城市轨道交通事故树分析法

（一）事故树定义

事故树分析法（Fault Tree Analysis，FTA）是20世纪60年代以来迅速发展的系统可靠性分析方法。它采用逻辑方法，将事故因果关系形象地描述为一种有方向的“树”。把系统已发生或可能发生的事故（称为顶上事件）作为分析起点，将导致事故原因的事件按因果逻辑关系逐层列出，用树形图表示出来，构成一种逻辑模型，然后定性或定量地分析事件发生的各种可能途径及发生的概率，找出避免事故发生的各种方案并优选出最佳安全对策。事故树分析法生动、明晰，逻辑性强，它能对各种系统的危险性进行识别评价，既适用于定量分析，又能进行定性分析。

（二）事故树符号

事故树是由各种事件符号和与其连接的逻辑门符号组成的。现将最简单、最基本的符号介绍如下。

1.事件符号

事件符号（图6-1）是用于记入各事件的符号，主要有以下几种。

图6-1　事件符号

（a）矩形符号；（b）圆形符号；（c）屋形符号；（d）菱形符号

（1）矩形符号。矩形符号表示顶上事件或中间事件。将事件简明扼要地记入矩形框内。顶上事件必须要清楚明了，不要过于抽象。例如，“发生行车险性事故”，对此，人们无法准确分析，而应当选择具体的事故，例如，可写成“某站发生列车冒进出站信号机”。

（2）圆形符号。圆形符号表示基本原因事件。它可以是人的差错，也可以是机械故障，环境因素等。它表示最基本事件，不能继续往下分析了，将事件扼要记入圆形符号内。

（3）屋形符号。屋形符号表示正常事件，是系统正常状态下发生的正常事件。如“调车作业”“列车运行”等，将事件扼要记入符号内。

（4）菱形符号。菱形符号表示省略事件，即表示事前不能分析，或者没有必要再分析下去的事件，将事件扼要记入菱形符号内。

2.逻辑门符号

逻辑门符号是连接各个事件，并表示事件之间逻辑关系的符号。

（1）与门符号。与门符号（图6-2）表示它下面的输入事件B1、B2同时发生的情况下，输出事件A才会发生的连接关系，两者缺一不可，表现为逻辑积的关系。

图6-2　与门符号

（a）与门符号；（b）与门符号实例

A＝B1·B2或A＝B1∩B2。如果有若干输入事件时，也是如此。

例如，工人在线路上施工“没下道避车”而被列车撞伤，没下道避车的原因一个是“没看见车来”，一个是“防护未起作用”。只有两个原因同时发生，才能造成“没下道避车”，用与门符号表示。

（2）或门符号。或门符号（图6-3）表示它下面的输入事件B1或B2中任何一个事件发生，都可以使输出事件A发生，表现为逻辑和的关系。

图6-3　或门符号

（a）或门符号；（b）或门符号实例

A＝B1＋B2或A＝B1∪B2。如果有若干输入事件时，也是如此。

例如，线路施工作业人员没撤出机车车辆限界而被机车撞压，造成“没撤出机车车辆限界”的原因有“未下道避车”和“下道不及时”，这两个原因任何一个发生都会造成“没撤出机车车辆限界”，用或门符号表示。

（3）条件与门。条件与门（图6-4）表示B1、B2同时发生时，A并不见得发生；只有在满足条件α的情况下，A才发生。它相当于三个输入事件的与门。即A＝B1·B2·α或A＝B1∩B2∩α，将条件记入六边形内。

图6-4　条件与门符号

（a）条件与门符号；（b）条件与门符号实例

例如，“线路施工作业人员被机车撞压死亡”，造成的原因是“驾驶员走神”和“工人来撤出机车车辆限界”，但这两个原因同时发生，还必须有“人体与机车接触”这个条件。所以，用条件与门表示。

（4）条件或门。条件或门（图6-5）表示B1或B2任何一个事件发生时，还必须满足条件β，才有输出事件A发生，将条件记入六边形内。例如，“撞坏列车”是由于“作业失误”和“线路上有障碍物”两个原因造成的，这两个原因任何一个发生都有可能造成“撞坏列车”，但是必须满足“物件与列车接触”这个条件。所以用条件或门表示。

（5）限制门。限制门（图6-6）是逻辑上的一种修正符号，即当输入事件B满足发生条件α时，才产生输出事件A；相反，如果不满足，则不发生输出事件，其具体条件记入六边形内。

图6-5　条件或门符号

（a）条件或门符号；（b）条件或门符号实例

例如，“工人从脚手架上坠落死亡”是由于“从脚手架上坠落”，但输入事件只有在“高度和地面情况”满足发生时，才会造成“死亡”。即只有高度足够且地面坚硬时，工人才会摔死。它和条件与门不同，输入事件只有一个。

图6-6　限制门符号

（a）限制门符号；（b）限制门实例符号

（6）排斥或门。排斥或门（图6-7）连接下的B1、B2两个事件，其中有一个发生，输出事件A便发生；但B1、B2不可能同时发生，B1、B2是相互排斥的。

图6-7　排斥或门(www.xing528.com)

（a）排斥或门符号；（b）排斥或门实例

例如，“建筑施工作业人员从脚手架坠落”原因之一是“没系安全带”。造成“没系安全带”的原因有“因走动而取下”和“忘系”。这两个原因任何一个发生都会造成“没系安全带事件发生”，但这两个原因不会同时发生，是互相排斥的。

