行車碰撞事件原因分析及預防措施

易周斌，陳 林

(1.大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳 518124；2.蘇州熱工研究院有限公司，江蘇 蘇州 215004)

0 引言

由于起重機械工作特點及存在的危險因素，我國每年起重傷害事故的因工死亡人數(shù)占全部工業(yè)企業(yè)因工死亡總?cè)藬?shù)約15 %。行車作為較為常見的起重機械設備類型，廣泛應用于各類工礦企業(yè)的大件吊裝工作。作為起重機械重要安全設施之一的限位系統(tǒng)，常因設計不當、司機操作失誤等原因引發(fā)安全事故。

以某電站的行車起重作業(yè)時，因司機操作失誤、減速限位程序缺失導致行車發(fā)生碰撞事件為例，對行車限位系統(tǒng)設計的合理性以及防人因功能進行分析，為起重作業(yè)的安全提供借鑒。

1 事件經(jīng)過

某電站汽輪機正在進行大修，行車司機操作汽輪機廠房內(nèi)北側(cè)的行車吊運工具，以4檔速度向南行駛時，與停在南側(cè)的行車發(fā)生碰撞。碰撞前，行駛中的北側(cè)行車并未有明顯減速，造成北側(cè)行車水平尺變形嚴重(見圖1)；南側(cè)行車減速限位開關、停車限位開關均被撞壞，失去自動復位功能，限位開關失效(見圖2)；南、北側(cè)行車4個緩沖器均被撞壞(見圖3)。

2 行車防碰撞的設計原理

在行車設計時，考慮到實際應用中可能出現(xiàn)碰撞事件，采取了以下3級防碰撞保護措施。

圖1 行車水平尺變形

圖2 減速限位開關及停車限位開關被撞壞

圖3 緩沖器被撞壞

2.1 第1級——紅外感應信號

當2臺行車運行到達設定距離時(車距約6 m)，司機駕駛室發(fā)出報警提示：司機操作室左手邊操作臺的1個紅色提示燈會閃爍紅光(見圖4)，并發(fā)出蜂鳴報警；同時，在行車司機正上方操作面板大車運行機構“防撞報警”信號燈會變紅，提示司機行車有碰撞風險，需減速運行并觀察行車位置。

圖4 紅外線感應信號燈

2.2 第2級——減速限位

當2臺行車突破第1級報警提示后，行車繼續(xù)靠近，此時位于2臺行車西側(cè)各有1個電氣減速限位開關，當減速限位開關碰到另一臺行車的水平尺(10號槽鋼)時動作。無論觸發(fā)前行車運行速度處于何種檔位，行車均會變?yōu)?檔慢速運行。

2.3 第3級——停止限位

當行車突破第2級保護后，行車繼續(xù)靠近，當停止限位開關碰觸到另一臺行車的水平尺時動作(停止限位開關距減速限位開關約400 mm)，行車停止運行。

3 行車碰撞原因分析

3.1 設備原因

3.1.1 行車未設置減速限位功能

涉事行車未按設計原理設置減速限位功能，因為沒有強制性標準規(guī)定必須設置減速限位功能。

GB 6067.1—2010《起重機械安全規(guī)程》對運行行程限位器作出如下要求：起重機和起重小車(懸掛型電動葫蘆運行小車除外)，應在每個運行方向裝設運行行程限位器，在達到設計規(guī)定的極限位置時，自動切斷行車前進方向的動力源。在運行速度大于100 m/min或停車定位要求較嚴的情況下，宜根據(jù)需要裝設2級運行行程限位器，第1級發(fā)出減速信號并按規(guī)定要求減速，第2級應能自動斷電并停車。

GB 14405—2011《通用橋式起重機》對運行機構作出如下要求：起重機和小車的運行機構應設行程開關、止擋、掃軌板和緩沖器；同一軌道上有2臺起重機或小車時，相互間應設防碰撞裝置。如需嚴格控制相互間距離時，宜設定距裝置。

