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第二十二期 ,经济  2015年6月15日

特集 新干线
新干线的安全性

梅原 淳,铁路记者(梅原铁路公司代表)

梅原 淳,铁路记者(梅原铁路公司代表)

日本第一条新干线,以及世界第一条高速铁路──东海道新干线自开通以来到2014年10月1日,经过了50年。以东京站和新大阪站之间的552.6km开始,日本新干线持续扩张,包括于2015年3月14 日开通的北陆新干线长野与金泽间,总长已达到了2848.3km。(表“新干线铁道”参照)

现在提到的新干线为行驶速度可达200km/h以上的列车。其他还有新干线的车厢延长到在来线形式的山形和秋田两条新干线275.9km,再加上实际上是新干线一部分的博多南线和上越线越后汤泽与GALA汤泽间的1.8km,全长合计3134.5km。还有,加上北海道新干线新青森与札幌间、北陆新干线金泽与敦贺间、九州新干线(长崎路线或西九州路线)武雄温泉与长崎间共计约550km的新干线在持续施工,本世纪中叶日本将构筑一个超3600km的新干线网。

半个世纪间,利用新干线的人数达到了110亿8037万人次。尽管如此, 因列车与其他列车相撞、脱轨、火灾等而夺去利用乘客生命的事故,一件也未发生过。

富士山和新干线700系

富士山和新干线700系

虽然实际验证了新干线的事故率几乎为零,但把新干线说成绝对安全的这种“安全神话”还言之过早。新干线的安全性不是由偶然和幸运决定的。从东海新干线开通前,就周密地准备好了确保安全的相关设备和对策,然后开通后也不断地反复进行改良,最终才实现的。

新干线的安全性如何出色,敢于介绍新干线的不光彩事件更让人明白。这里例举的是因大地震而发生的列车脱轨事故。

该列车脱线事故于2004年10月23日发生在上越新干线浦佐与长冈之间。当天发生了震级6.8、最大烈度7的新泻县中越地震,在震源附近行驶中的“朱鹭325号”脱轨了。10个车厢组成的列车中有8个车厢脱轨了,尤其是最后一个车厢──东京方1号车厢的车体大幅倾斜,几乎要碰到隔壁的线路。不过,幸运的是没有人员伤亡。

“朱鹭325号”在地震发生前正以204km/h的速度行驶。尽管如此,避免酿成惨祸的正是小型早期地震检测警报系统(UREDAS)这个安全设备的运转。小型早期地震检测警报系统(UREDAS)是指,感觉地震的早期微动P波,判断地震烈度在4以上时,自动切断新干线的架线供电的。然后,若列车供电中断,将立即停止ATC。

当天的“朱鹭325号”,感觉到P波后一秒钟中止向电车线供电,1.5秒后启动了ATC紧急刹车。本次地震造成的大摇晃袭击“朱鹭325号”更是在之后的1.2秒。可以说1.2秒的“余裕”避免了列车翻倒的最坏事态。

在车厢(上)和线路上安装了防止脱轨的指针等对策(JR东海提供)

在车厢(上)和线路上安装了防止脱轨的指针等对策(JR东海提供)

但是,当事人JR东日本不满足于现状,重视列车脱轨这个事实,积极对安全设备进行改良。

小型早期地震检测警报系统(UREDAS)改良成精密度更高、反应速度更快的新干线早期地址检测系统(JR东日本的称呼。JR东海称为东海道新干线早期地震警报系统、JR西日本称为早期地震检测警报系统、JR九州称为地震应对列车防护系统),车厢两侧停止供电到启动刹车的时间也缩短了 1秒钟。再者,万一列车脱轨也要避免招致最坏事态,在车厢和线路上安装了防止脱轨的指针等对策,尽可能地稳定车厢的动作。

