)人員可以通過手機進行報警，也可以利用設(shè)置在隧道內(nèi)的應(yīng)急通信電話或手動報警按鈕進行報警，鐵路隧道值班員接到報警，可及時通過電話、視頻等方式對災(zāi)害進行確認，報警確認后，一體化系統(tǒng)開始聯(lián)動應(yīng)急廣播、視頻監(jiān)控、應(yīng)急照明、導向標志、應(yīng)急供電、環(huán)控通風、消防水泵等相關(guān)系統(tǒng)設(shè)備進行救援疏散。

3.4 系統(tǒng)性能

效率一向是生產(chǎn)應(yīng)用的最重要指標之一，安全性、可靠性、可用性、可維護性、可擴展性也是一體化系統(tǒng)設(shè)計、集成、應(yīng)用的重要評估指標。它們相對獨立又相互關(guān)聯(lián)，必須通過綜合分析的方法方能正確評價。

(1)效率

鐵路隧道防災(zāi)救援設(shè)備系統(tǒng)有環(huán)控通風、給排水、照明、應(yīng)急通信、應(yīng)急廣播、綜合視頻、設(shè)備監(jiān)控、火災(zāi)報警等，如果各系統(tǒng)均分立設(shè)置，各系統(tǒng)雖能獨自完成現(xiàn)場控制，但設(shè)備種類多、數(shù)量大，運維管理復(fù)雜，系統(tǒng)接口交叉。

構(gòu)建一體化系統(tǒng)，以設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)為核心，與火災(zāi)報警、應(yīng)急廣播、綜合視頻等系統(tǒng)互聯(lián)集成，將鐵路的“腦、眼、手、口”集合在一起，統(tǒng)籌管理，在統(tǒng)一平臺上的滿足鐵路隧道防災(zāi)救援監(jiān)視、報警、控制、分析、管理、指揮的全面需求。各系統(tǒng)實現(xiàn)信息共享，避免接口交叉，取消了不必要的物理節(jié)點和環(huán)節(jié)，信息傳遞更加順暢，消耗下降，效率提高；同時各系統(tǒng)間聯(lián)動關(guān)系由人工升級為自動，減少了人為誤操作，監(jiān)控管理質(zhì)量得到提升。系統(tǒng)接口關(guān)系見圖4。

圖4 系統(tǒng)接口關(guān)系

(2)系統(tǒng)安全性與可靠性

系統(tǒng)可靠性指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。通常采用平均無故障時間MTBF指標評估。

一體化系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備包括工作站、服務(wù)器、磁盤陣列、FEP、交換機，各設(shè)備組合關(guān)系有串聯(lián)、并聯(lián)、權(quán)聯(lián)3種結(jié)構(gòu)形式。應(yīng)用服務(wù)器和磁盤陣列組成了串聯(lián)的服務(wù)器—磁盤陣列系統(tǒng)，歷史服務(wù)器和磁盤陣列組成了串聯(lián)的服務(wù)器—磁盤陣列系統(tǒng)，各服務(wù)器組成了服務(wù)器權(quán)聯(lián)系統(tǒng)，各工作站組成了工作站權(quán)聯(lián)系統(tǒng)，工作站權(quán)聯(lián)系統(tǒng)、服務(wù)器權(quán)聯(lián)系統(tǒng)、冗余交換機和FEP組成串聯(lián)的一體化系統(tǒng)。如果磁盤陣列MTBF按4×105h估算，其余設(shè)備按1×105h估算，則

MTBF=

5×104h

分立的單機系統(tǒng)MTBF約2.5×104h，一體化系統(tǒng)與之相比，提高了系統(tǒng)的安全性和可靠性，降低了系統(tǒng)故障率和影響正常運行的隨機性。

(3)系統(tǒng)可維護性

系統(tǒng)可維護性指產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，按規(guī)定的程序和方法進行維修時，保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的能力，通常采用故障恢復(fù)時間MTTR指標評估。

其中λ為失效率，λ=1/MTBF。

如果服務(wù)器、工作站MTTR按1 h估算，其余設(shè)備按0.5 h估算，則

MTTR≈0.5 h

一體化系統(tǒng)與分立的單機系統(tǒng)相比，可用性指標相差不多，但維管系統(tǒng)設(shè)備數(shù)量減少，運維人員工作強度相對降低。

(4)系統(tǒng)可用性

系統(tǒng)可用性指產(chǎn)品在任意隨機時刻需要和開始執(zhí)行任務(wù)時，處于可工作或可使用狀態(tài)的程度。它是產(chǎn)品可靠性、可維修性和維修保障性的綜合指標。通常用A=MTBF/(MTBF+MTTR)表示。

