基于失效模式分析的客运架空索道风险控制方法研究

（中国特种设备检测研究院 北京 100029）

客运索道是由动力驱动的、利用柔性电缆牵引人员的机械电气设备[1]，是帮助游客快速、浏览风景的设施。而客运架空索道作为在旅游景点经常使用的特种设备，近几年的使用频次、载客人次等呈逐渐上升趋势，其安全状况与广大人民群众的生命、财产安全息息相关[2]。但是由于客运架空索道的高空悬挂特殊性，一旦发生事故就很有可能对游客人身安全造成巨大伤害甚至死亡，很容易造成群死群伤的恶性事件，并且此类事件也易造成极其恶劣的社会影响，所以为了保证客运架空索道的安全可靠性，有效预防事故发生，做好索道的风险控制工作就至关重要。本文从失效模式分析入手对客运架空索道风险控制方法进行研究。

1 客运架空索道失效模式分析

1.1 客运架空索道失效模式评估技术路线

对客运索道系统失效模式风险等级评估方法的具体操作步骤如下所述：

1）失效模式筛选及原因分析。

通过案例资料收集、失效信息收集、标准对照，对失效模式进行筛选并主要利用FMEA法对相关失效模式进行一级失效原因分析。

2）利用正态分布区间法确定等级边界。

利用正态分布密度函数得出各等级边界数值求解的数学代表式，对各等级的数值划分结合实际合理赋值。

3）各失效模式的概率分析。

收集各失效模式发生频次，求出μ、σ，利用正态分布区间法得到的各等级的数值划分的求解公式，对失效概率等级进行数值划分，根据各失效模式的发生频数的数据统计，得到各失效模式的发生概率等级。

4）各失效模式的后果分析。

收集各失效模式的受伤和死亡人数，专家论证确定两者权重，合成失效后果值，求出失效后果的μ、σ，利用正态分布区间法得到的各等级数值划分的求解公式，对失效后果等级进行数值划分，根据各失效模式的失效后果统计数据，得到各失效模式的失效后果等级。

5）利用风险矩阵法确定各失效模式风险等级。

结合3）、4)中的各失效模式的发生概率和失效后果等级，放入风险矩阵图中可得到失效模式具体的风险等级。

1.2 客运架空索道失效信息收集与失效模式确定

对客运架空索道失效信息的收集是主要是通过以下3种方法进行的：

●1.2.1 标准对照法

客运索道普遍适用的安全标准主要是GB 12352—2018《客运架空索道安全规范》[3]，以此标准为基础对索道失效信息进行理论性采集。在此标准中主要对钢丝绳、站内机械设备（驱动装置、绳轮、轴类、张紧装置、加减速装置等）、站房设施、线路设施（支架及基础、支架上的设备、支索器等）、运载工具（抱索器、吊厢、吊架、吊椅等）、电气设备（控制、防雷等）、安装（钢结构和线路设备的安装、钢丝绳的安装等）、试车、运营（人员及任务、运行、维护）、标志（道路交通标志等）这10个板块进行了相关的具体标准要求，以客运索道功能性和运行特点为依据，对上述10个板块进行筛选，并对筛选出来的板块进行进一步的主要零部件的筛选，结合标准中对各零部件的具体要求，对主要版块的主要零部件可能发生的风险进行理论预想，收集失效信息。

表1 客运索道主要零部件失效信息表

●1.2.2 调查法

本方法主要是与索道相关工作人员沟通、询问，并向其发放客运索道失效信息采集表，收集客运索道实际使用中可能和已经出现的失效信息。通过采集表发放与回收，收集相关失效信息182例，收集到的失效信息主要是有关于客运索道重要的零部件在日常使用、检查中所发现的一些具体问题，比如日常检验维修保养的数据信息，以及客运索道相关工作人员根据自身工作经验总结出来的失效信息。

案例分析法所用失效信息主要是国内外关于索道近几十年来曾经发生过的比较有代表性的失效案例，主要来源于正规新闻媒体以及其他文献资料，如一些杂志共收集到200例左右失效案例。运用以上标准对照法、案例分析法、调查法，分析收集的国内外客运索道事故和故障近400项案例数据，将最终得到的客运索道失效信息汇总，与专家小组开会讨论，基本遵循ECRS分析原则（取消、合并、重排、简化），并结合专家经验适当补充，提炼出一个比较系统、全面的客运索道失效模式和失效原因集合体。

