Giới thiệu phương pháp đánh giá an toàn cho hệ thống hãm đoàn tàu đường sắt đô thị nhằm nâng cao tính an toàn cho đoàn tàu đường sắt đô thị tại Việt Nam

Bài viết Giới thiệu phương pháp đánh giá an toàn cho hệ thống hãm đoàn tàu đường sắt đô thị nhằm nâng cao tính an toàn cho đoàn tàu đường sắt đô thị tại Việt Nam giới thiệu khái quát về cách thức xây dựng mô hình và đề xuất phương pháp đánh giá an toàn đối với hệ thống hãm đoàn tàu đường sắt đô thị tại Việt Nam.

GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ AN TOÀN CHO HỆ THỐNG HÃM ĐỒN TÀU ĐƯỜNG SẮT ĐƠ THỊ NHẰM NÂNG CAO TÍNH AN TỒN CHO ĐỒN TÀU ĐƯỜNG SẮT ĐƠ THỊ TẠI VIỆT NAM TS Lê Công Thành ThS Nguyễn Văn Hùng Viện KH CN GTVT Lê Trung Hiếu Ban Quản lý ĐSĐT Hà Nội TÓM TẮT: Trên giới, hầu phát triển việc đánh giá an toàn hệ thống đường sắt coi trọng, họ có tổ chức chuyên biệt phục vụ công tác Đối với hệ thống đường sắt xây cần có chứng nhận an toàn hệ thống trước đưa khai thác sử dụng Để đưa chứng nhận an tồn hệ thống ĐSĐT (ĐSĐT) trước hết cần có tổ chức có đủ lực thực đánh giá an toàn hệ thống Tuy nhiên nước ta chưa có đơn vị có đủ khả để đảm nhiệm vai trị mà phải thuê đơn vị nước nguyên nhân đâu? Một nguyên nhân cần phải giải chưa có nghiên cứu, hướng dẫn đối việc đánh giá an toàn chi tiết, hệ thống cụ thể từ có sở để đánh giá an toàn cho toàn hệ thống (trong có hệ thống hãm) Bài viết giới thiệu khái quát cách thức xây dựng mô hình đề xuất phương pháp đánh giá an tồn hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT Việt Nam ABSTRACT: For most of developed countries around the world, the safety assessment of railway systems is critically important They have specialized organizations for this work Newly built railway systems require a system safety certificate before it starts official operation In order to be able to issue a safety certificate for an Urban Railway (UMRT) system, it is first necessary to have qualified organizations to perform safety assessment Unfortunately, our country is home to no entity capable of taking this role Rather, we have to hire foreign entities What is the underlying reason for this? One of the reasons that need to be resolved is that there are no studies and guidelines for the safety assessment of specific details and systems, serving as basis to evaluate the safety of an entire system (including brake system) This article provides an overview of how to build a model and proposes a safety assessment method for the UMRT train braking system in Vietnam 385 I KHÁI QUÁT CHUNG Đặt vấn đề Hệ thống Đường sắt đô thị (ĐSĐT) hệ thống giao thông công cộng thành phố quốc gia đô thị, di chuyển tuyến đường ray xây phần lớn lịng đất khơng So với hệ thống giao thông công cộng mặt đất taxi, xe bus, hệ thống ĐSĐT có ưu điểm vượt trội như: tốc độ cao, trì