基于蝴蝶結(jié)模型的高鐵接觸網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理

摘 要：接觸網(wǎng)設(shè)備是高鐵基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵組成部分，對(duì)其進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)管理對(duì)于保障列車的安全運(yùn)行具有重要意義。既有的接觸網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理大多以純文本形式呈現(xiàn)，不生動(dòng)形象，難以被職工尤其是老職工所接納?；诤Y(jié)模型的風(fēng)險(xiǎn)管理模式具備高度可視化、實(shí)操性強(qiáng)等特點(diǎn)，掌握蝴蝶結(jié)模型原理，以高鐵整體吊弦損傷風(fēng)險(xiǎn)管理為參考樣例，調(diào)研和分析其損傷原因，構(gòu)造其安全屏障，進(jìn)而搭建蝴蝶結(jié)模型，通過(guò)這樣的方式，以期為構(gòu)建接觸網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理新模式提供參考。

關(guān)鍵詞：接觸網(wǎng);整體吊弦;風(fēng)險(xiǎn)管理;蝴蝶結(jié)模型;高鐵

中圖分類號(hào)：U225 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2024）30-0140-04

Abstract： The catenary equipment is a crucial component of high-speed railway infrastructure， and effective risk management of it holds significant importance in ensuring the safe operation of trains. Most of the existing catenary security risk management is presented in pure text form， which is not vivid and difficult to be accepted by employees， especially veteran employees. The risk management model based on the bowtie model is highly visible and practical. Based on the principle of the bowtie model， this paper takes the overall high-speed rail hanger string damage risk management as a reference example， investigates and analyze the damage causes， constructs its safety barrier， and then builds a bowtie model. In this way， it is expected to provide a reference for building a new model of catenary safety risk management.

Keywords： catenary; integral hanging string; risk management; bowtie model; high-speed railway

接觸網(wǎng)整體吊弦以其數(shù)量眾多、作用明顯的特點(diǎn)在高鐵供電設(shè)備中扮演著重要的角色，其運(yùn)行質(zhì)量直接關(guān)乎高鐵運(yùn)營(yíng)安全。運(yùn)行中的吊弦如果發(fā)生損傷，可能導(dǎo)致導(dǎo)高突變、線索燒傷等故障，一旦斷脫的吊弦侵入到動(dòng)態(tài)包絡(luò)線，還會(huì)引發(fā)嚴(yán)重的弓網(wǎng)事故，對(duì)列車的安全和運(yùn)行構(gòu)成極大威脅。因此，分析整體吊弦損傷對(duì)研究整個(gè)接觸網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理具有代表性意義。

1 高鐵接觸網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理現(xiàn)狀

安全風(fēng)險(xiǎn)管理主要是由危險(xiǎn)源識(shí)別、安全評(píng)價(jià)與控制措施3部分組成，通過(guò)調(diào)研某鐵路局3個(gè)供電段共6個(gè)高鐵供電車間的風(fēng)險(xiǎn)管理現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)目前接觸網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)管理全部以表格形式呈現(xiàn)，如圖1所示。楊旭東[1]提出鐵路建立的安全風(fēng)險(xiǎn)庫(kù)數(shù)據(jù)繁多，不能直觀地顯示危險(xiǎn)源及對(duì)應(yīng)控制措施，并建立蝴蝶結(jié)模型對(duì)鐵路軌道爬行安全問(wèn)題開展風(fēng)險(xiǎn)管理。程學(xué)慶等[2]分析鐵路的安全教育和安全風(fēng)險(xiǎn)分析方法，指出鐵路沒有統(tǒng)一的風(fēng)險(xiǎn)分析法或模型開展風(fēng)險(xiǎn)管理，僅停留在制度文本階段，在基層站段實(shí)際工作效果不明顯。

傳統(tǒng)的鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)管理的方式存在一定劣勢(shì)，既不便于風(fēng)險(xiǎn)管控分析，也不便于與職工安全培訓(xùn)，通過(guò)引入蝴蝶結(jié)模型這種高效的管理理念，可以構(gòu)建更為直觀、形象、可靠的安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系，為鐵路供電風(fēng)險(xiǎn)管理提供借鑒。

