1、基于故障树理论的平交道口分析摘要本文针对铁路平交道口的不同类型事基于故障树理论的平交道口分析摘要：本文针对铁路平交道口的不同类型事故，包括火车与机动车相撞，非机动车的避让等事故，用故障树的分析方法对铁路的平交道口建立了模型，并分析了事故产生的原因，发现了导致平交道口事故的主要影响因素，提出了基本的解决方案。关键词：平交道口，故障树，事故分析一、 平交道口简介1.1 平交道口概念平交道口是指铁路和道路在同一平面上互相交叉的处所。当铁路与道路交叉时，道路交通量不大或没条件设置立体交叉时，应合理合并道路后设置平交道口。一般道口间的距离不应小于2km。交叉时应尽可能正交，不得已斜交时，交叉角也应大于4
2、5度;，以缩短道口的长度和宽度，要避免小型机动车或非机动车的车轮陷入轮缘槽内。为使驾驶员及时发现道口，通过平交道口的道路应为直线，从最外侧钢轨算起，道口两侧的道路直线长度不应小于50 m，困难条件下也不应小于表1数值。为减少道口事故，对于铁路旅客列车设计时速达140km/h和120km/h的道口，必须设人看守；对于铁路旅客列车设计时速略小，达100km/h和 80km/h，但道口年均昼夜折算交通量（道口交付运营第五年）分别大于1万辆和2 万辆的道口，也应设人看守；对于铁路旅客列车设计时速虽低于上述数值，但道路直接通向飞机场或易燃易爆品仓库的道口和在最外侧钢轨5 m处停车，机动车驾驶员侧向瞭望视
3、距小于表1 中数值的道口均应设人看守。1.2 平交道口分类按铁路系统类别，平交道口可分为有人看守道口和无人看守道口。有人看守道口应设置道口看守房和电力照明以及栏木、通信、自动信号等安全预警设备。无人看守道口可根据需要设置道口自动信号。改建既有道口，在困难条件下并有充分依据时，可保留既有道口的平、纵、横断面标准。在铁路线路与道路（公路、城乡道路）平交的道口上，为防止铁路车辆与道路车辆以及行人等发生冲撞而采取的安全措施。早期的铁路与道路平交道口只设有简单的警告牌和道口标志，或是在繁忙的道口设看守员，利用机械栏木或栅门进行防护。随着铁路、道路车辆数量的增加和速度的提高，铁路道口的防护也日益发展和完善
4、。20世纪20年代，开始在铁路道口设置由轨道接触器或轨道电路控制的自动报警机。50年代开始出现无人看守的道口自动信号和自动栏木设备。60年代相继研制出连续测速定时报警的道口自动信号、半自动栏木、全自动化道口防护设备等。目前，各种遥控栏木和自动信号，以及障碍物自动探测装置和故障集中监视装置正在广泛应用于铁路道口防护。铁路道口防护对提高铁路、道路的通过能力和保证行车安全具有重要的意义。在道口增设防护设备后，虽然机动车辆不断增多，但交通事故反而会大幅度下降。1.3 平交道口控制方式铁路道口设置的栏木或栅门，以及音响或闪光信号机具，按其控制方式，可分为人工控制和自动控制两类。人工控制方式是道口栏木或栅
5、门由人工操纵。人工控制又分就地控制和电动遥控两种。就地控制：看守员接到电话通知或列车接近的自动通知后及时关闭栏木，与此同时用音响器和闪光的道口信号机向公路车辆和行人报警；列车通过后立即开放栏木。电动遥控：由附近车站或信号楼值班人员遥控电动栏木，并通过设置的监视器监视道口栏木状态。由于采用了电动栏木，几个相邻的道口可由一处统一进行控制。自动控制方式是通过道口自动信号和自动栏木完成道口的防护。接近道口的列车通过轨道电路或其他传感器将接近信息及时传至道口，道口信号机和音响器自动发出闪光与音响信号，栏木自动下落。1.3 平交道口信号显示方式主要是根据通过道口的铁路交通量和道路交通量的综合指标，结合道口
6、了望等条件确定。采用两个交替闪光红灯，作为禁止公路车辆通行的信号。高速公路上可在道口 500米以外的适当地点面向公路设黄色信号，当道口信号机闪红灯时，它闪黄灯，以便引起注意。带自动栏木的自动化道口，列车接近时，道口信号机及音响器先发出报警，然后栏木下落，待列车全部出清道口，自动栏木才能开放。自动栏木有半栏木和全栏木两种：半栏木只遮断道口的进口侧，出口侧无栏木，允许车、人安全离开；全栏木则将道口全遮断，但需设道口看守员守护，以免车、人不能及时退出铁路。繁忙道口按需要可在铁路线路旁距道口50米以上的地点设遮断信号机，平时灭灯，道口有障碍物需要防护时，利用人工或自动探测装置，使遮断信号机显示一个红灯
