陳小梅

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢∥教授級(jí)高級(jí)工程師）

基于事故樹分析法（FTA）的客運(yùn)專線特殊線路所安全風(fēng)險(xiǎn)分析*

陳小梅

（中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，430063，武漢∥教授級(jí)高級(jí)工程師）

隨著客運(yùn)專線運(yùn)營里程的不斷增加，各線間的互聯(lián)互通越來越多，為了地區(qū)疏解等原因而設(shè)立的線路所也日益增多，其中由于種種原因而不能設(shè)立隔開設(shè)備的線路所也隨之增多，對(duì)這種特殊線路所存在的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就尤為重要迫切。利用FTA（事故樹分析法）對(duì)特殊線路所安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定性分析，并找出了風(fēng)險(xiǎn)防控的措施。

客運(yùn)專線線路所；事故樹分析法；安全風(fēng)險(xiǎn)分析；防控

FTA（Fault Tree Analysis，事故樹分析法）是系統(tǒng)安全分析中最重要的定性、定量分析方法之一，是一種表示故障事件發(fā)生的原因及其邏輯關(guān)系的邏輯樹圖,其分析可以是定性的也可以是定量的，其理論基礎(chǔ)是布爾代數(shù)。FTA不但可以提出解決問題的方法，更可提供一條解決問題的思路。本文將利用這一方法，對(duì)客運(yùn)專線特殊線路所（無隔開設(shè)備［1-3］）進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析，通過分析得出防控風(fēng)險(xiǎn)的結(jié)論。

1 特殊線路所設(shè)計(jì)背景

杭長客運(yùn)專線杭州南線路所設(shè)計(jì)情況：杭長客運(yùn)專線和杭黃鐵路列車控制系統(tǒng)（CTCS）均按CTCS-3級(jí)設(shè)計(jì)。杭黃鐵路引入杭州樞紐采用外包杭長客運(yùn)專線在杭州南線路所接軌的簡單引入方案，即杭黃鐵路的左右線與杭長客運(yùn)專線至杭州南站聯(lián)絡(luò)線貫通，由其形成杭黃鐵路上下行線引入杭州南站。該方案通過杭黃鐵路與杭長客運(yùn)專線的上行線或下行線間4組、42號(hào)道岔組成“小八字渡線”，實(shí)現(xiàn)兩線旅客列車的跨線運(yùn)行。受地形條件限制，線路所杭黃鐵路和杭長客專正線5.3 m間距的8組42號(hào)道岔的“小八字渡線”均位于隧道內(nèi)的4.9‰凸形上坡道上，隧道外即為高墩橋梁，線路所沒有設(shè)置安全線的條件。杭州南線路所信號(hào)平面布置如圖1所示。

杭州南線路所2條上行線和2條下行線的線路布置完全相同，因此，只需對(duì)線路所2條上行線（或下行線）分析即可，以下主要以上行線為例。

根據(jù)線路所平面布置，經(jīng)梳理，不同線路上運(yùn)行并駛向線路所的兩列列車在線路所共有64種作業(yè)工況。從信號(hào)系統(tǒng)的角度分析，線路所作業(yè)存在安全風(fēng)險(xiǎn)的工況主要是杭長客運(yùn)專線在線路所運(yùn)行跨線列車時(shí)以及線路所將辦理杭黃鐵路的接車進(jìn)路的工況［4］，被稱為“隱患工況”，該工況有正向運(yùn)行和反向運(yùn)行兩種情形。鑒于高速鐵路僅在特殊狀態(tài)下才組織反向行車且有嚴(yán)格的管理制度，基本將安全風(fēng)險(xiǎn)降至較低的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，本文將正向運(yùn)行工況作為“重點(diǎn)隱患工況”，采用事故樹分析法對(duì)其安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，找出安全風(fēng)險(xiǎn)因素以及影響程度，根據(jù)分析結(jié)果最終提出應(yīng)對(duì)措施。“重點(diǎn)隱患工況（隱-正-黃長跨）”描述為：杭長客?？缇€列車正向通過線路所后，接著組織同方向杭黃鐵路列車正向通過線路所，如圖2所示。

