泰山索道运营中心中天门索道管理站
摘要：通过一次典型“雾凇”天气的条件下对索道设备状况的实地勘查，结合以往的冰凇条件下的设备运行，总结分析严重的“冰凇”对索道安全的影响，以及应对措施的实践与思考。
关键词：雾凇、雨凇、冻雨、坠落、卡阻、接地、脱索、振动、处置措施
雾凇和雨凇都是自然界常常出现的自然美景，在我国南方和北方近水的山岳地区广为分布。通常冰凇与冻雨有关，过冷水滴在温度略低于0℃的空气中能够保持液体状态，其外观同一般雨滴相同，内部是冰水混合物，当它落到温度在0℃以下的物体上时，立刻固化成外表光滑而透明的冰，形成冰凇。冰凇质地坚硬密度为0.85g/cm³在山东省临沂市曾出现过1m长的电话线上凝结3.5公斤冰凇的灾害现象，严重的冰凇灾害极大地危害通讯、电力等室外架空缆索的安全。雾凇的成因与雨凇相近，其主要是高湿度空气在过冷的条件下接触温度在0℃以下的物体，水蒸气直接凝华成乳白色的冰晶在物体的表面形成雾凇景观，雾凇与冰凇相比，质地较软结构疏松密度只有0.25g/cm³，但是雾凇也是一种美丽的气象灾害现象，常导致道路表面结冰影响交通安全，树木也常因雾凇过重压断树枝甚至被压倒。雾凇与冰凇又都是极具观赏价值的奇观，有非常高的观赏价值，随着全域旅游的不断深化，雾凇和冰凇正成为冰雪季里极具开发价值的旅游资源。
图表 1络绎不绝的游客观赏泰山雾凇美景
一、探究雾凇、雨凇现象对索道运营管理影响的意义
泰山地处山东半岛中部，冬春之际空气温度回升、湿度大幅波动在海拔800米至1600米的区域内时常有大雾缭绕，气温常在0℃附近上下波动，寒流降温与大雾相遇很容易形成冻雨和过冷雾，所以泰山在这个季节时常出现雾凇或雨凇景观。作为旅游观光索道，泰山索道有责任在这种美丽的灾害中为广大游客提供安全便捷的旅游服务，为全域旅游多做贡献，创造更大的社会效益和经济价值。探究在雾凇、冰凇条件下索道的安全运行具有很强的实际经济价值和安全管理意义以及社会公共安全效益。
图表 2绒花般的雾凇
图表 3晶莹剔透的雨凇
二、案例
多年来泰山发生过无数次雨凇、雾凇景观，总的来说特别严重的雨凇现象较少，但是对索道安全运营的危害较大，雾凇现象较多，对索道的安全运营相对较小。中天门索道出现过几次严重的雨凇现象，都是漫山遍野的山石、树木、道路、建筑物等等目光所及之处都包裹上晶莹剔透的冰壳，迎风面的情况较为严重，冰壳厚度可达到十几厘米，形成的冰挂超过1米长。索道的通讯电缆结上冰壳后直径超过10厘米，整个索道支架外包裹上厚厚的冰，1米多长的冰柱从支架横梁、踏步、栏杆等处垂下来挂在空中，索道不能启动。雾凇发生时又是另一种情况，索道线路设备常沉浸在寒风冷雾中，快速挂满冰晶，冷雾散去后阳光下看到线路设备包上一层乳白色的冰晶，也有长达几十厘米的冰挂从设备上垂下来，索道自检系统会出现一些相关的故障报警。
2019年4月9日凌晨泰山顶上突起大风气温一路走低。清晨6时许气温便降至-3摄氏度，大风裹挟着浓雾在山间奔窜。中天门索道线路沉浸在冷雾中，能见度不足5米；气温低、风速大、空气湿度大索道站区很快便出现了冰挂现象，我们采取了低速运行的方式碾压运载索上的冰壳带动托压索轮转动，防止雨凇将索道线路上的设备冻住。虽然支架上的风速仪已经开启了电加热防冻功能但还是被冻住了，运载索运转中凝结的冰块不断掉落下。浓雾不见散去，时而又包裹着冰渣的雨滴打在地上立刻结成冰。空绳低速运行至8时许时出现多次“R.P.D故障”均能复位开车；13：30时许PLC发出 “11号支架脱索故障”报警并自动停车，但是没有同时发生R.P.D故障，却不能复位开车；对此情况进行了认真分析，认为在压冰过程中由于11号支架上结冰严重，很可能出现了U形针或配线被损坏或者是轮组运行异常的情况；随即架起了高倍望远镜试图在风里变换的瞬间穿过浓雾观察运载索和轮组的情况，但雾实在是太大，根本看不到11号支架。
为了获得这种特殊气象条件下索道线路设备的现场资料，果断决定派三位具备应对冰雪环境工作经验的同志乘检修车去11号支架进行实地勘查，为今后完善应对雾凇天气积累资料。