这些对策体现出了价值,在2011年3月11日发生的东日本大地震中,摇晃尤其剧烈的东北新干线宇都宫与盛冈间行驶的11辆列车中的10辆顺利停止了行驶。剩下的1辆并非营业列车而是试运行列车,虽然10节车厢中的1 节车厢2个车轴脱轨了,但因指针的效果,并未出现车体大幅度脱离线路或倾斜的情况。当然没有出现死者,连受伤人员都没有。

支撑过密时刻表的硬件和软件

全国各地的新干线上运行的列车趟数截至2014年3月31日,总计已达到了842趟。除去考虑到沿线环境而运行的迷你新干线列车──山形和秋田两条新干线,运行时间从6点到24点之间的18个小时,因此任何一条新干线的列车都以1分16秒的间隔在行驶。

正因为要让如此密集的列车按时且高速行驶,才要求相应水平的设备。上一项“新干线的安全性”中举到的ATC、还有发生大地震时让列车自动停止的系统不用说,都不可缺少。其他还有测量雨量和风量并且在超过基准值时发出警报的设备、管理车厢检查和修复历史记录的系统等各种设备、系统在运转并支撑着新干线列车的运行。

现在所举的设备、系统,比喻成人类,可以说相当于神经吧。为让相当于人类手脚的列车行驶起来当然不可缺少,但也正是因为手脚、神经和脑袋的共同作用吧。

新干线也有相当于人类脑袋的东西。那就是综合指令所、还有支撑综合指令所的大规模计算机系统。

东海道•山阳新干线综合指令所(JR东海提供)

东海道•山阳新干线综合指令所(JR东海提供)

综合指令所集中管理列车的运行、设备的运转状况等,发生异常情况时,向列车乘务员和车站工作人员、现场各部门下达正确的指示。如东海道·山阳新干线的情况,综合指令所内设有涉及旅客运送所有事宜的运输指令(旅客)、承担列车运行的运输指令(车厢)、负责车辆和乘务员的运用及应对车厢故障的的运输指令、指示设施维护作业的设施指令、同样负责电力的电力指令、以及集中信号机和通信相关设备的信号通信指令这6个部门。各部门的指令员专心各自的负责范围,相互携手合作,努力让新干线列车能够安全稳定地运行。

指令员们的视线前方主要是CTC(列车集中控制装置)的监视器和显示盘。这里有负责范围的所有列车位置,以及设置在地上的各种设备的运转情况,甚至还显示沿线的气象状况。

东海道新干线在半个世纪前开通时,列车进站之际是驶进通过线还是待避线,负责列车运行的指令员要边看显示盘边手动设置。即使现在也是可能的,但仅东海道新干线每天都要运行300趟以上的列车,并且前进的道路各种各样,依靠人手并不现实。于是,采用了预先在大型计算机上输入当天的运行图表、时刻表,根据列车自动进行设置的方式。这种计算机系统在东海道和山阳新干线上叫做COMTRAC(COMputer aided TRAffic Control system),在东北、上越、北陆的各新干线上叫做COSMOS(COmputerized Safety, Maintenance and Operation Systems of Shinkansen),在九州新干线上叫做 SIRIUS(Super Intelligent Resource and Innovated Utility for Shinkansen Management)。COSMOS 和 SIRIUS 不仅设置列车的前进道理,还管理车厢和设备。另一方面,东海道和山阳新干线也构建了管理车辆和设备的 SHIMIS(Shinkansen Management Information System)计算机系统,和COMTRAC一同支持着综合指令所的功能。

计算机系统在因事故或灾害而导致时刻表出现混乱之际也有效。根据列车晚点情况,重新制作时刻表,设置新的前进道路。尽管如此,也并非全权交给计算机。实际上,时刻表的修正作业很多是由指令员进行的。因为在每时每刻状况都在变化的过程中,与在计算机上输入各种条件相比较,由经验丰富的指令员制作新时刻表来得更快。于是计算机负责检查完成的时刻表有无矛盾点。

