基于事故树的铁路编组站脱轨事故及防范措施

2019-07-23顾天鸿吴世迪

山东交通学院学报 2019年2期

顾天鸿，吴世迪

(大连科技学院交通运输学院,辽宁大连 116052)

0 引言

铁路运输行业都是中国经济发展的重中之重，编组站是铁路运输的核心部位，是铁路运输生产的主要基地，铁路运输的整体水平由编组站的工作效率决定。编组站的安全作业与路网安全、生产效率、经营效益等有密不可分的关系，对铁路运输的可持续发展具有极其重要的影响。

编组站的作业过程是多系统协调完成的过程，在该系统中，只要稍有疏忽遗漏，就可能引起站内事故的发生，因此，为了降低编组站事故发生的概率，必须明确导致事故发生的因素，在深入分析的基础上，提出具体的预防措施。王俊刚[1]对北京铁路局过去 3 a的调车事故进行分析，得出调车事故发生的一般规律并提出控制和减少调车事故的对策；张文相[2]列举沈阳铁路局在2005年发生的主要调车事故，在深入分析原因的基础上，提出控制调车事故的各项措施；陈林[3]利用事故树理论对铁路行车系统的可靠度进行模糊评定，提高了行车系统的可靠度，增强了行车工作的科学性；高守安[4]对济南铁路局某编组站的调车作业事故特征和原因进行分析，提出避免调车事故可采取的相应措施；陈小梅[5]利用事故树分析法对客运专线特殊线路的安全风险进行分析，并提出了风险防控措施；张英奇[6]对车务站段的行车安全重点问题进行分析，并提出了加强与改进行车安全问题的策略；康毅军等[7]基于认知行为，应用灰色关联分析对非正常情况下接发列车作业过程中的人因失误进行分析，找出了引起人因失误的敏感因子并进行重点防范。

以上研究对编组站可能发生的各种作业事故起到了很好的防范作用，同时也不同程度的揭示了在编组站可能发生的各种作业事故中，脱轨事故是较常见的，其发生率远高于车辆溜逸、挤道岔等作业事故，因此对脱轨事故进行重点分析和防范是非常有必要的。

本文通过事故树图形分析各事件间的内在联系及逻辑关系，寻找出可能导致脱轨事故发生的因素，研究其内在联系并进行分析，有针对性地进行防范，有效防止铁路脱轨事故的发生。

1 编组站脱轨事故分析

1.1 脱轨及其分类

脱轨亦称出轨，是指列车在行进过程中机车车辆的车轮落下轨面(包括脱轨后又自行复轨)或车轮轮缘顶部高于轨面(因作业需要的除外)的现象。脱轨会造成铁路损坏、人员伤亡、列车掉道甚至颠覆。造成脱轨的原因非常复杂，主要是车轮横向力过大或垂向力减小引起的，另外，损坏或歪斜的铁轨、列车超速、列车或钢轮异状或是轨道上的阻碍物，都会造成脱轨，两个以上列车相撞时也极易发生脱轨。

按照脱轨过程，脱轨可分为爬上脱轨、滑上脱轨、跳上脱轨、掉轨4种类型。当车辆低速通过曲线，且车轮与钢轨冲角为正时，由于一侧轮重减小，侧向力增大，车轮的轮缘在滚动中逐渐爬上钢轨而引起的脱轨，称作爬上脱轨。当车辆低速通过曲线，且车轮与钢轨的冲角为负时，车轮在足够大的侧向力作用下，轮缘旋转边滑上钢轨而造成的脱轨，称为滑上脱轨。车辆高速运行时，由于激烈的横向振动，或者由于车轮受到过大的侧向冲击力，使车轮跳上钢轨后脱轨，称作跳上脱轨。车辆在不良线路上高速运行以及长大货车通过曲线时，由于轮轨之间过大的侧向力使得钢轨横向移动，引起轨距扩大，使车轮掉入轨道内侧，称为掉轨。

编组站站内的调车作业对行进的机车车辆有明确规定，即空线上牵引运行时速度不超过40 km/h，推进运行时速度不超过30 km/h[8]，由此可见，编组站脱轨事故属于爬上脱轨和滑上脱轨。

1.2 编组站脱轨事故案例分析

编组站作为路网的重要连接点，办理大量的列车接发、解编、机车乘务组的更换、机车整备及车辆检修等作业，是铁路车流集结及改编的重要技术站，在编组站的正常运作过程中，脱轨事故会严重影响到铁路的正常运输。

1.2.1 编组站脱轨事故案例

由于涉及内部保密信息，以下案例均隐去时间、站名及车次等信息。

1)案例一。某站上行场进行解体调车作业，第五钩为换长2.0的大型平板车，当信号机显示蓝灯时调车长指挥机车推送车辆下峰，下峰车辆经过某号道岔时，车辆的第一台车越过道岔转辙部位后，道岔途中转换，车辆的第二台车脱线。原因为：驼峰扳道员忘记由自动方式改手动方式作业，调车长没有按照规定确认驼峰信号，造成调车脱轨一般事故。