2 蝴蝶結(jié)模型簡(jiǎn)介

蝴蝶結(jié)模型也稱為Bow-Tie分析模型，是基于“三角模型”（Tripod Beta Models）以蝴蝶結(jié)的方式最初進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。可以更好地說(shuō)明特定風(fēng)險(xiǎn)的狀況，以幫助人們了解風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)及防控措施系統(tǒng)。在蝴蝶結(jié)分析模型中，以頂級(jí)事件為核心，向前分析導(dǎo)致其發(fā)生的可能原因（事故樹分析），向后分析頂級(jí)事件發(fā)生后可能的后續(xù)事件（事件樹分析），再針對(duì)性地設(shè)置屏障進(jìn)行防控（也稱瑞士奶酪模型）（圖2）[3]。

蝴蝶結(jié)模型具有高度可視化，能用圖形直觀地顯示出危害因素→事故→事故后果的全過(guò)程，幫助人們?cè)谑鹿拾l(fā)生前、后利用屏障設(shè)置，分別建立有效的措施來(lái)預(yù)防及控制事故的發(fā)生，方便接觸網(wǎng)技術(shù)管理人員快速了解危險(xiǎn)成因和管控措施，提高風(fēng)險(xiǎn)研判的準(zhǔn)確性和效率。同時(shí)表達(dá)方式也能夠被大多數(shù)人所接受與理解。

蝴蝶結(jié)分析模型方法的優(yōu)勢(shì)在于：一是化繁為簡(jiǎn)，將復(fù)雜的文字、表格以圖形表示，簡(jiǎn)潔明了，“一圖勝過(guò)千言萬(wàn)語(yǔ)”;二是邏輯清晰，將整個(gè)頂級(jí)事件的前因后果先后呈現(xiàn)，更加便于讀者全面掌握事件發(fā)展情況;三是操作簡(jiǎn)單，針對(duì)頂級(jí)事件建立防范與應(yīng)對(duì)措施，關(guān)聯(lián)圖形分析，易于操作。

3 整體吊弦損傷事件分析及蝴蝶結(jié)模型搭建

3.1 整體吊弦損傷問(wèn)題調(diào)研

為了深入了解接觸網(wǎng)整體吊弦損傷的原因，對(duì)某局管內(nèi)各供電段接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行了實(shí)地調(diào)研，并使用VBA宏編程在2018—2023年高鐵線路吊弦問(wèn)題庫(kù)內(nèi)隨機(jī)抽取了220個(gè)典型吊弦損傷案例。這些案例涵蓋了6類損傷問(wèn)題，包括吊弦鼓包、吊弦散股、吊弦斷絲等常見問(wèn)題，同時(shí)也存在燒傷、載流環(huán)與本體斷脫等較為嚴(yán)重的缺陷[3]（圖3）。具體情況見表1。

3.2 危險(xiǎn)源分析

運(yùn)用“5M法”，從“人機(jī)料法環(huán)”5個(gè)方面對(duì)造成整體吊弦6類損傷問(wèn)題的危險(xiǎn)源進(jìn)行分析。

3.2.1 “人”的原因

由于個(gè)別職工的主觀責(zé)任心不強(qiáng)、技能水平不高等原因在整體吊弦的預(yù)制、安裝、檢修過(guò)程中導(dǎo)致吊弦損傷或留下質(zhì)量缺陷未及時(shí)處理。同時(shí)由于高鐵夜間作業(yè)的局限性，可能造成客觀原因上的檢修遺漏。

3.2.2 “機(jī)”的原因

一是目前現(xiàn)場(chǎng)壓接多為手動(dòng)操作，如模具不匹配、壓接過(guò)度或不足，增加了過(guò)壓或欠壓的風(fēng)險(xiǎn)，都可能直接損傷吊弦線。二是使用開口扳手加力矩扳手的傳統(tǒng)安裝工具可能會(huì)導(dǎo)致吊弦安裝傾斜、載流環(huán)纏繞、過(guò)力矩緊固等問(wèn)題，這些安裝缺陷會(huì)加劇吊弦的振動(dòng)和磨損，特別是在壓接管端口處，更容易出現(xiàn)斷絲、斷股現(xiàn)象。三是目前的鐵路檢測(cè)監(jiān)測(cè)智能化水平還不夠，吊弦缺陷的自動(dòng)識(shí)別效果較差，仍然依賴人工分析，缺陷得不到及時(shí)發(fā)現(xiàn)與處理。

3.2.3 “料”的原因

早期高鐵的建設(shè)中，使用的老式吊弦不耐疲勞，且吊弦壓接管外形為直筒形，在施工過(guò)程和外部環(huán)境影響下，吊弦線可能出現(xiàn)不垂直、傾斜的現(xiàn)象，弓網(wǎng)長(zhǎng)期相互震動(dòng)作用，吊弦線受到直筒形壓接管切割，導(dǎo)致吊弦發(fā)生斷絲、斷股損傷。