圖1 杭州南線路所至杭州南站間信號(hào)平面布置示意圖

圖2 重點(diǎn)隱患工況（隱-正-黃長跨）

2 安全風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別

2.1.1 列控車載控車模式

CTCS-3車載工作模式有 9種［5］，分別為：待機(jī)模式、目視行車模式、引導(dǎo)模式、完全監(jiān)控模式、調(diào)車模式、休眠模式、隔離模式、冒進(jìn)模式、冒進(jìn)后模式。CTCS-2車載工作模式也有9種［5-6］，除與CTCS-3相同的待機(jī)模式、目視行車模式、引導(dǎo)模式、完全監(jiān)控模式、調(diào)車模式、休眠模式、隔離模式外，還有部分監(jiān)控模式和機(jī)車信號(hào)模式?！爸攸c(diǎn)隱患工況”可能采用的車載控制模式有完全監(jiān)控模式、部分監(jiān)控模式、目視行車模式、隔離模式。

設(shè)備正常時(shí)，列車以完全監(jiān)控模式運(yùn)行，車載ATP（列車自動(dòng)保護(hù)）設(shè)備以線路所通過信號(hào)機(jī)為目標(biāo)點(diǎn)，生成控車曲線：當(dāng)通過信號(hào)開放為綠燈時(shí)，能使列車以不超過限定的速度直向通過線路所；當(dāng)通過信號(hào)開放黃閃黃燈或雙黃燈時(shí)，能使列車不超過道岔側(cè)向允許速度（160 km/h或80 km/h）通過線路所；當(dāng)通過信號(hào)為關(guān)閉狀態(tài)（點(diǎn)紅燈）時(shí)，能保證列車安全地停在通過信號(hào)機(jī)外方，不會(huì)出現(xiàn)冒進(jìn)防護(hù)信號(hào)的現(xiàn)象。

信號(hào)系統(tǒng)或設(shè)備故障后，最終體現(xiàn)為CTCS不能正常工作于完全監(jiān)控模式下，可能采用的控車模式為：①部分監(jiān)控模式。完全監(jiān)控模式一樣，采用閉口控車的模式曲線，能有效防止列車超速，防止列車冒進(jìn)關(guān)閉的信號(hào)，列車運(yùn)行可控。②目視模式。CTCS目視行車的固定限速值為40 km/h，該模式要求司機(jī)在列車每運(yùn)行300 m或者60 s內(nèi)按壓警惕按鍵。③隔離模式。該模式下車載設(shè)備停用。因此，當(dāng)列控車載設(shè)備因故采用目視模式、隔離模式控車時(shí)需要人工操作保證安全。

2.1.2 動(dòng)車組列車空氣制動(dòng)設(shè)備故障

目前，動(dòng)車組CTCS車載ATP是按給定的制動(dòng)力計(jì)算控車曲線控制列車運(yùn)行，當(dāng)列車實(shí)際制動(dòng)力小于ATP算式的制動(dòng)力時(shí)，列車實(shí)際運(yùn)行速度將可能高于允許速度，列車有可能冒進(jìn)停車信號(hào)。參考《鐵路技術(shù)管理規(guī)程》和歐洲TSI（車輛互換性技術(shù)規(guī)范）的相關(guān)規(guī)定，以動(dòng)車組制動(dòng)系統(tǒng)故障后制動(dòng)力損失12.5%（即8輛編組的動(dòng)車組中有1輛車的制動(dòng)力被切除）作為基本事件進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)分析。

2.1.3 列車因故滯留線路所

后車冒進(jìn)信號(hào)后的走行進(jìn)路如與前車進(jìn)路存在交叉的“接觸”點(diǎn)，即后車越過線路所防護(hù)信號(hào)機(jī)的警沖標(biāo)、前車正在警沖標(biāo)內(nèi)方（考慮列尾保持，車長按430 m計(jì)），就會(huì)引發(fā)側(cè)沖等事故。

2.2 建立事故樹

將重點(diǎn)隱患工況“隱-正-黃長跨”的兩列列車發(fā)生側(cè)沖事故（T）設(shè)為頂上事件，將前車在線路所滯留、后車目視模式［5-6］、后車隔離模式［5-6］及后車制動(dòng)損失等作為中間事件，將前車側(cè)向行車、后車人工駕駛、后車冒進(jìn)安全危險(xiǎn)點(diǎn)、前車晚點(diǎn)、前車因故停車等作為基本事件，畫出事故樹結(jié)構(gòu)圖后進(jìn)行定性分析。

2.3 事件設(shè)定

基本事件設(shè)定：X1為設(shè)備故障轉(zhuǎn)為隔離模式；X2為隔離模式人工操作失誤列車停車超過安全值（50 m），或目視人工操作失誤，或制動(dòng)故障時(shí)列車駕駛不當(dāng)；X3為地面設(shè)備故障轉(zhuǎn)為目視模式；X4為在絕對(duì)停車點(diǎn)速度超過安全值（25 km/h）；X5為制動(dòng)損失12.5%；X6為制動(dòng)故障車載啟動(dòng)制動(dòng)列車停車超過安全值（50 m）；X7為前車側(cè)向運(yùn)行；X8為前車列車晚點(diǎn)；X9為晚點(diǎn)車運(yùn)行于事故地點(diǎn)（警沖標(biāo)至列車尾部距離430 m）；X10為前車因設(shè)備故障停車；X11為前車停于事故地點(diǎn)（警沖標(biāo)至列車尾部距離430 m）。

