Automatyka zapewnia bezpieczeństwo transportu kolejowego

CZĘŚĆ I: SYSTEM ERTMS I KOLEJ DUŻYCH PRĘDKOŚCI

Od kilku lat w Europie wprowadzany jest Europejski System Zarządzania Ruchem Kolejowym (European Rail Traffic Management System, ERTMS). Ma on zapewnić interoperacyjność transportu kolejowego na różnych poziomach - od taboru, przez infrastrukturę (tory), zasilanie (sieć trakcyjną), systemy sterowania, nadzoru nad pracą maszynistów i łączności, po przepisy regulujące ruch pociągów. Dzięki systemowi ERTMS europejska kolej ma być równocześnie szybsza i bezpieczniejsza, a przekraczanie granic pomiędzy państwami - swobodniejsze. Omawiany system składa się z dwóch elementów.

CO TWORZY SYSTEM ERTMS?

Są to: Europejski System Sterowania Pociągiem (European Train Control System, ETCS) i system łączności GSM- R (GSM-Railways). Z prac nad trzecią częścią, dotyczącą zarządzania ruchem, ze względu na brak porozumienia pomiędzy przewoźnikami, wycofano się. Dalej omawiamy główne funkcje, poziomy, tryby pracy oraz elementy wyposażenia, pokładowe i przytorowe, systemu ERTMS/ETCS. Początkowo ma on uzupełniać, a ostatecznie całkiem zastąpić obowiązujące obecnie w różnych krajach i u różnych przewoźników systemy Bezpiecznej Kontroli Jazdy Pociągów (BKJP).

W systemie ERTMS/ETCS do komunikacji z maszynistą wykorzystywany jest pulpit w kabinie lokomotywy, na którym prezentowane są informacje charakteryzujące aktualną sytuację na linii kolejowej. Dzięki temu kierujący nie opiera się już tylko na własnej ocenie mijanych po drodze oznaczeń i ostrzeżeń. Pozwala to na rozpędzenie pojazdu do prędkości powyżej 160 km/h, przy której maszynista miałby już trudność z rozpoznaniem tych ostatnich. Sytuacja na szlaku jest oceniana na podstawie informacji przesyłanych do systemu ERTMS/ETCS przez urządzenia przytorowe.

JAK DZIAŁA SYSTEM ERTMS/ETCS?

Fot. 1. Eurobalisy na torach (źródło: Siemens)

Najważniejsze z nich to statyczne profile prędkości, czyli zestawy dozwolonych odległości oraz szybkości, które nie uwzględniają dynamiki ruchu pociągu. Urządzenia przytorowe obliczają je na podstawie danych z urządzeń stacyjnych, systemów kontroli zajętości torów i blokad. Razem z nimi przesyłane są informacje o ukształtowaniu terenu (wzniesieniach, spadkach). Na ich podstawie oraz w oparciu o parametry pociągu, które maszynista wprowadza przed rozpoczęciem jazdy (m.in. jego wagi, maksymalnego obciążenia jednej osi, największej dopuszczalnej prędkości, parametrów układu hamulcowego), urządzenia pokładowe ERTMS/ETCS wyznaczają dynamiczne profile prędkości. Mają one postać krzywych hamowania.

Porównując je z aktualną prędkością i położeniem pociągu, urządzenia pokładowe ERTMS/ETCS nadzorują pracę maszynisty. Jeżeli nie dostosowuje się on do zaleceń - na przykład pociąg jedzie zbyt szybko lub oszacowana droga hamowania jest zbyt długa - najpierw kierującego się ostrzega. Jeśli zignoruje on taką informację, pociąg zostanie automatycznie zatrzymany. Zatem w pełni wdrożony system ERTMS/ETCS nie tylko wspomaga pracę maszynisty, ale też ją nadzoruje.