nhiều chuyến ngày với lượng khách chuyên chở lớn, thuận tiện thoải mái Đặc biệt, giống xe bus đồn tàu ĐSĐT lại hữu ích việc lại đảm bảo chất lượng an toàn sống nhiều ĐSĐT coi phận quan trọng Quy hoạch phát triển giao thông vận tải thành phố lớn Việt Nam, coi xương sống mạng lưới giao thông công cộng, kỳ vọng mở kỷ nguyên vận tải khối lượng lớn, đáp ứng nhu cầu lại Nhân dân Thủ Hà Nội Thành phố Hồ Chí Minh đầu tầu, đòn bẩy phát triển chung cho kinh tế nước, bước đầu đẩy mạnh phát triển hệ thống ĐSĐT, tầu điện ngầm phục vụ giao thơng cơng cộng, điển hình việc xây dựng tuyến ĐSĐT: Cát Linh - Hà Đông, Nhổn - Ga Hà Nội, Bến Thành - Suối tiên, Bến Thành - Tham Lương Trong trình xây dựng, hồn thiện vận hành dự án nhận thấy việc đánh giá an toàn hệ thống đoàn tàu ĐSĐT quan trọng việc đảm bảo an toàn cho người sử dụng, cho tài sản, kết cấu đường sắt Việc đánh giá an tồn khơng đảm bảo tính xác nguyên nhân rủi ro việc vận hành đoàn tàu ĐSĐT sau Trên giới, hầu phát triển việc đánh giá an toàn hệ thống đường sắt coi trọng họ có tổ chức chun biệt phục vụ cơng tác Đối với hệ thống đường sắt xây cần có chứng nhận an tồn hệ thống trước đưa khai thác sử dụng; hệ thống sử dụng đánh giá an toàn hệ thống theo định kỳ Hiện cơng tác Việt nam hồn toàn dựa vào đơn vị tư vấn nước mà chưa có đơn vị đánh giá độc lập Việt Nam thực Để thực cơng tác đánh giá an tồn hệ thống ĐSĐT có hiệu cần tập hợp kết đánh giá an toàn nhiều hạng mục công việc khác nhau: Từ hồ sơ pháp lý, quy trình sản xuất việc đánh giá tính an tồn tiêu chí kỹ thuật( hệ thống hãm, hệ thống ray, hệ thống cấp điện, hệ thống thơng tin, tín hiệu ) nói việc đánh giá tính an tồn tiêu kỹ thuật cơng việc khó khăn ảnh hưởng lớn đến tính an tồn hệ thống Mà muốn đánh giá tiêu này, cần có hệ thống tiêu chuẩn, quy chuẩn hồn thiện kết hợp với cần xây dựng quy trình đánh giá, mơ hình phương pháp đánh giá an toàn hoàn chỉnh làm sở để hướng dẫn đơn vị thực Tuy nhiên nay, hệ thống văn liên quan đến ĐSĐT chưa thấy văn hướng dẫn quy trình, mơ hình phương pháp đánh giá an toàn tiêu kỹ thuật Thấy tầm quan trọng vấn đề này, nhóm tác giả nhận thấy trước tiên cần phải xây dựng mơ hình phương pháp đánh giá an tồn hoàn chỉnh hệ thống chuyên biệt đồn tàu ĐSĐT từ làm sở để xây dựng mơ hình 386 phương pháp đánh giá an toàn hệ thống cho hệ thống kỹ thuật khác ĐSĐT Hướng tới xây dựng quy chuẩn, tiêu chuẩn phục vụ cho việc đánh giá an toàn cho tồn hệ thống ĐSĐT Ở nhóm đề tài sâu vào nghiên cứu hệ thống hãm phận cấu thành tổng thể hệ thống ĐSĐT có vai trị, ý nghĩa to lớn việc đảm bảo an tồn, tính mạng người sử dụng hệ thống ĐSĐT Chính vậy, việc “Nghiên cứu xây dựng mơ hình, phương pháp đánh giá an toàn hệ thống hãm đoàn tàu Đường sắt đô thị Việt Nam” cần thiết, đáp ứng nhu cầu thực tế Giới thiệu số phương pháp đánh giá an