牟海波，俞建寧

（蘭州交通大學交通運輸學院，1.講師，博士研究生；2.教授，博士生導師，甘肅 蘭州 730070）

安全管理是鐵路運輸企業(yè)十大管理中最重要的一項，也是鐵路運輸的永恒主題。鐵路車務段是鐵路運輸企業(yè)的基層生產單位，所管轄的車站是構成鐵路路網的基本單元，也是為旅客和貨主提供服務的窗口。加強鐵路車務段安全管理，提高安全管理水平，是適應鐵路跨越式發(fā)展，構建和諧鐵路的重要內容，也是一個重要而迫切的課題。文獻〔1-6〕深入分析了車務段安全管理問題，并提出了相應的解決措施。安全工作必須從抓中間站的接發(fā)列車、調車作業(yè)入手，消滅接發(fā)列車錯辦，調車作業(yè)沖、脫、擠慣性事故，消滅性質嚴重的行車事故。Petri網是一種圖示化描述方法，可以利用圖形語言對網絡結構進行分析和描述。車務段接發(fā)列車事故由一些中間事件構成，而這些中間事件又具有各自的誘發(fā)原因。從整體上來看，接發(fā)列車事故、中間事件及其誘發(fā)原因之間具有一定的層次關系，可以用樹形圖來描述。因此，可采用Petri網對接發(fā)列車事故進行建模分析。

1 Petri網的基本理論

Petri網是Petri博士于1962年提出的一種描述同步、并發(fā)行為的信息系統(tǒng)及其相互關系的網型數學模型〔7-8〕。經過40多年的發(fā)展，Petri網理論日臻完善，已具有多種分析方法和嚴密的數學基礎。

Petri網系統(tǒng)可以用一個六元組，即Σ=｛P，T，F，K，W，M0｝進行定義，其中P表示庫所集，代表了所有可以估計的系統(tǒng)狀態(tài)，庫所用“○”表示，P=｛P1，P2，…，Pm｝；T表示變遷集，是有限的非空變遷集合，代表了所有可能發(fā)生的事件，變遷用“▃”表示，T=｛T1，T2，…，Tn｝；F?（P×T）∪（T×P）是連接變遷與庫所及庫所與變遷的有向弧的集合，并滿足P∩T=Φ，P∪T≠Φ，F?（P×T）∪（T×P）；K：P→NU｛∞｝是容量函數，N=｛1，2，3，…｝；W：F→N是權函數，N=｛1，2，3，…｝；M0：P→N0稱為初始標識，N0=｛1，2，3，…｝，代表系統(tǒng)的初始狀態(tài)。圖1所示的Petri網具有初始狀態(tài)M0=｛2，1，0｝。

圖1 Petri網示例

與變遷相連代表變遷發(fā)生條件的庫所是輸入庫所，如圖1中庫所P1，P2，而與變遷相連代表變遷發(fā)生結果的庫所是輸出庫所，如圖1中庫所P3。相應的，I（t）=｛p|（p，t）∈A｝和O（t）=｛p|（t，p）∈A｝分別代表變遷t的輸入庫所集和輸出庫所集。由庫所到變遷的有向弧稱為輸入弧，由變遷到庫所的有向弧稱為輸出弧。一旦變遷被觸發(fā)，則輸入庫所將失去托肯而輸出庫所將得到托肯。圖1（a）中庫所P1，P2中分別有2個和1個托肯，變遷T1被觸發(fā)后，P1，P2各失去1個托肯，P3得到1個托肯，變化后的情況如圖1（b）所示。

Petri網系統(tǒng)的運行具有一定的規(guī)則。設Σ=（P，T，F，K，W，M0）為一網系統(tǒng)，M為其基網上的一個標識。1）若Ti∈T，則稱為Ti的外延；2）Ti在M有發(fā)生權的條件為且，這時稱為M授權Ti發(fā)生，記作M[Ti＞；3）當Ti在M有發(fā)生權時，發(fā)生的結果把M變成后續(xù)標識M′，記作M[t＞M′。

故障Petri網是Petri網的子網，其由八元組構成：Σ=（P，T，F，f，S，K，W，M0）。其中P、T、F、M0含義與上述相同；f：P→S是過程庫所到時間上的映射；S是時間的集合；當系統(tǒng)的故障與時間密切相關時，f和S具有非常重要的意義；K：P→｛0，1｝稱為故障Petri網的容量函數，產生故障時，該庫所就含有1個托肯（用“·”來表示），反之則沒有托肯；故障Petri網中流關系的權值恒為1，即W≡1。故障Petri網中庫所是過程庫所，變遷屬于立即變遷，其作用是反映不同層次或不同階段的故障的躍遷。故障Petri網和原始Petri網的不同之處，在于變遷T被激發(fā)時，其前集中的任一庫所中的托肯不會被消耗，這反映了事故的記憶性，即事故由底層擴展到上一層，底層的事故依然存在。從宏觀上看是事故從最底層逐漸擴展到高層，直到頂層，即系統(tǒng)級。

