基于蝴蝶结模型的高铁接触网安全风险管理

摘 要：接触网设备是高铁基础设施的关键组成部分，对其进行有效的风险管理对于保障列车的安全运行具有重要意义。既有的接触网安全风险管理大多以纯文本形式呈现，不生动形象，难以被职工尤其是老职工所接纳。基于蝴蝶结模型的风险管理模式具备高度可视化、实操性强等特点，掌握蝴蝶结模型原理，以高铁整体吊弦损伤风险管理为参考样例，调研和分析其损伤原因，构造其安全屏障，进而搭建蝴蝶结模型，通过这样的方式，以期为构建接触网安全风险管理新模式提供参考。

关键词：接触网;整体吊弦;风险管理;蝴蝶结模型;高铁

中图分类号：U225 文献标志码：A 文章编号：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

接触网整体吊弦以其数量众多、作用明显的特点在高铁供电设备中扮演着重要的角色，其运行质量直接关乎高铁运营安全。运行中的吊弦如果发生损伤，可能导致导高突变、线索烧伤等故障，一旦断脱的吊弦侵入到动态包络线，还会引发严重的弓网事故，对列车的安全和运行构成极大威胁。因此，分析整体吊弦损伤对研究整个接触网风险管理具有代表性意义。

1 高铁接触网风险管理现状

安全风险管理主要是由危险源识别、安全评价与控制措施3部分组成，通过调研某铁路局3个供电段共6个高铁供电车间的风险管理现状，发现目前接触网风险管理全部以表格形式呈现，如图1所示。杨旭东[1]提出铁路建立的安全风险库数据繁多，不能直观地显示危险源及对应控制措施，并建立蝴蝶结模型对铁路轨道爬行安全问题开展风险管理。程学庆等[2]分析铁路的安全教育和安全风险分析方法，指出铁路没有统一的风险分析法或模型开展风险管理，仅停留在制度文本阶段，在基层站段实际工作效果不明显。

传统的铁路安全风险管理的方式存在一定劣势，既不便于风险管控分析，也不便于与职工安全培训，通过引入蝴蝶结模型这种高效的管理理念，可以构建更为直观、形象、可靠的安全风险管理体系，为铁路供电风险管理提供借鉴。

2 蝴蝶结模型简介

蝴蝶结模型也称为Bow-Tie分析模型，是基于“三角模型”（Tripod Beta Models）以蝴蝶结的方式最初进行风险分析。可以更好地说明特定风险的状况，以帮助人们了解风险系统及防控措施系统。在蝴蝶结分析模型中，以顶级事件为核心，向前分析导致其发生的可能原因（事故树分析），向后分析顶级事件发生后可能的后续事件（事件树分析），再针对性地设置屏障进行防控（也称瑞士奶酪模型）（图2）[3]。

蝴蝶结模型具有高度可视化，能用图形直观地显示出危害因素→事故→事故后果的全过程，帮助人们在事故发生前、后利用屏障设置，分别建立有效的措施来预防及控制事故的发生，方便接触网技术管理人员快速了解危险成因和管控措施，提高风险研判的准确性和效率。同时表达方式也能够被大多数人所接受与理解。

蝴蝶结分析模型方法的优势在于：一是化繁为简，将复杂的文字、表格以图形表示，简洁明了，“一图胜过千言万语”;二是逻辑清晰，将整个顶级事件的前因后果先后呈现，更加便于读者全面掌握事件发展情况;三是操作简单，针对顶级事件建立防范与应对措施，关联图形分析，易于操作。

3 整体吊弦损伤事件分析及蝴蝶结模型搭建

3.1 整体吊弦损伤问题调研

为了深入了解接触网整体吊弦损伤的原因，对某局管内各供电段接触网设备进行了实地调研，并使用VBA宏编程在2018—2023年高铁线路吊弦问题库内随机抽取了220个典型吊弦损伤案例。这些案例涵盖了6类损伤问题，包括吊弦鼓包、吊弦散股、吊弦断丝等常见问题，同时也存在烧伤、载流环与本体断脱等较为严重的缺陷[3]（图3）。具体情况见表1。

3.2 危险源分析

运用“5M法”，从“人机料法环”5个方面对造成整体吊弦6类损伤问题的危险源进行分析。

3.2.1 “人”的原因

由于个别职工的主观责任心不强、技能水平不高等原因在整体吊弦的预制、安装、检修过程中导致吊弦损伤或留下质量缺陷未及时处理。同时由于高铁夜间作业的局限性，可能造成客观原因上的检修遗漏。

3.2.2 “机”的原因

一是目前现场压接多为手动操作，如模具不匹配、压接过度或不足，增加了过压或欠压的风险，都可能直接损伤吊弦线。二是使用开口扳手加力矩扳手的传统安装工具可能会导致吊弦安装倾斜、载流环缠绕、过力矩紧固等问题，这些安装缺陷会加剧吊弦的振动和磨损，特别是在压接管端口处，更容易出现断丝、断股现象。三是目前的铁路检测监测智能化水平还不够，吊弦缺陷的自动识别效果较差，仍然依赖人工分析，缺陷得不到及时发现与处理。

3.2.3 “料”的原因

早期高铁的建设中，使用的老式吊弦不耐疲劳，且吊弦压接管外形为直筒形，在施工过程和外部环境影响下，吊弦线可能出现不垂直、倾斜的现象，弓网长期相互震动作用，吊弦线受到直筒形压接管切割，导致吊弦发生断丝、断股损伤。

3.2.4 “法”的原因

吊弦制作工艺中的多个环节都可能影响其运行状态。例如，吊弦预配、制作、安装过程中的不当操作可能导致应力集中，增加损伤风险。如三点式压接工艺法两面受力不均的弊端、施工应力弯曲引发的硬点和鼓包、鸡心环与吊弦线未密贴导致磨伤等。