POZIOMY SYSTEMU ERTMS/ETCS

Wyróżnia się trzy poziomy podstawowe systemu ERTMS/ETCS i dwa pomocnicze. Te ostatnie to: zerowy i STM. Poziom zerowy występuje w sytuacji, w której pociąg wyposażony w pokładowe urządzenia systemu ERTMS/ETCS przejeżdża po linii kolejowej, przy której nie zainstalowano urządzeń przytorowych tego systemu. Drugi poziom pomocniczy dotyczy natomiast sytuacji, w której analogicznie wyposażony pojazd dodatkowo ma specjalny moduł transmisyjny (Specific Transmission Module, STM) pobierający dane z urządzeń przytorowych, które nie są zgodne z systemem ERTMS/ETCS.

Na poziomie pierwszym zachowany jest rozproszony charakter sterowania ruchem kolejowym, na poziomie drugim jest ono natomiast realizowane na podstawie ciągłej cyfrowej dwukierunkowej transmisji radiowej. Na poziomie 3 za kontrolę zajętości torów odpowiadają, zamiast urządzeń przytorowych, te pokładowe.

Obowiązkowe wyposażenie lokomotywy w systemie ERTMS/ETCS na poziomie pierwszym obejmuje: komputer pokładowy (European Vital Computer, EVC), interfejs maszynisty (Driver Machine Interface, DMI), rejestrator prawny (Juridical Recording Unit, JRU), układy do pomiaru prędkości oraz drogi (odometr) i antenę do odbioru informacji z urządzeń przytorowych - eurobalis (balis). Opcjonalnie w kabinie mogą znajdować się również urządzenia do odczytu danych z europętli, do obsługi łączności w sieci GSM-R oraz specjalne moduły transmisyjne (STM).

CZYM SIĘ RÓŻNI BALISA PRZEŁĄCZALNA OD NIEPRZEŁĄCZALNEJ?

Tor zgodny z systemem ERTMS/ETCS na poziomie pierwszym powinien być zatem wyposażony co najmniej w eurobalisy, a opcjonalnie w europętle i urządzenia do transmisji radiowej.

Eurobalisy, urządzenia w charakterystycznej żółtej obudowie, instaluje się w osi toru w miejscach, gdzie przy trasie ustawione są sygnalizatory i wskaźniki, na przykład: semafory świetlne, tarcze ostrzegawcze przejazdowe, tarcze ostrzegawcze semaforowe, sygnalizatory stałych i doraźnych ograniczeń prędkości, sygnalizatory powtarzające, tarcze manewrowe i sygnalizatory wjazdu / wyjazdu do / z obszaru objętego zasięgiem systemu ERMTS/ETCS. Zadaniem eurobalis jest punktowe przesyłanie telegramów w sformalizowanym formacie do urządzeń pokładowych, które z kolei je zasilają.

Wyróżnia się eurobalisy dwóch rodzajów: nieprzełączalne oraz przełączalne. Pierwsze przesyłają stałe komunikaty dotyczące na przykład aktualnego położenia pociągu, ograniczeń prędkości albo miejsc na linii, które wymagają specjalnej uwagi. Można je zwykle programować bezprzewodowo. Balisy przełączalne z kolei wysyłają telegramy, których treść zależy od wskazań sygnalizatorów.

JAKIE SĄ FUNKCJE URZĄDZEŃ POKŁADOWYCH?

Eurobalisy przełączalne do tych ostatnich dołącza się za pośrednictwem koderów LEU (Lineside Electronic Unit). Europętle to natomiast kable koncentryczne promieniujące, które układa się w stopce szyn. Zwiększają one zasięg działania balis nawet o kilkaset metrów.

Komputer pokładowy m.in.: wyznacza dynamiczne profile prędkości, sprawdza, czy aktualna szybkość pociągu nie przekracza tej bezpiecznej, a w razie potrzeby uruchamia hamulce oraz przygotowuje komunikaty wyświetlane maszyniście. Zadania te EVC realizuje na podstawie: danych z urządzeń przytorowych, szybkości oraz położenia pojazdu obliczonych ze wskazań czujników pokładowych i informacji podawanych przez maszynistę.

Ponieważ jest to najważniejszy element systemu ERMTS/ETCS na pokładzie pociągu, powinien być niezawodny. Dlatego jest to zazwyczaj jednostka z kilkoma procesorami, które stanowią niezależne kanały obliczeniowe. Zapewnia to redundancję - dzięki niej, mimo awarii, część EVC może działać dalej.