tồn hệ thống áp dụng đánh giá an toàn hệ thống cho hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT Việt Nam * Phương pháp tiên nghiệm: Phân tích tiên nghiệm sử dụng thông tin tiên nghiệm ban đầu tượng, kiện phân tích Thông tin tiên nghiệm nhận không kết thực nghiệm mà sở đánh giá đưa chuyên gia - giám định viên Các nhận định, đánh giá hình thành q trình tích lũy kinh nghiệm, đơi sở cảm nhận đưa Các kiện, tượng phân tích trở ngại nguy hiểm bên ngồi bên trang thiết bị cho hệ thống giao thơng nói chung ĐSĐT nói riêng, lỗi nguy hiểm chương trình máy tính, nhân viên v.v Tin tức tiên nghiệm dạng quy luật phân bố thời gian làm việc an toàn phần tử toàn hệ thống, giá trị quy luật phân bố này, dạng tham số mơ hình q trình thực cho xuất trở ngại nguy hiểm dạng xác định, nguyên nhân tai nạn - Ưu điểm: Có thể đưa đánh giá cơng nghệ hoàn toàn dựa vào yếu tố kinh nghiệm kiến thức chuyên môn đội ngũ chuyên gia - Nhược điểm: + Phương pháp dựa chủ yếu vào kinh nghiệm phán đoán, nhận định của thẩm định viên, chuyên gia nên bị ảnh hưởng kiện bên bên ngoài, dẫn đến việc lạc quan, bi quan định kiến yếu tố + Các đánh giá đánh giá chủ quan đưa chủ thể riêng biệt (các chuyên gia thẩm định) + Dễ gây tranh luận không quán cho kiện * Phương pháp hậu nghiệm: Đây phương pháp dựa thực nghiệm trường thử nghiệm phịng thí nghiệm với mục đích nhận số liệu thống kê ban đầu trở ngại nguy hiểm từ số liệu xử lý dựa vào hàm toán học để đưa xác xuất trở ngại nguy hiểm Để nhận số liệu thống kê tin cậy trình tiến hành thực nghiệm, điều kiện thành phần số liệu cần thỏa mãn yêu cầu định Khi tiến hành thử nghiệm phịng thí nghiệm cần mơ điều kiện có thực thiết 387 bị đưa vào khai thác Các điều kiện xác định tác động học, khí hậu điện từ mơi trường bên ngồi - Ưu điểm: Có thể đưa kết đánh giá xác kiện đánh giá so với thực tế - Nhược điểm: + Khó thực hệ thống lớn, có tính đồng cao cần có mơ hình nhiều lần thử nghiệm để đưa hệ thống số liệu đáng tin cậy + Kinh phí thực lớn * Phương Pháp Bayes: Phương pháp Bayes hiểu phương pháp phân tích sở sử dụng định lý Bayes gọi định lý giả thuyết kết hợp với kết tiên nghiệm hậu nghiệm để lượng hóa yếu tố an tồn cần xét đến Định lý cho phép sử dụng để có độ tin cậy cao kết phân tích khơng tin tức hậu nghiệm nhận từ thực nghiệm xác định mà cho tin tức tiên nghiệm, biết đến trước thực Tổng hợp nguyên tắc ý tưởng sử dụng định lý Bayes để giải toán phân tích hình thành sở phương pháp phương pháp Bayes phân tích an tồn chạy tàu - Ưu điểm: Đây phương pháp có kết hợp toán học logic sử dụng tin tức tiên nghiệm kết hậu nghiệm cho kết đáng tin cậy - Nhược điểm: + Khó áp dụng với hệ thống phức tạp; + Chi phí tương đối lớn; * Phương pháp phân tích tần suất: - Phân tích tần xuất để nhận thơng tin mức độ an toàn dự báo công tác chạy tàu Các thông