基于事故樹(shù)的鐵路編組站脫軌事故及防范措施

顧天鴻，吳世迪

(大連科技學(xué)院交通運(yùn)輸學(xué)院,遼寧大連 116052)

0 引言

鐵路運(yùn)輸行業(yè)都是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重中之重，編組站是鐵路運(yùn)輸?shù)暮诵牟课?，是鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)的主要基地，鐵路運(yùn)輸?shù)恼w水平由編組站的工作效率決定。編組站的安全作業(yè)與路網(wǎng)安全、生產(chǎn)效率、經(jīng)營(yíng)效益等有密不可分的關(guān)系，對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)目沙掷m(xù)發(fā)展具有極其重要的影響。

編組站的作業(yè)過(guò)程是多系統(tǒng)協(xié)調(diào)完成的過(guò)程，在該系統(tǒng)中，只要稍有疏忽遺漏，就可能引起站內(nèi)事故的發(fā)生，因此，為了降低編組站事故發(fā)生的概率，必須明確導(dǎo)致事故發(fā)生的因素，在深入分析的基礎(chǔ)上，提出具體的預(yù)防措施。王俊剛[1]對(duì)北京鐵路局過(guò)去 3 a的調(diào)車事故進(jìn)行分析，得出調(diào)車事故發(fā)生的一般規(guī)律并提出控制和減少調(diào)車事故的對(duì)策；張文相[2]列舉沈陽(yáng)鐵路局在2005年發(fā)生的主要調(diào)車事故，在深入分析原因的基礎(chǔ)上，提出控制調(diào)車事故的各項(xiàng)措施；陳林[3]利用事故樹(shù)理論對(duì)鐵路行車系統(tǒng)的可靠度進(jìn)行模糊評(píng)定，提高了行車系統(tǒng)的可靠度，增強(qiáng)了行車工作的科學(xué)性；高守安[4]對(duì)濟(jì)南鐵路局某編組站的調(diào)車作業(yè)事故特征和原因進(jìn)行分析，提出避免調(diào)車事故可采取的相應(yīng)措施；陳小梅[5]利用事故樹(shù)分析法對(duì)客運(yùn)專線特殊線路的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，并提出了風(fēng)險(xiǎn)防控措施；張英奇[6]對(duì)車務(wù)站段的行車安全重點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析，并提出了加強(qiáng)與改進(jìn)行車安全問(wèn)題的策略；康毅軍等[7]基于認(rèn)知行為，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)非正常情況下接發(fā)列車作業(yè)過(guò)程中的人因失誤進(jìn)行分析，找出了引起人因失誤的敏感因子并進(jìn)行重點(diǎn)防范。

以上研究對(duì)編組站可能發(fā)生的各種作業(yè)事故起到了很好的防范作用，同時(shí)也不同程度的揭示了在編組站可能發(fā)生的各種作業(yè)事故中，脫軌事故是較常見(jiàn)的，其發(fā)生率遠(yuǎn)高于車輛溜逸、擠道岔等作業(yè)事故，因此對(duì)脫軌事故進(jìn)行重點(diǎn)分析和防范是非常有必要的。

本文通過(guò)事故樹(shù)圖形分析各事件間的內(nèi)在聯(lián)系及邏輯關(guān)系，尋找出可能導(dǎo)致脫軌事故發(fā)生的因素，研究其內(nèi)在聯(lián)系并進(jìn)行分析，有針對(duì)性地進(jìn)行防范，有效防止鐵路脫軌事故的發(fā)生。

1 編組站脫軌事故分析

1.1 脫軌及其分類

脫軌亦稱出軌，是指列車在行進(jìn)過(guò)程中機(jī)車車輛的車輪落下軌面(包括脫軌后又自行復(fù)軌)或車輪輪緣頂部高于軌面(因作業(yè)需要的除外)的現(xiàn)象。脫軌會(huì)造成鐵路損壞、人員傷亡、列車掉道甚至顛覆。造成脫軌的原因非常復(fù)雜，主要是車輪橫向力過(guò)大或垂向力減小引起的，另外，損壞或歪斜的鐵軌、列車超速、列車或鋼輪異狀或是軌道上的阻礙物，都會(huì)造成脫軌，兩個(gè)以上列車相撞時(shí)也極易發(fā)生脫軌。