Interfejs pomiędzy maszynistą a systemem ERTMS/ETCS ma najczęściej postać ekranu dotykowego z dodatkowymi przyciskami w obudowie. Najważniejsze funkcje DMI to: wyświetlanie kierującemu komunikatów i umożliwienie mu: wpisywania i modyfikacji danych o pociągu, sterowania urządzeniami pokładowymi i interakcji z systemem sterowania pociągiem.

Jakie są zalety ruchomych odstępów blokowych? W przypadku stałych odstępów blokowych trasa zostaje podzielona na odcinki o niezmiennych długościach, których początek oraz koniec wyznaczają semafory. Kiedy jeden skład wjeżdża na wydzielony fragment toru, stan sygnalizacji zmienia się w taki sposób, aby odseparować go od składu jadącego z tyłu (rys. 1). Ponownie zmienia się on, umożliwiając wjazd temu drugiemu, kiedy pierwszy znajdzie się na kolejnym odstępie blokowym. Wymóg zachowania pomiędzy składami zawsze jednego wolnego odstępu blokowego o stałej długości sprawia, że możliwości skrócenia czasu następstwa (headway), od którego zależy częstotliwość kursowania pociągów, są ograniczone. Rys. 1. Stałe odstępy blokowe Alternatywą jest rezygnacja ze stałych odstępów blokowych oraz sygnalizacji na rzecz odstępów o zmiennej długości. Wówczas na bezpieczną odległość między składami jadącymi jeden po drugim składa się długość drogi hamowania i marginesu bezpieczeństwa (rys. 2). Pierwsza jest cyklicznie aktualizowana przez system nadrzędny i na bieżąco przesyłana do urządzeń pokładowych. Dzięki temu kolejny pociąg nie musi się już zatrzymywać na granicy bloków - oba składy są zatem w ciągłym ruchu. Daje to większe możliwości skrócenia czasu następstwa. Rys. 2. Ruchome odstępy blokowe

KOD KOLORÓW W DMI

Na ekranie DMI można w związku z tym wyróżnić m.in. następujące obszary: ten, na którym przedstawiane są informacje dotyczące hamowania, prędkościomierz, obszar prezentacji danych o trasie, sektor do obsługi urządzeń pokładowych oraz klawiaturę maszynisty. Przykładowe przyciski umożliwiają: zmianę trybu pracy lokomotywy, przejście do wprowadzania danych o składzie, nawiązanie łączności w sieci GSM-R oraz wysłanie ostrzeżenia o zaistnieniu na szlaku jakiejś groźnej sytuacji innym pociągom na tej samej trasie.

W komunikacji z maszynistą stosuje się kod kolorów. Jeżeli nie jest wymagana jego interwencja, na pulpicie dominuje kolor biały. Kiedy powinien on zareagować, ale jednocześnie nie dzieje się nic groźnego, sygnalizuje się to kolorem żółtym. Jeśli zaistnieje zdarzenie wyjątkowe i konieczne jest szybkie działanie kierującego, używa się koloru pomarańczowego. Czerwony oznacza natomiast, że system ERTMS/ETCS wykrył niezgodność sposobu, w jaki maszynista prowadzi pociąg z zaleceniami i sam podjął konieczne działania, na przykład rozpoczął hamowanie.

PRZEGLĄD CZUJNIKÓW

Częścią wyposażenia pokładowego jest także antena. Do jej głównych zadań należy: dostarczanie energii do zasilania eurobalis i odbiór nadawanych przez nie sygnałów, które są dalej przesyłane do demodulatora w komputerze pokładowym.

W układzie do pomiaru drogi i prędkości pojazdu wykorzystuje się czujniki różnego rodzaju. Są to m.in. sensory prędkości obrotowej kół oraz czujniki radarowe. W przykładowej realizacji ten drugi może się składać z dwóch anten i dwóch modułów obliczeniowych. Te pierwsze emitują w kierunku ziemi sygnały mikrofalowe o tej samej częstotliwości, a następnie odbierają sygnały od niej odbite. W modułach obliczeniowych ich częstotliwość analizuje się z uwzględnieniem efektu Dopplera, w jednym, oraz korelacji pomiędzy sygnałami z obu anten, w drugim.