tin cần thiết để cấp phép hoạt động cho cho phương tiện thiết bị vận tải nói chung ĐSĐT nói riêng theo số an toàn, để đánh giá hiệu phương pháp cho việc đảm bảo mức độ tiêu chuẩn an tồn, giúp tối thiểu hố nguồn nhân lực - vật lực giải nhiệm vụ cho an tồn chạy tàu, từ tạo sở cho việc ưu tiên, tập trung phân bổ nguồn lực vào giải số vấn đề ưu tiên - Ưu điểm: + Dễ thực áp dụng cho hệ thống,sự kiện đơn giản, nhỏ lẻ ; + Chi phí thực khơng q cao; - Nhược điểm: + Khó thực với hệ thống lớn, phực tạp, khó tìm hệ thống tương tự để phân tích tần suất thích hợp với việc phân tích cấu trúc riêng lẻ, chi tiết hệ thống 388 * Phương pháp so sánh, đối chiếu: Là phương pháp dựa sở sử dụng kinh nghiệm khai thác hệ thống có tương tự với hệ thống phân tích để đánh giá Ở phương pháp địi hỏi cần có hệ thống tương tự sử dụng điều kiện gần giống cho kết đánh giá có độ tin cậy cao - Ưu điểm: Dễ thực hiện, chi phí thấp - Nhược điểm: Khó áp dụng với hệ thống công nghệ khơng có sản phẩm tương tự để đánh giá * Phương pháp kiện: Đây phương pháp đưa đồ hình mối quan hệ nhân - kiện khác nhau, nguyên nhân xuất kiện không mong muốn gọi kiện đỉnh Từ đó, để xác lập mối quan hệ qua lại trạng thái nguy hiểm chuyển động đoàn tàu tượng xảy hệ thống thành phần đoàn tàu, xác thơng qua lỗi trở ngại nguy hiểm hệ thống Tiếp đó, sử dụng phép tính đại số logic để định lượng xác xuất xảy kiện qua đánh giá tính an tồn hệ thống kiện - Ưu điểm: + Đây phương pháp để phân tích hệ thống cơng nghệ phức tạp tập hợp nhiều hệ thống mà hệ thống giao thơng ĐSĐT loại hình cơng nghệ Nó phân tích lúc nhiều dạng trở ngại khác nhau, linh hoạt kết hợp yếu tố chuyên gia phân tích máy tính hệ thống kiện phức tạp Đây coi phương pháp hữu dụng dử dụng để tiến hành đánh giá an toàn hệ thống hệ thống giao thơng phức tạp + Chi phí khơng q lớn mang lại kết đáng tin cậy có kết hợp yếu tố chuyên gia, toán học logic, kiện tiên nghiệm, hậu nghiệm - Nhược điểm: Không thể lường hết kiện nguy hiểm xảy tương lai để đưa vào kiện đầu vào phục vụ cho phân tích đánh giá Với ưu điểm tính phù hợp nó, phương pháp kiện phương pháp phù hợp để đánh giá an toàn hệ thống ĐSĐT nhóm tác giả lựa chọn để thực xây dựng mơ hình phương pháp đánh giá an toàn hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT Xây dựng mơ hình đánh giá an tồn cho hệ thống hãm đoàn tầu ĐSĐT Việt Nam 3.1 Giới thiệu ngôn ngữ phương pháp kiện Để phản ánh mối quan hệ nhân - phương pháp kiện sử dụng ngơn ngữ đồ hình chuyên dụng có phần tử ký hiệu logic ký hiệu kiện Các ký hiệu logic sử dụng để ký hiệu mối quan hệ nhân - kiện Mối quan hệ phản ánh nhờ hàm đại số logic bảng 1, Các ký hiệu kiện thể bảng 389 Bảng Các ký hiệu logic phổ biến Bảng Các ký hiệu kiện phổ biến 3.2 Xây dựng mơ hình đánh giá an toàn hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT Nghiên cứu tình thiết bị hãm đồn tàu ĐSĐT bị an toàn hoạt động nhận thấy có khả xảy dẫn tới việc an toàn hệ thống hãm là: - Thứ hệ thống hãm khơng hình thành lệnh hãm; - Thứ hệ thống hãm có hình thành lệnh hãm yếu tố trở ngại dẫn tới việc hãm không hiệu quả: Hãm không an tồn Có lệnh hãm khơng hiệu Khơng hình thành lệnh hãm Hình Sơ đồ sơ khai ngun nhân hãm khơng an tồn Sau nhóm tác giả xin vào tiến hành phân tích hai tình xảy gây an tồn hệ thống hãm * Thứ việc tìm nguyên nhân dẫn tới việc hệ thống hãm không hình thành lệnh hãm, để tiến hành cơng việc này, nhóm tác giả tiến hành phân tích sơ đồ cách thức 390 hình thành lệnh hãm đồn tàu ĐSĐT qua tình dẫn đến việc hệ thống hãm khơng hình thành lệnh: VCP TT§ VTT§ LƯnh HL VTT §T V§T Hình Sơ đồ hình thành lệnh tự động khởi động hệ thống hãm đồn tàu Trë ng¹i nguy hiĨm Trë ng¹i không nguy hiểm Không có trở ngại VCP VTT TTĐ §T VTT§ VCP VTT§ VTT§ VCP VCP Trë ng¹i nguy hiểm Trở ngại không nguy hiểm Không có trở ngại VĐT VTT VĐT VTT VĐT VTT Trở ngại nguy hiểm Không có trở ngại Đầu vào Đầu vào HL Cã lƯnh Kh«ng cã lƯnh Hình Liên hệ kiện đầu vào đầu phần tử hệ thống Trong hệ thống gồm thiết bị kỹ thuật hệ thống ghi nhận tín hiệu tự động đoàn tàu (TTĐ), thiết bị đo tốc độ thực tế đoàn tàu (ĐT) thiết bị hình thành lệnh (HL) nối mạch hệ thống hãm đoàn tàu Tiếp theo việc xem xét, hệ thống TTĐ, thiết bị ĐT, thiết bị HL xem phần tử hệ thống Yêu cầu thiết bị (HL) cần hình thành lệnh khởi động hệ thống hãm đoàn tàu tốc độ thực tế VTT đoàn tàu đạt đến vận tốc cho phép lớn theo điều kiện an toàn chạy tàu VCP, tức VTT = VCP Giá trị VCP xác định hệ thống đóng đường tự động sở kết kiểm tra phân khu tồn vẹn ray phạm vi Các thơng tin giá trị VCP truyền từ thiết bị 391 hệ thống đóng đường tự động lên đầu máy vào HL theo kênh TTĐ Đại lượng VTT xác định ĐT (có thể thực thiết bị đếm trục, cảm biến ) Tuy nhiên, trường hợp, HL khơng hình thành lệnh khởi động hệ thống hãm đoàn tàu VTT = VCP đồn tàu vào phân khu bị chiếm dụng đoàn tàu khác phân khu có ray khơng tồn vẹn dẫn đến xảy va chạm với đồn tàu khác, xảy cố trật bánh tàu, cố lực phanh không đảm bảo hãm khoảng cách an tồn Các ngun nhân tình trạng trở ngại nguy hiểm TTĐ, ĐT, HL, dẫn đến việc ấn định tốc độ cho phép cao xác định tốc độ thực tế đầu vào HL thấp so với giá trị thực chúng Như kiện gọi không mong muốn mà VTT = VCP VTT > VCP, lệnh khởi động hệ thống hãm đồn tàu khơng hình thành Nhờ bảng định ta xây dựng kiện trở ngại khơng hình thành lệnh hãm hệ thống tự động hình thành lệnh hãm đồn tàu ĐSĐT có dạng sau: Kh«ng cã lƯnh HL cã trë ngại nguy hiểm HL không trở ngại & & VTT§ VCP V§T VTT VTT§ V§T VTT V§T V§T VTT VTT VTT§ VCP VCP Hình Cây kiện trở ngại khơng hình thành lệnh hãm hệ thống tự động hình thành lệnh hãm đồn tàu ĐSĐT Từ trở ngại hình ta xác định tình