中間事件設(shè)定：A為前車正在線路所；A1為前車滯留于線路所；A11為前車晚點(diǎn)正運(yùn)行于線路所；A12為設(shè)備故障前車停于線路所；B為后車冒進(jìn)距離超過安全距離（50 m）；B1為隔離模式；B2為目視模式；B21為目視模式冒進(jìn)防護(hù)點(diǎn)；B3為列車制動(dòng)損失；B31為制動(dòng)損失后ATP啟動(dòng)制動(dòng)冒進(jìn)防護(hù)點(diǎn)。

2.4 事故樹結(jié)構(gòu)圖

圖3為重點(diǎn)隱患工況事故樹結(jié)構(gòu)圖。

2.5 事故樹最小割集計(jì)算

按圖3事故樹結(jié)構(gòu)圖計(jì)算最小割集如下：

圖3 重點(diǎn)隱患工況事故樹結(jié)構(gòu)圖

最小割集有6個(gè)：

2.6 結(jié)構(gòu)重要度分析

結(jié)構(gòu)重要度分析是從事故樹結(jié)構(gòu)上分析各基本事件的重要程度。即在不考慮基本事件發(fā)生概率情況下，分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件的發(fā)生所產(chǎn)生的影響程度。依據(jù)結(jié)構(gòu)重要度“四原則”分析：

基本事件結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)椋?/p>

重要的基本事件有2個(gè)：一是線路所組織杭長客運(yùn)專線跨線列車運(yùn)行作業(yè)；二是杭黃鐵路因設(shè)備故障需靠司機(jī)駕駛列車行車時(shí)，司機(jī)需注意操作不冒進(jìn)線路所還沒開放的信號(hào)。

2.7 重點(diǎn)隱患工況的安全風(fēng)險(xiǎn)分析

重點(diǎn)隱患工況“隱-正-黃長跨”事故樹的最小割集有6個(gè)，只要各割集中有任1個(gè)基本事件沒發(fā)生，則頂上事故就不會(huì)發(fā)生。各割集的基本事件歸納如下。

K1涉及基本事件為：杭黃鐵路列車轉(zhuǎn)為隔離模式，人工操作失誤，杭長客運(yùn)專線跨線車通過線路所、跨線車晚點(diǎn)、跨線車正運(yùn)行于事故危險(xiǎn)地（警沖標(biāo)至列車尾部距離430 m）。

K2涉及的基本事件有：杭黃鐵路列車為隔離模式，人工操作失誤，杭長客運(yùn)專線跨線車通過線路所、因故障列車停車、列車停于事故危險(xiǎn)地（警沖標(biāo)至列車尾部距離430 m）。

K3涉及基本事件為：杭黃鐵路列車司機(jī)操作失誤，按目視模式行車，列車在線路所通過信號(hào)絕對(duì)停車點(diǎn)的速度超過安全值（25 km/h），杭長客運(yùn)專線跨線車通過線路所、跨線車晚點(diǎn)、跨線車正運(yùn)行于事故危險(xiǎn)地（警沖標(biāo)至列車尾部距離430 m）。

K4涉及的基本事件為：杭黃鐵路列車司機(jī)操作失誤，以目視模式行車，列車在線路所通過信號(hào)絕對(duì)停車點(diǎn)的速度超過安全值（25 km/h），杭長客運(yùn)專線跨線車通過線路所、因故障列車停車、列車停于事故危險(xiǎn)地（警沖標(biāo)至列車尾部距離430 m）。

K5涉及的基本事件為：杭黃鐵路列車司機(jī)操作失誤，列車制動(dòng)力損失，故障列車停車超過安全距離（50 m），前車為側(cè)向列車、列車晚點(diǎn)、列車運(yùn)行于事故危險(xiǎn)地（警沖標(biāo)至列車尾部距離430 m）。

K6基本事件為：杭黃鐵路列車司機(jī)操作失誤，列車制動(dòng)力損失，停車超過安全值（50 m），前車為側(cè)向列車、列車故障停車、列車停于事故地（警沖標(biāo)至列車尾部距離430 m）。

