長大貨物運輸安全影響因素分析及評價

呂燕梅 李英波

0 引 言

隨著我國工農業的快速發展，重型機床、鋼材、大型工農業機械設備、大型鍋爐等長大貨物運輸需求日益增多。長大貨物是超限貨物、超重貨物、超長貨物的總稱，具有長、大、重的特點，通常使用平車、長大貨車裝運。但由于長大貨物的形狀日益復雜，重量、體積、長度較大使得長大貨物運輸的過程更容易受到外力的影響，對運輸組織工作帶來不利影響。因此，探討長大貨物運輸的安全影響因素并針對性的加強相關管理對確保運輸安全有著重要的意義。

1 長大貨物運輸安全影響因素分析

1.1 貨物的裝載加固

長大貨物裝載加固的程度直接影響長大貨物運輸的質量，過程較為復雜，影響因素眾多，主要有以下幾種：

（1）超限程度。貨物超限表示貨物與建筑接近限界之間的凈空小于機車車輛與建筑限界之間的凈空[1]，根據其超限程度可劃分為一級超限、二級超限和超級超限。其危險性隨著超限等級的提高而變大，且下部超限的危險性更大，因此在進行裝載加固時應該盡量降低超限等級。長大貨物的重車重心高是指貨物裝在車上后，車貨一體的總重心距軌面的高度。重車重心高度過大，運行起來有潛在風險，速度過大時還將有顛覆的危險[2]。因此在實際工作中常采用配重來降低重車重心。

（2）貨物重心的橫向、縱向偏移量。貨物重心一般應該落在車輛的中央以使貨車的兩個轉向架承受的貨物重量相等，當縱向偏移量過大時兩個輪壓不同，運行不穩定。當橫向偏移量過大時車輛一側彈簧負重較大，易發生橫向移動與傾覆[2]。在實際工作中常采用配重的方法來調整重心位置。

（3）集重程度。集重貨物重量大而支重面長度較小，裝車后重量較為集中，若是貨物重量超過所裝車輛的最大負荷能力會使車底架受損。在實際工作中通常采用橫墊木與縱墊木使貨物重量均勻分布。

1.2 運輸線路上的相關參數

長大貨物在裝車掛運上線后，其運輸路徑上相關的線路參數也將對長大貨物運輸帶來影響。

（1）建筑接近限界，是為了保障機車車輛安全運行，線路附近的建筑物與設備在修建安裝時，規定的距離軌面最低和距離線路中心線最窄的標準。除了機車車輛和與機車車輛有相互作用的設備（車輛減速器、路簽接受器、接觸電線級其他）外，其他設備或限界均不得侵入該限界。現行《鐵路超限貨物運輸規則》中規定建筑限界的最大高度為5 150mm；最大寬度在高度為1 100~3 090mm范圍內，全寬為4 200mm，半寬2 100mm[2]。

（2）最小線間距。掛運超限貨物的列車應該重視最小線間距，在經過車站時與鄰線距離不得小于350 mm；在區間運行時，與鄰線距離大于350 mm時不限速，在300 mm至350 mm之間時應該限速運輸，小于300 mm時禁止會車。

（3）最小電氣化接觸網高度。隨著科技的進步，我國鐵路電氣化水平越來越高，接觸網中帶高壓電，對貨運作業人員人身安全及貨物運輸安全都帶來一定影響，故要規定最小電氣化接觸網高度。

1.3 環境因素

在整個裝載加固與運輸過程中都將受到環境因素的影響，包括自然環境因素與人文環境因素。自然環境的影響主要是指自然天氣、溫度、濕度、光線以及自然災害等對運輸過程的影響；人文環境因素是指長大貨物運輸組織管理形成的人文環境，主要包括機構設置與人員素質、制度建設、監督管理、專業培訓以及應急預案幾個方面。呂紅霞等就提出危險品應充分考慮環境因素，優化危險貨物集裝箱材料[3]。