2)案例二。某站调车制动员进行挂车作业，当车辆行至驼峰道岔处，道岔途中转换，3辆自备车脱轨。原因为：车辆轮缘踏面生锈，产生电路高阻，使微机错误传令。

3)案例三。下雨时某站进行驼峰解体作业, 作业计划共计24钩, 作业进行到第二钩时,由于溜下的2辆重车出口速度较大(约为20 km/h),且雨中钢轨湿滑，压上“基本鞋”后吐鞋，2只“掏挡鞋”均被车轮打下, 致使2辆重车与该道原停留车相撞，原停留的1辆空罐车脱轨。原因为：作业时对车辆行进速度控制不到位。

4)案例四。某站进行解体调车作业(现车50辆，计2钩)，作业员手动干预操作，第一钩为21道摘45辆，走行速度约为7 km/h，打靶距离396 m，在作业员手动干预情况下与原停车相撞，造成21道机次位第7辆2位台车脱轨，构成调车脱轨一般事故。原因为：驼峰值班员安全预想不充分，在线路有效长度不够时，未采取防范措施，作业员不了解该线路打靶距离，没有严格掌握溜放车组速度，手动干预时机不当。

5)案例五。某站进行解体调车作业时为小雨天气，轨面有水，溜放速度为12 km/h左右，当驼峰溜放至第二钩(X7道摘1辆重车)时,溜放车辆将制动铁鞋撞飞，致使溜放车辆轧上X7道脱轨器，造成2位端台车脱线，构成调车脱轨一般事故。原因为：不良天气导致速度失控及包线制动员作业准备不充分。

1.2.2 编组站脱轨事故因素分析

编组站是一个复杂的系统，其安全特性具有安全系统的一般特点。参照以上案例，并结合近年来国内外的研究总结，将造成编组站脱轨事故的因素总结为人为因素、设备因素以及环境因素[9]。

1)人的因素。上述案例中涉及到驼峰值班员、扳道员、调车长等，以及其他相关作业指挥人员和作业操作人员，例如车站值班员、调度员、司机等，由于违规操作、判断失误和错误指挥等均会造成脱轨事故的发生。另外，作为事故致因的“人”，同时又是防范事故发生的施动者，通过提高人的安全知识、工作素质以及操作技能，可有效地防范设备因素和环境因素造成的脱轨事故。

2)设备因素。案例二中，车轮踏面生锈最终导致3辆自备车脱轨，可见，在编组站日常作业中，设备因素是导致脱轨事故的又一个诱因。编组站内可能导致脱轨的设备除机车、车辆外，还包括线路、轨道、通信、信号等，这些设备在作业过程中均会表现出不同的特性，如磨损、移位、脱落、失控等，如不定期检查并及时保养，均可引发脱轨事故。

3)环境因素。环境因素包括自然环境与非自然环境。自然环境主要指天气因素，包括突发性的自然灾害等，如案例三和案例五中，阴雨天气虽不是事故发生的直接原因，但在恶劣的天气条件下作业，会增加事故发生的概率。非自然环境主要指企业日常管理等，如对作业人员进行安全教育、技能培训，对企业进行安全文化建设等，其特性同“人”的因素一样，既是事故致因，又可作为事故的防范措施，通过加强企业日常安全管理，可有效降低自然因素作用下脱轨事故发生的可能性。

2 编组站脱轨事故树建立与计算

2.1 事故树分析法

事故树分析法是逻辑性较强的一种图形演绎推理法，其树形表示法可把某种事故与事故发生原因之间的逻辑关系表示出来。通过对事故树的分析找出发生原因，为确定安全有效的措施提供可靠依据，从而达到预测与预防事故发生的目的[10-13]。事故树的编制原则、建立步骤及特点如表1所示，事故树分析法的流程见图1。

表1 事故树编制原则、建立步骤及特点

图1 事故树分析法流程图

2.2 编制编组站脱轨事故树

通过对大量现场脱轨事故的分析，归纳总结其原因，建立列车脱轨事故树如图2所示，基本事件清单如表2所示。

根据事故树列出事故树函数

T=B1+B2=X1X2B3+X3+X4+X5+X6=X1X2(B4+B5)+X3+X4+X5+X6=X1X2(X7X8+X9X10X11)+X3+X4+X5+X6=X1X2X7X8+X1X2X9X10X11+X3+X4+X5+X6,

式中：X1～X11、B1～B5分别为事件编号。

对事故树函数T，运用布尔代数化简法求出事故树的最小割集

K1={X1,X2,X7,X8}，K2={X1,X2,X9,X10,X11}，K3={X3},K4={X4},K5={X5},K6={X6}。

图2 列车脱轨事故树

表2基本事件清单

序号事件编号事件名称1B1与其他车辆发生冲突2B2超速行驶3B3车辆错误进路4B4错误显示信号5B5列车冒进信号机6X1制动失灵7X2进路有车辆占用8X3线路环境不良序号事件编号事件名称9X4运监器无限速指令10X5值班员未认真进行车机联控11X6无确保列车减速的安全措施12X7调度员错发或漏发命令13X8作业人员违规操作14X9司机了望信号不清15X10司机误操作16X11计划不清楚

