铁路集装箱运输起火安全风险评价技术研究

张大庆，徐立运，程广远，刘柄全，于雪峤

(1.中铁国际多式联运有限公司 安全管理部，北京 100161；2.中铁集装箱运输有限责任公司 国际联运部，北京 100055；3.中国铁道科学研究院集团有限公司 运输及经济研究所，北京 100081)

0 引言

随着我国综合运输体系的不断完善、铁路货运增量行动的逐步深化，铁路集装箱运输产品谱系逐渐形成，铁路集装箱需求量与运量逐年提高，对铁路集装箱运输安全管理水平提出更高的要求[1]。特别是针对集装箱运输过程中起火这一类问题，因其事故损害较大、成因复杂、影响因素较多，需要进一步明确影响火灾的主要项点，为进一步制定集装箱起火安全防控措施提供支撑[2]。

目前，对于铁路集装箱运输安全的研究主要集中在列车起火后的应急救援、列车起火的仿真试验等方面[3-5]，对于铁路集装箱运输起火风险项点识别的研究还较少。在理论研究方面，冯子健[1]针对铁路货运安全影响因素较多，且现场检查存在主观上不确定性和认识上模糊性的问题，构建了基于BP神经网络的铁路货运安全风险评价体系，量化了不同评价对象的安全水平；李元韬等[4]构建了基于层次分析法的铁路线路安全性能评价体系，量化了线路安全、巡守人员、安全管理及自然环境等因素对总体运输安全水平的影响。在实证研究方面，田欣雨等[6]研究了机车闸瓦熔渣导致的护坡起火问题，研究表明列车长时间的制动会导致闸瓦摩擦产生的金属镶嵌物(熔渣)飞溅，并引燃护坡或平车木地板，特别是在干燥、大风的区段。在公路运输或海运方面，集装箱起火问题研究主要集中在装卸设备安全、集装箱装载配载等方面[7-9]。

为了进一步明确铁路集装箱列车起火问题成因，从运输装备、货物属性、装载加固材料方法、外部因素等方面设计风险评价指标体系，基于事故树分析方法定量计算各风险项点的发生概率，为提升铁路集装箱运输安全水平提供理论支撑。

1 铁路集装箱运输火灾事故场景分析

（1）部分可燃物有碳化痕迹、冒烟、无明火。我国铁路货运场景复杂，途经区段自然环境多变，装载货物品类多，在运输或停站作业途中，火灾及火灾隐患事故偶有发生。较为常见的火灾事故情况是受到外界高温、干燥气候条件影响或列车车辆、集装箱、托盘、货物等发生摩擦，导致温度达到可燃物燃点，出现可燃物碳化、冒烟情况，但无明火。例如，2020年霍尔果斯站驼峰场17道发生一起集装箱冒烟事故，不排除包装捆扎带与集装箱地板摩擦发热发生阴燃的可能。

（2）冒烟、有明火，简单应急处理可控制。闸瓦火星、烧荒、物体摩擦起火、未燃尽锅炉煤炭等火源，都极易造成铁路班列车辆或货物起火。最为常见的情况之一就是工作人员已经发现冒烟、有明火现象。特别是车底板与集装箱等特殊部位，常有冒烟现象发生。紧急情况时需要拦停在区间处置或者根据事情情况选择指定车站处置。例如，2022年沪昆线(上海—昆明)发生一起集装箱运输车辆木地板冒烟并伴有明火事故，火灾成因为车辆第4位闸瓦材质不良，运行中产生的火花引燃车辆木地板。

（3）火灾、爆炸，引发严重事故。匿报品名、违法夹带违禁品等恶劣违法行为，对铁路运输安全具有极大危害。在最为严重的铁路班列运输火灾、爆炸事故中，多与混装货物匿报品名，货主违法夹带易燃易爆品相关。例如，黎湛线(黎塘镇—湛江)发生一起火灾事故，发货人将双氧水、丙烯酸等危险化学品匿报谎报为普通货物运输，列车运输过程中双氧水发生泄漏，泄漏出的液体迅速与周边可燃物和木地板发生化学反应产生大量白烟并放热导致起火[10]。