Przyspieszenie wzdłużne pociągu mierzone przy użyciu akcelerometru, po wykonaniu niezbędnych obliczeń (całkowania), również dostarcza informacji o prędkości pojazdu oraz drodze przez niego przebytej. Ważne, żeby czujnik wykorzystany w tym celu był przystosowany do pomiaru ciągłego przyspieszenia, miał małe pasmo przenoszenia (około kilku Hz) i nie reagował na przyspieszenie w innych kierunkach. Akcelerometry oprócz tego znajdują zastosowanie w detekcji różnych niebezpiecznych zdarzeń, na przykłady utraty przyczepności kół napędowych z szyną.

JAKA JEST RÓŻNICA MIĘDZY POZIOMEM 1. A 2.?

W najprostszej konfiguracji w systemie ERTMS/ETCS na pierwszym poziomie bez uaktualnienia balisa podłączona przez koder LEU do sygnalizatora wysyła do komputera EVC pozwolenie na przejazd, a ten drugi sprawdza, czy maszynista dostosował się do tego polecenia. Jest to tanie rozwiązanie, jednak niezalecane na liniach kolejowych o dużym natężeniu ruchu, po których przemieszczają się pociągi dużych prędkości.

Alternatywą jest poziom pierwszy z uaktualnieniem. Realizuje się je punktowo, rozmieszczając na trasie dodatkowe eurobalisy albo na odcinkach - wtedy używa się europętli.

W systemie ERTMS/ETCS na poziomie drugim lokomotywa powinna być wyposażona, oprócz sprzętów pokładowych poziomu pierwszego, także w urządzenia do komunikacji w sieci GSM-R. Na torze poza balisami, głównie nieprzełączalnymi, instaluje się z kolei radiowe centra sterowania (Radio Block Centre, RBC). Te ostatnie przejmują na siebie część obciążenia związanego z obróbką danych, na poziomie pierwszym w całości realizowanej w urządzeniach pokładowych.

Koszt systemu ERTMS/ETCS w tej wersji jest dużo większy niż na poziomie pierwszym. Główną przyczyną większych wydatków jest konieczność korzystania z sieci GSM- R.

TRYBY PRACY W SYSTEMIE ERTMS/ETCS

Warto tu jednak zaznaczyć, że będzie też ona używana do "zwykłej" łączności głosowej w pociągu. System ERTMS/ETCS na poziomie drugim wdrażany jest przede wszystkim na liniach kolejowych o dużym natężeniu ruchu, na przykład na szlakach międzynarodowych, i tych, po których kursują pociągi dużej prędkości.

W systemie ERTMS/ETCS przewidziano kilkanaście stanów pracy. Są to m.in. tryby typowo organizacyjne, jak Start Up, w czasie którego następuje uruchomienie pociągu i Data Entry, w którym maszynista wprowadza dane o pojeździe. On Sight oznacza z kolei jazdę na widoczność, Staff Responsible - na odpowiedzialność personelu, a Shunting - manewrowanie.

W trybie pełnego nadzoru - Full Supervison - maszynista opiera się wyłącznie na danych prezentowanych na DMI, a system ERTMS/ETCS może w razie potrzeby zatrzymać pociąg. W trybie Unfitted natomiast kierujący prowadzi pociąg tylko według wskazań urządzeń przytorowych, które nie przesyłają informacji do systemu ERTMS/ETCS. Nie może on przez to wówczas nadzorować pracy maszynisty.

CZĘŚĆ II: BEZPIECZEŃSTWO W METRZE

AUTOMATYKA W METRZE

W przypadku metra automatyzacja sterowania pojazdem, oprócz zwiększenia szybkości transportu i poprawy jego bezpieczeństwa, ma również dodatkową zaletę - ograniczenie zużycia energii dzięki optymalizacji pod tym kątem etapów przyspieszania i hamowania składu. W zależności od stopnia zautomatyzowania możliwe są oszczędności sięgające nawet 30%.