由事故树的最小割集得知，导致列车脱轨事故发生的基本故障原因有6个，按照事故树模型的结构重要度将Ii排序为：

I3=I4=I5=I6>I1=I2>I7=I8>I9=I10=I11,

根据事故树函数T列出成功树函数T′

同理运用布尔代数化简法求出成功树函数的最小径集为[14-16]：

K1′={X1′，X3′，X4，X5′，X6′}，K2′={X2′，X3′，X4，X5′，X6′}，K3′={X7′，X3′，X4，X5′，X6′}，

K4′={X8′，X3′，X4，X5′，X6′}，K5′={X9′，X3′+X4，X5′，X6′}，K6′={X10′，X3′+X4，X5′，X6′}，

K7′={X11′，X3′+X4，X5′，X6′}。

2.3 事故树的定量分析

根据某铁路局内部年度数据资料统计，可知基本事件的发生概率q，如表3所示。

表3 基本事件的发生概率

顶事件概率[17]

P(T)=q1q2q7q8+q1q2q9q10q11+q3+q4+q5+q6,

根据表3中基本事件概率q计算顶事件概率为P(T)≈7.7×10-7。

基本事件的概率重要度系数

可计算其余各基本事件的概率重要度系数，结果见表4。

表4 基本事件的概率重要度系数

根据计算得到的结果，对基本事件的概率重要度进行排序：

Iq(4)=Iq(5)=Iq(6)>Iq(3)>Iq(2)>Iq(1)>Iq(7)=Iq(8)>Iq(10)=Iq(11)>Iq(9)。

通过事故树分析可以看出，造成脱轨事故的因素比较多，要避免顶事件的发生，必须要避免基本事件的发生。各因素中，值班员没有认真进行车机联控、运监器无限速指令，又没有确保列车能够及时减速的安全措施，最容易造成车辆的超速行驶，加之线路环境不良，进而引发脱轨事故；进路上有车辆占用，加之制动失灵，极容易引发车辆冲突而造成脱轨；“车辆错误进路”基本事件的概率重要度排序虽然靠后，但由于基本事件均与人有关，因此要加大对工作人员的监管力度，尤其要提高工作人员的职业素养及安全意识。

3 防止编组站脱轨事故的措施

3.1 人员管理

首先，通过开展安全生产月活动，对作业人员进行安全风险意识教育，加强作业人员的安全责任意识，改善安全思想观念。其次，定期开展安全工作汇报，安全岗位考试，定期总结学习安全事故教训，加强一线作业人员的安全教育，通过严格执行基本操作技能培训及标准化操作规程，减少违规违章等不安全行为，从而预防事故的发生。再次，组织工作人员研究典型的事故案例，通过相互交流，增强其做好工作的积极性以及完成工作的使命感。同时，实施动态安全管理，搞好安全检查和安全监控。最后，选用高标准的安全设备以追求本质安全化，同时积极开展安全新技术的研发工作，设计出具有更高安全性的系统。

3.2 设备管理

由基本事件表可以看出，因机械设备问题导致的脱轨事故也较多，为保证设施和设备正常工作，需要定期检查铁路设备，保证设备养护正常,如发现问题及时维修，从而提高设备使用的保障率。针对这一问题可以从以下几个方面进行：对设施设备进行安全检查，做好全面的安全生产记录；加大力度排查专项隐患，例如在管辖区段内，对于手扳道岔车站的停留车情况进行排查，只允许少量道岔组可以停留车；增加设备投资以提高设备可靠性。

3.3 规章制度

首先，经常组织人员学习《安全生产法》《技规》等安全法规，以提高工作人员的整体职业素养，加强一线作业人员的安全管理，提高其责任心和安全意识，防止违章违纪事件的发生；其次，对于新进职工要认真进行对口培训指导，只有通过最终考核者才可上岗；再次，为了安全防控措施真正的能够落实到位，应该对驼峰区作业、车辆调度作业、非正常情况下接发车作业、施工作业等进行重点监控，成立专项监管组对重点地方进行随时突击检查；最后，深入实际工作环境，听取作业人员的意见，为完善具体的规章制度提供有效依据[18]。