2 铁路集装箱运输火灾事故风险评价指标体系

2.1 评价指标体系设计思路

铁路集装箱班列火灾事故风险评价指标体系涉及评价指标数量多，计算方法复杂，研究采用关键因素分析法，基于评价指标初选集，对评价指标体系进行完善优化，构建铁路集装箱班列火灾事故风险评价指标体系。

借鉴关键因素分析法的核心思想，结合铁路集装箱班列火灾事故风险评价特征，提出铁路集装箱班列火灾事故风险评价指标体系建立过程可遵循“调研分析→指标初选→相关度分析→指标完善→关键指标选取”的思路予以展开。其中，关键影响因素指标体系较普通的统计评价指标体系而言会相对简单，意在为管理决策者提供一种清晰的分析思路，满足控制和降低铁路集装箱班列火灾事故风险的最终目标。铁路集装箱班列火灾事故风险评价指标体系的构建思路如图1所示。

2.2 体系构建

采用基于关键影响因素法的铁路集装箱班列火灾事故风险评价指标体系建立方法，为有效控制和降低铁路集装箱班列火灾事故风险，综合考虑评价对象、评价目标和评价效果，分别从运输装备、装载加固、货物属性、外部因素等4个维度，建立包含三级评价指标的铁路集装箱班列火灾事故风险评价指标体系，铁路集装箱班列火灾事故风险评价指标体系如表1所示。

表1 铁路集装箱班列火灾事故风险评价指标体系Tab.1 Risk assessment index system for container train fire accidents

2.3 指标释义与权重分析

2.3.1 运输装备

运输装备主要包括铁路集装箱班列运输过程中使用的铁路车辆、集装箱和托盘，涉及各类运输装备的型号、材质、生产工艺、作业工况等内容。

（1）车辆。

①地板材质。从运输过程火灾风险角度考虑，可以将铁路集装箱运输车辆的地板类型分为木质地板、非木质地板。其中，木质地板发生火灾的安全隐患较大，主要由于木地板本身属于可燃物，特殊情况下存在货物与木地板、钢钉与木地板摩擦起火的可能性。

②车辆闸瓦质量。闸瓦是在列车运行制动时直接摩擦车轮使列车停车制动的零件，传统工艺的闸瓦是用铸铁或其他材料制成的瓦状制动块，在制动时抱紧车轮踏面，通过摩擦使车轮停止转动。制动效果的好坏主要取决于摩擦热能的消散能力。列车速度越高，制动时车轮的热负荷也越大。如用铸铁闸瓦，温度可使闸瓦熔化，即使采用较先进的合成闸瓦，温度也会高达400～450 ℃。当列车运行至长大坡道时，频繁制动会使温度升高，甚至产生火星，从而引燃木地板，造成火灾隐患。特别是当闸瓦材质不合格时，发生火灾风险将加大。

③易燃物残留。在完成上一运输任务后，需要对铁路车辆地板进行及时地清理、清扫，确保上一运输任务中的物质无残留。特别是从火灾事故风险隐患角度考虑，在上一运输任务执行的是易燃易爆品运输时，如硫磺等化学品，应更加注重对残留物质的清理，以免引发火灾事故。

（2）集装箱。

①地板材质。从运输过程火灾风险角度考虑，可以将铁路集装箱的地板类型分为木质地板、钢制地板、其他。其中，木质地板发生火灾的安全隐患最大，主要由于木地板本身可燃，同时用于固定地板的铁钉在发生松动时，容易与地板产生摩擦，导致温度升高，引发火灾。因此，当使用的集装箱为木质地板时，发生火灾风险将会更高，该指标评价值也会更高。

②集装箱状态。铁路集装箱状态对于班列运输途中火灾风险也存在一定影响，如集装箱发生变形、破损、螺丝松动等情况，都会对箱内货物造成影响，或对箱体自身造成影响，产生火灾安全隐患，因此，需要对集装箱箱体状态进行细致地检查，确保集装箱状态良好。