1.3 基于正态分布区间法的客运架空索道失效模式评估

正态分布区间法主要是通过利用正态分布对大量数据进行区间划分，以更为科学、合理地将数据进行一定的等级划分，降低主观判断分等级所带来的结果不确定度。本文利用正态分布区间法对失效模式的失效概率和失效后果进行等级划分，借助SPSS计算软件，利用正态分布区间法得到各等级划分的数值范围，将各项参数的数值大部分都落在概率比较大的范围，对极差、较差、一般、较好、极好的概率P赋值为0.1、0.2、0.4、0.2、0.1，利用概率组合得到各等级的具体数值范围。具体计算方法如下：

正态分布的密度函数为：

根据正态分布函数的对称性得到：

当P1=0.1时，x1=μ-1.28σ

当P2=0.1+0.2=0.3时，x2=μ-0.52σ

尽管作为宗教的伊斯兰教具有非世俗化的特质，但从伊斯兰教的产生和传播来看，我们却能够找到更多世俗化的依据。 伊斯兰教创立的原因就与世俗世界有密切的关系，“穆罕默德创立的伊斯兰教和倡导的宗教革命，实际上是一次建立统一国家的政治运动”[4]10。 这场政治运动的兴起，实际上是当威胁阿拉伯世界的两大帝国拜占庭帝国和萨珊王朝衰落之时，阿拉伯帝国的兴起； 而伊斯兰宗教的创立，无非是用信仰安拉的一神教代替了多神崇拜，完成了统一国家之前统一思想的前提，这个思想前提，我们可以将其称之为伊斯兰教的凯拉姆体系。

当P3=0.1+0.2+0.4=0.7时，x3=μ+0.52σ

当P4=0.1+0.2+0.4+0.2=0.9时，x4=μ+1.28σ

基于已收集到的400余项国内外客运索道失效和事故案例，按照不同失效模式发生次数进行统计计算和数据处理，得到μ、σ，代入上述公式，得到各失效模式发生次数的等级数值划分，并基于实际情况对相关等级的数值划分进行修正、优化，由此得到各失效模式的相应概率等级。受伤人数和死亡人数也按照上述方法进行处理，根据各自权重并利用正态分布区间法得到各失效模式的失效后果等级数值划分，基于实际情况进行修正、优化后，得到各失效模式的失效后果严重程度等级。

1.4 基于风险评估矩阵法的风险类别划分

在图1客运索道失效模式风险类别矩阵图中，将横坐标设为失效后果严重程度等级，纵坐标为失效概率等级；将风险类别分为四类：低、中、中高、高。结合失效概率等级和失效后果严重程度等级评估结果，通过风险矩阵可以得到各失效模式对应的风险类别，进而筛选出处于中、高风险区域的失效模式，以提出更加有针对性的风险控制与管理要求。

图1 客运索道失效模式风险类别矩阵图

2 客运架空索道风险控制与管理

通过对失效信息的收集、失效模式的评估与分析确定，对客运架空索道进行宏观与微观双层面相结合，更有针对性、更具可操作性的风险控制工作。从微观上对中、高风险的失效模式进行具体的实际的风险控制措施，宏观方面则从人的行为、物的状态、环境状况三方面进行风险管理。

2.1 微观层面的中、高风险失效模式应对措施

对中等风险失效模式的控制措施为：

1）支架异常晃动，应对措施：加强日常巡检，检查地脚螺栓拧紧力是否符合标准要求，检查螺栓是否松动，法兰连接螺栓是否松动，是否有缺失，检查支架锈蚀情况；

2）人员跌落/碰撞，应对措施：加固检修平台，检查护栏是否锈蚀严重，爬梯是否固定牢固，爬梯护圈或防坠落装置是否完好；

3）轮组运行异常（震动、异响、卡死），应对措施：检查安装精度是否符合要求，加强日常检查轴承润滑是否良好，是否磨损或损坏；

4）电机异常（不工作、异响、过热），应对措施：检查电机是否存在短路、电压过低、缺相、错相、控制系统失效等问题，检查轴承是否损坏，润滑是否良好；

5）减速机异常（异响、震动、过热、漏油），应对措施：检查润滑油选型是否符合要求、是否按要求定期更换；检查循环、冷却系统是否损坏，密封是否良好；

6）人员身体伤害（跌倒、意外坠落、撞击、听力受损等），应对措施：加强站台服务和安全管理，检查站台高度、上下车段长度是否符合要求，检查栅栏、站口防护网、警示标识等是否符合要求；

7）供电系统故障，应对措施：检查备用电源是否完好可用，检查架空线路是否短路、断路，电力变压器是否损坏；

8）控制系统故障，应对措施：加强日常运行前检查和空载试验，验证各项功能是否完好。

对高风险失效模式的控制措施为：

1）脱索，应对措施：张紧力、索距应当符合设计要求，加强日常检查，检查钢丝绳运行时是否偏离绳槽中心线，检查风速仪与停车报警系统联锁是否工作正常，检查沿线脱索保护装置是否完好；