3.2.5 “环”的原因

一是高频疲劳振动。列车高速运行时，带动接触网产生高频振动，整体吊弦直接承受了动态应力和振动，长时间引发疲劳损伤甚至断裂的情况。

二是位置疲劳偏差。跨距内不同位置的吊弦所受疲劳损伤程度也不一，跨中吊弦动态振幅大，损伤也相对较严重，这种情况在吊弦线本体和上下压接处体现得更为明显。

三是环境腐蚀。地处化工厂附近、酸雨频繁等处所，酸、碱等腐蚀性介质会导致吊弦表面氧化膜的形成和破坏，反复作用下加速疲劳过程，加之振动和应力作用下，腐蚀损伤风险显著增加。

四是吊弦过流。由于设计或现场施工中存在的横向电连接数量不足或未按照设计要求加装。吊弦在一定程度上承担了过量载流，长期作用下，将会导致吊弦烧伤。

通过“鱼骨图分析法”对导致吊弦的整体原因进行直观概括，将整体吊弦损伤作为“鱼头”，从“人机料法环”5个方面分别引出“鱼骨”，并在每个“鱼骨”上列出具体的原因。通过这样的图形展示，直观显示吊弦损伤的各个因素及其相互关系。如图4所示。

3.3 事前防范措施制定

针对危险源，结合鱼骨图原因分析图，从“人防、物防、技防”3个方面进行防范措施制定。

3.3.1 在“人防”方面

通过加强职工对整体吊弦损伤风险的认识，提高操作技能和应急反应能力，可以降低人为因素导致的损伤风险;建立完善的责任制度和考核机制，确保各项预防措施得到有效执行;开展安全警示教育，强化职工安全责任意识。

3.3.2 在“物防”方面

通过选用高质量的整体吊弦设备和改善组装部件，减少因设备质量问题导致的损伤风险;加强设备的巡检和定期维护，及时发现并处理潜在的安全隐患，确保设备的正常运行。关注先进铁路装备制造行业的发展趋势，引入无螺栓式吊弦等新材料和改进压装工艺，整体提升吊弦的性能和使用寿命。重点监控跨中、腐蚀严重处所的吊弦运行状态，及时进行运行质量分析，确保吊弦运行稳定。

3.3.3 在“技防”方面

利用先进的技术手段提高安全风险管理水平。例如，通过引入接触网6C智能化监测检测系统和大数据分析技术，实现对整体吊弦状态的实时监测和预警，提高风险识别和应对的效率和准确性;创新安装工具，提高吊弦安装质量。

可根据“5M”分析得出的危险源，分别制定防范措施，如图5所示。

3.4 事后应对措施制定

整体吊弦的损伤会对铁路运营产生一系列不良后果，可能导致导高突变的几何参数异常、打弓故障、线索烧伤、侵限隐患，甚至塌网断线的严重安全事故。这些后果将直接影响行车安全，扩大设备损伤，增加维护成本，影响运营效率。

针对事件后果，依据铁路供电有关抢修管理规定和办法，完善应急预案和处置措施，确保在发生损伤事件时能够迅速响应、有效处置，减少事故损失。同时，对事件进行深入分析，总结经验教训，不断完善风险管理体系。

可以根据事件后果分析，按照“抢通、恢复、复核”的原则分别制定应对措施，如图6所示。

3.5 蝴蝶结模型搭建

根据事件分析与措施制定，可搭建整体吊弦损伤蝴蝶结风险管理管理模型，具体如图7所示。

整体吊弦损伤蝴蝶结模型以图形化的方式直观展现吊弦损伤事件的危险源、事件前后发展及处置措施，便于开展职工的教育培训和风险管控工作。通过培训和教育，使职工深刻理解和全面掌握整体吊弦损伤风险的防范和应对措施，提高风险意识和应对能力。

4 结束语

蝴蝶结模型在接触网安全风险管理中具有显著的优势和实用性。通过运用这一模型，可以实现对风险的有效识别、评估和控制，为保障铁路行车供电安全和降低运营成本提供有力支持。

本文针对接触网整体吊弦损伤的风险管理，通过现场调研分析→危险源分析→事前防范制定→事后应对措施制定→蝴蝶结模型搭建5个流程，构建了完整的整体吊弦损伤风险蝴蝶结模型，有效实现对整体吊弦损伤风险的安全管理。在实际应用中，还可以结合现场实际运行情况不断进行补充，进一步优化模型，完善措施的制定，更好管控整体吊弦损伤风险。

接触网设备种类繁多，具有露天无备用的特点，运行涉及到电气、材料、机械和几何等多方面的耦合关系，其风险管理是一个复杂且多变的问题，它不仅关系到运营成本，更直接影响到行车供电安全和铁路的正常运行。将诸如补偿装置、隔离开关、分段绝缘器、锚段关节和无交线岔等接触网关键设备参照整体吊弦建立蝴蝶结风险管理模型，建立和完善接触网安全风险管理体系，对于一线接触网从业者的安全技术培训和设备风险管理具有一定的实际意义。

参考文献：

[1] 杨旭东.基于蝴蝶结模型的轨道爬行风险管理[J].铁路工程技术与经济，2022，37（4）：26-30.

[2] 程学庆，王睿，李月，等.基于蝴蝶结模型的高速铁路车站安全风险管理[J].铁道运输与经济，2015，37（12）：77-82.

[3] 陈登峰.高铁接触网整体吊弦运行特性分析及应对措施探讨[D].北京：中国铁道科学研究院，2020.

基金项目：2022年湖南省职业院校教育教学改革研究项目（ZJGB2022534）

第一作者简介：陈登峰（1992-），男，硕士，工程师。研究方向为铁路牵引供电系统接触网。