③易燃物残留。集装箱属于循环利用的运输装备，在完成上一运输任务后，需要对集装箱进行及时地清理、清扫，确保上一运输任务中的物质无残留。

（3）托盘。

①托盘材质。托盘是集装箱运输中常用的集装化器具，从运输过程火灾风险角度考虑，托盘材质可以分为木质托盘、塑料托盘、钢制托盘、其他。其中，木质托盘发生火灾的安全隐患最大，主要由于木质托盘本身可燃，同时用于固定托盘的铁钉在发生松动时，容易与木质结构产生摩擦，导致温度升高，引发火灾；其次是塑料托盘，其本身可燃烧；对于钢制托盘，火灾安全隐患相对较小。

②托盘生产工艺。根据托盘的材质、结构不同，从运输过程火灾风险角度考虑，可以将托盘生产工艺划分为一体化成型、螺丝固定、其他。其中，一体化成型的托盘不涉及螺丝钉等部件，不存在部件松动摩擦造成的火灾隐患；对于螺丝钉固定制造的托盘，特别是木质托盘，当螺丝钉松动时，容易与木质结构产生摩擦，导致温度升高，引发火灾。

2.3.2 装载加固

（1）成托货物装载加固。托盘与地板(车体)摩擦情况。当班列运输采用带托运输时，以托盘为集装化器具的小型集装单元，装入集装箱后，由于托盘摆放或装载情况不同，在运输途中可能产生震动、滑动，托盘与地板发生摩擦后，会导致温度升高，产生火灾事故隐患。

（2）散装货物装载加固。货物与地板(车体)摩擦情况。当班列运输采用不带托运输，将货物直接装载进入集装箱时，由于货物的码放及装载加固情况不同，在运输途中产生震动或滑动后，货物与地面或侧面箱体会发生摩擦，导致温度升高，产生火灾事故隐患。

2.3.3 货物属性

（1）装载货物类型。①混装货物。当集装箱内装载货物为混装货物时，不同形状、理化性质、包装形式的货物会被混合装载运输，在运输途中货物之间容易发生碰撞、摩擦，特别是存在部分易燃货物时，发生火灾事故的风险将会提升。②非混装货物(单一品名货物)。当集装箱内装载货物为单一品名货类时，货物形状、理化性质、包装形式相对固定，特别是当货物为易燃易爆品时，货运部门会在运输途中进行更为严格地监控和保护，有效控制火灾事故风险。

（2）货物理化性质。①易燃易爆品。当采用罐箱、罐车或普通集装箱进行易燃易爆货物运输时，对运输安全要求会相对较高。在运输途中货物容易因外界因素变化产生火灾事故风险隐患。②易产生摩擦。易产生摩擦的货物主要是指容易与集装箱地板产生摩擦，并发生燃烧的货物，如汽车的橡胶轮胎、有尖锐棱角的部件等，在与箱体产生摩擦后，容易引起温度升高，发生火灾事故的风险将会提升。

（3）货物(集装单元)摩擦情况。①货物间摩擦情况。由于货物的码放或装载加固情况不同，在运输途中产生震动或滑动后，货物与货物之间可能会发生摩擦，导致温度升高，引起货物燃烧，产生火灾事故隐患。②货物与托盘摩擦情况。当采用托盘进行集装化运输时，由于货物的装载加固情况不同，货物与托盘之间可能产生摩擦，导致温度升高，引起货物或托盘燃烧，发生火灾事故。

2.3.4 外部因素

（1）人为因素。

①吸烟。吸烟属于外部火源，当工作人员或其他人员靠近集装箱或车辆时，由于违规吸烟，容易因外部火源引燃货物、集装箱木地板或车辆木地板，导致火灾事故发生。

②烧荒。当列车经过农田时，可能遭遇农民焚烧秸秆等情况，特别是当外部风速较高时，极易将火星吹至列车车体，引发火灾。此类现象在特定区段的发生概率可能呈现比较明显的提升，存在较大的火灾事故隐患。

