基于失效模式分析的客運架空索道風險控制方法研究

（中國特種設(shè)備檢測研究院 北京 100029）

客運索道是由動力驅(qū)動的、利用柔性電纜牽引人員的機械電氣設(shè)備[1]，是幫助游客快速、瀏覽風景的設(shè)施。而客運架空索道作為在旅游景點經(jīng)常使用的特種設(shè)備，近幾年的使用頻次、載客人次等呈逐漸上升趨勢，其安全狀況與廣大人民群眾的生命、財產(chǎn)安全息息相關(guān)[2]。但是由于客運架空索道的高空懸掛特殊性，一旦發(fā)生事故就很有可能對游客人身安全造成巨大傷害甚至死亡，很容易造成群死群傷的惡性事件，并且此類事件也易造成極其惡劣的社會影響，所以為了保證客運架空索道的安全可靠性，有效預防事故發(fā)生，做好索道的風險控制工作就至關(guān)重要。本文從失效模式分析入手對客運架空索道風險控制方法進行研究。

1 客運架空索道失效模式分析

1.1 客運架空索道失效模式評估技術(shù)路線

對客運索道系統(tǒng)失效模式風險等級評估方法的具體操作步驟如下所述：

1）失效模式篩選及原因分析。

通過案例資料收集、失效信息收集、標準對照，對失效模式進行篩選并主要利用FMEA法對相關(guān)失效模式進行一級失效原因分析。

2）利用正態(tài)分布區(qū)間法確定等級邊界。

利用正態(tài)分布密度函數(shù)得出各等級邊界數(shù)值求解的數(shù)學代表式，對各等級的數(shù)值劃分結(jié)合實際合理賦值。

3）各失效模式的概率分析。

收集各失效模式發(fā)生頻次，求出μ、σ，利用正態(tài)分布區(qū)間法得到的各等級的數(shù)值劃分的求解公式，對失效概率等級進行數(shù)值劃分，根據(jù)各失效模式的發(fā)生頻數(shù)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，得到各失效模式的發(fā)生概率等級。

4）各失效模式的后果分析。

收集各失效模式的受傷和死亡人數(shù)，專家論證確定兩者權(quán)重，合成失效后果值，求出失效后果的μ、σ，利用正態(tài)分布區(qū)間法得到的各等級數(shù)值劃分的求解公式，對失效后果等級進行數(shù)值劃分，根據(jù)各失效模式的失效后果統(tǒng)計數(shù)據(jù)，得到各失效模式的失效后果等級。

5）利用風險矩陣法確定各失效模式風險等級。

結(jié)合3）、4)中的各失效模式的發(fā)生概率和失效后果等級，放入風險矩陣圖中可得到失效模式具體的風險等級。

1.2 客運架空索道失效信息收集與失效模式確定

對客運架空索道失效信息的收集是主要是通過以下3種方法進行的：

●1.2.1 標準對照法

客運索道普遍適用的安全標準主要是GB 12352—2018《客運架空索道安全規(guī)范》[3]，以此標準為基礎(chǔ)對索道失效信息進行理論性采集。在此標準中主要對鋼絲繩、站內(nèi)機械設(shè)備（驅(qū)動裝置、繩輪、軸類、張緊裝置、加減速裝置等）、站房設(shè)施、線路設(shè)施（支架及基礎(chǔ)、支架上的設(shè)備、支索器等）、運載工具（抱索器、吊廂、吊架、吊椅等）、電氣設(shè)備（控制、防雷等）、安裝（鋼結(jié)構(gòu)和線路設(shè)備的安裝、鋼絲繩的安裝等）、試車、運營（人員及任務(wù)、運行、維護）、標志（道路交通標志等）這10個板塊進行了相關(guān)的具體標準要求，以客運索道功能性和運行特點為依據(jù)，對上述10個板塊進行篩選，并對篩選出來的板塊進行進一步的主要零部件的篩選，結(jié)合標準中對各零部件的具體要求，對主要版塊的主要零部件可能發(fā)生的風險進行理論預想，收集失效信息。