检修车在风中不停的摇摆着慢慢靠近11号支架，大块的冰挂自行从支架上掉落下去，逐渐看清整个支架包上了一层厚厚的乳白色冰晶壳，随着检修车不断靠近轮组小幅度的摆动，轮组架上的部分冰壳开始破裂脱落下来砸在检修车上。用长杆和木槌、螺丝刀、抹布清理了检修车附近踏步上的冰壳后两名工作人员登上支架的作业平台。看到包裹在轮组架上的冰层已经将R.P.D开关和U形针开关包裹器来，轮架侧壁与轮子之间的缝隙里也结满了冰，甚至个别轮子转动时迎风面的轮毂和轮衬挡圈都能擦到冰壳，迎风面的大轮组架板与小轮组架板间也结满了乳白色的冰，用木槌和螺丝刀敲击时感到其内部比较疏松，敲击之下会有大块的冰壳从支架上脱落；风速风向仪被严严实的包上一层冰壳，破除冰壳后风速风向仪恢复功能但是不到10分钟又被冻住了。护栏上5mm厚50mm宽的扁铁包上了冰，成了70mm厚150mm宽的椭圆形截面的长棒，用红外线测温仪测得冰层表面的温度为-3.6℃。
最低速启动索道，继续观察时轮组运转正常，运载索行走轨迹良好，伴随轮组的轻微摆动各间隙内的冰出现局部脱落。“脱索故障”仍然无法复位。仔细观察发现所有的U形针与其插座都被冰冻结在支架的钢结构上；R.P.D开关上的冰与运载索间只剩下3mm的间隙。把U形针和R.P.D上的冰壳清除后，11号支架的“脱索故障”能够复位消除了，测得其输入PLC的信号电压为22.7V，用抹布将U形针开关擦干后测得信号电压为24.8V，索道又可以平稳运行起来。次日风和日丽，强烈的阳光照射在索道上，冰壳快速融化，吊厢通过支架时偶有大块的冰坠落其上发出“嘣、崩”的闷响，线路巡视人员站在防坠网下面会有零星的小冰块落在安全帽或工作服上。
三、风险分析与应对策略
1、起因：大雾在0到-4℃的气温下处于过冷状态，大风将过冷的雾滴吹到同样低温的物体上，雾滴立刻固化成冰晶，相变热被大风带走；这个过程循环往复长时间持续，雾凇冰挂越积越多，形成安全隐患。
应对雾凇（冰凇）的关键时机就是在冰挂尚未形成的时，这时候可以根据当地的气侯特点及时采取应对措施；如：空绳低速运行防止冰层在轮衬、轮组侧板上大量堆积，启动特殊天气的应急预案等。
2、冻雨天气下摄像监控系统和光学望远镜都不起作用，无法及时观察到雾凇或雨凇的发展情况。
应对这一情况要关口前移，在设计线路视频监控时要适当增加防水、除湿、加热、云台、变焦、夜视等功能，并在出现冻雨时立即启用相关的功能，保障其能够有效观测。
3、冰壳附着在支架上增加了支架载荷，由于载荷分布不均使支架的受力方向发生改变，如果与单边重载、大风等特殊运行情况叠加会形成安全隐患。
图表 4高湿、冰点、风力是形成雾凇、雨凇的三要素
如果出现特别严重的雨凇灾害，首先应从保障设备和人身安全的角度处置情况，切忌盲目蛮干，在索道启动前应一次优先选取视频巡视、无人机巡视、人工徒步巡线等方式查勘线路上冰凇的质量多少和分布情况，同时还要关注是否有风力载荷、地质变化、客流方向与之叠加。如果冻雨过后气温骤降冰凇景色奇幻持续时间长，会有相当多的游客慕名来观赏，往往会出现多种不利因素叠加的情况，要合理采取措施切实有效的控制不利因素，如：人工除冰、增大吊厢间距避免载荷集中、利用地灾预警系统及时发现线路周边的地质变化风险等等。
图表 5线路支架上包裹的雨凇冰壳
4、支架上附着的冰挂在坠落时有击中吊厢的可能，也有击中检修车内工作人员的可能，索道在冰挂开始融化的时候有一定的风险。
根据线路视频设备或无人机收集的信息合理制定除冰的作业方案和作业工艺，将有可能导致严重风险的冰挂去除后再行开车。
5、架空通讯电缆、避雷线等架空线路会由于冰壳载荷和热胀冷缩效应内部张力快速增加，随着载荷的不断增加这些设施逐渐趋向被破坏。
图表 6检修车顶部加装一个防坠物安全网，防止意外坠落物伤及成员
首先要选用有足够承载冗余的线缆，在出现常见雾凇、冰凇状况时有足够的强度避免被破坏。另外还要根据实际情况采取伴热带加热、人工除冰等方式及时将附着在架空线缆上的冰壳去除，防止冰载荷积累过多、过坚固将线缆拉断。
6、U形针等导体外露的电气元件会因为被冰或冰水混合物包绕而出现接地故障导致索道的安全检测结果失准，给故障处置带来障碍，进而形成安全运行障碍。
（见图8）