7、光的停车信号。道口内无障碍物时，受光器接受发光器发出的红外线光，并将光能转换为电能，使检查继电器吸起，当障碍物遮断光线时，受光器输出发生变化，检查继电器落下，启动遮断信号机。二、平交道口安全影响因素分析2.1人的因素分析在影响道口安全的诸多因素中，人是引起道口事故的主要决定因素。虽然引起道口碰撞事故的原因是多方面的，但大多是机动车驾驶员违章驾驶，安全意识淡薄，操作失误或技术欠佳等原因造成。我国2003年机动车违章道口事故件数占道口事故的9244。美国90以上的道口事故是由驾驶员造成的。据澳大利亚交通安全局对道口事故中驾驶员的因素分析，9l的道口事故由驾驶员主观因素造成。而机动车驾驶员违章主要由
8、酒后驾驶、疏忽大意和超速造成。由于饮酒后会降低人的思维判断能力，使人反应迟钝，行动笨拙，从而极易导致事故发生。部分原因是车辆及道路环境等因素影响而使驾驶员操作错误。此外，驾驶员长时间驾驶，将会导致身体疲劳，生理状况欠佳，身体机能下降，反应能力减弱。这也是造成道口事故发生的潜在原因。由于驾驶员在道口的行为不仅凭借安全标志、装置，还凭借经验，于是，驾龄、驾驶的熟练程度及应对紧急情况的技能也是不可忽视的。2.2车辆因素分析机动车辆是现代化的运载工具，其本身质量的好坏直接影响到人身安全。我国2003年有74的道口事故原因是由车辆的机械故障造成的，汽车制动失灵造成1起重大事故。另外，国内对驶入道路的车辆
9、检查力度不够，措施不当，使部分病车上路，引起车辆故障隐患。车辆因素造成的事故原因一般有制动失效或不良，发动机熄火，转向失效等机械故障。同样的车辆在车速低负荷小的情况下行使可能较为安全，而在高负荷的状态下发生车辆故障的可能性会明显增加，因此车辆超载也是1个重要因素。2.3道口特性因素分析韩国有60的铁路事故与道口有关，并且分析证明道口的几何线形与道口元素对事故频率有着极大影响。铁路道口两端大多有一定的坡度，路面状况差，道口铺面不平整，极可能导致车辆熄火或卡在道口处而引发事故。研究显示，道口前道路丘峰的存在，降低了车辆速度，减少了道口事故的发生；停止标志指示器与降低的道口事故率紧密联系；道口角度对
10、事故的发生也有影响。道口铺面也是影响道口事故率的重要因素，石砖铺面较碎砂砾或柏油铺面更可能发生事故。日本对19871993年的道口事故调查表明：道口坡度大的事故率要比无坡度的道口事故率高25(见表3)，且事故率随着股道数的增加成比例增加，随着铁路交通量的增大而减小。道口的有效宽度越长，道路驾驶员越感觉到安全，心理上不致造成紧张感。而道口宽度过窄，加上股道数增多，通过道口的时间加长，容易造成驾驶员忽视安全标志，违章驾驶。2.4安全防护装置因素分析道口安全装置与设备是防止事故的防线，其类型及安装位置也是影响道口安全的重要因素。同样是安装闪光灯的道口，在不同的区域道口事故死亡率相差极大。分布在乡村的
11、道口死亡率为每年每千道口77人，而在城市的道口死亡率却高达705%。闪光灯在大城市不足以起到保护警示作用，而且至少86的事故受害者是熟悉道口存在的当地人。通过采取相应的措施，如将闪光灯警示改为防护门保护道口等效果显著。澳大利亚的道口死亡人数从19701979年的537人减少到19901999年间的172人，减少了68。合理的道口警告时间与道口事故率也有联系，防护门和公路交通控制信号在减少道口事故率上有显著意义，而停止标志、闪光灯及警铃声却增加了事故的频率。其他资料也显示，警铃与闪光灯并不能给予驾驶员足够的刺激和重视，致使此类道口的事故率较高；而有障碍物探测装置的道口事故率较没有此类装置的道口低
12、75。驾驶员违章通过道口还有1个很重要的原因：铁路道口标志和信号并不会将其违章行为拍摄下来并给予处罚。他们更担心公路交通信号，因为一旦违章，将会受到很大处罚。因此，在道口安装公路交通信号灯及车速监控器将会大大减少道口违章行为。图1平交道口安全影响因素分析二、 平交道口安全影响因素分析2.1人的因素分析在影响道口安全的诸多因素中，人是引起道口事故的主要决定因素。虽然引起道口碰撞事故的原因是多方面的，但大多是机动车驾驶员违章驾驶，安全意识淡薄，操作失误或技术欠佳等原因造成。我国2003年机动车违章道口事故件数占道口事故的9244J。美国90以上的道口事故是由驾驶员造成的。据澳大利亚交通安全局对道口
