鐵路集裝箱運輸起火安全風(fēng)險評價技術(shù)研究

張大慶，徐立運，程廣遠，劉柄全，于雪嶠

(1.中鐵國際多式聯(lián)運有限公司 安全管理部，北京 100161；2.中鐵集裝箱運輸有限責(zé)任公司 國際聯(lián)運部，北京 100055；3.中國鐵道科學(xué)研究院集團有限公司 運輸及經(jīng)濟研究所，北京 100081)

0 引言

隨著我國綜合運輸體系的不斷完善、鐵路貨運增量行動的逐步深化，鐵路集裝箱運輸產(chǎn)品譜系逐漸形成，鐵路集裝箱需求量與運量逐年提高，對鐵路集裝箱運輸安全管理水平提出更高的要求[1]。特別是針對集裝箱運輸過程中起火這一類問題，因其事故損害較大、成因復(fù)雜、影響因素較多，需要進一步明確影響火災(zāi)的主要項點，為進一步制定集裝箱起火安全防控措施提供支撐[2]。

目前，對于鐵路集裝箱運輸安全的研究主要集中在列車起火后的應(yīng)急救援、列車起火的仿真試驗等方面[3-5]，對于鐵路集裝箱運輸起火風(fēng)險項點識別的研究還較少。在理論研究方面，馮子健[1]針對鐵路貨運安全影響因素較多，且現(xiàn)場檢查存在主觀上不確定性和認識上模糊性的問題，構(gòu)建了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的鐵路貨運安全風(fēng)險評價體系，量化了不同評價對象的安全水平；李元韜等[4]構(gòu)建了基于層次分析法的鐵路線路安全性能評價體系，量化了線路安全、巡守人員、安全管理及自然環(huán)境等因素對總體運輸安全水平的影響。在實證研究方面，田欣雨等[6]研究了機車閘瓦熔渣導(dǎo)致的護坡起火問題，研究表明列車長時間的制動會導(dǎo)致閘瓦摩擦產(chǎn)生的金屬鑲嵌物(熔渣)飛濺，并引燃護坡或平車木地板，特別是在干燥、大風(fēng)的區(qū)段。在公路運輸或海運方面，集裝箱起火問題研究主要集中在裝卸設(shè)備安全、集裝箱裝載配載等方面[7-9]。

為了進一步明確鐵路集裝箱列車起火問題成因，從運輸裝備、貨物屬性、裝載加固材料方法、外部因素等方面設(shè)計風(fēng)險評價指標(biāo)體系，基于事故樹分析方法定量計算各風(fēng)險項點的發(fā)生概率，為提升鐵路集裝箱運輸安全水平提供理論支撐。

1 鐵路集裝箱運輸火災(zāi)事故場景分析

（1）部分可燃物有碳化痕跡、冒煙、無明火。我國鐵路貨運場景復(fù)雜，途經(jīng)區(qū)段自然環(huán)境多變，裝載貨物品類多，在運輸或停站作業(yè)途中，火災(zāi)及火災(zāi)隱患事故偶有發(fā)生。較為常見的火災(zāi)事故情況是受到外界高溫、干燥氣候條件影響或列車車輛、集裝箱、托盤、貨物等發(fā)生摩擦，導(dǎo)致溫度達到可燃物燃點，出現(xiàn)可燃物碳化、冒煙情況，但無明火。例如，2020年霍爾果斯站駝峰場17道發(fā)生一起集裝箱冒煙事故，不排除包裝捆扎帶與集裝箱地板摩擦發(fā)熱發(fā)生陰燃的可能。

（2）冒煙、有明火，簡單應(yīng)急處理可控制。閘瓦火星、燒荒、物體摩擦起火、未燃盡鍋爐煤炭等火源，都極易造成鐵路班列車輛或貨物起火。最為常見的情況之一就是工作人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)冒煙、有明火現(xiàn)象。特別是車底板與集裝箱等特殊部位，常有冒煙現(xiàn)象發(fā)生。緊急情況時需要攔停在區(qū)間處置或者根據(jù)事情情況選擇指定車站處置。例如，2022年滬昆線(上?！ッ?發(fā)生一起集裝箱運輸車輛木地板冒煙并伴有明火事故，火災(zāi)成因為車輛第4位閘瓦材質(zhì)不良，運行中產(chǎn)生的火花引燃車輛木地板。

