基于蝴蝶結模型的高鐵接觸網安全風險管理

摘 要：接觸網設備是高鐵基礎設施的關鍵組成部分，對其進行有效的風險管理對于保障列車的安全運行具有重要意義。既有的接觸網安全風險管理大多以純文本形式呈現，不生動形象，難以被職工尤其是老職工所接納。基于蝴蝶結模型的風險管理模式具備高度可視化、實操性強等特點，掌握蝴蝶結模型原理，以高鐵整體吊弦損傷風險管理為參考樣例，調研和分析其損傷原因，構造其安全屏障，進而搭建蝴蝶結模型，通過這樣的方式，以期為構建接觸網安全風險管理新模式提供參考。

關鍵詞：接觸網;整體吊弦;風險管理;蝴蝶結模型;高鐵

中圖分類號：U225 文獻標志碼：A 文章編號：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

接觸網整體吊弦以其數量眾多、作用明顯的特點在高鐵供電設備中扮演著重要的角色，其運行質量直接關乎高鐵運營安全。運行中的吊弦如果發生損傷，可能導致導高突變、線索燒傷等故障，一旦斷脫的吊弦侵入到動態包絡線，還會引發嚴重的弓網事故，對列車的安全和運行構成極大威脅。因此，分析整體吊弦損傷對研究整個接觸網風險管理具有代表性意義。

1 高鐵接觸網風險管理現狀

安全風險管理主要是由危險源識別、安全評價與控制措施3部分組成，通過調研某鐵路局3個供電段共6個高鐵供電車間的風險管理現狀，發現目前接觸網風險管理全部以表格形式呈現，如圖1所示。楊旭東[1]提出鐵路建立的安全風險庫數據繁多，不能直觀地顯示危險源及對應控制措施，并建立蝴蝶結模型對鐵路軌道爬行安全問題開展風險管理。程學慶等[2]分析鐵路的安全教育和安全風險分析方法，指出鐵路沒有統一的風險分析法或模型開展風險管理，僅停留在制度文本階段，在基層站段實際工作效果不明顯。

傳統的鐵路安全風險管理的方式存在一定劣勢，既不便于風險管控分析，也不便于與職工安全培訓，通過引入蝴蝶結模型這種高效的管理理念，可以構建更為直觀、形象、可靠的安全風險管理體系，為鐵路供電風險管理提供借鑒。

2 蝴蝶結模型簡介

蝴蝶結模型也稱為Bow-Tie分析模型，是基于“三角模型”（Tripod Beta Models）以蝴蝶結的方式最初進行風險分析。可以更好地說明特定風險的狀況，以幫助人們了解風險系統及防控措施系統。在蝴蝶結分析模型中，以頂級事件為核心，向前分析導致其發生的可能原因（事故樹分析），向后分析頂級事件發生后可能的后續事件（事件樹分析），再針對性地設置屏障進行防控（也稱瑞士奶酪模型）（圖2）[3]。

蝴蝶結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→事故后果的全過程，幫助人們在事故發生前、后利用屏障設置，分別建立有效的措施來預防及控制事故的發生，方便接觸網技術管理人員快速了解危險成因和管控措施，提高風險研判的準確性和效率。同時表達方式也能夠被大多數人所接受與理解。

蝴蝶結分析模型方法的優勢在于：一是化繁為簡，將復雜的文字、表格以圖形表示，簡潔明了，“一圖勝過千言萬語”;二是邏輯清晰，將整個頂級事件的前因后果先后呈現，更加便于讀者全面掌握事件發展情況;三是操作簡單，針對頂級事件建立防范與應對措施，關聯圖形分析，易于操作。

3 整體吊弦損傷事件分析及蝴蝶結模型搭建

3.1 整體吊弦損傷問題調研

為了深入了解接觸網整體吊弦損傷的原因，對某局管內各供電段接觸網設備進行了實地調研，并使用VBA宏編程在2018—2023年高鐵線路吊弦問題庫內隨機抽取了220個典型吊弦損傷案例。這些案例涵蓋了6類損傷問題，包括吊弦鼓包、吊弦散股、吊弦斷絲等常見問題，同時也存在燒傷、載流環與本體斷脫等較為嚴重的缺陷[3]（圖3）。具體情況見表1。