从车内服务到车厢打扫的全方位服务

从硬件到软件都让人感觉到机械块状的新干线,意想不到也有温暖的一面。若坐上列车,乘务员和车内销售员会在座位旁来回走动,若在东京站等终点站等待乘坐返回列车,就会看到很多人打扫车厢的情景。

总有人批判,不仅是新干线,日本的铁道在车内或车站播放广播也太过于频繁了。对乘务员和车内销售员轮换,也有人说太烦了。准确的指南和根据需要可购买饮食的服务,与安静的车内和对隐私的尊重,要做到完全两立是很难的。不过还是经常在采取措施。

首先看下乘务员吧。东海道新干线在开通之初到2000年代,检查利用者是否携带正确的车票、正式在车内进行检票是很经常的事。细心指南具有可照顾到每一位利用者的优点,而反面也出现了很多不满的声音。

进入2000年代,由于技术的进步,已不需要车内检票。利用者通过自动检票机,车票相关信息就会传送到乘务员所持的手机客户端,席位表显示乘车情况。乘务员只要比照手机客户端的席位表和实际的席位,询问坐席表上未显示乘车信息却坐在席位上的利用者就可以了。

不过,东海道新干线的情况是,由于各种事由,更改车票并乘坐其他列车的利用者很多,因此实施车内检票。手机客户端当然也合理利用,但更是为避免围绕席位的利用者们之间的冲突的一项服务。

车内销售员对利用者来说不会很烦,虽说如此,但也需要积极向希望购买的利用者推销自己。另外,在席位方向问题上,利用者背向车内销售员的情况也很多。为应对这种情况,实际上负责车内销售的企业内部设有模仿车厢的培训设施,不断进行销售训练。

车内的清扫可以说是东海道新干线开通以来快速持续进化的一个领域。今天,东京站内,JR东日本新干线最快7分钟折回。这是娴熟完成车内清扫的负责人的技术成果。迅速发现客室的某处掉落有垃圾,发挥一次擦拭2张装在椅子靠背上桌子的技能。设备和系统方面的支持也不可错过,客室全面禁烟椅子,这样可不用打扫自动回转椅子的装置和烟灰缸。

现在所举的利用新干线之际会偶遇的行家们的技能也得到了海外的高度评价。有些国内构建有高速铁路网的国家首脑也会说想进口。

0系以降向E7·W7系进化的车厢

0系

0系

东海道新干线在开通时投入的车厢叫做0系。之后,东海道和山阳新干线分别引进了100、300、500、700各个系列的车厢,最新车厢为700系。东北、上越、北陆新干线以200系开始,历经400、E1、E2、E3、E4,最新版为东北新干线专用的E5系,北陆地新干线专用的E7、W7系,秋田新干线专用的E6 系。九州新干线以800系开始,也追加了N700系。

比照0系和最新型的车厢,进化痕迹一目了然。车体表面制作光滑,几乎看不到突起。之后,车体高度降低,前头部位的形状勾勒出了复杂的曲线。用于从架线导入电力的导电弓在0系上是每1个车厢搭载1座,

100系

100系

但最新型的车辆为7 ~16车厢组成,1座或2座,较少。当然这些可减少空气阻力并较易提高速度,也具有减少行驶时的噪音和振动的效果。

人口密度如日本般高的国家,新干线的线路容易接近住宅地。当时,环境厅对新干线的列车噪音和振动,设定了如下的严格规定:住宅地为70分贝以下、准住宅地为75分贝以下。

1970年代的某一时期,新干线的列车最高速度控制在了210km/h。但因为1980年代中期一直进行的踏实研究取得

了成果,成功开发出了新车厢,即使提升速度,控制了噪音和振动。

300系(左)和500系

300系(左)和500系

因上了涂装,乍看之下不大明白,但0系和最新型车厢的素材也不一样。相对于钢铁制的0系,最新型的车厢全部为更轻型的铝合金型。若将车厢制作得更轻,行驶时的振动就会减少。而且可以减少线路的负担,因此也将可能节省建设费和维护费用。电力消费量也会得到控制,因此节能性也高。