采用更先进的技术方案和检测手段避免或减少此类情况的发生，一旦发生上述 “接地故障”可以对照其他检测手段的结果予以处置，例如发生脱索时脱索位置的R.P.D检测系统会同时或先于U形针报警并记录在PLC的故障信息表里，另外还可以采取人工勘查现场或视频观察、无人机巡视等手段辅助判断故障，提供决策依据。当时绝不可以经验主义从事，往往这种情况下侥幸心理是最大的风险因素。
7、风速风向仪被冻住后控制系统丧失了对风力风向的检测，形成安全隐患。
一旦风速风向仪被冻住，本身就说明风力较大，因为大多数风速都有加热功能，结冰的速度慢或者结冰后的散热量小就会被加热器融化掉。所有选用带有加热功能设计完善制作精良的风速仪是防范此风险的先决条件，在风速仪被冻住后并无可靠的参照物能反映风速情况。在这种情况下要依靠气象部门的风力信息来作出决策。（见图7）
图表 7被雨凇冻住的风速仪
8、轮组架侧板间隙处在雨凇环境下容易结满坚硬的冰，冰层过后会影响轮组架正常摆动，甚至会影响抱索器的通过。
预防这种情况可以靠冰凇初期就开始的变速压冰运行中产生的轮组架摆动，防止间隙里的冰堆积过多后冷涨效应强力抵住两侧的架板使其运动受阻或轻微偏离运载索的行走轨迹。也可以靠气温回升后自行融化脱落。（见图9）
9、轮组侧板与轮子之间的冰如果妨碍轮子的自由转动，会导致运载索将托压索轮轮衬擦出沟槽形成隐患。
如果没够在雨凇形成的初期一直到并开始融化，索道始终运行自如，可以在具备人工巡线的条件后采取检修车巡检的方式，目检有无转动异常的轮子、有无阻碍抱索器通过的轮子来消除隐患。在此之前不建议吊厢上线运行。（见图9）
图表 9大小轮组架侧板间以及小轮组架侧板与轮衬挡板间都结满了冰
10、如果雨凇将轮衬、运载索、轮组架冻结为一体，同时运载索上也结满厚厚的冰挂，运载索被冰层固定在支架轮组上，不把冰层破坏掉运载索难以运动。
这种情况在泰山区域极为罕见，索道主驱动电机的启动载荷会比正常启动时大出很多，而且有可能出现运载索在驱动轮进绳侧张力过大而出绳侧松弛的情况，致使运载索在驱动轮上的有效围抱角减小，传动摩擦力大幅度下降，运载索有可能会在驱动轮上打滑磨损驱动轮轮衬最终传动失效。这种情况下强行开车无疑会有巨大的风险。等待冰挂自然融化后彻底检查设备排除故障和隐患后在运营，应该是比较理想的处理方式。
11、索道线路长而雨凇受山间气流变换的影响会导致索道线路上某几段运载索和支架结冰严重，而其他部分结冰的情况较轻微。形成集中载荷和支架受力劣化的局面，导致部分支架的轮组载荷过大，部分轮组载荷过小，甚至结冰严重的区段处的运载索有脱离压索轮的可能。
这种情况只会发生在冻雨期间索道没有运转的情况下，所有尽可能在冻雨期间保持索道空绳运行，通过运载索的运动防止这种载荷集中的情况。
四、总结
汇总以上的11种情况，可以总结出一个规律；雾凇、冰冻对索道的安全运行确实存在比较复杂多样的危害，一旦这些危害形成，就难以快速处置；破解之道关键是在日常维护中建立防范体系，从设备设施、技术手段、人员训练、外部资源、安全生产观念、灾害应急管理等方面把工作做细做实，发生冻雨等恶天气时要立刻开展防灾工作，条件允许的前提下迅速启动压冰运行，同时密切关注风力、气温、空气湿度等重要气象数据的变化，当温度介于0至-5摄氏度、空气湿度高于80%并伴有6级以上的风力时要高度警惕冻雨长时间持续造成严重雨凇，借助监控设备等技术手段时刻掌握设备和环境的结冰情况，果断应对突发事件，控制风险的扩大；雨凇形成后要理性开展减灾工作尽量减小灾害带来的损失及时阻断灾害的传到效应，目的在于以杜绝人伤事故、尽量避免设备损伤为前提，争取早日恢复正常营运，确保运营安全。
图表 10无所畏惧只因前路漫漫
按照雨凇和雾凇的分布来看在南方潮湿寒冷的高山出现的次数要多于北方，在常年气温高于0摄氏度和常年气侯干燥的地方几乎不会出现。对雾凇和雨凇的探讨只是对索道运营中需要重视的多种自然灾害的一种情况，希望通过研讨的形式深入认识自然灾害对索道安全的影响，积极行到起来建立一系列的自然灾害应对体系，真正做到准备充分临危不乱，能够抗灾减灾，更好的挖掘索道经营潜力创造更多价值，推动行业发展服务社会民生。