路局中心級、車站級一體化系統(tǒng)可用性A=50 000/(50 000+0.5)=99.999%，可用性極高。

(5)系統(tǒng)可擴展性

一體化系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，易于擴展。系統(tǒng)不僅滿足本項目運維管理的要求，并能為今后設(shè)備擴容以及后續(xù)線路接入預(yù)留一定的硬件與軟件條件。系統(tǒng)的服務(wù)器、交換機等關(guān)鍵設(shè)備預(yù)留20%～40%的容量或插槽，軟件點數(shù)擴展無限制，對于同構(gòu)系統(tǒng)的擴展，可將數(shù)據(jù)域合并，對于異構(gòu)系統(tǒng)，建立網(wǎng)關(guān)。一體化系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)適合系統(tǒng)動態(tài)擴展，可在線修改、擴充設(shè)備而不干擾已經(jīng)運作的其他系統(tǒng)。

4 發(fā)展與展望

隨著我國鐵路的發(fā)展，運營鐵路隧道災(zāi)害尤其是長大隧道災(zāi)害逐漸受到各鐵路局重視，面對新的需求，工程師們未雨綢繆在建設(shè)期對防災(zāi)救援技術(shù)進行研究，在石太客專、滬昆客專、武廣客專、廣深港客專等工程均采用了防災(zāi)救援技術(shù)進行安全疏散工程設(shè)計。目前第三次IT技術(shù)浪潮，物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動APP、人工智能技術(shù)快速發(fā)展，鐵路建設(shè)也應(yīng)跟上時代的步伐，打造的中國制造2025，云技術(shù)、大數(shù)據(jù)、BIM技術(shù)和移動APP技術(shù)已經(jīng)開始在鐵路設(shè)計、施工、運維中逐步探索應(yīng)用，一體化系統(tǒng)綜合了傳感測量、自動控制、計算機、網(wǎng)絡(luò)、移動APP等多種技術(shù)，對鐵路隧道防災(zāi)救援各系統(tǒng)統(tǒng)一監(jiān)管、應(yīng)急聯(lián)動、資源共享，滿足系統(tǒng)設(shè)備正常運營管理、防災(zāi)和安全、系統(tǒng)維修管理的需求。

(1)云技術(shù)

在路局中心級集中設(shè)置中央服務(wù)器、存儲及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，虛擬化構(gòu)成一體化系統(tǒng)云中心，在車站、車間和工區(qū)值班室、維修辦公室設(shè)置一體化系統(tǒng)云終端，構(gòu)建私有云，充分利用計算虛擬化、存儲虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)的一體化管理，簡化運維，以小聚大，實現(xiàn)一體化系統(tǒng)的綜合管理。

(2)移動運維

結(jié)合BIM技術(shù)，充分利用集成各系統(tǒng)的自診斷功能，開發(fā)移動APP服務(wù)，建立智能的運維服務(wù)體系。在路局中心設(shè)置移動應(yīng)用服務(wù)器，與云中心連接，云中心的維修維護系統(tǒng)對各鐵路隧道系統(tǒng)設(shè)備進行實時監(jiān)測、診斷、分析、計劃、處置，并通過移動應(yīng)用服務(wù)器向移動終端發(fā)送，移動終端實時接收設(shè)備信息、災(zāi)害報警信息、運維管理信息。移動服務(wù)可從時間和空間上提高鐵路隧道防災(zāi)救援災(zāi)害報警及應(yīng)急協(xié)調(diào)指揮能力，相關(guān)人員使用移動終端不受時間和空間的限制，實時了解鐵路隧道災(zāi)害發(fā)生情況并進行應(yīng)急救援，突破時間和空間限制實現(xiàn)零延時零距離的鐵路隧道防災(zāi)救援指揮，極大地提高了鐵路隧道防災(zāi)救援系統(tǒng)的能力[17]。

5 結(jié)論

(1)鐵路隧道災(zāi)害主要表現(xiàn)形式有火災(zāi)、水災(zāi)、有毒氣體、地震、塌方、雷電等，其中火災(zāi)為首要致災(zāi)因素。

(2)鐵路隧道防災(zāi)救援一體化系統(tǒng)應(yīng)以多部門運營指揮、應(yīng)急協(xié)調(diào)和維修維護管理為中心，分級分層構(gòu)建，防災(zāi)救援系統(tǒng)和正常運營系統(tǒng)應(yīng)結(jié)合建設(shè)。

(3)一體化系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)運維監(jiān)控需求、技術(shù)發(fā)展、各子系統(tǒng)構(gòu)成和功能選擇不同的集成互聯(lián)方式。

(4)一體化系統(tǒng)有利于提高系統(tǒng)性能，提高防災(zāi)救援效率。

(5)云技術(shù)、移動運維是一體化系統(tǒng)的未來發(fā)展方向。