（3）火災(zāi)、爆炸，引發(fā)嚴(yán)重事故。匿報品名、違法夾帶違禁品等惡劣違法行為，對鐵路運輸安全具有極大危害。在最為嚴(yán)重的鐵路班列運輸火災(zāi)、爆炸事故中，多與混裝貨物匿報品名，貨主違法夾帶易燃易爆品相關(guān)。例如，黎湛線(黎塘鎮(zhèn)—湛江)發(fā)生一起火災(zāi)事故，發(fā)貨人將雙氧水、丙烯酸等危險化學(xué)品匿報謊報為普通貨物運輸，列車運輸過程中雙氧水發(fā)生泄漏，泄漏出的液體迅速與周邊可燃物和木地板發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生大量白煙并放熱導(dǎo)致起火[10]。

2 鐵路集裝箱運輸火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系

2.1 評價指標(biāo)體系設(shè)計思路

鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系涉及評價指標(biāo)數(shù)量多，計算方法復(fù)雜，研究采用關(guān)鍵因素分析法，基于評價指標(biāo)初選集，對評價指標(biāo)體系進行完善優(yōu)化，構(gòu)建鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系。

借鑒關(guān)鍵因素分析法的核心思想，結(jié)合鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價特征，提出鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系建立過程可遵循“調(diào)研分析→指標(biāo)初選→相關(guān)度分析→指標(biāo)完善→關(guān)鍵指標(biāo)選取”的思路予以展開。其中，關(guān)鍵影響因素指標(biāo)體系較普通的統(tǒng)計評價指標(biāo)體系而言會相對簡單，意在為管理決策者提供一種清晰的分析思路，滿足控制和降低鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險的最終目標(biāo)。鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系的構(gòu)建思路如圖1所示。

2.2 體系構(gòu)建

采用基于關(guān)鍵影響因素法的鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系建立方法，為有效控制和降低鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險，綜合考慮評價對象、評價目標(biāo)和評價效果，分別從運輸裝備、裝載加固、貨物屬性、外部因素等4個維度，建立包含三級評價指標(biāo)的鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系，鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系如表1所示。

表1 鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系Tab.1 Risk assessment index system for container train fire accidents

2.3 指標(biāo)釋義與權(quán)重分析

2.3.1 運輸裝備

運輸裝備主要包括鐵路集裝箱班列運輸過程中使用的鐵路車輛、集裝箱和托盤，涉及各類運輸裝備的型號、材質(zhì)、生產(chǎn)工藝、作業(yè)工況等內(nèi)容。

（1）車輛。

①地板材質(zhì)。從運輸過程火災(zāi)風(fēng)險角度考慮，可以將鐵路集裝箱運輸車輛的地板類型分為木質(zhì)地板、非木質(zhì)地板。其中，木質(zhì)地板發(fā)生火災(zāi)的安全隱患較大，主要由于木地板本身屬于可燃物，特殊情況下存在貨物與木地板、鋼釘與木地板摩擦起火的可能性。

②車輛閘瓦質(zhì)量。閘瓦是在列車運行制動時直接摩擦車輪使列車停車制動的零件，傳統(tǒng)工藝的閘瓦是用鑄鐵或其他材料制成的瓦狀制動塊，在制動時抱緊車輪踏面，通過摩擦使車輪停止轉(zhuǎn)動。制動效果的好壞主要取決于摩擦熱能的消散能力。列車速度越高，制動時車輪的熱負荷也越大。如用鑄鐵閘瓦，溫度可使閘瓦熔化，即使采用較先進的合成閘瓦，溫度也會高達400～450 ℃。當(dāng)列車運行至長大坡道時，頻繁制動會使溫度升高，甚至產(chǎn)生火星，從而引燃木地板，造成火災(zāi)隱患。特別是當(dāng)閘瓦材質(zhì)不合格時，發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險將加大。

③易燃物殘留。在完成上一運輸任務(wù)后，需要對鐵路車輛地板進行及時地清理、清掃，確保上一運輸任務(wù)中的物質(zhì)無殘留。特別是從火災(zāi)事故風(fēng)險隱患角度考慮，在上一運輸任務(wù)執(zhí)行的是易燃易爆品運輸時，如硫磺等化學(xué)品，應(yīng)更加注重對殘留物質(zhì)的清理，以免引發(fā)火災(zāi)事故。