车厢的前头部位的形状具有越是最新型越复杂,而且稍微靠下的部位为膨胀形状的特点。这个对策是为了减少进入隧道时的冲撞声。拥有多山土地的日本,新干线的线路必须建设很多隧道,因此必须为这种形状。前头部位的制造,不能忘记进行计算机分析和分毫不差地制作出得到其结果的设计图的制造负责人的丰功伟绩。

N700 系(左) and 700 系

N700 系(左) and 700 系

5 系 照片提供: PIXTA

5 系
照片提供: PIXTA

 

北陆新干线的特点

2015年3月14日开通的北陆新干线长野与金泽间228.1km具备很多其他新干线所看不到的特点。这条新干线行驶于深山和大雪地带,途中流经架线的2万5000V交流电的电源频率会显著变化。

可以说是日本列岛“脊梁”的深山地带──长野与丝鱼川间有着最大3% 的斜坡区间。前进100m米就会产生3m高低差的3%斜坡对汽车来说不难,但在如铁道般车轮和铁轨间的摩擦少、且快速行驶的新干线上,这就变成了难关。

北陆新干线用的E7、W7系1节车厢搭载4个输出300kW的电机,12节车厢组成中10节带有电机,这种强大力量至少具备以200km/h的速度跑上坡道的性能。但另一方面,3%的斜坡在下坡时很困难。为避免速度过快而引发事故,E7、W7系用稳定的力量刹车,搭载有保持210km/h速度的速度控制制动器。担忧依赖摩擦的盘形制动器存在制动片过热,因此制动器装置采用了将电机作为发电机发动,并将此时产生的热能大阻力作为制动器力量的电力再生制动器装置。电机发电时的电力返回架线,其他列车也可使用,因此具有节能效果。

E7 / W7 系 照片提供: PIXTA

E7 / W7 系
照片提供: PIXTA

长野与金泽间除了长野近郊部分区间,过去10年内的积雪量最低也达到了115cm以上,是大雪地带。因此,采取了彻底的除雪对策。

过去10年的积雪量达220m以上的最严重区间──长野与丝鱼川间,在线路旁边设有自动喷水灭火设备,撒大量的水清洗雪。丝鱼川与金泽间的积雪量本来也需要自动喷水灭火设备,但自动喷水灭火设备用的水源河川不平行,所以无法设置。因此,E7、W7系可推开大雪,仍无法除雪时,出动专用除雪车,这是新干线第一次采用的体制。支撑线路的构造物──高架桥上设有袋状空间,用来收集从除雪车飞散到线路左右的雪。

日本即使在相同国土上,电力公司供给的交流电源频率也不同。大致而言,东日本为50Hz,西日本为60Hz。

北陆新干线的长野与金泽间铺设在东日本和西日本的边界上,因此电源频率相互交错。具体来说,长野─上越妙高附近间为60Hz,上越妙高附近与丝鱼川附近间为50Hz,丝鱼川附近与金泽间为60Hz。

E7、W7系的电机所需电力不论是50Hz还是60Hz,两者均可正常运转,但受到电机冷却专用送风机的旋转数会变化的影响。于是,E7。W7系采用的构造是,从架线导入的电力不论是50Hz还是60Hz,均使用变频器和逆变器相互组合的辅助电源装置来制造60Hz的三相交流440V,并向送风机供电。

而另一方面,架线也采取了对策。两边夹在60Hz区间的50Hz区间,在来自电力公司的供电中断之际,也可接受来自其他区间的救援电力。于是,50Hz区间内敢于将电力设备设为50Hz和60Hz两者均可使用的规格,发生异常时将从相邻区间向架线供给60Hz的电力。

陡坡、大雪地带、异常电源频率,这些是仅日本新干线才可看到的特点。背负外国的高速铁道上不存在的不利条件,北陆新干线以最高达260km/h的速度奔驰。

[为日本外交政策论坛特别撰稿。]

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