Wyróżnić można kilka poziomów automatyzacji metra (Grade of Automation, GoA). Zostały one zestandaryzowane w normie IEC 62267 Railway applications - Automated urban guided transport - Safety requirements.

Stopień zerowy opisuje sytuację, w której maszynista prowadzi i obsługuje pojazd, m.in. otwiera i zamyka jego drzwi, samodzielnie, w oparciu wyłącznie o własną obserwację sytuacji na linii i w pociągu oraz sygnalizację przytorową. Poziom pierwszy (GoA 1) oznacza z kolei, że kierujący prowadzi i hamuje pociąg ręcznie, jego działania nadzoruje jednak system ATP (Automatic Train Protection). Zapewnia on podstawowe bezpieczeństwo przez zapobieganie kolizjom i niedopuszczanie do: ignorowania przez kierującego sygnałów ostrzegawczych oraz przekraczania dopuszczalnej prędkości, dzięki uruchomieniu w razie potrzeby automatycznego hamowania (patrz tabela).

JAK DZIAŁA SYSTEM ATP?

Różne poziomy automatyzacji metra

Kolizjom na linii metra zapobiega się, dbając o to, aby pomiędzy pojazdami poruszającymi się po tym samym torze zachowana była odpowiednia przerwa. Zapewnia się to przez niedopuszczenie, aby na określonym odcinku toru (odstępie blokowym) w danej chwili znajdował się więcej niż jeden skład. Dzięki temu w przypadku, gdy dojdzie do gwałtownego hamowania jednego z nich, drugi zatrzyma się w bezpiecznej odległości.

Rolą systemu ATP jest wyznaczenie prędkości, która dla danego pociągu, na danym odstępie blokowym, w określonej sytuacji na trasie, będzie bezpieczna. Jest ona stale porównywana z szybkością, z jaką aktualnie porusza się skład. Jeżeli ta druga jest mniejsza, metrem kieruje maszynista. W przeciwnym wypadku system ATP wyłącza napęd pociągu i włącza układ hamulcowy.

Za prędkość bezpieczną z reguły uważa się najmniejszą spośród trzech wielkości. Pierwszą z nich jest szybkość dopuszczalna, stała dla danego odstępu blokowego, która zależy m.in. od specyfiki tego odcinku toru, na przykład jego zakrzywienia. Drugą wielkością jest prędkość dozwolona. Ta jest z kolei zależna od sytuacji na linii, tzn. jej obciążenia. Uwzględnia się również osiągi pociągu (jego prędkość konstrukcyjną) oraz opóźnienie hamowania.

OD DTO DO UTO

W stopniu GoA 2 maszynista jest wspomagany przez automatyczne systemy ATP i ATO (Automatic Train Operation), które razem tworzą system ATC (Automatic Train Control). Oznacza to, że jego rola ogranicza się do uruchomienia pojazdu i zamknięcia jego drzwi. Za przejazd między stacjami, zatrzymanie pociągu i otwarcie jego drzwi odpowiada system ATO. Kierujący może ewentualnie ingerować w sytuacji awaryjnej.

Poziom GoA 3 (Driverless Train Operation, DTO) oznacza z kolei, że pociąg jest sterowany, a jego ruch nadzorowany, automatycznie, bez udziału człowieka. Zautomatyzowany jest zatem: rozruch, przejazd między stacjami, hamowanie oraz otwieranie drzwi. Maszynista może zamykać drzwi i interweniować w sytuacji awaryjnej. W stopniu GoA 4 (Unattended Train Operation, UTO) wszystkie zadania są zautomatyzowane, a na pokładzie nie ma maszynistów.

Realizuje się go, wdrażając system CBTC (Communication Based Train Control). Wykorzystuje się w nim dwukierunkową transmisję informacji pomiędzy pociągiem a przytorowymi komputerami sterującymi (radiową lub przy użyciu pętli indukcyjnej ułożonej wzdłuż toru). Pierwszy wysyła informacje o swoim aktualnym położeniu, prędkości i kierunku, w jakim się przemieszcza, a odbiera sygnały sterujące. Pozwala to na prowadzenie ruchu w oparciu o tzw. ruchome odstępy blokowe (patrz ramka).

