故障樹分析法在地鐵班組管理中的應(yīng)用

毛永文，楊倫軍，肖 理

(四川鐵道職業(yè)學(xué)院 機車車輛系，四川 成都 611732)

地鐵是一個由車輛段、停車場、車站等組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其中信號樓班組在車輛段、停車場組織行車、施工管理方面起著很重要的作用。信號樓值班員的工作狀態(tài)、方法等直接或者間接影響地鐵行車和施工作業(yè)。信號樓班組管理人員可以利用故障樹分析法科學(xué)準(zhǔn)確地分析班組安全事故，引導(dǎo)員工正確認識安全事故發(fā)生的原因，有針對性地采取有效的安全管理和防范措施，大大降低事故發(fā)生的概率，保證地鐵車輛的安全運行。

1 故障樹分析法

故障樹分析法(fault tree analysis)是將系統(tǒng)故障的各種原因(包括硬件、環(huán)境、人為等因素)，由總體至部分，按照樹型結(jié)構(gòu)自上而下按層細化的分析方法[1]。這種方法把系統(tǒng)可能發(fā)生的事故與導(dǎo)致事故發(fā)生的各種原因之間的邏輯關(guān)系用一種被稱為故障樹的樹形圖表示，通過對故障樹的定性與定量分析，找出事故發(fā)生的主要原因，為確定安全對策提供可靠依據(jù)，以達到預(yù)測與預(yù)防事故發(fā)生或者事后整改的目的。

在故障樹中，基本事件(basic event)通過一些邏輯符號(與門、或門等)連接到一個或多個頂事件(top event)。頂事件一般是人們所不期望發(fā)生的事件，也是所要分析的對象事件?；臼录ǔ閷?dǎo)致頂事件發(fā)生的設(shè)備故障或者人員的錯誤操作。故障樹分析法的基本步驟如下：

(1)定義事故類型或系統(tǒng)故障，確定系統(tǒng)故障事件，即頂事件；

(2)建立故障樹；

(3)進行定性或定量分析；

(4)根據(jù)分析結(jié)果制定事故預(yù)防對策。

2 故障樹分析理論

建立故障樹需要基于一定的事故致因理論。隨著社會的發(fā)展與科學(xué)技術(shù)的進步，人們在各種事故中不斷總結(jié)經(jīng)驗，探索事故發(fā)生的規(guī)律，相繼提出了各種不同的事故致因理論[2]?？筛鶕?jù)地鐵信號樓班組事故特點，選擇合理的事故致因理論，演繹推理事故原因并建立故障樹。班組事故分析應(yīng)以班組管理缺陷為主要事故致因質(zhì)點，設(shè)備、環(huán)境缺陷為輔。筆者選擇海因里希事故致因理論，該理論指出“事故發(fā)生的主要原因是人的不安全行為，并從因果發(fā)生的角度闡明了導(dǎo)致傷亡事故的各種因素之間及這些因素與傷害之間的關(guān)系”[3]。對于從事車輛段、停車場行車調(diào)度指揮的信號樓班組發(fā)生的事故，在分析時要按照嚴(yán)格的邏輯關(guān)系，從頂事件開始自上而下逐級找出基本事件，每個下部事件都是上部事件形成的原因，上部事件是下部事件發(fā)生的結(jié)果[4]。

3 故障樹分析法在地鐵信號樓班組管理中的應(yīng)用

案例背景：2014年12月27日，天津地鐵某號線信號樓班組發(fā)生停車場內(nèi)接觸軌漏送電事故。當(dāng)日21：52第一列下線列車運行至轉(zhuǎn)換2軌，列車司機向信號樓值班員申請入場，信號樓值班員回復(fù)同意入場。當(dāng)列車運行至場內(nèi)接觸軌時司機發(fā)現(xiàn)列車網(wǎng)壓為零，列車出現(xiàn)逐漸減速現(xiàn)象。最終確定，事故是由停車場內(nèi)接觸軌漏送電引起的。

