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新系統未啟用已失靈?鐵路工程師解說港鐵四十年首次撞車事故

列車測試系統中相撞,疑竇叢生,什麼是信號系統,新的舊的有何差別,保護系統失效了嗎?兩名鐵路工程師解說事件⋯⋯


2019年3月18日,凌晨,港鐵測試新訊號系統期間發生意外,兩列車於中環站月台相撞,兩列列車嚴重損毀,消防員在意外現場工作情況。 圖:消防處 Facebook
2019年3月18日,凌晨,港鐵測試新訊號系統期間發生意外,兩列車於中環站月台相撞,兩列列車嚴重損毀,消防員在意外現場工作情況。 圖:消防處 Facebook

列車遭攔腰相撞,前車車頭整卡傾斜,被撞擊的列車,車門、座椅、扶手、窗框被撞至嚴重扭曲,一張又一張的現場相片震驚全港。每日服務逾570萬人次的香港港鐵,發生通車40年來首次行駛中列車相撞事故。意外於上周一(3月18日)凌晨3點港鐵測試荃灣綫新信號系統期間發生,因軟件及信號燈出錯,兩架列車先同時進入相同的路段於交叉位置相撞,列車自動保護功能亦失效,車長雖人手煞車但因距離太短終致相撞,兩名車長受輕傷送院,來往中環與金鐘站的服務暫停兩天。

列車相撞後,矛頭紛紛直指新信號系統存在漏洞,承辦商其後模擬測試重組案情發現軟件有問題,港鐵即時暫停所有相關測試。回到2015年3月,港鐵為增加載客量斥資33億元(港幣,下同)提升旗下7條路綫的信號系統,合約批予由兩間信號系統供應商:阿爾斯通(Alstom)和 泰雷茲(Thales)組成的跨國聯營公司,新系統計劃原定於2018年率先在荃灣綫使用,惟延誤至今仍在測試階段。

事故翌日,香港舉辦一連兩天的亞太鐵路大會,根據安排,港鐵及泰雷茲代表分別會向業界講解信號系統。面對傳媒追訪,主辦方現場突然決定取消記者證申請,記者無法參與業界講座。泰雷茲早前遞交初步報告予港鐵,但港鐵暫未公開報告內容,並表示調查需要兩至三個月。公眾仍然在一片疑雲之中,複雜的信號系統到底是什麼,舊系統、新系統之間有何差異,其是否事故原因,這宗意外揭露了什麼問題,端傳媒採訪兩名工程師,由他們解說事件。

港鐵荃灣綫中環金鐘站列車相撞情況。
港鐵荃灣綫中環金鐘站列車相撞情況。端傳媒設計部

尤如大腦中樞的信號系統

港鐵在測試列車新信號系統期間,因軟件問題導致意外,到底什麼是信號系統?鐵路又如何倚賴這個系統運作呢?信號系統(又名:訊息系統)可謂鐵路的大腦,是指揮運作的中樞,其架構龐大,由不同組件組成,成員包括:中央聯鎖電腦、各層級控制電腦、車載電腦、後備電腦等,還有安裝在路軌及沿線設備房的信號裝置等,列車行駛信息會透過不同電腦聯繫,以更新行車位置。

信號系統要控制列車安全運作,故設有安全防護機制,當防護機制偵察到不規律情況,系統會自動令列車停下,列車與列車之間得以保持安全距離。換言之,信號系統一環扣一環,牽一髮動全身,失效或會導致嚴重意外。

不得不提是去年10月16日的交通大癱瘓,港鐵四綫(荃灣綫、觀塘綫、港島綫及將軍澳綫)在早上繁忙時段因信號故障延誤,歷時六小時才修復。

「請注意,由於信號故障,列車服務受阻⋯⋯」這段廣播不時在列車中響起,數字會說話,按機電工程署回覆端傳媒查詢的資料,該署負責監管鐵路安全,2016至2018年三年間分別調查:112、121及110宗鐵路事故,當中分別有11、18及22宗與信號系統有關;即涉及信號系統故障的百分比由2016年的9.8%增至去年的20%。