BEZPIECZEŃSTWO W METRZE UTO

Maszynistę na pokładzie metra UTO zastępuje system ATO, który jest nadzorowany przez system ATP. Komputery przytorowe komunikują się z kolei z systemami zarządzania ruchem na wyższych poziomach.

Brak maszynisty poprawia bezpieczeństwo podróżowania metrem ze względu na to, że pozwala wyeliminować czynnik ludzki zwiększający ryzyko popełnienia błędu w kierowaniu pociągiem na trasie przejazdu na przykład z powodu nieuwagi lub zmęczenia kierującego. Z drugiej jednak strony nieobecność maszynisty sprzyja groźnym incydentom na torach i peronach. W związku z tym metro bezobsługowe musi być wyposażone w dodatkowe systemy bezpieczeństwa. Wnoszą one znaczący wkład w całkowity koszt wdrożenia metra UTO.

Jednym z najważniejszych jest system nadzoru nad bezpieczeństwem pasażerów na peronie. Jego zadaniem jest jak najszybsze wykrycie sytuacji, w której człowiek albo inny duży obiekt znajdzie się na torach. Przykładowa realizacja polega na zamontowaniu nad szynami, równolegle, w jednakowej odległości od siebie, par nadajnik-odbiornik podczerwieni. Ciągłość transmisji sygnału między nimi jest cyklicznie sprawdzana. Jeżeli zostanie przerwana, system podejmuje odpowiednie działanie.

INNE ZABEZPIECZENIA

Zależy ono m.in. od tego, w ilu czujnikach równocześnie nastąpi zakłócenie. Na przykład gdy w dwóch sąsiednich, może to oznaczać, że ktoś lub coś dużego spadło na tory.

Wtedy automatycznie zatrzymywany jest najbliższy nadjeżdżający pociąg. Jeśli natomiast sygnał nie dociera do większej liczby odbiorników, wskazuje to na jakiś poważniejszy incydent. Dlatego oprócz wyhamowania składu zbliżającego się do peronu odłączane jest zasilanie szyn na całym odcinku torów. Zakłócenie transmisji w sensorach w tunelu sygnalizuje zaś obecność intruza. Z ruchu wyłączana jest wtedy cała linia metra. Nie uruchamia się jej, dopóki nie potwierdzi się, że tunel jest pusty. Zwykle sprawdza to personel.

Na stacjach metra UTO montowane są też systemy ochronnych drzwi peronowych (Platform Screen Door, PSD). Są to przezroczyste przegrody wstawiane pomiędzy peronem a torem. Ich zamykanie i otwieranie jest zsynchronizowane z drzwiami pociągu - automatycznie, w momencie otwarcia drzwi wagonu rozsuwane są drzwi peronowe.

Dodatkowym źródłem informacji są kamery monitoringu rozmieszczone nad torami w tunelu i na peronie. Składy metra UTO są również wyposażone w systemy detekcji przeszkód. W razie ich wykrycia pociąg automatycznie hamuje.

Ponadto w wagonach instalowane są m.in. czujniki temperatury i dymu oraz przyciski awaryjne z możliwością połączenia się bezpośrednio z centrum sterowania. W razie wykrycia pożaru skład jest automatycznie zatrzymywany na najbliższej stacji. Jeżeli z jakiegoś powodu ruch pociągu zostanie wstrzymany w tunelu, drzwi w wagonach pozostają zamknięte do czasu, aż zahamuje się wszystkie nadjeżdżające składy, a zasilanie w szynach zostanie odłączone. Dopiero wówczas można bowiem rozpocząć ewakuację pasażerów.

SPRAWNA WENTYLACJA TO BEZPIECZNE METRO

Bezpieczeństwo systemu metra zależy też od sprawności działania systemu wentylacji, na tę zaś składa się wiele czynników - od projektu, przez jego realizację, po sposób zarządzania instalacją w razie zaistnienia groźnej sytuacji. Jeżeli na którymś z tych etapów dojdzie do zaniedbań albo błędów, zagrożone jest zdrowie oraz życie ludzi korzystających z tego środka transportu oraz jego obsługi.