13、事故中驾驶员的因素分析，9l的道口事故由驾驶员主观因素造成。而机动车驾驶员违章主要由酒后驾驶、疏忽大意和超速造成。由于饮酒后会降低人的思维判断能力，使人反应迟钝，行动笨拙，从而极易导致事故发生。部分原因是车辆及道路环境等因素影响而使驾驶员操作错误。此外，驾驶员长时间驾驶，将会导致身体疲劳，生理状况欠佳，身体机能下降，反应能力减弱。这也是造成道口事故发生的潜在原因。由于驾驶员在道口的行为不仅凭借安全标志、装置，还凭借经验，于是，驾龄、驾驶的熟练程度及应对紧急情况的技能也是不可忽视的。2.2车辆因素分析机动车辆是现代化的运载工具，其本身质量的好坏直接影响到人身安全。我国2003年有74的道口事故原
14、因是由车辆的机械故障造成的，汽车制动失灵造成1起重大事故。另外，国内对驶入道路的车辆检查力度不够，措施不当，使部分病车上路，引起车辆故障隐患。车辆因素造成的事故原因一般有制动失效或不良，发动机熄火，转向失效等机械故障。同样的车辆在车速低负荷小的情况下行使可能较为安全，而在高负荷的状态下发生车辆故障的可能性会明显增加，因此车辆超载也是1个重要因素。2.3道口特性因素分析韩国有60的铁路事故与道口有关，并且分析证明道口的几何线形与道口元素对事故频率有着极大影响。铁路道口两端大多有一定的坡度，路面状况差，道口铺面不平整，极可能导致车辆熄火或卡在道口处而引发事故。研究显示，道口前道路丘峰的存在，降低了
15、车辆速度，减少了道口事故的发生；停止标志指示器与降低的道口事故率紧密联系；道口角度对事故的发生也有影响。道口铺面也是影响道口事故率的重要因素，石砖铺面较碎砂砾或柏油铺面更可能发生事故u0I。日本对19871993年的道口事故调查表明：道口坡度大的事故率要比无坡度的道口事故率高25(见表3)，且事故率随着股道数的增加成比例增加，随着铁路交通量的增大而减小。道口的有效宽度越长，道路驾驶员越感觉到安全，心理上不致造成紧张感。而道口宽度过窄，加上股道数增多，通过道口的时间加长，容易造成驾驶员忽视安全标志，违章驾驶。2.4安全防护装置因素分析道口安全装置与设备是防止事故的防线，其类型及安装位置也是影响道
16、口安全的重要因素。同样是安装闪光灯的道口，在不同的区域道口事故死亡率相差极大。分布在乡村的道口死亡率为每年每千道口77人，而在城市的道口死亡率却高达705J。闪光灯在大城市不足以起到保护警示作用，而且至少86的事故受害者是熟悉道口存在的当地人。通过采取相应的措施，如将闪光灯警示改为防护门保护道口等效果显著。澳大利亚的道口死亡人数从19701979年的537人减少到19901999年间的172人，减少了68MJ。合理的道口警告时间与道口事故率也有联系，防护门和公路交通控制信号在减少道口事故率上有显著意义，而停止标志、闪光灯及警铃声却增加了事故的频率u0I。其他资料也显示，警铃与闪光灯并不能给予驾
17、驶员足够的刺激和重视，致使此类道口的事故率较高；而有障碍物探测装置的道口事故率较没有此类装置的道口低75。驾驶员违章通过道口还有1个很重要的原因：铁路道口标志和信号并不会将其违章行为拍摄下来并给予处罚。他们更担心公路交通信号，因为一旦违章，将会受到很大处罚。因此，在道口安装公路交通信号灯及车速监控器将会大大减少道口违章行为。图1平交道口安全影响因素分析三、 故障树分析理论故障树分析技术是美国贝尔电报公司的电话实验室于1962年开发的，它采用逻辑的方法，形象地进行危险的分析工作，特点是直观、明了，思路清晰，逻辑性强，可以做定性分析，也可以做定量分析。体现了以系统工程方法研究安全问题的系统性、准确
18、性和预测性，它是安全系统工程的主要分析方法之一。目前，故障树分析法虽还处在不断完善的发展阶段，但其应用范围正在不断扩大，是一种很有前途的故障分析法。总的说来，故障树分析法具有以下一些特点。它是一种从系统到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。它从系统开始，通过由逻辑符号绘制出的一个逐渐展开成树状的分枝图，来分析故障事件（又称顶端事件）发生的概率。同时也可以用来分析零件、部件或子系统故障对系统故障的影响，其中包括人为因素和环境条件等在内。它对系统故障不但可以做定性的而且还可以做定量的分析；不仅可以分析由单一构件所引起的系统故障，而且也可以分析多个构件不同模式故障而产生的系统故障情况。因为故障树