2 評價指標體系的構建

2.1 評價指標體系的構建原則

（1）目的性原則：選取的指標確實能反應長大貨物運輸的特征。

（2）客觀性原則：選取的指標應該基于目前鐵路長大貨物運輸的基本事實。

（3）科學性原則：選取的指標之間應該盡可能的相互獨立。

（4）系統性原則：評價指標能全面地反應長大貨物運輸安全的狀況，保證評價盡可能覆蓋完整，內容清晰，條理分明。

2.2 評價指標的選取

在長大貨物運輸安全影響因素中闊大貨物的超限等級和建筑限界具有較強的相關性，因此兩者中選擇一個即可。因為環境因素中自然環境的影響因素對于每件長大貨物運輸的影響都是相同的，故而舍棄自然環境的影響因素。綜上可知，貨物的裝載加固指標包括：重車重心高、貨物重心的橫向偏移量、貨物重心的縱向偏移量、貨物超限等級、貨物集重程度。運輸線路參數指標主要包括：最小線間距、最小電氣化接觸高度。環境影響因素中的人文環境影響因素指標為：機構設置與人員素質、制度建設、監督管理、專業培訓、應急預案。

2.3 評價指標的處理

2.3.1 定量指標的無量綱化

加權平均法是綜合評價的基本方法，用于采用有量綱的指標的評價，對于量綱不同的各個指標，首先要把各個指標無量綱化。無量綱化的方法很多，最簡單直接的就是直線無量綱化法。設x為某一指標的實際測量值，X為某一指標的最大允許值，y為某指標的無量綱化值，則。根據各實際問題的不同，直線化無量綱法的具體函數也不一樣[4]。

設待運輸貨物的重車重心高對運輸安全的影響為H，貨物重心的縱向偏移量對運輸安全的影響為 A，橫向偏移量對運輸安全的影響為 B，超限等級對運輸安全的影響為C，集重程度對運輸安全的影響為M，最小線間距對運輸安全的影響為S，最小電氣化接觸高度對運輸安全的影響為J。

在運輸過程中，重車重心高、貨物的橫縱向偏移量、貨物與建筑接近限界的距離、集重程度這幾個指標只要有一項不合格，將會對運輸安全造成較大的影響，因此在模型中考慮這幾項指標在不合格的情況下量化為一個負無窮大的值以便于引起重視。而對于超限等級、最小線間距以及最小電氣化接觸高度這三個指標，若出現較為嚴重的超標時應考慮限速運行。

由此對重車重心高直線無量綱化有：

式中，h為重車重心高，mm。

對貨物的縱向偏移量直線無量綱化有：

式中，a為縱向偏移量，mm。

對貨物的橫向偏移量直線無量綱化有：

式中，b需為貨物裝載后橫向偏移量，mm；

b容為貨物裝載最大容許橫向偏移量，mm。

對超限程度直線無量綱化有：

對集重程度直線無量綱化有：

式中，mmax為車輛的最大工作彎曲力矩；

[M]為車輛的最大容許彎曲力矩。

對最小電氣化接觸高度直線無量綱化有：

式中，j為電氣化接觸網高度，mm。

對最小線間距直線無量綱化有

式中，s為最小線間距，mm。

2.3.2 定性指標的處理

對管理水平各個指標的評價均為定性評價，難以用精確的數字來衡量，但為了便于直觀的了解相關信息，本文采用專家打分法對管理水平各個細化指標進行評判。邀請m位專家對各指標進行等級評判并給出相應的得分（計分范圍為 0~1，其具體評價等級及賦分表如表1所示），再對m位專家的評價值求其平均值。

表1 評價等級賦分表Tab.1 The given evaluation ranks

先統計每位專家的打分：

式中，pi為指標i的評價值，i={機構設置與人員素質，制度建設，監督管理，專業培訓，應急預案}。n=5，0

然后再對這m位專家的打分求平均值：

同樣，0

2.4 權重的確定

指標權重是指評價指標對評價對象影響程度的度量，權重的取值直接影響著評價對象評價等級的評定，因此權重的確定十分關鍵。由于長大貨物的運輸較為復雜，影響因素眾多，為了突出主要影響因素，合理地、客觀地評價長大貨物運輸安全，本文采用層次分析法確定各評價因素的權重。