Rys. 3. Przełączenie wentylatorów po obu stronach pociągu w tryb pracy wyciągu było przyczyną wypadku w metrze w Waszyngtonie

Przykładem jest wypadek, do którego doszło na początku tego roku w metrze w USA. Tragiczny bilans zdarzenia w pobliżu stacji L'Enfant Plaza waszyngtońskiej linii to jedna ofiara śmiertelna oraz ponad 80 hospitalizowanych osób spośród wszystkich 200 pasażerów. Przebieg zdarzenia był następujący:

Jeden ze składów niedługo po odjeździe ze stacji L'Enfant Plaza natknął się na dym w tunelu. W związku z tym, że napływał on z głębi, wskazując, że tam znajduje się jego źródło, którym jak się później okazało było zwarcie w instalacji elektrycznej, pociąg zatrzymano. Natychmiast, w reakcji na komunikat od maszynisty, operator w centrum sterowania włączył zestaw wentylatorów na stacji L'Enfant Plaza - tj. za pociągiem - i przełączył go w tryb pracy wyciągu. Ponieważ zaczął on zasysać powietrze w kierunku peronu, dym przesuwał się w stronę unieruchomionego składu. Chwilę potem włączono drugi zestaw wentylatorów, który znajdował się niedaleko ogniska pożaru - czyli przed pociągiem. Niestety to urządzenie również przełączono w tryb pracy wyciągu (rys. 3).

Ile jest linii metra UTO na świecie? Rys. 4. Udział metra UTO w ogóle linii w różnych krajach Według UITP w 2013 roku na świecie było 48 linii metra UTO o sumarycznej długości ponad 670 km, łączących 700 stacji w 32 krajach. Największy udział (19%) zautomatyzowane metro w ogóle linii dwa lata temu miało we Francji. Najdłuższe linie UTO znajdowały się jednak poza Europą - w Dubaju, Vancouver oraz Singapurze. Między rokiem 2008, a 2013 na świecie najbardziej, o 50%, wzrosła liczba pociągów o średniej liczbie pasażerów (od 300 do 700). Tych o dużej oraz małej pojemności przybyło znacznie mniej - o odpowiednio 26% i 24%. Trendy technologiczne W analizowanym okresie w zakresie komunikacji w systemach CBTC dominowała łączność w oparciu na pętli indukcyjną - jej udział w obrębie nowych linii metra UTO wzrósł o ponad 50%. W przypadku technologii radiowych analogiczny wskaźnik wyniósł nieco ponad 30%. Według UITP w przyszłości jednak proporcje te się odwrócą i te drugie będą coraz popularniejsze. Najpowszechniej stosowanym zabezpieczeniem na liniach w pełni zautomatyzowanego metra do 2013 roku były drzwi peronowe PSD. Ich udział w ochronie w obrębie nowo zbudowanych stacji wzrósł o ponad 80%. Inne rozwiązania w zakresie detekcji obecności niepożądanych obiektów na torach stanowiły natomiast niewiele ponad 10%.

JAK MOŻNA BYŁO ZAPOBIEC WYPADKOWI?

W efekcie oba wentylatory po obu końcach pociągu zasysały powietrze w przeciwnych kierunkach, co z kolei spowodowało, że dym zatrzymał się w miejscu, otaczając skład. Na nieszczęście dla osób, które przebywały w środku, maszynista nie wyłączył wentylacji w wagonach, przez co dym był stale wtłaczany do ich wnętrza. Pasażerowie zaczęli się dusić, część z nich uległa zatruciu, a dodatkowo w pojeździe zapanowała panika. Duża liczba ofiar była też skutkiem tego, że na pomoc podróżni oczekiwali przez ponad pół godziny.

Po incydencie przeprowadzono szczegółową analizę jego przyczyn. Najważniejszą z nich był brak cyrkulacji powietrza w tunelu spowodowany tym, że oba wentylatory pracowały w trybie wyciągu. Decyzję o tym operatorzy podjęli dlatego, że nie zlokalizowali dokładnie źródła ognia oraz dymu. Gdyby to zrobili, następnie powinni zdecydować o kierunku ewakuacji pasażerów.