3.2.4 “法”的原因

吊弦制作工藝中的多個(gè)環(huán)節(jié)都可能影響其運(yùn)行狀態(tài)。例如，吊弦預(yù)配、制作、安裝過(guò)程中的不當(dāng)操作可能導(dǎo)致應(yīng)力集中，增加損傷風(fēng)險(xiǎn)。如三點(diǎn)式壓接工藝法兩面受力不均的弊端、施工應(yīng)力彎曲引發(fā)的硬點(diǎn)和鼓包、雞心環(huán)與吊弦線未密貼導(dǎo)致磨傷等。

3.2.5 “環(huán)”的原因

一是高頻疲勞振動(dòng)。列車高速運(yùn)行時(shí)，帶動(dòng)接觸網(wǎng)產(chǎn)生高頻振動(dòng)，整體吊弦直接承受了動(dòng)態(tài)應(yīng)力和振動(dòng)，長(zhǎng)時(shí)間引發(fā)疲勞損傷甚至斷裂的情況。

二是位置疲勞偏差?？缇鄡?nèi)不同位置的吊弦所受疲勞損傷程度也不一，跨中吊弦動(dòng)態(tài)振幅大，損傷也相對(duì)較嚴(yán)重，這種情況在吊弦線本體和上下壓接處體現(xiàn)得更為明顯。

三是環(huán)境腐蝕。地處化工廠附近、酸雨頻繁等處所，酸、堿等腐蝕性介質(zhì)會(huì)導(dǎo)致吊弦表面氧化膜的形成和破壞，反復(fù)作用下加速疲勞過(guò)程，加之振動(dòng)和應(yīng)力作用下，腐蝕損傷風(fēng)險(xiǎn)顯著增加。

四是吊弦過(guò)流。由于設(shè)計(jì)或現(xiàn)場(chǎng)施工中存在的橫向電連接數(shù)量不足或未按照設(shè)計(jì)要求加裝。吊弦在一定程度上承擔(dān)了過(guò)量載流，長(zhǎng)期作用下，將會(huì)導(dǎo)致吊弦燒傷。

通過(guò)“魚骨圖分析法”對(duì)導(dǎo)致吊弦的整體原因進(jìn)行直觀概括，將整體吊弦損傷作為“魚頭”，從“人機(jī)料法環(huán)”5個(gè)方面分別引出“魚骨”，并在每個(gè)“魚骨”上列出具體的原因。通過(guò)這樣的圖形展示，直觀顯示吊弦損傷的各個(gè)因素及其相互關(guān)系。如圖4所示。

3.3 事前防范措施制定

針對(duì)危險(xiǎn)源，結(jié)合魚骨圖原因分析圖，從“人防、物防、技防”3個(gè)方面進(jìn)行防范措施制定。

3.3.1 在“人防”方面

通過(guò)加強(qiáng)職工對(duì)整體吊弦損傷風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識(shí)，提高操作技能和應(yīng)急反應(yīng)能力，可以降低人為因素導(dǎo)致的損傷風(fēng)險(xiǎn);建立完善的責(zé)任制度和考核機(jī)制，確保各項(xiàng)預(yù)防措施得到有效執(zhí)行;開展安全警示教育，強(qiáng)化職工安全責(zé)任意識(shí)。

3.3.2 在“物防”方面

通過(guò)選用高質(zhì)量的整體吊弦設(shè)備和改善組裝部件，減少因設(shè)備質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致的損傷風(fēng)險(xiǎn);加強(qiáng)設(shè)備的巡檢和定期維護(hù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理潛在的安全隱患，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。關(guān)注先進(jìn)鐵路裝備制造行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，引入無(wú)螺栓式吊弦等新材料和改進(jìn)壓裝工藝，整體提升吊弦的性能和使用壽命。重點(diǎn)監(jiān)控跨中、腐蝕嚴(yán)重處所的吊弦運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)進(jìn)行運(yùn)行質(zhì)量分析，確保吊弦運(yùn)行穩(wěn)定。

3.3.3 在“技防”方面

利用先進(jìn)的技術(shù)手段提高安全風(fēng)險(xiǎn)管理水平。例如，通過(guò)引入接觸網(wǎng)6C智能化監(jiān)測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體吊弦狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，提高風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和應(yīng)對(duì)的效率和準(zhǔn)確性;創(chuàng)新安裝工具，提高吊弦安裝質(zhì)量。