19、分析法使用的是一个逻辑图，因此，不论是设计人员或是使用和维修人员都容易掌握和运用，并且由它可派生出其他专门用途的“树”。例如，可以绘制出专用于研究维修问题的维修树，用于研究经济效益及方案比较的决策树等。由于故障树是一种逻辑门所构成的逻辑图，因此适合于用电子计算机来计算；而且对于复杂系统的故障树的构成和分析，也只有在应用计算机的条件下才能实现。故障树分析法也存在一些缺点。其中主要是构造故障树的多余量相当繁重，难度也较大，对分析人员的要求也较高，因而限制了它的推广和普及。在构造故障树时要运用逻辑运算，在其未被一般分析人员充分掌握的情况下，很容易发生错误和失察。例如，很有可能把重大影响系统故障的事件
20、漏掉；同时，由于每个分析人员所取的研究范围各有不同，其所得结论的可信性也就有所不同。四、 基于故障树理论的平交道口分析4.1 故障树模型建立图2 铁路平交道口故障树符号释义 ：T 铁路道口机动车、火车相撞 ；A2 机动车道口运行 ；A5 安全防护未起作用 ；X1 机动车故障；X4 机动车司机没有瞭望 ；X7 机动车司机判断失误 ；X10 道口工作人员知识不熟练；A 机动车在路口；A3 机动车司机操作失误 ；A6 安全防护装置未起作用；x2 机动车司机心理紧张；x5 机动车司机视力不好 ；x8安全防护装置故障 ；x11 道口工作人员不在岗位 ；A1 机动车停在道口；A4 机动车司机抢路 ；A7
21、道口工作人员未起作用 ；X3 机动车司机技术不熟练 ；x6 道口环境不良；x9 没有安装安全防护装置 ；x 火车正常运行 ；4.2 求最小割集最小割集是所分析的顶事件发生的一种可能的途径它表明了系统的危险性。最小割集的数目越多所分析系统的危险性就越大。根据图2故障树的逻辑表达式对其进行化简求其最小割集。T=AX：(Al+A2)X=(Xl+X2X3+AsA6)X=(Xl+x2x3)+(X4+x5+x6+X7)(X8+x9)(Xl0+XI1)jX=X(Xl+X2X3+X4X8Xl0+X4X8XIl+X4X9Xio+X4X9XIl+X5X8Xl0+X5X8XIl+X5X9Xl0+X5X9XII+X6
22、X9XIo+X6X9XIl+X6X8Xl0+X6XsXIl+X7X9Xl0+X7X9XIl+X7X8Xl0+X7X8XI1)最小割集为：Kl=X，XlK2=X，X2X3K3=x，x4x8，Xl0IK4=Xx4，x8，xIlK5=x，x4，x9，xl0K6=x，x4x9，xIlK7=X，X5X8，Xl0K8=XX5，X8XIlK9=X，X5，X9Xl0Kl0=X，X5X9 xIlK11=Xx6，x8，xl0Kl2=xx6， x8XIlKl3=xx5，x9xl0Kl4=x， x5，X9，xIlKl5=xx7，x9xl0Kl6=XX7，X9，XIlKl7=XX7，X8Xl0Kl8=X，X7X8XIl
23、可知，铁路道口事故的发生共有l8种模式。4.3结构重要度分析故障树中基本事件对顶上事件的影响程度不同，根据故障树结构，在不考虑基本事件自身发生概率的基础上，进行结构重要度分析，对基本事件的发生影响顶上事件的程度进行分析，可以为改进系统的安全性提供大量的有益信息。根据上面所求最小割集K-K18可以得到最小割集阶数R：RK1=3 RK18=4根据公式：I=1/RK1 (j=l，2，22)，可以算出：I=275I1=05I2=I3=025I4=I5=I6=I7=05I8=I9=I10=I11=1所以，铁路平交道口事故基本事件结构重要度大小的排列顺序是：II8=19=I10=I11I1=I4=I5=I6=I7I2=I3五、 结论由以上分析可得：（1）铁路平交道口故障树的最小割集有18个，说明事故发生的途径很多。事故的基本致因因素可以归纳为以下三个方面：机动车人机系统、道口安全防护装置及其道口铁路工作人员，根据致因因素采取针对性的措施可以有效的防止铁路平交道口事故的发生 。（2）从结构重要度分析结果可知，基本事件x (火车运行)的结构重要度最大，但x事件是正常事件，在此不作分析；除x外，x 8，x 9，x 10，x1,1的结构重要度最大，对其采取措施进行控制，可以有效的降低铁路道口事故的发生概率。也就是说安装道口安全防范装置和道口工作人员尽职工作是防范道口事故的一个重要的方法 。