3.1 根據(jù)發(fā)生事件確定頂事件，建立故障樹

故障樹建立時，假定停車場內(nèi)接觸軌漏送電事故與公司行車調(diào)度、綜合調(diào)度無關(guān)。根據(jù)事件背景，確定頂事件T為“停車場內(nèi)接觸軌漏送電”，然后根據(jù)海因里希事故致因理論演繹推理建立故障樹，具體見圖1。

圖1 停車場內(nèi)接觸軌漏送電事故故障樹Fig.1 The fault tree of contact rail leakage transmission accident of the parking lot

圖1中：T表示停車場內(nèi)接觸軌漏送電；M1表示未發(fā)出送電申請；M2表示當(dāng)班人員未發(fā)接觸軌送電口頭申請指令；M3表示發(fā)送接觸軌送電口頭申請指令當(dāng)班人員缺勤；M4表示當(dāng)班人員忘記發(fā)送接觸軌送電口頭申請指令；x1表示送電設(shè)備壞(如送電閘刀故障、接觸軌本身故障等)；x2表示發(fā)送申請設(shè)備壞(如信號樓調(diào)度臺出現(xiàn)問題)，且沒有其他備用申請送電的通信設(shè)備；x3表示信號樓當(dāng)班人員缺勤；x4表示當(dāng)班人員對發(fā)送口頭送電申請職責(zé)分工不明確，不知道由誰負責(zé)發(fā)送送電口頭申請指令；x5表示監(jiān)護人員監(jiān)護不到位(未有效監(jiān)護送電人員發(fā)送送電口頭申請指令)；x6表示申請送電人員做其他事忘記發(fā)送送電口頭申請指令；x7表示申請送電人員業(yè)務(wù)能力差，不知道如何發(fā)送送電口頭申請指令；x8表示申請送電人員由于疲勞等原因精神狀態(tài)差或是情緒較差，沒有發(fā)送送電口頭申請指令。

通過建立故障樹，信號樓班組管理人員可以全面掌握引起頂事件發(fā)生的所有可能原因(基本事件x1～x8)，但是還不清楚這些基本事件間的邏輯關(guān)系，所以需要進行下一步的故障樹分析。

3.2 故障樹定性分析

故障樹分析的目的是判別基本事件對頂事件影響的重要程度，即誘發(fā)事故(頂事件)發(fā)生的眾多因素(基本事件)中，哪些是重要的、哪些是次要的，以便采取對策。

割集是故障樹若干事件的集合，如果這些基本事件都發(fā)生,則頂事件必然發(fā)生。最小割集是基本事件數(shù)目不能再減少的割集，一個最小割集代表引起故障樹頂事件發(fā)生的一種故障模式。

用上行法求最小割集：

M3=x3+x4，

(1)

M4=x5x6+x5x7+x5x8，

(2)

M2=M3+M4=x3+x4+x5x6+x5x7+x5x8，

(3)

M1=x2+M2=x2+x3+x4+x5x6+x5x7+x5x8，

(4)

T=x1+M1=x1+x2+x3+x4+x5x6+x5x7+x5x8。

(5)

式(5)共有7個集項，共得到7個最小割集：

G1={x1}，G2={x2}，G3={x3}，G4={x4}，G5={x5，x6}，G6={x5，x7}，G7={x5，x8}。

通過對頂事件最小割集的分析，信號樓班組管理人員明白了引起頂事件發(fā)生的所有基本事件之間的邏輯組合關(guān)系。

3.3 故障樹定量分析

故障樹中的基本事件并非同等重要，有的基本事件或其組合一發(fā)生，就會引起頂事件，有的則不然。對故障樹中每個基本事件的重要程度給予定性、定量分析，對班組管理者制定有效的管理策略很有價值。

對該班組2012—2014年的上班情況記錄進行統(tǒng)計分析，分別計算出各基本事件發(fā)生的概率，具體如表1所示。

表1 基本事件發(fā)生的概率Tab.1 Probability of the occurrence of basic events

數(shù)據(jù)來源：天津地鐵某號線信號樓班組出勤、設(shè)備故障

維修等記錄

3.3.1基本事件結(jié)構(gòu)重要度分析

故障樹的最小割集中所含基本數(shù)目不相等，各基本事件結(jié)構(gòu)重要度可以采用式(6)近似判別比較：

(6)