可根據(jù)“5M”分析得出的危險(xiǎn)源，分別制定防范措施，如圖5所示。

3.4 事后應(yīng)對(duì)措施制定

整體吊弦的損傷會(huì)對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生一系列不良后果，可能導(dǎo)致導(dǎo)高突變的幾何參數(shù)異常、打弓故障、線索燒傷、侵限隱患，甚至塌網(wǎng)斷線的嚴(yán)重安全事故。這些后果將直接影響行車安全，擴(kuò)大設(shè)備損傷，增加維護(hù)成本，影響運(yùn)營(yíng)效率。

針對(duì)事件后果，依據(jù)鐵路供電有關(guān)搶修管理規(guī)定和辦法，完善應(yīng)急預(yù)案和處置措施，確保在發(fā)生損傷事件時(shí)能夠迅速響應(yīng)、有效處置，減少事故損失。同時(shí)，對(duì)事件進(jìn)行深入分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，不斷完善風(fēng)險(xiǎn)管理體系。

可以根據(jù)事件后果分析，按照“搶通、恢復(fù)、復(fù)核”的原則分別制定應(yīng)對(duì)措施，如圖6所示。

3.5 蝴蝶結(jié)模型搭建

根據(jù)事件分析與措施制定，可搭建整體吊弦損傷蝴蝶結(jié)風(fēng)險(xiǎn)管理管理模型，具體如圖7所示。

整體吊弦損傷蝴蝶結(jié)模型以圖形化的方式直觀展現(xiàn)吊弦損傷事件的危險(xiǎn)源、事件前后發(fā)展及處置措施，便于開展職工的教育培訓(xùn)和風(fēng)險(xiǎn)管控工作。通過(guò)培訓(xùn)和教育，使職工深刻理解和全面掌握整體吊弦損傷風(fēng)險(xiǎn)的防范和應(yīng)對(duì)措施，提高風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)和應(yīng)對(duì)能力。

4 結(jié)束語(yǔ)

蝴蝶結(jié)模型在接觸網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理中具有顯著的優(yōu)勢(shì)和實(shí)用性。通過(guò)運(yùn)用這一模型，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的有效識(shí)別、評(píng)估和控制，為保障鐵路行車供電安全和降低運(yùn)營(yíng)成本提供有力支持。

本文針對(duì)接觸網(wǎng)整體吊弦損傷的風(fēng)險(xiǎn)管理，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研分析→危險(xiǎn)源分析→事前防范制定→事后應(yīng)對(duì)措施制定→蝴蝶結(jié)模型搭建5個(gè)流程，構(gòu)建了完整的整體吊弦損傷風(fēng)險(xiǎn)蝴蝶結(jié)模型，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)整體吊弦損傷風(fēng)險(xiǎn)的安全管理。在實(shí)際應(yīng)用中，還可以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行情況不斷進(jìn)行補(bǔ)充，進(jìn)一步優(yōu)化模型，完善措施的制定，更好管控整體吊弦損傷風(fēng)險(xiǎn)。

接觸網(wǎng)設(shè)備種類繁多，具有露天無(wú)備用的特點(diǎn)，運(yùn)行涉及到電氣、材料、機(jī)械和幾何等多方面的耦合關(guān)系，其風(fēng)險(xiǎn)管理是一個(gè)復(fù)雜且多變的問(wèn)題，它不僅關(guān)系到運(yùn)營(yíng)成本，更直接影響到行車供電安全和鐵路的正常運(yùn)行。將諸如補(bǔ)償裝置、隔離開關(guān)、分段絕緣器、錨段關(guān)節(jié)和無(wú)交線岔等接觸網(wǎng)關(guān)鍵設(shè)備參照整體吊弦建立蝴蝶結(jié)風(fēng)險(xiǎn)管理模型，建立和完善接觸網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)管理體系，對(duì)于一線接觸網(wǎng)從業(yè)者的安全技術(shù)培訓(xùn)和設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)管理具有一定的實(shí)際意義。

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基金項(xiàng)目：2022年湖南省職業(yè)院校教育教學(xué)改革研究項(xiàng)目（ZJGB2022534）

第一作者簡(jiǎn)介：陳登峰（1992-），男，碩士，工程師。研究方向?yàn)殍F路牽引供電系統(tǒng)接觸網(wǎng)。