（2）集裝箱。

①地板材質(zhì)。從運輸過程火災(zāi)風(fēng)險角度考慮，可以將鐵路集裝箱的地板類型分為木質(zhì)地板、鋼制地板、其他。其中，木質(zhì)地板發(fā)生火災(zāi)的安全隱患最大，主要由于木地板本身可燃，同時用于固定地板的鐵釘在發(fā)生松動時，容易與地板產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致溫度升高，引發(fā)火災(zāi)。因此，當(dāng)使用的集裝箱為木質(zhì)地板時，發(fā)生火災(zāi)風(fēng)險將會更高，該指標(biāo)評價值也會更高。

②集裝箱狀態(tài)。鐵路集裝箱狀態(tài)對于班列運輸途中火災(zāi)風(fēng)險也存在一定影響，如集裝箱發(fā)生變形、破損、螺絲松動等情況，都會對箱內(nèi)貨物造成影響，或?qū)ο潴w自身造成影響，產(chǎn)生火災(zāi)安全隱患，因此，需要對集裝箱箱體狀態(tài)進行細致地檢查，確保集裝箱狀態(tài)良好。

③易燃物殘留。集裝箱屬于循環(huán)利用的運輸裝備，在完成上一運輸任務(wù)后，需要對集裝箱進行及時地清理、清掃，確保上一運輸任務(wù)中的物質(zhì)無殘留。

（3）托盤。

①托盤材質(zhì)。托盤是集裝箱運輸中常用的集裝化器具，從運輸過程火災(zāi)風(fēng)險角度考慮，托盤材質(zhì)可以分為木質(zhì)托盤、塑料托盤、鋼制托盤、其他。其中，木質(zhì)托盤發(fā)生火災(zāi)的安全隱患最大，主要由于木質(zhì)托盤本身可燃，同時用于固定托盤的鐵釘在發(fā)生松動時，容易與木質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致溫度升高，引發(fā)火災(zāi)；其次是塑料托盤，其本身可燃燒；對于鋼制托盤，火災(zāi)安全隱患相對較小。

②托盤生產(chǎn)工藝。根據(jù)托盤的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)不同，從運輸過程火災(zāi)風(fēng)險角度考慮，可以將托盤生產(chǎn)工藝劃分為一體化成型、螺絲固定、其他。其中，一體化成型的托盤不涉及螺絲釘?shù)炔考淮嬖诓考蓜幽Σ猎斐傻幕馂?zāi)隱患；對于螺絲釘固定制造的托盤，特別是木質(zhì)托盤，當(dāng)螺絲釘松動時，容易與木質(zhì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致溫度升高，引發(fā)火災(zāi)。

2.3.2 裝載加固

（1）成托貨物裝載加固。托盤與地板(車體)摩擦情況。當(dāng)班列運輸采用帶托運輸時，以托盤為集裝化器具的小型集裝單元，裝入集裝箱后，由于托盤擺放或裝載情況不同，在運輸途中可能產(chǎn)生震動、滑動，托盤與地板發(fā)生摩擦后，會導(dǎo)致溫度升高，產(chǎn)生火災(zāi)事故隱患。

（2）散裝貨物裝載加固。貨物與地板(車體)摩擦情況。當(dāng)班列運輸采用不帶托運輸，將貨物直接裝載進入集裝箱時，由于貨物的碼放及裝載加固情況不同，在運輸途中產(chǎn)生震動或滑動后，貨物與地面或側(cè)面箱體會發(fā)生摩擦，導(dǎo)致溫度升高，產(chǎn)生火災(zāi)事故隱患。

2.3.3 貨物屬性

（1）裝載貨物類型。①混裝貨物。當(dāng)集裝箱內(nèi)裝載貨物為混裝貨物時，不同形狀、理化性質(zhì)、包裝形式的貨物會被混合裝載運輸，在運輸途中貨物之間容易發(fā)生碰撞、摩擦，特別是存在部分易燃貨物時，發(fā)生火災(zāi)事故的風(fēng)險將會提升。②非混裝貨物(單一品名貨物)。當(dāng)集裝箱內(nèi)裝載貨物為單一品名貨類時，貨物形狀、理化性質(zhì)、包裝形式相對固定，特別是當(dāng)貨物為易燃易爆品時，貨運部門會在運輸途中進行更為嚴(yán)格地監(jiān)控和保護，有效控制火災(zāi)事故風(fēng)險。