按照脫軌過(guò)程，脫軌可分為爬上脫軌、滑上脫軌、跳上脫軌、掉軌4種類型。當(dāng)車輛低速通過(guò)曲線，且車輪與鋼軌沖角為正時(shí)，由于一側(cè)輪重減小，側(cè)向力增大，車輪的輪緣在滾動(dòng)中逐漸爬上鋼軌而引起的脫軌，稱作爬上脫軌。當(dāng)車輛低速通過(guò)曲線，且車輪與鋼軌的沖角為負(fù)時(shí)，車輪在足夠大的側(cè)向力作用下，輪緣旋轉(zhuǎn)邊滑上鋼軌而造成的脫軌，稱為滑上脫軌。車輛高速運(yùn)行時(shí)，由于激烈的橫向振動(dòng)，或者由于車輪受到過(guò)大的側(cè)向沖擊力，使車輪跳上鋼軌后脫軌，稱作跳上脫軌。車輛在不良線路上高速運(yùn)行以及長(zhǎng)大貨車通過(guò)曲線時(shí)，由于輪軌之間過(guò)大的側(cè)向力使得鋼軌橫向移動(dòng)，引起軌距擴(kuò)大，使車輪掉入軌道內(nèi)側(cè)，稱為掉軌。

編組站站內(nèi)的調(diào)車作業(yè)對(duì)行進(jìn)的機(jī)車車輛有明確規(guī)定，即空線上牽引運(yùn)行時(shí)速度不超過(guò)40 km/h，推進(jìn)運(yùn)行時(shí)速度不超過(guò)30 km/h[8]，由此可見(jiàn)，編組站脫軌事故屬于爬上脫軌和滑上脫軌。

1.2 編組站脫軌事故案例分析

編組站作為路網(wǎng)的重要連接點(diǎn)，辦理大量的列車接發(fā)、解編、機(jī)車乘務(wù)組的更換、機(jī)車整備及車輛檢修等作業(yè)，是鐵路車流集結(jié)及改編的重要技術(shù)站，在編組站的正常運(yùn)作過(guò)程中，脫軌事故會(huì)嚴(yán)重影響到鐵路的正常運(yùn)輸。

1.2.1 編組站脫軌事故案例

由于涉及內(nèi)部保密信息，以下案例均隱去時(shí)間、站名及車次等信息。

1)案例一。某站上行場(chǎng)進(jìn)行解體調(diào)車作業(yè)，第五鉤為換長(zhǎng)2.0的大型平板車，當(dāng)信號(hào)機(jī)顯示藍(lán)燈時(shí)調(diào)車長(zhǎng)指揮機(jī)車推送車輛下峰，下峰車輛經(jīng)過(guò)某號(hào)道岔時(shí)，車輛的第一臺(tái)車越過(guò)道岔轉(zhuǎn)轍部位后，道岔途中轉(zhuǎn)換，車輛的第二臺(tái)車脫線。原因?yàn)椋厚劮灏獾绬T忘記由自動(dòng)方式改手動(dòng)方式作業(yè)，調(diào)車長(zhǎng)沒(méi)有按照規(guī)定確認(rèn)駝峰信號(hào)，造成調(diào)車脫軌一般事故。

2)案例二。某站調(diào)車制動(dòng)員進(jìn)行掛車作業(yè)，當(dāng)車輛行至駝峰道岔處，道岔途中轉(zhuǎn)換，3輛自備車脫軌。原因?yàn)椋很囕v輪緣踏面生銹，產(chǎn)生電路高阻，使微機(jī)錯(cuò)誤傳令。

3)案例三。下雨時(shí)某站進(jìn)行駝峰解體作業(yè), 作業(yè)計(jì)劃共計(jì)24鉤, 作業(yè)進(jìn)行到第二鉤時(shí),由于溜下的2輛重車出口速度較大(約為20 km/h),且雨中鋼軌濕滑，壓上“基本鞋”后吐鞋，2只“掏擋鞋”均被車輪打下, 致使2輛重車與該道原停留車相撞，原停留的1輛空罐車脫軌。原因?yàn)?：作業(yè)時(shí)對(duì)車輛行進(jìn)速度控制不到位。