2）有效截面积缩小，应对措施：加强钢丝绳日常检查，检查是否有磨损、断丝、断股、腐蚀、绳芯损坏等问题；

3）吊椅、吊篮、吊厢与吊架连接失效，应对措施：检查连接螺栓安装是否到位，焊缝质量是否符合要求，是否有严重腐蚀；

4）制动器失效（制动力不足或者不工作），应对措施：检查制动闸瓦磨损量是否超限，制动盘接触面是否平整、清洁，制动弹簧是否符合要求，检查液压制动系统是否失效。

2.2 宏观层面的风险管理

宏观风险管理主要从人的行为、物的状态、环境状况三方面进行。

●2.2.1 人的行为管理

人为因素包括个人因素（不正确操作、操作失误、粗心大意、漫不经心、心理因素等）和管理因素（不正确的管理、不正确的训练指挥失误、判断决策失误、设计差错、错误安排等），所以在风险管理中，对索道相关人员的行为管理就显得尤为重要。一是思想管理，注重平时培训，不仅仅只是索道的工作人员，管理人员也需要进行必要的专业技能培训和工作操作时应遵循的准则培训，严格遵照相关规章制度做事；二是对平时实际工作的行为管理，其中最重要的是直接与索道接触的工作人员的日常检查、维修、保养工作，要保证日常检查工作的正确性和适当的频次，保证维护保养工作的及时、有效性和频次。

●2.2.2 物的状态管理

“物的不安全状态”指机械设备、物质等明显不符合安全要求的状态[4]，比如客运索道重要部件失效（减速机损坏无法传递动力、万向节十字轴处断裂、主电机无法启动、双电源全部停电、抱索器弹簧断裂、驱动迂回轮体裂纹、脱挂系统故障、制动液压管路爆裂等[5]），就是一种不安全的状态。对物的状态管理根据其所处阶段不同，进行分级管理，分为三个等级：1等级：短间隔不定期检查、巡视；2等级：适当间隔定期检查、巡视；3等级：年检或者季检。总体讲前期故障率高，需要进行1等级管理，经常检查、巡视相关零部件、系统的运行情况，确保能及早发现故障、风险，提前预防；磨合后客运架空索道运行进入平稳期，可以进行定期的年检或者季检，也就是3等级的检查、巡视；到达寿命前期的时候，因为故障率又升高，此时需要进行1等级的物的状况管理工作，不定时的关注索道各系统、零部件状况，进行检查、维修、保养等相关工作。当有突发事件发生或者恶劣天气等外部因素介入时，对物的状况管理等级可以适时调高。

同时在物的状况管理中，在索道整体基本遵循以上物的状况管理的风险控制等级的前提下，对于微观层面的中高风险失效模式的具体应对措施，不论索道处于使用阶段的任何时期，对中高风险失效模式的物的状况管理的风险控制等级都至少要保持2等级的管理水平，有条件、资源比较充足的索道站点应对中高风险失效模式进行1等级的物的状况的风险控制。

●2.2.3 环境状况管理

客运架空索道的物理位置导致其受所处环境状况影响比较大，在重大自然灾害中，主要是大风、冻雨、雷电、泥石流等自然灾害，他们会对索道安全造成极大风险，往往会导致索道不能正常运行，所以索道在设计阶段就会考虑重大自然灾害对索道安全的危害及措施。因为环境状况的突变性，同时无法做到全封闭，对于周围环境状况的管理要保持至少每天一次沿线巡视，索道运行状况不好时，还需要加强巡视，需要更加仔细和频繁的进行巡视工作（环境状况管理：加强巡视、检查、维护；保持原有节奏）。

3 结论

本文主要针对在用客运架空索道，通过标准对照法、调查法、案例分析法等，基于收集到的客运索道失效案例，进行数据统计计算和风险类别划分，针对中、高风险失效模式，提出有针对性的风险控制要求，并从宏观层面提出风险管理工作的建议，为客运索道使用单位进行风险控制提供理论依据。

但是从最终的失效模式风险等级划分来看，只是得到一个比较粗糙的失效模式的相对的风险比较，案例分析中所用案例数量和案例具体描述仍是有些不足，需要更多的、描述更加详细的实际案例，才能得到等级划分更加精细的失效模式等级表。因此后续仍需要在实际工作中不断将客运索道发生的故障和失效模式及其相关原因进行更加详细和全面的记录，以便得到更准确的失效模式风险等级表，同时为索道故障的日常诊断和风险控制，以及从设计阶段消除高风险失效模式，提供更有效的支撑。