W opisywanej sytuacji należało ich prowadzić w stronę stacji, z której skład odjechał. Wówczas wentylatory znajdujące się niedaleko ogniska pożaru (przed pociągiem) powinny pracować jako wyciąg. Wentylatory na stacji (za pociągiem) z kolei powinny działać w trybie nadmuchu, czyli inaczej, niż miało to miejsce w czasie wypadku. Dzięki temu dostarczałyby świeże powietrze na stację, gdzie kierowani byliby pasażerowie. Równocześnie "popychałyby" dym w stronę wyciągu, zapewniając cyrkulację powietrza w tunelu.

WENTYLACJA A KOMFORT PASAŻERÓW I OBSŁUGI

Wśród środków zaradczych, które mają w przyszłości zapobiec podobnym wypadkom, zalecono m.in. zmiany w procedurach awaryjnych i szkolenia personelu. Wykonano też przegląd urządzeń. Ten ostatni wykazał, że dodatkowo kilka wentylatorów nie było sprawnych.

Projektując wentylację w metrze, za cel stawia się, oprócz zapewnienia bezpieczeństwa w sytuacji pożaru, także komfort pasażerów i personelu w czasie normalnego funkcjonowania linii i w razie dużego zatłoczenia na peronie oraz dużego natężenia ruchu na torach. W związku z tym, przygotowując projekt takiego systemu, uwzględnić trzeba szereg kwestii.

Omawiana tematyka obejmuje w praktyce znacznie więcej zagadnień. Przykładowo, żeby nie narażać podróżnych na szok termiczny, temperaturę należy stopniować, od wejścia na stację aż do peronów. Temperatura w tunelu z kolei powinna zapewniać optymalne warunki pracy pojazdu i jego wyposażenia.

Aby wyznaczyć wydajność systemu wentylacji wymaganą do utrzymania zadanych warunków, należy zsumować moc wszystkich źródeł ciepła. W tunelach uwzględnia się: ciepło wydzielane przez trakcję i układ hamowania pociągu, to emitowane przez system klimatyzacji składu, ciepło, które jest skutkiem oporu aerodynamicznego pociągu oraz to przekazywane przez jego rozgrzaną powierzchnię po wjeździe z części naziemnej metra do podziemnej.

ŹRÓDŁA CIEPŁA NA PERONIE I W TUNELACH

Tematy numerów kolejnych wydań magazynu w 2015 roku

Na stacji z kolei trzeba oszacować ciepło wydzielane przez ludzi, to emitowane przez oświetlenie, schody ruchome, biletomaty i inne urządzenia użytkowe i ciepło, które przenika do środka przez oszklone elementy budynku. Ważne parametry to także: wymiary wentylowanej sekcji, częstość przejazdów pociągów, czas oczekiwania na ich przyjazd oraz ich prędkość i szybkość hamowania oraz rozpędzania.

Na tej podstawie wybiera się typ wentylacji: wzdłużną lub poprzeczną, oraz urządzenia chłodzące. Podejmuje się także decyzję o tym, czy system wentylacji będzie pracował w obiegu zamkniętym, czy otwartym.

W wentylacji wzdłużnej medium płynie wzdłuż tunelu. Jest ona tania i łatwa w instalacji - wentylatory montuje się na wlocie i/lub wylocie, w szybach albo w sklepieniu przepustu. Nie są także wymagane kanały wentylacyjne. W wentylacji poprzecznej powietrze dopływa i odpływa specjalnymi przewodami nawiewowymi (od dołu) i wyciągami (od góry). W zależności od tego, jaka ilość powietrza jest tymi kanałami przesyłana w każdym z kierunków, wyróżnia się instalacje w pełni poprzeczne (100% - czyste, 100% - zanieczyszczone), mieszane, jeżeli świeże powietrze wpływa do tunelu przez nawiewy, a brudne płynie swobodnie do wyjścia oraz mieszane odwrotne. W tych ostatnich czyste powietrze wpływa wejściem, a odpływa wyciągami.

Monika Jaworowska

W artykule wykorzystano zdjęcia firmy Newag.