（2）貨物理化性質(zhì)。①易燃易爆品。當(dāng)采用罐箱、罐車或普通集裝箱進行易燃易爆貨物運輸時，對運輸安全要求會相對較高。在運輸途中貨物容易因外界因素變化產(chǎn)生火災(zāi)事故風(fēng)險隱患。②易產(chǎn)生摩擦。易產(chǎn)生摩擦的貨物主要是指容易與集裝箱地板產(chǎn)生摩擦，并發(fā)生燃燒的貨物，如汽車的橡膠輪胎、有尖銳棱角的部件等，在與箱體產(chǎn)生摩擦后，容易引起溫度升高，發(fā)生火災(zāi)事故的風(fēng)險將會提升。

（3）貨物(集裝單元)摩擦情況。①貨物間摩擦情況。由于貨物的碼放或裝載加固情況不同，在運輸途中產(chǎn)生震動或滑動后，貨物與貨物之間可能會發(fā)生摩擦，導(dǎo)致溫度升高，引起貨物燃燒，產(chǎn)生火災(zāi)事故隱患。②貨物與托盤摩擦情況。當(dāng)采用托盤進行集裝化運輸時，由于貨物的裝載加固情況不同，貨物與托盤之間可能產(chǎn)生摩擦，導(dǎo)致溫度升高，引起貨物或托盤燃燒，發(fā)生火災(zāi)事故。

2.3.4 外部因素

（1）人為因素。

①吸煙。吸煙屬于外部火源，當(dāng)工作人員或其他人員靠近集裝箱或車輛時，由于違規(guī)吸煙，容易因外部火源引燃貨物、集裝箱木地板或車輛木地板，導(dǎo)致火災(zāi)事故發(fā)生。

②燒荒。當(dāng)列車經(jīng)過農(nóng)田時，可能遭遇農(nóng)民焚燒秸稈等情況，特別是當(dāng)外部風(fēng)速較高時，極易將火星吹至列車車體，引發(fā)火災(zāi)。此類現(xiàn)象在特定區(qū)段的發(fā)生概率可能呈現(xiàn)比較明顯的提升，存在較大的火災(zāi)事故隱患。

③鍋爐煤火。部分列車前部配有鍋爐，在工作人員使用鍋爐時，未燃燒完全的煤炭星火可能隨風(fēng)飄落至車體，引燃車輛地板，導(dǎo)致火災(zāi)事故。

④制動程度。當(dāng)列車運行至長大坡道時，需要頻繁制動。制動過程中車輪與閘瓦摩擦?xí)a(chǎn)生大量熱量，溫度升高，甚至出現(xiàn)火星，飛至車輛木質(zhì)地板，引發(fā)火災(zāi)事故。此類現(xiàn)象在特定區(qū)段的發(fā)生概率可能呈現(xiàn)比較明顯的提升，存在較大的火災(zāi)事故隱患。當(dāng)列車遇到突發(fā)情況時，也可能需要緊急制動，發(fā)生閘瓦火星導(dǎo)致引發(fā)火災(zāi)的事故發(fā)生，但此類情況，由于突發(fā)事件難以預(yù)測，難以使用固定規(guī)律予以刻畫。

⑤匿報夾帶。匿報品名和違規(guī)夾帶是集裝箱運輸中較為常見的違規(guī)現(xiàn)象，特別是夾帶易燃易爆貨物，極易引發(fā)火災(zāi)、爆炸等安全事故，如雙氧水、蓄電池等，對行車安全造成極大危害。

⑥不規(guī)范操作。在貨物裝卸、集裝箱裝卸等作業(yè)過程中，部分工作人員未嚴(yán)格按照作業(yè)規(guī)范執(zhí)行作業(yè)操作，留下安全隱患，在列車運行途中或停車時，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)事故，如未蓋緊罐車頂蓋導(dǎo)致雜物飛入，未嚴(yán)格執(zhí)行集裝箱箱體狀態(tài)檢查，未及時發(fā)現(xiàn)松動螺絲、鐵釘?shù)惹闆r。