涉事行車的最高運行速度為0.5 m/s，已設置停止限位功能，滿足起重機安全防護要求；同時，該車還配置防撞安全防護功能：

(1) 聲光報警信號有效，聲音和燈光報警信號可提醒司機車距過近；

(2) 停止限位有效，行車在運行極限位置時，可自動切斷動力源；

(3) 緩沖器有效，可減輕因行車速度過快或停止限位失效時產(chǎn)生的碰撞后果，滿足GB 14405—2011中在需嚴格控制相互間距離時宜設定距裝置的要求。

因此，該涉事行車的安全防護措施是合格的。

3.1.2 減速功能無法完全避免行車相撞

3.1.2.1 行車基本參數(shù)

(1) 4 檔速度：0.5 m/s；3 檔速度：0.35 m/s；2 檔速度：0.125 m/s；1 檔速度：0.05 m/s。

(2) 減速時間：5 s(從4檔速度降至0)。(3) 減速限位開關到停止限位開關距離：400 mm。(4) 停止限位動作時，2車緩沖器之間的距離：200 mm。

(5) 聲光報警紅外發(fā)生器調(diào)節(jié)范圍：3—5 m(極端情況為3 m)。

行車限位裝置參數(shù)如圖5所示。

圖5 行車限位裝置參數(shù)示意

3.1.2.2 行車制動過程計算

(1) 制動距離計算。

注：vt——最終速度，m/s；v0——初始速度，m/s；a——行車加速度，m/s2；t——加速時間，s；S——制動距離，m。

(2) 加速運動計算。

(3) 行車碰撞速度計算。根據(jù)監(jiān)控記錄，在碰撞當日 14：29：14—14：29：20，北行車向南移動3 m，按勻速計算，可知碰撞速度vo為0.5 m/s，即4檔速度。

(4) 行車加速度。由行車基本參數(shù)可知，行車減速時間t為5 s，行車由4擋速度降為0，由公式(3)計算可知，行車加速度a=-0.1 m/s2。此外咨詢廠家技術人員得知，行車出廠時加速度為固定參數(shù)(可調(diào)節(jié))，故可得知此涉事行車減速限位和停止限位加速度大小是一致的。

(5) 碰撞后的行車制動距離計算。

① 4檔速度：減速時間t為5 s，由公式(1)計算得知，S=0.5×5-0.5×0.1×52=1.25 m＞200 mm。

② 3檔速度：減速時間t為3.5 s，則S=0.35×3.5-0.5×0.1×3.52≈ 0.61 m＞200 mm。

③ 2 檔速度：同理，S=0.125×1.25-0.5×0.1×1.252≈0.08 m＜200 mm。

④ 1 檔速度：同理，S=0.05×0.5-0.5×0.1×0.52≈0.01 m＜200 mm。

(6) 以4檔速度觸發(fā)聲光報警后的制動距離。此時，v0=0.5 m/s，vt=0.05 m/s，a=-0.1 m/s2， 由公式(2)可知，聲光報警啟動后，2行車緩沖器之間的距離，如圖6所示。

圖6 聲光報警后的行車距離

(7) 減速限位動作后的制動距離。

① 4檔速度時，行車減速限位開關到停止限位開關距離，S=400 mm，vo=0.5 m/s，a=-0.1 m/s2，由公式(2)計算可知，行車停止限位動作時的速度vt≈0.41 m/s。

② 行車停止限位動作后，由公式(2)可得，制動距離S=(0-0.412)/2×(-0.1)≈0.85 m＞200 mm。

經(jīng)過上述計算可得到以下結論：

(1) 北行車以4檔速度與南行車相撞；

(2) 在聲光報警后，司機操作行車減速至1檔或2檔速度，可以避免相撞；

(3) 涉事行車即便設置減速限位功能，也無法避免相撞。

3.1.3 慣性思維干擾

由于同類電站行車在制造時未設置減速限位功能，且同類電站未出過任何碰撞問題，受慣性共模對比思維影響，未考慮該電站會出現(xiàn)行車碰撞事件。涉事行車在改造中未考慮減速功能，且GB 6067.1—2010對此無強制要求；同類電站D的汽輪機廠房主行車在原設計中沒有減速限位功能。3.1.4 驗收時未實際驗收減速效果