從“隱-正-黃長跨”事故樹的各割集看，當(dāng)杭長客運(yùn)專線的跨線列車因晚點(diǎn)或因故障正處于事故危險(xiǎn)地（警沖標(biāo)至列車尾部距離430 m）時(shí)，又同時(shí)發(fā)生了杭黃鐵路列車因目視模式，或因隔離模式，或因制動(dòng)力損失而冒進(jìn)了關(guān)閉的信號(hào)超過了安全距離（50 m）時(shí)，線路所就會(huì)發(fā)生列車側(cè)沖事故。

從“隱-正-黃長跨”事故樹的最小割集分析，隨著割集數(shù)的減小，頂上事故發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)隨之減小。只要割集中的任一基本事件不發(fā)生，最小割集數(shù)就減少1個(gè)，即線路所的安全風(fēng)險(xiǎn)隨之降低。經(jīng)計(jì)算，①目視行車且司機(jī)操作不當(dāng)時(shí)，動(dòng)車組列車可能以40 km/h的速度駛向線路所未開放的防護(hù)信號(hào)機(jī)，此時(shí)，當(dāng)車載設(shè)備收到防護(hù)信號(hào)機(jī)處設(shè)置的進(jìn)站應(yīng)答器組（距離防護(hù)信號(hào)機(jī)30 m）中的絕對(duì)停車報(bào)文時(shí)［7-8］，車載輸出緊急制動(dòng)，該緊急制動(dòng)距離為124～135 m［9］；②按列車在線路所需機(jī)外停車減速時(shí)的初速度分別為200 km/h和250 km/h，計(jì)算當(dāng)列車制動(dòng)力損失25%時(shí)冒進(jìn)信號(hào)距通過信號(hào)機(jī)的距離分別為355 m和362 m［10］；③參照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，線路所防護(hù)信號(hào)機(jī)可設(shè)在距道岔尖軌尖端（順向?yàn)榫瘺_標(biāo)）50～400 m［11］處。因此，加大安全距離即將杭黃鐵路線路所通過信號(hào)機(jī)外移至岔尖400 m時(shí)，當(dāng)杭黃鐵路列車為隔離模式、目視模式人工操作失誤或制動(dòng)力損失冒進(jìn)了信號(hào)時(shí)，線路所將不會(huì)發(fā)生列車側(cè)沖的危險(xiǎn)事故（X2不發(fā)生），此時(shí)“隱-正-黃長跨”事故樹的最小割集將減為2個(gè)，則線路所發(fā)生側(cè)沖事故的風(fēng)險(xiǎn)將能有效地降低。

3 安全風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)論

通過上述對(duì)重點(diǎn)隱患工況事故樹的分析，杭州南線路所行車安全風(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)論可歸納如下：

（1）從信號(hào)系統(tǒng)的角度分析，當(dāng)行車設(shè)備（如信號(hào)設(shè)備、動(dòng)車組列車等）都工作正常時(shí)，列車在CTCS的監(jiān)控下運(yùn)行，當(dāng)列車遇線路所通過信號(hào)顯示禁止信號(hào)時(shí)，列車總會(huì)停在該信號(hào)機(jī)外方，不會(huì)冒進(jìn)線路所，此時(shí)，各種工況包括重點(diǎn)隱患工況的行車安全都有保障。

（2）從重點(diǎn)防范隱患工況“隱-正-黃長跨”事故樹的結(jié)構(gòu)重要度看，只要對(duì)列控為目視模式、隔離模式及列車制動(dòng)力部分損失等設(shè)備故障下的列車運(yùn)行，加強(qiáng)人工操作的管理，只要列車不冒進(jìn)關(guān)閉的信號(hào)，從信號(hào)系統(tǒng)的角度可以認(rèn)為該線路所就不會(huì)發(fā)生安全行車事故。

（3）從重點(diǎn)防范隱患工況“隱-正-黃長跨”事故樹最小割集各基本事件分析，將杭黃鐵路線路所通過信號(hào)機(jī)距危險(xiǎn)點(diǎn)50 m的“防護(hù)距離”延長至400 m時(shí)，事故樹的最小割集將減至為2，能較好地降低該工況的安全風(fēng)險(xiǎn)。

4 風(fēng)險(xiǎn)防控措施

（1）運(yùn)輸組織安全防護(hù)措施：①在編制列車運(yùn)行圖時(shí)，通過優(yōu)化客車開行方案，合理安排跨線列車與直股通過列車之間的運(yùn)輸作業(yè)。②對(duì)線路所跨線車運(yùn)行的“前側(cè)后直”和“前側(cè)后側(cè)”兩種隱患工況，通過CTC（調(diào)度集中）系統(tǒng)的列車運(yùn)行自動(dòng)調(diào)整功能，盡量擴(kuò)大前后行列車之間的時(shí)空間隔，避免在線路所交叉作業(yè)。