3.2 危險源分析

運用“5M法”，從“人機料法環”5個方面對造成整體吊弦6類損傷問題的危險源進行分析。

3.2.1 “人”的原因

由于個別職工的主觀責任心不強、技能水平不高等原因在整體吊弦的預制、安裝、檢修過程中導致吊弦損傷或留下質量缺陷未及時處理。同時由于高鐵夜間作業的局限性，可能造成客觀原因上的檢修遺漏。

3.2.2 “機”的原因

一是目前現場壓接多為手動操作，如模具不匹配、壓接過度或不足，增加了過壓或欠壓的風險，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安裝工具可能會導致吊弦安裝傾斜、載流環纏繞、過力矩緊固等問題，這些安裝缺陷會加劇吊弦的振動和磨損，特別是在壓接管端口處，更容易出現斷絲、斷股現象。三是目前的鐵路檢測監測智能化水平還不夠，吊弦缺陷的自動識別效果較差，仍然依賴人工分析，缺陷得不到及時發現與處理。

3.2.3 “料”的原因

早期高鐵的建設中，使用的老式吊弦不耐疲勞，且吊弦壓接管外形為直筒形，在施工過程和外部環境影響下，吊弦線可能出現不垂直、傾斜的現象，弓網長期相互震動作用，吊弦線受到直筒形壓接管切割，導致吊弦發生斷絲、斷股損傷。

3.2.4 “法”的原因

吊弦制作工藝中的多個環節都可能影響其運行狀態。例如，吊弦預配、制作、安裝過程中的不當操作可能導致應力集中，增加損傷風險。如三點式壓接工藝法兩面受力不均的弊端、施工應力彎曲引發的硬點和鼓包、雞心環與吊弦線未密貼導致磨傷等。

3.2.5 “環”的原因

一是高頻疲勞振動。列車高速運行時，帶動接觸網產生高頻振動，整體吊弦直接承受了動態應力和振動，長時間引發疲勞損傷甚至斷裂的情況。

二是位置疲勞偏差。跨距內不同位置的吊弦所受疲勞損傷程度也不一，跨中吊弦動態振幅大，損傷也相對較嚴重，這種情況在吊弦線本體和上下壓接處體現得更為明顯。

三是環境腐蝕。地處化工廠附近、酸雨頻繁等處所，酸、堿等腐蝕性介質會導致吊弦表面氧化膜的形成和破壞，反復作用下加速疲勞過程，加之振動和應力作用下，腐蝕損傷風險顯著增加。

四是吊弦過流。由于設計或現場施工中存在的橫向電連接數量不足或未按照設計要求加裝。吊弦在一定程度上承擔了過量載流，長期作用下，將會導致吊弦燒傷。

通過“魚骨圖分析法”對導致吊弦的整體原因進行直觀概括，將整體吊弦損傷作為“魚頭”，從“人機料法環”5個方面分別引出“魚骨”，并在每個“魚骨”上列出具體的原因。通過這樣的圖形展示，直觀顯示吊弦損傷的各個因素及其相互關系。如圖4所示。

3.3 事前防范措施制定

針對危險源，結合魚骨圖原因分析圖，從“人防、物防、技防”3個方面進行防范措施制定。

3.3.1 在“人防”方面

通過加強職工對整體吊弦損傷風險的認識，提高操作技能和應急反應能力，可以降低人為因素導致的損傷風險;建立完善的責任制度和考核機制，確保各項預防措施得到有效執行;開展安全警示教育，強化職工安全責任意識。