港鐵事故統計。

港鐵事故統計。端傳媒設計部

端傳媒同時綜合立法會文件、剪報及MTR UPDATE等資料,發現信號系統引起的故障越趨嚴重,現時機制下,延誤逾31分鐘或以上屬嚴重事故,2016年同類個案只有1宗,至去年已增至6宗,箇中有4次延誤61-120分鐘,另有2次延誤31至60分鐘。

不得不提是去年10月16日的交通大癱瘓,港鐵四綫(荃灣綫、觀塘綫、港島綫及將軍澳綫)在早上繁忙時段因信號故障延誤,歷時六小時才修復,港鐵更被罰800萬元,全年連同其他個案共遭罰款1000萬元。

港鐵信號系統故障:嚴重事故數據

港鐵信號系統故障:嚴重事故數據端傳媒設計部

新就是快,95秒一班車

信號系統故障一再發生,是否源於系統老化呢?這又是否港鐵在2015年更新信號系統的原因?鐵路信號工程師學會香港分會副會長張年生,同時是新信號系統承辦商之一泰雷茲的前香港行政總裁。擁有30年經驗的他說,港鐵沿用超過廿年的舊系統已出現老化,令近年故障事故增多,認為舊系統是時候更換,又指早於2013、2014年已察覺問題並計劃更新系統。

香港工程師學會控制自動化及儀器儀表分部前主席張子惇認為,更換系統是勢在必行,他解釋,因舊系統的班次不夠密集,載客量不夠高,加上已運行20年,有些配備件的價格愈來愈貴,經濟效益不划算,所以需要找一個新系統替換。

其實面對每日逾570萬人次,現有系統早已不勝負荷,據港鐵資料,2012年早上繁忙時段的港島綫、荃灣綫均為2分鐘(120秒)一班車,至2017年同一時段,這兩條路綫,分別為每1.86分鐘(112秒)、2分鐘(120秒)一班車。雖然港鐵嘗試以增加班次消化乘客量,但效果並不理想,車廂擠逼情況仍無法改善。2017年同一時段,港島綫載客率達101%,荃灣綫則達到113%。

舊系統滿足不到需求,而港鐵交予立法會的文件,正正就說明更新信號系統是為了「增加鐵路可載客量」及「提升服務的整體可靠度和效率」;而在新信號系統下,列車最密可95秒一班車,較現時快逾15%。

列車與列車之間:6.25米的安全距離

新系統帶來高速,將班次壓縮,到底與現有的舊系統還有何差別呢?港鐵現時採用的SACEM信號系統已運行逾20年,路段會被劃分成若干區間(Fixed Block),每一區間在同時段只允許一列列車通過,列車與列車之間得以保持安全距離。

港鐵於2015年初決定更換系統,則是由SACEM更換為CBTC(Communications-based Train Control ),這個新信號中文為「通訊為本列車控制」,現時紐約、新加坡及東京等地亦有採用類似技術。

港鐵新舊信號系統運作模式比較。

港鐵新舊信號系統運作模式比較。端傳媒設計部

兩種系統最大的分別是路段不再以區間劃分,列車與列車間採用「移動區間」(Moving Block),以無線通訊系統如:Wi-Fi收發信號,信號系統負責保持列車間有安全距離。即安全距離不再固定於某一個特定路段的範圍,而是會隨著列車移動而移動。

失效的保護機制

「有機會是信號系統故障,系統發煞車指令,但列車沒反應,也有可能是軟件偵測不到前方有列車……好多可能性」

張年生曾在過往採訪中提及,新系統下列車之間的安全距離則為6.25米,又指新系統利用列車電腦計算,使列車運行時與前車保持一定距離,可避免追撞。他解釋,在CBTC的列車保護系統下,列車會將所在位置報告予中央電腦,中央系統負責整合位置資料,使運行中的列車知道與前車距離,每列列車內系統,會自行計算安全距離及「停車點」,從而制定合適停車時間及速度。他舉例說明,若路軌有油跡或水跡,導致列車未能於「停車點」停下,另一防護機制:「自動列車保護系統」(ATP),便會發揮功效,以「緊急煞車系統」煞停列車。