對影響長大貨物運輸安全的各個指標，分層次利用傳統的九標度法（見表 2）進行兩兩比較，最終建立判斷矩陣確定各個因素的權重iw。

表2 打分標準Tab.2 Scoring standard

2.5 線性加權評價模型

設長大貨物運輸方案的綜合評估值為 T，建立線性加權評價模型如下：

式中，wi為各個指標的權重值；A、B、C、H、J、S、M、p為各個指標長大貨物運輸安全的影響。

在模型中（1）式代表著各個指標的線性加權，其加權結果為最終評價值，其評價值越接近 1，則表明其安全程度越高；（2）式表明各個指標權重之和為 1；（3）式中排除了各個指標中取負無窮的情況，保證了評價對象的基本合格性。

3 算 例

設A站有一待運長大貨物，形狀為圓筒形，其重量為36 t，底部帶鋼架高40 mm，全長13 100 mm，支重面長 12 500 mm,大頭直徑 3 460 mm,小頭直徑2 600 mm，重心距大頭一端6 600 mmm。該貨物需要從A站運往B站，兩站間距離為1200 km。A站電氣化接觸網高度為 6 200 mm，最小線間距為5 000 mm。該站制定了表3中的3種運輸方案。

表3 A站待運長大貨物運輸方案Tab.3 Oversize cargo transportation program of station

將上述三個方案各個指標進行無量綱化處理后得到表4。

表4 方案各個指標進行無量綱化處理后方案Tab.4 Each index after dimensionless processing

在模型中該貨物不管采用哪種方案進行運輸，其管理水平始終是一樣的，因此在算例中可以省略不計。且最小線間距、縱向偏移量，以及電氣化接觸網高度三種方案的取值均相同，也可以忽略這幾個指標對最終結果的影響。因此，該算例的線性加權模型可以進一步簡化為：

式中，wi為各個指標的權重值；B、C、H、M為各個指標長大貨物運輸安全的影響。

邀請專家對貨物的橫向偏移量、超限等級、重車重心高、集重程度四個指標對長大貨物運輸安全的影響進行兩兩比較，可以得到表5的結果。

表5 專家指標評分Tab.5 Experts’index score

λ= 4 ， C I = 0 ， C R = 0 ＜ 0.1，一致性可接受。

因此，針對三個方案的最終T值如下：

①使用N17裝載方案1最終T值為0.808。

②使用N17裝載方案2最終T值為0.732。

③使用D70裝載方案最終T值為0.883。

從評價結果來看應該使用第三種方案，即使用D70裝載。

4 結 論

本文中的線性加權模型如果評價的是同一貨運站、同一貨物的不同運輸方案，模型中管理水平、線路參數對各方案可視為相同[5]。由于對評價起決定性作用的是貨物的裝載加固方案，因此可以簡化模型。如果該模型評價的是不同貨運站的長大貨物，運輸安全水平則需要全面考慮，且在確定權重時應采取統一的標準進行比選。本模型通過對長大貨物運輸安全較為重要的幾個指標賦予負無窮大的做法，自動排除了不合格的裝載方案，評價結果 具備科學性。

[1] 李雪芹，豐 偉，蔡孟賢. 闊大貨物裝載方案安全性影響因素分析及評價[J]. 鐵道運輸與經濟，2008，30(3)：33.

[2] 陳宜吉. 鐵路貨物運輸組織（第三版）[M]. 北京：中國鐵道出版社，2009：196-213.

[3] 呂紅霞，周鈺爽，陳 韜. 危險貨物集裝箱鐵水聯運的問題與對策研究[J]. 交通運輸工程與信息學報，2014, 12(1): 1-5.

[4] 焦鋒利. 闊大貨物運輸安全綜合評價研究[D]. 成都：西南交通大學: 37.

[5] 李 芬.超限超重貨物運輸安全評價體系的研究[D].蘭州：蘭州交通大學：41.