（2）信號(hào)系統(tǒng)的安全防護(hù)措施：從信號(hào)專業(yè)的角度，可以提出“信號(hào)機(jī)外移”［12-13］、“信號(hào)雙紅燈重復(fù)顯示”［12-13］和“進(jìn)出站信號(hào)機(jī)紅燈聯(lián)鎖防護(hù)”［12-13］三個(gè)方案來加強(qiáng)線路所作業(yè)的安全防控。

5 結(jié)語

本文利用FTA理論，重點(diǎn)分析了一種特殊線路所的安全風(fēng)險(xiǎn)，提出了可以采取的措施，通過該措施可以大大降低安全風(fēng)險(xiǎn)。這一分析方法可以為我國眾多的高速鐵路特殊線路所的工程設(shè)計(jì)提供借鑒，為高速鐵路的運(yùn)營安全提供一定的防控方法，對(duì)今后的高速鐵路工程設(shè)計(jì)、運(yùn)營管理具有重要意義。

［1］ 中國鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程（高速鐵路部分）：TG/01—2014［S］.北京：中國鐵道出版社，2014.

［2］ 中國鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程（普速鐵路部分）：TG/01—2014［S］.北京：中國鐵道出版社，2014.

［3］ 國家鐵路局.高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范：TB 10621—2014［S］.北京：中國鐵道出版社，2014.

［4］ 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.杭長杭州南線路所信號(hào)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告［R］.武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2014.

［5］ 中華人民共和國鐵道部.CTC3-3級(jí)列控車載設(shè)備技術(shù)規(guī)范（暫行）：鐵運(yùn)［2012］211號(hào)［S］.北京：中國鐵道出版社，2012.

［6］ 中國鐵路總公司.CTC3-2級(jí)列控車載設(shè)備暫行技術(shù)規(guī)范：鐵總運(yùn)［2014］29號(hào)［S］.北京：中國鐵道出版社，2014.

［7］ 中華人民共和國鐵道部.CTC3-3級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）：科技運(yùn)［2010］21號(hào)［S］.北京：中國鐵道出版社，2010.

［8］ 中華人民共和國鐵道部.CTC3-2級(jí)列控系統(tǒng)應(yīng)答器應(yīng)用原則（V2.0）：科技運(yùn)［2010］136號(hào)［S］.北京：中國鐵道出版社，2010.

［9］ 石先明，張敏慧.高速鐵路列控系統(tǒng)安全性分析與改進(jìn)［J］.鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2012（11）：101-106.

［10］ 中國鐵路總公司.列車運(yùn)行監(jiān)控裝置（LKJ）控制模式設(shè)定規(guī)范（2015版）：TJ/DW 173—2015［S］.北京：中國鐵道出版社，2015.

［11］ 中華人民共和國鐵道部.鐵路信號(hào)站內(nèi)聯(lián)鎖設(shè)計(jì)規(guī)范：TB 10071—2000［S］.北京：中國鐵道出版社，2000.

［12］ 陳玉平，李乾社.溫州南線路所行車安全分析與防護(hù)方案研究［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2015（4）：42-47.

［13］ 中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.特殊線路所安全防護(hù)措施研究報(bào)告［R］.武漢：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，2017.

［14］ 紹輝.系統(tǒng)安全工程［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2008.

［15］ 中國就業(yè)培訓(xùn)技術(shù)指導(dǎo)中心/中國安全生產(chǎn)協(xié)會(huì).安全評(píng)價(jià)師二級(jí)［M］.北京：中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社，2010.

Safety Risk Analysis of the Particular Block Post Based on FTA

CHEN Xiaomei

With the increase of the operating mileage of passenger dedicated lines，the interconnection and intercommunication between railway lines also increase，resulting in a large number of block post settings.Even in places where the separation devices can not be adopted,the number of block post has also increased，so it is very important and urgent to evaluate the operation risk of the particular block posts.In this paper，F(xiàn)TA is used for a qualitative safety risk analysis of the particular block posts，in order to find out effective measures for risk prevention and control.

passenger dedicated line block post；FTA（fault tree analysis）；risk analysis；prevention and control

U298.1

10.16037/j.1007-869x.2017.11.017

Author′s address China Railway Siyuan Survey and Design Group Co.，Ltd.，430063，Wuhan，China

*中國鐵路總公司科技研究開發(fā)計(jì)劃課題（2015X004-E）

2017-03-23）