式中：Iφ(j)為基本事件xj結(jié)構(gòu)重要度的近似判別值，Iφ(j)值大者，則重要度大；xj∈Gr為基本事件xj屬于最小割集Gr；nj為基本事件xj所在的最小割集中包含的基本事件數(shù)目。

各事件結(jié)構(gòu)重要度判斷如下：

(7)

同理可得

Iφ(2)=Iφ(3)=Iφ(4)=1；Iφ(5)=1.5；Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(8)=0.5。

根據(jù)計算結(jié)果，各基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)排列如下：

Iφ(5)>Iφ(1)=Iφ(2)=Iφ(3)=Iφ(4)>Iφ(6)=Iφ(7)=Iφ(8)。

也就是說，在故障樹結(jié)構(gòu)上，基本事件x5的位置對頂事件的影響最大，其次是基本事件x1、x2、x3、x4，再次是基本事件x6、x7、x8。

3.3.2基本事件概率重要度分析

由于頂事件的發(fā)生概率函數(shù)g是一個多重線性函數(shù)，只要對自變量qi求一次偏導(dǎo)，就可以得到基本事件的概率重要度系數(shù)，即

(8)

頂事件發(fā)生的概率可以近似使用公式(9)來計算，即

(9)

式中：NG為最小割集數(shù)；r為最小割集序數(shù)；i為基本事件序數(shù)；qi為第i個基本事件的發(fā)生概率。

結(jié)合表1中的基本事件概率，通過公式(9)可以得出頂事件的發(fā)生概率為

g=q1+q2+q3+q4+q5q6+q5q7+q5q8≈0.014。

利用公式(8)計算基本事件的概率重要度系數(shù)

同理可得

Ig(2)=Ig(3)=Ig(4)=Ig(1)=1，Ig(5)=q6+q7+q8=0.011，Ig(6)=Ig(7)=Ig(8)=0.048。

根據(jù)計算結(jié)果，各基本事件的概率重要度系數(shù)排列如下：

Ig(1)=Ig(2)=Ig(3)=Ig(4)>Ig(6)=Ig(7)=Ig(8)>Ig(5)。

也就是說，減少基本事件x1、x2、x3、x4的發(fā)生概率能使頂事件發(fā)生概率快速下降，其次是基本事件x6、x7、x8，最不敏感的是基本事件x5。

3.3.3基本事件臨界重要度分析

臨界重要度從敏感度和發(fā)生概率的雙重角度衡量基本事件的重要度標(biāo)準(zhǔn)，它與概率重要度的關(guān)系為

(10)

結(jié)合前面已經(jīng)計算出的基本事件概率重要度系數(shù)，基本事件的重要度系數(shù)

同理可得

IG(2)≈0.343；IG(3)≈0.379；IG(4)≈0.150；IG(5)≈0.372；IG(6)≈0.026；IG(7)≈0.004；IG(8)≈0.008。

根據(jù)計算結(jié)果，各基本事件臨界重要度系數(shù)排列如下：

IG(3)>IG(5)>IG(2)>IG(4)>IG(1)>IG(6)>IG(8)>IG(7)。

與概率重要度相比，基本事件x3的重要性上升了，這不僅是因為它的敏感度值大，而且因為它的概率值也大。

表2 基本事件重要度Tab.2 The importance of the basic events

3.3.4基本事件重要度匯總分析

各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度、概率重要度和臨界重要度如表2所示。

由表2可知：從結(jié)構(gòu)重要度分析，基本事件x5在故障樹結(jié)構(gòu)上最重要，班組管理人員在制度建設(shè)上要予以重點關(guān)注；從概率重要度分析，基本事件x1、x2、x3、x4對頂事件發(fā)生概率的影響最大，對班組管理人員要加強監(jiān)督檢查，盡量降低事件x1、x2、x3、x4的發(fā)生概率；從臨界重要度分析，基本事件x3是最可能造成頂事件發(fā)生的事件，其次是基本事件x5，班組管理人員尤其要重視對這兩個事件的把控。