表1 客運索道主要零部件失效信息表

●1.2.2 調(diào)查法

本方法主要是與索道相關(guān)工作人員溝通、詢問，并向其發(fā)放客運索道失效信息采集表，收集客運索道實際使用中可能和已經(jīng)出現(xiàn)的失效信息。通過采集表發(fā)放與回收，收集相關(guān)失效信息182例，收集到的失效信息主要是有關(guān)于客運索道重要的零部件在日常使用、檢查中所發(fā)現(xiàn)的一些具體問題，比如日常檢驗維修保養(yǎng)的數(shù)據(jù)信息，以及客運索道相關(guān)工作人員根據(jù)自身工作經(jīng)驗總結(jié)出來的失效信息。

案例分析法所用失效信息主要是國內(nèi)外關(guān)于索道近幾十年來曾經(jīng)發(fā)生過的比較有代表性的失效案例，主要來源于正規(guī)新聞媒體以及其他文獻資料，如一些雜志共收集到200例左右失效案例。運用以上標準對照法、案例分析法、調(diào)查法，分析收集的國內(nèi)外客運索道事故和故障近400項案例數(shù)據(jù)，將最終得到的客運索道失效信息匯總，與專家小組開會討論，基本遵循ECRS分析原則（取消、合并、重排、簡化），并結(jié)合專家經(jīng)驗適當補充，提煉出一個比較系統(tǒng)、全面的客運索道失效模式和失效原因集合體。

1.3 基于正態(tài)分布區(qū)間法的客運架空索道失效模式評估

正態(tài)分布區(qū)間法主要是通過利用正態(tài)分布對大量數(shù)據(jù)進行區(qū)間劃分，以更為科學、合理地將數(shù)據(jù)進行一定的等級劃分，降低主觀判斷分等級所帶來的結(jié)果不確定度。本文利用正態(tài)分布區(qū)間法對失效模式的失效概率和失效后果進行等級劃分，借助SPSS計算軟件，利用正態(tài)分布區(qū)間法得到各等級劃分的數(shù)值范圍，將各項參數(shù)的數(shù)值大部分都落在概率比較大的范圍，對極差、較差、一般、較好、極好的概率P賦值為0.1、0.2、0.4、0.2、0.1，利用概率組合得到各等級的具體數(shù)值范圍。具體計算方法如下：

正態(tài)分布的密度函數(shù)為：

根據(jù)正態(tài)分布函數(shù)的對稱性得到：

當P1=0.1時，x1=μ-1.28σ

當P2=0.1+0.2=0.3時，x2=μ-0.52σ

盡管作為宗教的伊斯蘭教具有非世俗化的特質(zhì)，但從伊斯蘭教的產(chǎn)生和傳播來看，我們卻能夠找到更多世俗化的依據(jù)。 伊斯蘭教創(chuàng)立的原因就與世俗世界有密切的關(guān)系，“穆罕默德創(chuàng)立的伊斯蘭教和倡導的宗教革命，實際上是一次建立統(tǒng)一國家的政治運動”[4]10。 這場政治運動的興起，實際上是當威脅阿拉伯世界的兩大帝國拜占庭帝國和薩珊王朝衰落之時，阿拉伯帝國的興起； 而伊斯蘭宗教的創(chuàng)立，無非是用信仰安拉的一神教代替了多神崇拜，完成了統(tǒng)一國家之前統(tǒng)一思想的前提，這個思想前提，我們可以將其稱之為伊斯蘭教的凱拉姆體系。

當P3=0.1+0.2+0.4=0.7時，x3=μ+0.52σ

當P4=0.1+0.2+0.4+0.2=0.9時，x4=μ+1.28σ

基于已收集到的400余項國內(nèi)外客運索道失效和事故案例，按照不同失效模式發(fā)生次數(shù)進行統(tǒng)計計算和數(shù)據(jù)處理，得到μ、σ，代入上述公式，得到各失效模式發(fā)生次數(shù)的等級數(shù)值劃分，并基于實際情況對相關(guān)等級的數(shù)值劃分進行修正、優(yōu)化，由此得到各失效模式的相應(yīng)概率等級。受傷人數(shù)和死亡人數(shù)也按照上述方法進行處理，根據(jù)各自權(quán)重并利用正態(tài)分布區(qū)間法得到各失效模式的失效后果等級數(shù)值劃分，基于實際情況進行修正、優(yōu)化后，得到各失效模式的失效后果嚴重程度等級。