使用部門在驗收時，未發(fā)現(xiàn)減速限位功能缺失。驗證時，當行車靠近停止檔時，按規(guī)范要求使用慢檔運行，同時司機室顯示屏上“減速動作”信號燈變紅，就認定減速限位功能正常、控制面板的信號燈信號與原邏輯一樣，但實際上，行車運行速度并未減慢，這對驗收減速功能造成了誤導。

3.2 人員行為

3.2.1 司機違規(guī)操作

行車司機違規(guī)操作，具體如下：行車司機沒有按照橋式起重機安全操作規(guī)程的要求，即“當行車接近卷揚限位器、大小車臨近終端或與鄰近行車相遇時，速度要緩慢”進行操作；也沒有按照該電站汽輪機廠房行車操作培訓材料的要求，即“當運行機構行至止檔塊4 m左右距離時使用慢速，防止速度過快沖限位進行操作?！?/p>

3.2.2 司機未參加相關操作培訓

每次發(fā)電機組大修前，汽輪機廠房行車司機必須接受現(xiàn)場操作專項培訓。但此次事件中的當事司機臨時代替原司機操作行車，并未參加大修前的上車培訓。

3.3 管理因素

行車操作多方監(jiān)管，存在“真空”區(qū)。在電站管理方面，行車司機由監(jiān)督部門、業(yè)務部門、協(xié)調(diào)部門三方管理，但又是各管一部分，缺失對中間環(huán)節(jié)的管理。

根據(jù)國家法律，持有《特種設備作業(yè)人員證》的司機方可駕駛行車并從事起重作業(yè)，電站要求必須持有培訓合格才能上崗。但監(jiān)督部門只負責審查證件的合法性與有效性，業(yè)務部門只負責培訓行車司機了解設備的特性及工作狀態(tài)。由于行車司機屬于臨時抽調(diào)，就會造成行車司機持證卻沒有參加電廠培訓的情況。

3.4 原因總結

3.4.1 直接原因

行車司機違規(guī)操作。行車吊運時以4檔速度向南行駛，在靠近南行車的情況下未減速，造成行車在觸碰停車限位后無法立即停車，導致在慣性作用下發(fā)生行車相撞事件，違反國家和電站操作規(guī)定。

3.4.2 根本原因

電站在行車司機管理方面存在不足，對行車司機的三方監(jiān)管導致監(jiān)管存在“真空區(qū)”。

3.4.3 促成因素

(1) 涉事行車僅設計了停車限位而未設置減速功能，雖滿足國標要求，但從本質(zhì)安全角度考慮，該設計無法確保行車安全。

(2) 根據(jù)行車制動距離計算結果，涉事行車即便設置了減速限位功能，仍然無法避免行車碰撞。這說明廠家在設計制造行車時，并未考慮極限情況。

4 行車碰撞風險的控制措施

根據(jù)ERICPD風險控制措施原則，結合行車碰撞風險分析結果，總結了行車碰撞風險的主要控制措施，如表1所示。

5 總結

作為較為常見的大型起重設備，行車具有起重量大、效率高等作業(yè)特點，同時也存在較大的作業(yè)安全風險，稍有不慎，就可能造成群死群傷的重、特大安全生產(chǎn)事故。針對一起電站行車碰撞事件，研究了同一軌道上行車相撞的失效模式，指出碰撞的根本原因，為行車起重安全工作提供了管理思路和技術措施。值得指出的是，通過調(diào)查、分析，發(fā)現(xiàn)了2類共性問題：

(1) 部分國家強制標準要求偏低，甚至無法保障最基本的安全需求，需要重新審視，提高基準；

(2) 部分起重設備在安全功能設計上，沒有從極限工況及從本質(zhì)安全的角度考慮，僅僅依賴人為操作來保障作業(yè)安全是不可靠的。

表1 行車碰撞風險的主要控制措施