2 車務段接發(fā)列車事故分析

接發(fā)列車作業(yè)是車務段管轄站日常工作中的一項重要作業(yè)，由于作業(yè)中需要較多人員參與，結合部較多，很容易因為人的疏忽、設備的突發(fā)情況發(fā)生性質嚴重的事故。僅對2004年哈局車務段接發(fā)列車事故進行統(tǒng)計分析，錯誤辦理接發(fā)列車9起，關閉折角塞門開車2起，列車抱閘發(fā)車1起。由以上數據可以看出錯誤辦理接發(fā)列車事故占很大的比例〔8〕，所以重點對錯誤辦理接發(fā)列車事故進行分析，并找出引起事故發(fā)生的原因，提出解決措施。錯誤辦理接發(fā)列車事故的中間事件由以下6個庫所構成。

2.1 未辦或錯辦閉塞發(fā)車 未辦理必要的閉塞手續(xù)，或辦理閉塞的區(qū)間和列車運行的區(qū)間不一致。列車前端越過出站信號機或警沖標即算發(fā)生該類事故。對于客運列車，錯辦閉塞的區(qū)間雖與列車的運行區(qū)間一致或未按規(guī)定辦理手續(xù)而越出站界調車時，也屬于未辦或錯辦閉塞發(fā)車。當發(fā)生意外情況導致基本閉塞設備不能使用時，采用電話閉塞作為替代性的行車閉塞方法。電話閉塞法具有相當的安全性和實用性。但是，由于僅靠人與人之間進行聯(lián)系，而人會經常受到各種因素的影響，稍有人為疏忽就可能因“錯辦”而釀成行車事故，所以電話閉塞方法缺乏設備所具有的穩(wěn)定聯(lián)鎖控制能力。

2.2 未準備好進路接發(fā)列車 未準備好的進路指進路上的道岔扳動出現失誤或轉動錯誤、有能造成脫軌的障礙物、鄰線的機車和車輛等越出警沖標、違反規(guī)定辦理同時接車或接發(fā)列車、因錯誤辦理造成超限列車或客運列車進入非固定軌道。接入列車時，列車前端進入未準備好的進路的進站（進路）信號機或站界標，或在未準備好的進路發(fā)出的列車已經啟動，均構成未準備好進路接發(fā)列車事故。

2.3 錯誤辦理或交付行車憑證 錯誤辦理或交付行車憑證是指與鄰站已辦妥閉塞手續(xù)，但由于行車憑證的交接或填寫失誤，各類閉塞區(qū)間未開放出站（進路）信號機發(fā)車或耽誤列車。在顯示發(fā)車手信號后發(fā)現行車憑證錯誤也屬于該類事件。

2.4 錯辦或未及時辦理信號導致列車非正常停車 錯辦或未及時辦理信號是指因辦理不及時或忘辦、錯辦信號使列車在站外或站內停車；禁止同時接車的車站或不準同時接入站內的列車，誤使2列車均在站外停車；接發(fā)列車人員未及時或錯誤顯示手信號，使列車停車。

2.5 向占用線接入列車 占用線是指停有機車、車輛、動車、重型軌道車的線路或已封鎖的線路。列車前端進入進站（進路）信號機或站界標就稱向占用線接入列車（按站內無空閑線路接車方法接車時除外）。

2.6 向占用區(qū)間發(fā)出列車 已進入列車的區(qū)間、已被列車取得占用許可或封鎖的區(qū)間稱為占用區(qū)間。同時機車、車輛、動車、重型軌道車停留或溜入區(qū)間、禁止在區(qū)間交會的超限貨物列車進入區(qū)間，列車由正線出發(fā)而道岔向岔線開通的區(qū)間也稱為占用區(qū)間。向占用區(qū)間發(fā)出列車的情況包括：1）列車前端越過出站信號機或警沖標；2）辦理越出站界調車后，未辦理取消及閉塞手續(xù)將列車開出。

3 Petri網應用

3.1 故障Petri網模型的建立 與故障樹分析法相似，故障Petri網的建模先要確立故障模型的頂事件。根據對車務段接發(fā)列車事故的分析，建立第一層次事件，再依據頂層事件發(fā)生的直接原因及相互之間的邏輯關系建立第二層次事件，依此類推，直到找出導致系統(tǒng)故障的最底層原因。根據分析，建立車務段接發(fā)列車故障Petri網模型，如圖2所示。

圖2中，故障Petri網模型的頂事件即為錯誤辦理接發(fā)列車。第一層次事件由6個中間事件構成，分別用庫所P21～26表示；第二層次事件包括庫所P1～20所代表的事件。頂事件與第一層次事件的關系是，任一第一層次事件的發(fā)生都會引發(fā)頂事件，即6個中間事件之一的發(fā)生就意味著接發(fā)列車事故的發(fā)生。第一層次的某個事件與第二層次的若干事件存在類似的關系。例如庫所P1，P2，P3所代表的事件中有1個發(fā)生則意味著發(fā)生“未辦或錯辦閉塞發(fā)車”事故。但庫所P1，P2，P3所代表的事件與其他5類第一層次事件無直接關系，即不存在誘發(fā)關系。