4)案例四。某站進(jìn)行解體調(diào)車作業(yè)(現(xiàn)車50輛，計(jì)2鉤)，作業(yè)員手動(dòng)干預(yù)操作，第一鉤為21道摘45輛，走行速度約為7 km/h，打靶距離396 m，在作業(yè)員手動(dòng)干預(yù)情況下與原停車相撞，造成21道機(jī)次位第7輛2位臺(tái)車脫軌，構(gòu)成調(diào)車脫軌一般事故。原因?yàn)椋厚劮逯蛋鄦T安全預(yù)想不充分，在線路有效長(zhǎng)度不夠時(shí)，未采取防范措施，作業(yè)員不了解該線路打靶距離，沒(méi)有嚴(yán)格掌握溜放車組速度，手動(dòng)干預(yù)時(shí)機(jī)不當(dāng)。

5)案例五。某站進(jìn)行解體調(diào)車作業(yè)時(shí)為小雨天氣，軌面有水，溜放速度為12 km/h左右，當(dāng)駝峰溜放至第二鉤(X7道摘1輛重車)時(shí),溜放車輛將制動(dòng)鐵鞋撞飛，致使溜放車輛軋上X7道脫軌器，造成2位端臺(tái)車脫線，構(gòu)成調(diào)車脫軌一般事故。原因?yàn)椋翰涣继鞖鈱?dǎo)致速度失控及包線制動(dòng)員作業(yè)準(zhǔn)備不充分。

1.2.2 編組站脫軌事故因素分析

編組站是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其安全特性具有安全系統(tǒng)的一般特點(diǎn)。參照以上案例，并結(jié)合近年來(lái)國(guó)內(nèi)外的研究總結(jié)，將造成編組站脫軌事故的因素總結(jié)為人為因素、設(shè)備因素以及環(huán)境因素[9]。

1)人的因素。上述案例中涉及到駝峰值班員、扳道員、調(diào)車長(zhǎng)等，以及其他相關(guān)作業(yè)指揮人員和作業(yè)操作人員，例如車站值班員、調(diào)度員、司機(jī)等，由于違規(guī)操作、判斷失誤和錯(cuò)誤指揮等均會(huì)造成脫軌事故的發(fā)生。另外，作為事故致因的“人”，同時(shí)又是防范事故發(fā)生的施動(dòng)者，通過(guò)提高人的安全知識(shí)、工作素質(zhì)以及操作技能，可有效地防范設(shè)備因素和環(huán)境因素造成的脫軌事故。

2)設(shè)備因素。案例二中，車輪踏面生銹最終導(dǎo)致3輛自備車脫軌，可見(jiàn)，在編組站日常作業(yè)中，設(shè)備因素是導(dǎo)致脫軌事故的又一個(gè)誘因。編組站內(nèi)可能導(dǎo)致脫軌的設(shè)備除機(jī)車、車輛外，還包括線路、軌道、通信、信號(hào)等，這些設(shè)備在作業(yè)過(guò)程中均會(huì)表現(xiàn)出不同的特性，如磨損、移位、脫落、失控等，如不定期檢查并及時(shí)保養(yǎng)，均可引發(fā)脫軌事故。

3)環(huán)境因素。環(huán)境因素包括自然環(huán)境與非自然環(huán)境。自然環(huán)境主要指天氣因素，包括突發(fā)性的自然災(zāi)害等，如案例三和案例五中，陰雨天氣雖不是事故發(fā)生的直接原因，但在惡劣的天氣條件下作業(yè)，會(huì)增加事故發(fā)生的概率。非自然環(huán)境主要指企業(yè)日常管理等，如對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全教育、技能培訓(xùn)，對(duì)企業(yè)進(jìn)行安全文化建設(shè)等，其特性同“人”的因素一樣，既是事故致因，又可作為事故的防范措施，通過(guò)加強(qiáng)企業(yè)日常安全管理，可有效降低自然因素作用下脫軌事故發(fā)生的可能性。