（2）環(huán)境因素。

①軌道坡度。列車在運行至長大坡道時，可能會頻繁制動，制動過程中車輪與閘瓦摩擦?xí)a(chǎn)生大量熱量，溫度升高，甚至出現(xiàn)火星，飛至車輛木質(zhì)地板，引發(fā)火災(zāi)事故。此類現(xiàn)象在特定區(qū)段的發(fā)生概率可能呈現(xiàn)比較明顯的提升，存在較大的火災(zāi)事故隱患。

②風(fēng)速。外部火源引起的火災(zāi)事故通常與風(fēng)速存在一定關(guān)系，如燒荒、閘瓦火星、鍋爐未燒盡炭火等外部火源，都容易隨風(fēng)飄落至車輛地板，引發(fā)火災(zāi)事故。

③溫度。當(dāng)列車運行至特定區(qū)段或遇到高溫天氣時，由于外部溫度過高，導(dǎo)致集裝箱內(nèi)溫度過高，引發(fā)貨物自燃，導(dǎo)致發(fā)生火災(zāi)事故。

④濕度。當(dāng)列車運行至特定區(qū)段或遇到干燥氣候時，空氣濕度較小，環(huán)境干燥，容易引起火災(zāi)事故的發(fā)生。

3 鐵路集裝箱運輸火災(zāi)風(fēng)險分析故障樹模型

依據(jù)鐵路集裝箱班列火災(zāi)事故風(fēng)險評價指標(biāo)體系，中間事件含義如表2所示，在此基礎(chǔ)上，進一步分析火災(zāi)事故影響因素及風(fēng)險項點，采用故障樹分析法，建立集裝箱班列火災(zāi)風(fēng)險分析故障樹模型。其中，基本事件含義如表3所示。

表2 中間事件含義Tab.2 Meaning of intermediate events

表3 基本事件含義Tab.3 Meaning of elementary event

根據(jù)不同的主體與基本事件的關(guān)聯(lián)關(guān)系分析，可以得到基于評價體系的班列火災(zāi)事故故障樹模型如圖2所示。

圖2 班列火災(zāi)事故故障樹模型Fig.2 FTA model of train fire accidents

采用下行法(Fussell-Vesely)對圖2中故障樹進行逐級展開，即可求得故障樹的最小割集，班列火災(zāi)事故故障樹下行法過程如表4所示。

表4 班列火災(zāi)事故故障樹下行法過程Tab.4 FTA descending process of train fire accidents

表4中的最后一列為利用下行法不能繼續(xù)分解求得的割集，若得到的割集存在重復(fù)，可根據(jù)布爾吸收率得到最小割集，也就是表4中第7列所求結(jié)果。

表4中第7列所示的最小割集反映了鐵路班列火災(zāi)發(fā)生的必要條件和概率(基本事件出現(xiàn)次數(shù)越多，說明該基本事件對于頂事件影響越大)，根據(jù)統(tǒng)計學(xué)原理，在火災(zāi)事故樣本庫中對基本事件的發(fā)生概率進行統(tǒng)計，即可求得頂事件“班列火災(zāi)事故”發(fā)生的概率。故障樹最小割接求解結(jié)果顯示，摩擦生熱(貨物間、貨物與外界摩擦)、閘瓦火星、外來火星飛入(燒荒、煙頭)等基本事件，都是班列火災(zāi)事故的重要風(fēng)險項點，在預(yù)防班列火災(zāi)事故，降低火災(zāi)發(fā)生風(fēng)險時，需要重點予以關(guān)注。

4 結(jié)束語

合理構(gòu)建鐵路集裝箱班列風(fēng)險評價體系對于提升鐵路集裝箱安全服務(wù)水平、推動鐵路貨運高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義?；陲L(fēng)險項點評價體系的故障樹模型能夠直觀展示鐵路集裝箱班列起火各項風(fēng)險項點的發(fā)生概率，為形成專項防控策略提供了決策依據(jù)。隨著風(fēng)險項點的逐步明確，未來可考慮基于仿真的火災(zāi)事故風(fēng)險成因分析，對木地板、鐵釘、車輛等主體進行有限元建模，量化各主體間的運動及生熱關(guān)系，為進一步形成具體的風(fēng)險控制措施提供支撐。