dẫn đến việc khơng hình thành lệnh hãm đồn tàu ĐSĐT phụ thuộc vào yếu tố hệ thống tự động thu tín hiệu đầu máy hệ thống đo tốc độ đồn tàu tính xác xuất trở ngại Tuy nhiên thông thường hệ thống điện tử hệ thống cảm biến sản xuất đảm bảo tiêu chuẩn xác suất gây trở ngại ln giới hạn mức xác xuất nhỏ (F < 10^-8) tùy theo chất lượng thiết bị yêu cầu từ nhà sản xuất phạm vi nghiên cứu tạm bỏ qua yếu tố coi đáp ứng u cầu Trong khn 392 khổ nghiên cứu nhóm tác giả giả thiết giá trị xác xuất khơng hình thành lệnh hãm F (khơng hình thành lệnh) = 10^-9 Đối với kiện “hình thành lệnh hãm hệ thống hãm không hiệu quả” kiện có dạng sau Hình Sơ đồ kiện có hình thành lệnh hãm hệ thống hãm không hoạt động hiệu theo yêu cầu kỹ thuật Chúng ta cần nghiên cứu phân tích ảnh hưởng yếu tố kiện từ xây dựng phương án đánh giá làm sở định lượng tính an tồn hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT Xây dựng phương pháp đánh giá an toàn hệ thống hãm đoàn tàu ĐSĐT Việt Nam 4.1 Lựa chọn tiêu đánh giá Đối với thiết bị hãm hệ thống ĐSĐT (xét với thiết bị hãm áp dụng tuyến ĐSĐT Việt Nam) chi tiết khí trực tiếp thực tác nghiệp hãm (má phanh, đĩa hãm, đường ống dẫn khí ) ln yếu tố then chố yếu tố cuối định tác nghiệp hãm có an tồn hay khơng Chính yếu tố nhóm tác giả tiến hành lựa chọn nghiên cứu tiêu nhánh kiện liên quan đến xác suất hư hỏng chi tiết khí phận hãm đĩa (S4 - hình 6) đánh giá vài chi tiết phận hãm đĩa (hình 7) ảnh hưởng đến an tồn hệ thống hãm đồn tàu ĐSĐT 393 Hình Sơ đồ hãm đĩa Đĩa hãm; Hệ thống pittông nồi hãm; Nồi hãm; Giá treo phiến hãm; Phiến hãm; 6, Đòn bẩy; Thanh kéo Từ phân tích kể trên, ta xây dựng sơ đồ nhánh kiện đánh giá an toàn hệ thống hãm đĩa: Hình Sơ đồ phân tích xác suất hỏng chi tiết phận hãm đĩa Từ sơ đồ ta tiến hành phân tích tính tốn định tính cho nhánh kiện Ta có: Nếu kiện S phản ánh thơng qua khả khác xảy có dạng sau: 394 S = C1 + C + + C i + + C N , (1) Trong đó: Ci xác suất khả Nếu kiện S phản ánh thơng qua khả đồng thời xảy có dạng sau: S = C1C Ci C N , (2) Trong đó: Ci xác suất khả Thời gian hoạt động an toàn: T = 1/S Từ (1) (2) áp dụng vào mơ hình Hình Hình ta nhận mối quan hệ sau: S9 = A+B+C+D+E+F+G (3) S = S1*S2*S3 (4) S2=S4+S5+S6+S7+S8 (5) S4 = S9+S10 (6)  S=S1*S3*(S9+S10+S5+S6+S7+S8) (7) Cây kiện hình xét đến nhánh nhỏ S4 tổng thể nhánh S2 nên ta coi số S1, S3, S4, S5, S6, S7, S8 số biết có dự liệu tính tốn kiện khác phạm vi đề tài chỉ phân tích số nhánh S4 tập trung tính tốn số nhánh nhỏ S9 với chi tiết hình 10 Theo nghiên cứu TS Nguyễn Hữu Lộc thiết kế phân tích hệ thống khí theo độ tin cậy nhà xuất khoa học kỹ thuật xuất năm 2006 chi tiết khí gọi đáng tin cậy chi tiết chịu ứng suất kéo, nén, uốn, xoắn xác suất hỏng F≤10-5 Còn chi tiêu khơng liên quan đến ứng suất coi an toàn, tin cậy xác xuất hỏng:10^-4< F