圖2 接發(fā)列車事故Petri網模型

3.2 故障Petri網事故定性分析 在基于故障Petri網的系統(tǒng)可靠性和故障分析中，庫所用以表示設備未處于正確狀態(tài)以及人為失誤等；變遷用來表示系統(tǒng)狀態(tài)的變化及故障事件的傳播。庫所和變遷之間的有向連接用來表征故障的傳播方向，托肯表征故障事件的發(fā)生。如果托肯處于故障邏輯關系的頂庫所，則表示發(fā)生接發(fā)列車事故。庫所中托肯數目的變化由變遷激發(fā)引起，反映了系統(tǒng)狀態(tài)的動態(tài)變化過程。因此，利用Petri網的圖形元素可以清晰地描述故障事件之間的邏輯關系及其影響。

如圖2所示，庫所P1中有1個托肯，表明發(fā)生“發(fā)車站未和鄰站辦理閉塞”事故。因為所有的變遷都是立即變遷，即只要變遷滿足激發(fā)條件就會被激發(fā)。在故障Petri網中，如果P∈·Ti，且M（P）=1，則變遷T是可被激發(fā)的，其中M（P）是在M狀態(tài)下，庫所P所含的托肯數目。由于滿足可被激發(fā)條件，變遷T1被激發(fā)。由圖2可知，變遷T1，T2，T3中任一個被激發(fā)，P21都將得到托肯，所以T1的激發(fā)使得庫所P21得到1個托肯，這又使得變遷T21被激發(fā)，最終庫所P27得到托肯，即導致“錯誤辦理接發(fā)列車”事故發(fā)生。

故障Petri網定性分析的任務是尋找導致頂事件發(fā)生（接發(fā)列車事故）的所有可能的失效模式及其狀態(tài)組合，也就是找出故障Petri網全部的最小割集。割集是能使頂事件發(fā)生的底事件集合。如果割集中的任一底事件不發(fā)生時頂事件也不發(fā)生，則稱這樣的割集為最小割集。最小割集是一種包含了最小數量且為最必須的底事件的割集。故障Petri網的1個割集，表示發(fā)生接發(fā)列車事故的1種可能性，即1種失效模式。最小割集發(fā)生時頂事件必然發(fā)生，因此故障Petri網的全部最小割集代表頂事件發(fā)生的所有可能。從圖2可看出，如果P1中有托肯，則會導致P21的發(fā)生，進而引起P27（即錯誤辦理接發(fā)列車）的發(fā)生。同樣，其余19個庫所中任意一個中有托肯，都可以引起接發(fā)列車事故發(fā)生。因此，該故障Petri網模型所有的最小割集為：｛i｝，i=1，2，…，20。說明該系統(tǒng)處于極敏感狀態(tài)，任一環(huán)節(jié)出現問題都會導致車務段發(fā)生接發(fā)列車事故。

3.3 事故預防 從割集中的元素分析，可以看出很多錯辦接發(fā)列車事故案例的原因，都為監(jiān)控、管理等方面的疏忽。此外，在現場作業(yè)中，工作人員安全意識淡漠，沒有認識到標準化作業(yè)的重要性，片面追求作業(yè)效率，將規(guī)定的作業(yè)程序盲目簡化，也為安全生產埋下重大隱患。因此，安全管理工作的水平取決于現場作業(yè)人員對標準化作業(yè)的落實情況，以及遵守安全操作規(guī)程和相關各項規(guī)章制度的嚴格程度〔9〕。當前，鐵路運輸安全生產形勢仍不理想，最主要的原因是安全生產培訓工作存在不少問題，主要體現在對安全生產教育培訓的重要性認識不足，重生產作業(yè)，輕培訓教育，致使安全生產培訓效果不理想，學習流于形式，實際效果不明顯。另因各級員工學習的動力不足，使安全素質難以得到真正提高。

為減少錯誤辦理接發(fā)列車事故的發(fā)生，首先必須加強對業(yè)務干部的適應性培訓，增強其應變能力、聯(lián)系協(xié)調能力、組織處理能力和把握大局的能力，以起到保證安全生產的核心作用。其次，在現場管理中，要加強思想政治工作。通過思想政治教育疏導職工思想，穩(wěn)定職工情緒，使職工意識到違章的嚴重性，從根本上解決問題，以保證工作質量和安全。再次，要加強安全生產培訓工作，提高培訓質量和培訓實效。由于各基本事件的重要度是一樣的，所以應針對所有基本事件建立互控、聯(lián)控制度，開展行車班組間、班組成員間的互控、聯(lián)控活動，預防錯誤辦理接發(fā)列車事故的發(fā)生。

4 結束語

在市場競爭機制下，鐵路運輸的安全質量對企業(yè)和社會都具有不同尋常的意義。車務段在鐵路運輸生產中起著重要作用，提高其安全管理能力至關重要。對車務段接發(fā)列車作業(yè)事故構建故障Petri網模型并進行定性分析的結果表明，該方法可以準確找出行車事故根本原因，對車務段制定相應措施具有很好的幫助作用，由此增加了一種行車安全的分析手段，有利于提高安全管理水平。

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