2 編組站脫軌事故樹(shù)建立與計(jì)算

2.1 事故樹(shù)分析法

事故樹(shù)分析法是邏輯性較強(qiáng)的一種圖形演繹推理法，其樹(shù)形表示法可把某種事故與事故發(fā)生原因之間的邏輯關(guān)系表示出來(lái)。通過(guò)對(duì)事故樹(shù)的分析找出發(fā)生原因，為確定安全有效的措施提供可靠依據(jù)，從而達(dá)到預(yù)測(cè)與預(yù)防事故發(fā)生的目的[10-13]。事故樹(shù)的編制原則、建立步驟及特點(diǎn)如表1所示，事故樹(shù)分析法的流程見(jiàn)圖1。

表1 事故樹(shù)編制原則、建立步驟及特點(diǎn)

圖1 事故樹(shù)分析法流程圖

2.2 編制編組站脫軌事故樹(shù)

通過(guò)對(duì)大量現(xiàn)場(chǎng)脫軌事故的分析，歸納總結(jié)其原因，建立列車脫軌事故樹(shù)如圖2所示，基本事件清單如表2所示。

根據(jù)事故樹(shù)列出事故樹(shù)函數(shù)

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分別為事件編號(hào)。

對(duì)事故樹(shù)函數(shù)T，運(yùn)用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法求出事故樹(shù)的最小割集

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

圖2 列車脫軌事故樹(shù)

表2基本事件清單

序號(hào)事件編號(hào)事件名稱1B1與其他車輛發(fā)生沖突2B2超速行駛3B3車輛錯(cuò)誤進(jìn)路4B4錯(cuò)誤顯示信號(hào)5B5列車冒進(jìn)信號(hào)機(jī)6X1制動(dòng)失靈7X2進(jìn)路有車輛占用8X3線路環(huán)境不良序號(hào)事件編號(hào)事件名稱9X4運(yùn)監(jiān)器無(wú)限速指令10X5值班員未認(rèn)真進(jìn)行車機(jī)聯(lián)控11X6無(wú)確保列車減速的安全措施12X7調(diào)度員錯(cuò)發(fā)或漏發(fā)命令13X8作業(yè)人員違規(guī)操作14X9司機(jī)了望信號(hào)不清15X10司機(jī)誤操作16X11計(jì)劃不清楚

由事故樹(shù)的最小割集得知，導(dǎo)致列車脫軌事故發(fā)生的基本故障原因有6個(gè)，按照事故樹(shù)模型的結(jié)構(gòu)重要度將Ii排序?yàn)椋?/p>

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

根據(jù)事故樹(shù)函數(shù)T列出成功樹(shù)函數(shù)T′

同理運(yùn)用布爾代數(shù)化簡(jiǎn)法求出成功樹(shù)函數(shù)的最小徑集為[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 事故樹(shù)的定量分析

根據(jù)某鐵路局內(nèi)部年度數(shù)據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，可知基本事件的發(fā)生概率q，如表3所示。

表3 基本事件的發(fā)生概率

頂事件概率[17]

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

根據(jù)表3中基本事件概率q計(jì)算頂事件概率為P(T)≈7.7×10-7。

基本事件的概率重要度系數(shù)

可計(jì)算其余各基本事件的概率重要度系數(shù)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 基本事件的概率重要度系數(shù)

根據(jù)計(jì)算得到的結(jié)果，對(duì)基本事件的概率重要度進(jìn)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)。

通過(guò)事故樹(shù)分析可以看出，造成脫軌事故的因素比較多，要避免頂事件的發(fā)生，必須要避免基本事件的發(fā)生。各因素中，值班員沒(méi)有認(rèn)真進(jìn)行車機(jī)聯(lián)控、運(yùn)監(jiān)器無(wú)限速指令，又沒(méi)有確保列車能夠及時(shí)減速的安全措施，最容易造成車輛的超速行駛，加之線路環(huán)境不良，進(jìn)而引發(fā)脫軌事故；進(jìn)路上有車輛占用，加之制動(dòng)失靈，極容易引發(fā)車輛沖突而造成脫軌；“車輛錯(cuò)誤進(jìn)路”基本事件的概率重要度排序雖然靠后，但由于基本事件均與人有關(guān)，因此要加大對(duì)工作人員的監(jiān)管力度，尤其要提高工作人員的職業(yè)素養(yǎng)及安全意識(shí)。