③锅炉煤火。部分列车前部配有锅炉，在工作人员使用锅炉时，未燃烧完全的煤炭星火可能随风飘落至车体，引燃车辆地板，导致火灾事故。

④制动程度。当列车运行至长大坡道时，需要频繁制动。制动过程中车轮与闸瓦摩擦会产生大量热量，温度升高，甚至出现火星，飞至车辆木质地板，引发火灾事故。此类现象在特定区段的发生概率可能呈现比较明显的提升，存在较大的火灾事故隐患。当列车遇到突发情况时，也可能需要紧急制动，发生闸瓦火星导致引发火灾的事故发生，但此类情况，由于突发事件难以预测，难以使用固定规律予以刻画。

⑤匿报夹带。匿报品名和违规夹带是集装箱运输中较为常见的违规现象，特别是夹带易燃易爆货物，极易引发火灾、爆炸等安全事故，如双氧水、蓄电池等，对行车安全造成极大危害。

⑥不规范操作。在货物装卸、集装箱装卸等作业过程中，部分工作人员未严格按照作业规范执行作业操作，留下安全隐患，在列车运行途中或停车时，导致发生火灾事故，如未盖紧罐车顶盖导致杂物飞入，未严格执行集装箱箱体状态检查，未及时发现松动螺丝、铁钉等情况。

（2）环境因素。

①轨道坡度。列车在运行至长大坡道时，可能会频繁制动，制动过程中车轮与闸瓦摩擦会产生大量热量，温度升高，甚至出现火星，飞至车辆木质地板，引发火灾事故。此类现象在特定区段的发生概率可能呈现比较明显的提升，存在较大的火灾事故隐患。

②风速。外部火源引起的火灾事故通常与风速存在一定关系，如烧荒、闸瓦火星、锅炉未烧尽炭火等外部火源，都容易随风飘落至车辆地板，引发火灾事故。

③温度。当列车运行至特定区段或遇到高温天气时，由于外部温度过高，导致集装箱内温度过高，引发货物自燃，导致发生火灾事故。

④湿度。当列车运行至特定区段或遇到干燥气候时，空气湿度较小，环境干燥，容易引起火灾事故的发生。

3 铁路集装箱运输火灾风险分析故障树模型

依据铁路集装箱班列火灾事故风险评价指标体系，中间事件含义如表2所示，在此基础上，进一步分析火灾事故影响因素及风险项点，采用故障树分析法，建立集装箱班列火灾风险分析故障树模型。其中，基本事件含义如表3所示。

表2 中间事件含义Tab.2 Meaning of intermediate events

表3 基本事件含义Tab.3 Meaning of elementary event

根据不同的主体与基本事件的关联关系分析，可以得到基于评价体系的班列火灾事故故障树模型如图2所示。

图2 班列火灾事故故障树模型Fig.2 FTA model of train fire accidents

采用下行法(Fussell-Vesely)对图2中故障树进行逐级展开，即可求得故障树的最小割集，班列火灾事故故障树下行法过程如表4所示。

表4 班列火灾事故故障树下行法过程Tab.4 FTA descending process of train fire accidents

表4中的最后一列为利用下行法不能继续分解求得的割集，若得到的割集存在重复，可根据布尔吸收率得到最小割集，也就是表4中第7列所求结果。

表4中第7列所示的最小割集反映了铁路班列火灾发生的必要条件和概率(基本事件出现次数越多，说明该基本事件对于顶事件影响越大)，根据统计学原理，在火灾事故样本库中对基本事件的发生概率进行统计，即可求得顶事件“班列火灾事故”发生的概率。故障树最小割接求解结果显示，摩擦生热(货物间、货物与外界摩擦)、闸瓦火星、外来火星飞入(烧荒、烟头)等基本事件，都是班列火灾事故的重要风险项点，在预防班列火灾事故，降低火灾发生风险时，需要重点予以关注。

4 结束语

合理构建铁路集装箱班列风险评价体系对于提升铁路集装箱安全服务水平、推动铁路货运高质量发展具有重要意义。基于风险项点评价体系的故障树模型能够直观展示铁路集装箱班列起火各项风险项点的发生概率，为形成专项防控策略提供了决策依据。随着风险项点的逐步明确，未来可考虑基于仿真的火灾事故风险成因分析，对木地板、铁钉、车辆等主体进行有限元建模，量化各主体间的运动及生热关系，为进一步形成具体的风险控制措施提供支撑。