3.转移符号

事故树规模很大时，需要将其某些部分画在别的纸上，或转移到其他部门，这就要用转移符号（图6-8）表示，其可分为转出符号和转入符号，以表示向何处转出和从何处转入。

图6-8　转移符号

（a）转出符号；（b）转入符号

（1）转出符号。表示向其他部分转出，△内记入向何处转出的标记。

（2）转入符号。表示从其他部分转入，△内记入从何处转入的标记。

（三）事故树分析法操作步骤及事故树示例

1.事故树分析法操作步骤

（1）熟悉分析系统。整个分析系统的流程包括：制造工艺、制造装备、运行状况、周遭影响、控制程序、保护设施，等等，只有熟悉和掌握了所有流程，才能更好地进行工作，并且可以实时分析类似问题发生的原因。

（2）确定分析对象系统和分析的对象事件（顶上事件）。对于顶上事件的确定有多种方式，比如实验、问题收集、归纳故障、结果影响，等等；对于对象系统需要明确的是起止内容、研究限度、不影响的内容。

（3）确定分析边界。对于一件事情的分析首先要确定研究的边界在哪里，也就是可以研究的内容是什么，特别是地铁运输领域，这是一个比较复杂的工程，具有施工对象及使用工具系统庞大的特点，如果不对每一个过程进行分类，一旦发生事故，进行排查时将会非常麻烦。

（4）确定系统事故发生概率和事故损失的安全目标值。

（5）调查原因事件。一旦确定事故之后，需要进行原因排查，对可能出现问题的地方仔细检查，重点需要排查的是设备问题、人员操作是否得当、外部影响，等等，将所有可能造成问题的部分都一一列出，绘制成事故树。

（6）确定不予考虑的事件。尽管事故树需要尽量将所有可能的影响因素都一一列出，但实际上这是不可能的。对于一些发生概率几乎为零的事件，是不需要列出的，比如一些极端恶劣天气，此类不需要列出的事件要事前提醒。

（7）确定分析的深度。分析的深度是需要事前说明的，要根据具体事故确定合适的深度。分析得太浅可能发生遗漏，分析得太深会耗费过多时间和精力。

（8）编制事故树。从影响因素最大的顶上事件开始，一级一级地列出所有需要解决的事件，并根据这些事件之间的联系进行事故树绘制，形成一对一的关系。

（9）定性和定量分析。针对每一个事故的性质和发生概率进行分析，得到最小割集、径集，最重要的放在最前面，分别计算发生概率和影响深度。

（10）结论。当遇到的事故超出预期时，需要从顶上事件开始一层一层进行排查，对于所有事件计算出其出现的概率，沿着最小径集研究出解决措施，按照事件重要程度列出先后，得出最终结果。

上述分析方法有很多优缺点，以下对其一一进行叙述，最后说明其应用的对象。

（1）首先顶上事件的性质不是固定的，一件事情无论发生与否都可以是顶上事件。其重点是事件发生的原因及后续可以采取的解决方式，为后续的事件提供解决依据。

（2）在进行分析时，可以从定性和定量两方面入手。前者是用来衡量影响最终事件发生的各种因素所占的比例，后者可以通过计算所有相关因素所占的比例计算事件发生的可能性，以衡量发生事故的概率是否在预期范围之内。两者相结合可以排列出解决这些因素的先后顺序。

（3）可以推理出不同事件之间的联系。从一个危险环节逐渐摸索出与之相关的各个危险环节，经过详细分析之后可以进一步得出事前安防教育守则，对潜在事故中的安全问题进行预估。

（4）由于事故树是把所有事件以图像的形式表现出来的，所以相对于文字叙述来说，这种方式显然更能令人印象深刻。

（5）顶上事件具体选择哪个可以根据喜好而定。

（6）事故树的绘制需要绘制人员具有丰富的处理事件经验，并且对于各种常见问题的解决方法都能胸有成竹，然而不同的人有不同思维方式，因此，绘制事故树与解决问题的人员不一致时，会产生偏差。

（7）由于事故树需要列出每一个事件，因此当遇到比较复杂的系统时，对其进行绘制并分析时异常复杂，参与人员需要投入的时间和精力也相对较多。

（8）分析事故树可以得知某件事故的发生概率，但前提是所有影响因素的数据都是准确无误的。

2.事故树示例

列车冒进信号事故树如图6-9所示。

（四）事故树分析法的特点及使用范围

事故树分析法具有以下特点。

（1）在事故分析中，顶上事件可以是已发生的事故，也可以是预想的事故。通过分析找出原因，采取对策加以控制，从而起到预测和预防事故的作用。

（2）事故树分析法可以用于定性分析，求出危险因素对事故影响的大小；也可以用于定量分析，由各危险因素的概率计算出本事故发生的概率，然后从数量上说明是否能满足预定目标值的要求，从而确定采取措施的重点和轻、重、缓、急顺序。

（3）采用演绎的方法分析事故的因果关系，找出每个系统中各种固有的潜在危险因素，为安全设计、采取安全技术措施和安全管理要点提供了依据。

图6-9　列车冒进信号事故树

（4）能简洁形象地表示出事故和各原因之间的因果关系及逻辑关系。

（5）可选择最感兴趣的事故作为顶上事件进行分析。

（6）分析人员必须非常熟悉对象系统，只有具有丰富的实践经验，才能准确和熟练地应用分析方法；但往往会出现不同的分析人员编制的事故树和分析结果不同的现象。

（7）复杂系统的事故树往往很庞大，分析和计算的工作量较大。

（8）进行定量分析时必须知道本事故树中各事件的故障数据，如果这些数据不准确，定量分析就不可能进行。