今次意外令人嘩然,正正是因軟件指令兩架列車同時進入同一交叉路段,但自動列車保護系統未有在兩車相撞前煞車。張年生表示,相信保護系統已通過安全測試,加上不清楚港鐵當日實際測試內容,故不能判斷保護機制是否失效。 至於為何會出現撞車事故,張年生說,「有機會是信號系統故障,系統發煞車指令,但列車沒反應,也有可能是軟件偵測不到前方有列車……好多可能性」。張子惇則持相反意見,他強調在不同情況下,自動列車保護系統亦應該能發揮作用,今次事故明顯是因為未有發揮功能才會發生。

黃金兩小時的測試時間

事故後港鐵及系統承辦商迅速以模擬測試,已經發現軟件有問題。坊間質疑,為何未能在列車實測前發現相關情況。港鐵曾言,新信號系統投入服務前,須經過長時間及以循序漸進的方式測試,如:車廠試驗段路軌模擬測試、主行車線實地測試等,確保運作順暢。

今次事故所涉及的荃灣線,原定於2018年完工,惟延誤至今仍在測試階段;而港島綫的完工日期則由2019年延至2021年。

原來港鐵這邊廂更換系統,那邊廂須維持原來服務,變相增添難度系數。因扣除日達約19小時的營運時間後,另加上日常檢測維修工作,用以系統更新的時間有限,港鐵官方宣傳曾以「黃金兩小時」來形容。

港鐵日常營運檢修時間。

港鐵日常營運檢修時間。端傳媒設計部

曾任職港鐵總信號工程師(車務)的王惠明在亞太鐵路大會向業內人士稱,用作做信號系統更新的時間,實際每周約三天,每次兩小時。另外四晚則用作日常鐵路維修工作及更換、加裝閘門等工程。

端傳媒翻查資料,港鐵早在2015年批發合約在7條路線更換系統,今次事故所涉及的荃灣線,原定於2018年完工,惟延誤至今仍在測試階段;而港島綫的完工日期則由2019年延至2021年。港鐵回覆,時間較長是因為港鐵對系統軟件進行深入測試時,會結合參考其他地區經驗和情況,確保系統投入服務前,其可靠性可得到更好的保障。

無法預視但可以模擬重演的系統缺陷

工程時間緊迫,追不上時間表,不代表未能發現新系統的軟件缺陷。新信號系統設有主、副及後備系統,回到事故當晚,港鐵正在模擬主副系統無法正常運作,轉換至後備系統的情況,雙車隨即相撞。

「這些都是不可預知的參數」。

綜合港鐵早前公開說法,該三個系統已經各自做過模擬測試,而承辦商則負責電腦模擬測試,確定安全後會向港鐵提供「可安全測試證書」( Safety Certificate),告知可以進行什麼測試。而港鐵回覆端傳媒則指,已為系統軟件進行超過一萬次的嚴格測試,亦加派工程人員候命,並適時實地檢視相關的軟件測試工作,確保一切順利。

張年生曾任職承辦商泰雷茲的香港行政總裁,他歸納四個為何泰雷茲無法以模擬器避免事故發生的可能性:

  • 泰雷茲沒有按港鐵指示做模疑測試,卻向港鐵發出「可安全測試證書」,令港鐵使用真車測試
  • 港鐵使用真車進行泰雷茲沒有在模疑器做過的測試
  • 列車機件在當晚出現故障,導致煞車系統失靈
  • 信號系統硬件本身有問題,未能送達煞車指令
  • 張年生說,泰雷茲的模擬程序符合國際標準,公司會先按港鐵要求,將列車營運各種情況設置到模擬器裡測試,但他指出雖然模擬器像真度高,但並非百分百準確,部分情況必須用列車在現場實測,例如停車準確度、列車在隧道及架空橋接收信號的情況、網絡有否受干擾、當路面有油蹟、水跡,會否導致跣胎,以及當信號系統失靈時,列車的運作情況等,他形容「這些都是不可預知的參數」。

    2019年3月22日,繁忙時段上不到列車需等候下一班的乘客。

    2019年3月22日,繁忙時段上不到列車需等候下一班的乘客。攝:林振東/端傳媒

    一再出意外的承辦商,能否保障香港鐵路安全呢?