3 防止編組站脫軌事故的措施

3.1 人員管理

首先，通過(guò)開(kāi)展安全生產(chǎn)月活動(dòng)，對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)教育，加強(qiáng)作業(yè)人員的安全責(zé)任意識(shí)，改善安全思想觀念。其次，定期開(kāi)展安全工作匯報(bào)，安全崗位考試，定期總結(jié)學(xué)習(xí)安全事故教訓(xùn)，加強(qiáng)一線作業(yè)人員的安全教育，通過(guò)嚴(yán)格執(zhí)行基本操作技能培訓(xùn)及標(biāo)準(zhǔn)化操作規(guī)程，減少違規(guī)違章等不安全行為，從而預(yù)防事故的發(fā)生。再次，組織工作人員研究典型的事故案例，通過(guò)相互交流，增強(qiáng)其做好工作的積極性以及完成工作的使命感。同時(shí)，實(shí)施動(dòng)態(tài)安全管理，搞好安全檢查和安全監(jiān)控。最后，選用高標(biāo)準(zhǔn)的安全設(shè)備以追求本質(zhì)安全化，同時(shí)積極開(kāi)展安全新技術(shù)的研發(fā)工作，設(shè)計(jì)出具有更高安全性的系統(tǒng)。

3.2 設(shè)備管理

由基本事件表可以看出，因機(jī)械設(shè)備問(wèn)題導(dǎo)致的脫軌事故也較多，為保證設(shè)施和設(shè)備正常工作，需要定期檢查鐵路設(shè)備，保證設(shè)備養(yǎng)護(hù)正常,如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)維修，從而提高設(shè)備使用的保障率。針對(duì)這一問(wèn)題可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行：對(duì)設(shè)施設(shè)備進(jìn)行安全檢查，做好全面的安全生產(chǎn)記錄；加大力度排查專項(xiàng)隱患，例如在管轄區(qū)段內(nèi)，對(duì)于手扳道岔車站的停留車情況進(jìn)行排查，只允許少量道岔組可以停留車；增加設(shè)備投資以提高設(shè)備可靠性。

3.3 規(guī)章制度

首先，經(jīng)常組織人員學(xué)習(xí)《安全生產(chǎn)法》《技規(guī)》等安全法規(guī)，以提高工作人員的整體職業(yè)素養(yǎng)，加強(qiáng)一線作業(yè)人員的安全管理，提高其責(zé)任心和安全意識(shí)，防止違章違紀(jì)事件的發(fā)生；其次，對(duì)于新進(jìn)職工要認(rèn)真進(jìn)行對(duì)口培訓(xùn)指導(dǎo)，只有通過(guò)最終考核者才可上崗；再次，為了安全防控措施真正的能夠落實(shí)到位，應(yīng)該對(duì)駝峰區(qū)作業(yè)、車輛調(diào)度作業(yè)、非正常情況下接發(fā)車作業(yè)、施工作業(yè)等進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，成立專項(xiàng)監(jiān)管組對(duì)重點(diǎn)地方進(jìn)行隨時(shí)突擊檢查；最后，深入實(shí)際工作環(huán)境，聽(tīng)取作業(yè)人員的意見(jiàn)，為完善具體的規(guī)章制度提供有效依據(jù)[18]。

4 結(jié)語(yǔ)

鐵路安全是鐵路工作質(zhì)量的全面體現(xiàn)，脫軌事故的發(fā)生除了直接原因外，還包括許多客觀因素，雖然單個(gè)因素發(fā)生事故的概率不大，但是各因素形成事故鏈就會(huì)增大事故發(fā)生的概率,造成嚴(yán)重的脫軌事故。利用事故樹(shù)查清事故因素，研究其內(nèi)在聯(lián)系并進(jìn)行分析，有針對(duì)性地進(jìn)行防范，從而高效率的防止鐵路脫軌事故的發(fā)生。