1.4 基于風險評估矩陣法的風險類別劃分

在圖1客運索道失效模式風險類別矩陣圖中，將橫坐標設(shè)為失效后果嚴重程度等級，縱坐標為失效概率等級；將風險類別分為四類：低、中、中高、高。結(jié)合失效概率等級和失效后果嚴重程度等級評估結(jié)果，通過風險矩陣可以得到各失效模式對應(yīng)的風險類別，進而篩選出處于中、高風險區(qū)域的失效模式，以提出更加有針對性的風險控制與管理要求。

圖1 客運索道失效模式風險類別矩陣圖

2 客運架空索道風險控制與管理

通過對失效信息的收集、失效模式的評估與分析確定，對客運架空索道進行宏觀與微觀雙層面相結(jié)合，更有針對性、更具可操作性的風險控制工作。從微觀上對中、高風險的失效模式進行具體的實際的風險控制措施，宏觀方面則從人的行為、物的狀態(tài)、環(huán)境狀況三方面進行風險管理。

2.1 微觀層面的中、高風險失效模式應(yīng)對措施

對中等風險失效模式的控制措施為：

1）支架異常晃動，應(yīng)對措施：加強日常巡檢，檢查地腳螺栓擰緊力是否符合標準要求，檢查螺栓是否松動，法蘭連接螺栓是否松動，是否有缺失，檢查支架銹蝕情況；

2）人員跌落/碰撞，應(yīng)對措施：加固檢修平臺，檢查護欄是否銹蝕嚴重，爬梯是否固定牢固，爬梯護圈或防墜落裝置是否完好；

3）輪組運行異常（震動、異響、卡死），應(yīng)對措施：檢查安裝精度是否符合要求，加強日常檢查軸承潤滑是否良好，是否磨損或損壞；

4）電機異常（不工作、異響、過熱），應(yīng)對措施：檢查電機是否存在短路、電壓過低、缺相、錯相、控制系統(tǒng)失效等問題，檢查軸承是否損壞，潤滑是否良好；

5）減速機異常（異響、震動、過熱、漏油），應(yīng)對措施：檢查潤滑油選型是否符合要求、是否按要求定期更換；檢查循環(huán)、冷卻系統(tǒng)是否損壞，密封是否良好；

6）人員身體傷害（跌倒、意外墜落、撞擊、聽力受損等），應(yīng)對措施：加強站臺服務(wù)和安全管理，檢查站臺高度、上下車段長度是否符合要求，檢查柵欄、站口防護網(wǎng)、警示標識等是否符合要求；

7）供電系統(tǒng)故障，應(yīng)對措施：檢查備用電源是否完好可用，檢查架空線路是否短路、斷路，電力變壓器是否損壞；

8）控制系統(tǒng)故障，應(yīng)對措施：加強日常運行前檢查和空載試驗，驗證各項功能是否完好。

對高風險失效模式的控制措施為：

1）脫索，應(yīng)對措施：張緊力、索距應(yīng)當符合設(shè)計要求，加強日常檢查，檢查鋼絲繩運行時是否偏離繩槽中心線，檢查風速儀與停車報警系統(tǒng)聯(lián)鎖是否工作正常，檢查沿線脫索保護裝置是否完好；

2）有效截面積縮小，應(yīng)對措施：加強鋼絲繩日常檢查，檢查是否有磨損、斷絲、斷股、腐蝕、繩芯損壞等問題；

3）吊椅、吊籃、吊廂與吊架連接失效，應(yīng)對措施：檢查連接螺栓安裝是否到位，焊縫質(zhì)量是否符合要求，是否有嚴重腐蝕；

4）制動器失效（制動力不足或者不工作），應(yīng)對措施：檢查制動閘瓦磨損量是否超限，制動盤接觸面是否平整、清潔，制動彈簧是否符合要求，檢查液壓制動系統(tǒng)是否失效。