    港鐵正測試的新信號系統,由法國阿爾斯通及法國泰雷茲的加拿大分公司合組的聯營公司 Alstom-Thales DUAT JV提供;阿爾斯通及泰雷茲均為港鐵網絡現有信號系統的供應商,前者一直是是觀塘線、荃灣線、港島線等信號系統供應商;後者為西鐵及馬鐵的信號系統供應商。

    「為何會發生這情況呢?(是否)早期測試沒有測試到?是否做漏測試了?」

    無獨有偶,新加坡地鐵(SMRT)2017年曾使用泰雷茲提供的系統導致意外,38人傷。泰雷茲在港鐵撞車事故後後確認軟件問題,但否認設計失誤,僅指事故與本港獨特的信號系統有關,強調與新加坡的系統不同泰雷茲早於1990年代開發CBTC列車信號控制系統,現時日本、中國、巴西、墨西哥、印度、西班牙、英國、葡萄牙等地鐵系統使用該公司的信號系統,惟不減外間擔心其能否保障香港鐵路安全。

    然而,兩名鐵路工程師皆認為,新加坡事故與港鐵意外不能相比。張年生說,香港系統獨特之處,在於有一個主系統,一個副系統,一個後備系統;而新加玻系統則只有一主、一副,兩者不可相提並論。他補充,新加坡事故中,列車在車廠開車時系統已出現問題,但鐵路公司決定仍繼續運行,但港鐵甚少在明知系統有問題下仍出車;兩者另一不同在於,新加坡事故是在新舊系統交接點列車行駛中發生,惟港鐵當晚正測試新系統,舊系統已關掉。

    張子惇認為,新加坡事故屬個別例子,但他指出,是次列車測試中導致碰撞事故並不尋常,「為何會發生這情況呢?(是否)早期測試沒有測試到?是否做漏測試了?」,他指出,這正是港鐵及泰雷茲需要調查的核心。

    在港鐵系統之外,泰雷茲在香港亦大展拳腳,於去年投得機管局兩張有關擴建第三條跑道的合約,其一是更換現有旅客捷運線(APM Line)的信號系統,其二是在新列車上安裝泰雷茲的「通訊為本列車控制技術」。據媒體報道,機管局已確認,現時機場有兩條旅客捷運線,信號系統承辦商為泰雷茲,但與港鐵現行或測試中的系統不同,當局有定期檢查程序,確保信號系統運作正常。

    2019年3月20日,港鐵訊號系統供應商泰雷茲Thales在灣仔會展舉行的2019年亞太鐵路會議上的展覽攤位。

    2019年3月20日,港鐵訊號系統供應商泰雷茲Thales在灣仔會展舉行的2019年亞太鐵路會議上的展覽攤位。攝:林振東/端傳媒

    泰雷茲在事故後,即確認軟件問題,又承諾於3月22日(上周五)遞交初步調查報告予港鐵,惟最終延誤至翌日。端傳媒向阿爾斯通及泰雷茲查詢肇事原因、調查報告會否公開、新信號系統設計是否出現問題,及公司負責港鐵信號系統工程人員共幾多人等,對方未有正面回應。

    至今報告內容未有公開,港鐵回覆端傳媒表示,會詳細審閱有關內容,有需要時會向承建商索取進一步資料,並交由調查委員會,包括委員會的外聘本地和海外專家,進行詳細調查。在事故後港鐵已即時停止所有新信號系統測試,原定2026年完成更新7條路線的計劃,正式完工日子恐怕是遙遙無期。

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