3.3.2 在“物防”方面

通過選用高質量的整體吊弦設備和改善組裝部件，減少因設備質量問題導致的損傷風險;加強設備的巡檢和定期維護，及時發現并處理潛在的安全隱患，確保設備的正常運行。關注先進鐵路裝備制造行業的發展趨勢，引入無螺栓式吊弦等新材料和改進壓裝工藝，整體提升吊弦的性能和使用壽命。重點監控跨中、腐蝕嚴重處所的吊弦運行狀態，及時進行運行質量分析，確保吊弦運行穩定。

3.3.3 在“技防”方面

利用先進的技術手段提高安全風險管理水平。例如，通過引入接觸網6C智能化監測檢測系統和大數據分析技術，實現對整體吊弦狀態的實時監測和預警，提高風險識別和應對的效率和準確性;創新安裝工具，提高吊弦安裝質量。

可根據“5M”分析得出的危險源，分別制定防范措施，如圖5所示。

3.4 事后應對措施制定

整體吊弦的損傷會對鐵路運營產生一系列不良后果，可能導致導高突變的幾何參數異常、打弓故障、線索燒傷、侵限隱患，甚至塌網斷線的嚴重安全事故。這些后果將直接影響行車安全，擴大設備損傷，增加維護成本，影響運營效率。

針對事件后果，依據鐵路供電有關搶修管理規定和辦法，完善應急預案和處置措施，確保在發生損傷事件時能夠迅速響應、有效處置，減少事故損失。同時，對事件進行深入分析，總結經驗教訓，不斷完善風險管理體系。

可以根據事件后果分析，按照“搶通、恢復、復核”的原則分別制定應對措施，如圖6所示。

3.5 蝴蝶結模型搭建

根據事件分析與措施制定，可搭建整體吊弦損傷蝴蝶結風險管理管理模型，具體如圖7所示。

整體吊弦損傷蝴蝶結模型以圖形化的方式直觀展現吊弦損傷事件的危險源、事件前后發展及處置措施，便于開展職工的教育培訓和風險管控工作。通過培訓和教育，使職工深刻理解和全面掌握整體吊弦損傷風險的防范和應對措施，提高風險意識和應對能力。

4 結束語

蝴蝶結模型在接觸網安全風險管理中具有顯著的優勢和實用性。通過運用這一模型，可以實現對風險的有效識別、評估和控制，為保障鐵路行車供電安全和降低運營成本提供有力支持。

本文針對接觸網整體吊弦損傷的風險管理，通過現場調研分析→危險源分析→事前防范制定→事后應對措施制定→蝴蝶結模型搭建5個流程，構建了完整的整體吊弦損傷風險蝴蝶結模型，有效實現對整體吊弦損傷風險的安全管理。在實際應用中，還可以結合現場實際運行情況不斷進行補充，進一步優化模型，完善措施的制定，更好管控整體吊弦損傷風險。

接觸網設備種類繁多，具有露天無備用的特點，運行涉及到電氣、材料、機械和幾何等多方面的耦合關系，其風險管理是一個復雜且多變的問題，它不僅關系到運營成本，更直接影響到行車供電安全和鐵路的正常運行。將諸如補償裝置、隔離開關、分段絕緣器、錨段關節和無交線岔等接觸網關鍵設備參照整體吊弦建立蝴蝶結風險管理模型，建立和完善接觸網安全風險管理體系，對于一線接觸網從業者的安全技術培訓和設備風險管理具有一定的實際意義。

參考文獻：

[1] 楊旭東.基于蝴蝶結模型的軌道爬行風險管理[J].鐵路工程技術與經濟，2022，37（4）：26-30.

[2] 程學慶，王睿，李月，等.基于蝴蝶結模型的高速鐵路車站安全風險管理[J].鐵道運輸與經濟，2015，37（12）：77-82.

[3] 陳登峰.高鐵接觸網整體吊弦運行特性分析及應對措施探討[D].北京：中國鐵道科學研究院，2020.

基金項目：2022年湖南省職業院校教育教學改革研究項目（ZJGB2022534）

第一作者簡介：陳登峰（1992-），男，碩士，工程師。研究方向為鐵路牽引供電系統接觸網。