2.2 宏觀層面的風險管理

宏觀風險管理主要從人的行為、物的狀態(tài)、環(huán)境狀況三方面進行。

●2.2.1 人的行為管理

人為因素包括個人因素（不正確操作、操作失誤、粗心大意、漫不經(jīng)心、心理因素等）和管理因素（不正確的管理、不正確的訓練指揮失誤、判斷決策失誤、設(shè)計差錯、錯誤安排等），所以在風險管理中，對索道相關(guān)人員的行為管理就顯得尤為重要。一是思想管理，注重平時培訓，不僅僅只是索道的工作人員，管理人員也需要進行必要的專業(yè)技能培訓和工作操作時應(yīng)遵循的準則培訓，嚴格遵照相關(guān)規(guī)章制度做事；二是對平時實際工作的行為管理，其中最重要的是直接與索道接觸的工作人員的日常檢查、維修、保養(yǎng)工作，要保證日常檢查工作的正確性和適當?shù)念l次，保證維護保養(yǎng)工作的及時、有效性和頻次。

●2.2.2 物的狀態(tài)管理

“物的不安全狀態(tài)”指機械設(shè)備、物質(zhì)等明顯不符合安全要求的狀態(tài)[4]，比如客運索道重要部件失效（減速機損壞無法傳遞動力、萬向節(jié)十字軸處斷裂、主電機無法啟動、雙電源全部停電、抱索器彈簧斷裂、驅(qū)動迂回輪體裂紋、脫掛系統(tǒng)故障、制動液壓管路爆裂等[5]），就是一種不安全的狀態(tài)。對物的狀態(tài)管理根據(jù)其所處階段不同，進行分級管理，分為三個等級：1等級：短間隔不定期檢查、巡視；2等級：適當間隔定期檢查、巡視；3等級：年檢或者季檢?？傮w講前期故障率高，需要進行1等級管理，經(jīng)常檢查、巡視相關(guān)零部件、系統(tǒng)的運行情況，確保能及早發(fā)現(xiàn)故障、風險，提前預防；磨合后客運架空索道運行進入平穩(wěn)期，可以進行定期的年檢或者季檢，也就是3等級的檢查、巡視；到達壽命前期的時候，因為故障率又升高，此時需要進行1等級的物的狀況管理工作，不定時的關(guān)注索道各系統(tǒng)、零部件狀況，進行檢查、維修、保養(yǎng)等相關(guān)工作。當有突發(fā)事件發(fā)生或者惡劣天氣等外部因素介入時，對物的狀況管理等級可以適時調(diào)高。

同時在物的狀況管理中，在索道整體基本遵循以上物的狀況管理的風險控制等級的前提下，對于微觀層面的中高風險失效模式的具體應(yīng)對措施，不論索道處于使用階段的任何時期，對中高風險失效模式的物的狀況管理的風險控制等級都至少要保持2等級的管理水平，有條件、資源比較充足的索道站點應(yīng)對中高風險失效模式進行1等級的物的狀況的風險控制。

●2.2.3 環(huán)境狀況管理

客運架空索道的物理位置導致其受所處環(huán)境狀況影響比較大，在重大自然災害中，主要是大風、凍雨、雷電、泥石流等自然災害，他們會對索道安全造成極大風險，往往會導致索道不能正常運行，所以索道在設(shè)計階段就會考慮重大自然災害對索道安全的危害及措施。因為環(huán)境狀況的突變性，同時無法做到全封閉，對于周圍環(huán)境狀況的管理要保持至少每天一次沿線巡視，索道運行狀況不好時，還需要加強巡視，需要更加仔細和頻繁的進行巡視工作（環(huán)境狀況管理：加強巡視、檢查、維護；保持原有節(jié)奏）。

3 結(jié)論

本文主要針對在用客運架空索道，通過標準對照法、調(diào)查法、案例分析法等，基于收集到的客運索道失效案例，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計計算和風險類別劃分，針對中、高風險失效模式，提出有針對性的風險控制要求，并從宏觀層面提出風險管理工作的建議，為客運索道使用單位進行風險控制提供理論依據(jù)。

但是從最終的失效模式風險等級劃分來看，只是得到一個比較粗糙的失效模式的相對的風險比較，案例分析中所用案例數(shù)量和案例具體描述仍是有些不足，需要更多的、描述更加詳細的實際案例，才能得到等級劃分更加精細的失效模式等級表。因此后續(xù)仍需要在實際工作中不斷將客運索道發(fā)生的故障和失效模式及其相關(guān)原因進行更加詳細和全面的記錄，以便得到更準確的失效模式風險等級表，同時為索道故障的日常診斷和風險控制，以及從設(shè)計階段消除高風險失效模式，提供更有效的支撐。