3.4 根據(jù)故障樹分析結(jié)果制定信號樓班組管理策略

從以上分析可以看出，在導(dǎo)致頂事件發(fā)生的8個基本事件中，x1、x2、x3、x4、x5相對比較重要，所以班組管理人員要重點把控。下面從班組管理的角度，針對重要基本事件提出防范措施。

針對基本事件“送電設(shè)備壞(如送電閘刀故障、接觸軌本身故障等)、發(fā)送申請設(shè)備壞(如信號樓調(diào)度臺出現(xiàn)問題)且沒有其他申請送電的通信設(shè)備”，防范措施為制定定期設(shè)備巡查制度，將區(qū)域設(shè)備安全責(zé)任落實到人，并明確責(zé)任處罰方式[5]。

針對基本事件“信號樓當(dāng)班人員缺勤”，防范措施為從制度方面嚴(yán)格要求信號樓當(dāng)班人員24 h在崗，要特別重視交接班作業(yè)，防止交班人員早退、接班人員遲到造成的空窗期，制定嚴(yán)格的管理制度嚴(yán)禁當(dāng)班人員在當(dāng)班期間做與工作無關(guān)的事情(如玩游戲、看電影、睡覺等)，影響申請送電作業(yè)。

針對基本事件“當(dāng)班人員對發(fā)送送電申請職責(zé)分工不明確，不知道誰負責(zé)發(fā)送送電申請”，防范措施為將信號樓當(dāng)班人員的職責(zé)以書面形式明確，讓員工明白接觸軌送電作業(yè)歸誰負責(zé)。

針對基本事件“監(jiān)護人員監(jiān)護不到位(未有效監(jiān)護送電人員發(fā)送送電口頭申請指令)”，防范措施為制定嚴(yán)格的管理制度要求當(dāng)班人員作業(yè)時嚴(yán)格執(zhí)行“一人操作、一人監(jiān)護、呼喚應(yīng)答”制度，班組平日管理工作中要重視監(jiān)護人的作用。

另外，信號樓班組管理人員(技術(shù)管理、工長)還要重視員工的個人素質(zhì)和業(yè)務(wù)能力，定期對員工進行培訓(xùn)，使員工不僅能夠完全勝任接觸軌送電作業(yè)任務(wù)，而且能在潛意識里形成按時間點送電的習(xí)慣，要多關(guān)注員工的精神狀態(tài)和情緒變化，若發(fā)現(xiàn)員工精神狀態(tài)或情緒不適合在崗當(dāng)班，即刻采取有效措施，如為防止員工疲勞當(dāng)班，嚴(yán)禁員工私自調(diào)班。

3.5 結(jié)果驗證

自2014年12月該班組發(fā)生停車場接觸軌漏送電事故后，班組管理人員引導(dǎo)班組員工正確且深入分析事故原因，進一步強化了班組管理制度，著重將故障樹分析的主要致因在制度中加以明確，并在平時的監(jiān)督檢查中重點關(guān)注、重點盯控。據(jù)統(tǒng)計，該班組之后再沒有發(fā)生類似事件，充分驗證了故障樹分析法在現(xiàn)場班組管理中的有效性和實用性。

4 結(jié)語

直觀、易懂的故障樹分析法為企業(yè)班組預(yù)防安全事故發(fā)生和事故發(fā)生后進行整改提供了一種科學(xué)有效的方法。企業(yè)班組管理人員可以通過這種方法高效分析導(dǎo)致安全事故發(fā)生的管理缺陷，將影響頂事件發(fā)生的重要度較高的基本事件作為工作重點，盡快從安全管理角度建立健全安全規(guī)章制度來防范班組人員的不安全行為，加強監(jiān)督檢查力度，進一步保障設(shè)備的可靠性，盡可能降低事故發(fā)生的概率。