鐵路裝載加固安全風險識別與評估技術(shù)研究

吳必龍，劉作義

（北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044）

裝載加固[1]中的安全隱患一直是引發(fā)鐵路貨運安全事故的重要風險源，確保裝載加固安全是鐵路運輸安全風險管控的重點內(nèi)容。在全路推行安全風險管理[2]的大背景下，加強裝載加固安全風險管理，對于提高鐵路安全管理水平具有現(xiàn)實意義。裝載加固安全風險的識別與評估是裝載加固安全風險管理的基礎(chǔ)，包括對風險的感知與發(fā)現(xiàn)，以及針對識別出的風險分析其發(fā)生的可能性和損失后果，確定風險等級等。

1 鐵路裝載加固安全風險識別體系

風險識別[3]是指風險管理人員運用有關(guān)知識和方法，收集有關(guān)風險因素、風險事件和損失后果等信息，從而發(fā)現(xiàn)導致潛在損失的風險因素。在構(gòu)建鐵路裝載加固安全風險識別體系前，先對裝載加固的安全影響因素進行分析。

1.1 鐵路裝載加固安全影響因素

根據(jù)裝載加固及運輸途中可能存在的危險，將裝載加固安全影響因素劃分為貨物基本特性、裝載加固方案、加固材料 ( 裝置 )、運輸設備、安全操作與管理和外部環(huán)境 6 類。

在 6 類影響因素中，貨物基本特性是指貨物自身特性和裝載加固要求，如尺寸、重量、狀態(tài)、包裝等。裝載加固方案包括貨物裝載方案、加固方法的設計和加固強度的計算等。加固材料 ( 裝置 ) 因素主要包括加固材料 ( 裝置 ) 的規(guī)格和質(zhì)量是否過關(guān)、作業(yè)人員的使用方法是否正確等。運輸設備因素包括 3 個方面的內(nèi)容：運輸線路的條件、運載車輛的狀態(tài)、裝卸設備和計量檢測設備的運用。安全操作與管理因素主要涉及人的管理，包括作業(yè)人員的素質(zhì)與技術(shù)水平、安全管理規(guī)章與制度的落實情況、職工業(yè)務培訓與安全教育的開展情況、應急預案的制訂等方面。外部環(huán)境因素包括自然環(huán)境 ( 如大風、洪水、雷擊等 ) 和社會環(huán)境 ( 如鐵路沿線社會治安與居民素質(zhì)等 )。

1.2 鐵路裝載加固安全風險識別體系

根據(jù)鐵路裝載加固的作業(yè)流程和主要安全環(huán)節(jié)，裝載加固存在的風險事件可以分為裝載加固方案設計及審批受理風險，裝載加固方案實施與作業(yè)風險，運輸途中貨檢和計量安全檢測監(jiān)控設備風險3 類。這 3 類風險事件都有對應的風險因素。這些風險因素可以分為貨物基本特性引發(fā)的風險、裝載加固方案風險、加固材料 ( 裝置 ) 風險、設備運用風險、安全操作與管理風險和外部環(huán)境風險 6 種，稱為一級風險因素；每個一級風險因素又包含更具體的風險因素，稱為二級風險因素。通過羅列風險核對表的方法統(tǒng)計各類風險事件存在的風險因素，進行風險識別研究，構(gòu)建結(jié)構(gòu)合理的鐵路裝載加固安全風險識別體系。

2 鐵路裝載加固安全風險等級

2.1 風險發(fā)生概率和損失大小等級劃分

風險包含風險事件發(fā)生的概率及可能造成的損失大小 2個方面。因此，風險評估需要綜合考慮這2 個方面，簡潔、直觀地表達風險等級。根據(jù)《 鐵路交通事故調(diào)查處理規(guī)則 》[4]( 以下簡稱《 事規(guī) 》)的有關(guān)規(guī)定和現(xiàn)場作業(yè)實際情況，借鑒多家鐵路局( 集團/公司 ) 關(guān)于貨運風險等級的劃分辦法，得出風險發(fā)生概率等級劃分如表 1 所示，風險損失大小等級劃分如表 2 所示。

表1 風險發(fā)生概率等級劃分

表2 風險損失大小等級劃分

2.2 風險等級劃分

綜合考慮風險事件的發(fā)生概率等級和損失大小等級，建立鐵路裝載加固安全風險等級評價矩陣如表 3 所示。在表 3 中，將裝載加固安全風險劃分為很高、高、一般和較低 4 個等級，分別用 A、B、C、D 表示，各等級的評判標準如下。

A 級：風險等級很高 ( 高度風險，不可接受 )，具有突發(fā)性、源頭性、系統(tǒng)性的特征，可能導致的后果非常嚴重。對應于《 事規(guī) 》中，可能導致一般 B 類 ( 旅客列車 C 類 ) 及以上事故發(fā)生，或者由于自然災害、設備設施故障等突發(fā)性事件，已經(jīng)危及行車和人身安全，需要果斷采取措施解決的風險。

表3 風險等級評價矩陣

B 級：風險等級高 ( 中度風險，不可接受 )，具有易發(fā)性、階段性、子系統(tǒng)性的特征，可能導致的后果嚴重。對應于《 事規(guī) 》中，可能導致一般 C 類事故，需要立即采取措施解決的風險。

C 級：風險等級一般 ( 低度風險，不可接受 )，具有局部性的特征，可能導致的后果較大。對應于《 事規(guī) 》中，可能導致一般 D 類事故，需要適時采取措施解決的風險。

D 級：風險等級較低 ( 極低風險，可接受 )，具有個別性的特征，可能導致的后果較小，通常是漸近發(fā)展或局部性的風險。此風險等級需要繼續(xù)觀測其發(fā)展，以便采取相應措施解決。

3 鐵路裝載加固安全風險綜合評估方法

在歷史經(jīng)驗和專家觀點的基礎(chǔ)上，綜合運用層次分析法 ( Analytic Hierarchy Process，AHP )[5]和模糊數(shù)學[6]理論，提出鐵路裝載加固安全風險綜合評估方法[7]。該方法的基本原理是：首先構(gòu)建鐵路裝載加固風險評估多級遞階結(jié)構(gòu)；其次確定評判對象的因素集和評價集；再次分別確定因素集中各個元素的權(quán)重，以及其對于評價集中各元素的隸屬度；最后通過模糊合成運算，歸一化和集化處理，得到模糊綜合評估的結(jié)果。

3.1 建立評估模型因素集和評價集

因素集中的元素包括影響評判對象的各種因素，用F表示，有F= {a1，a2，a3}，其中ai(i= 1，2，3 ) 代表風險識別體系中的3類風險事件；并將其按照各自的一級風險因素繼續(xù)細分為不同的子集，即ai= {bi1，bi2，…，bim}，其中bim是第i類風險事件的第m項一級風險因素；同理，將bim再細分，可以得到其二級風險因素為bim= {cim1，cim2，…，cimn}。由此得到鐵路裝載加固安全風險評估的多級遞階結(jié)構(gòu)模型。

評價集是由對評判對象可能做出的若干評估結(jié)果所組成的集合，根據(jù)裝載加固安全風險等級的劃分結(jié)果，將評價集劃分為 4 個等級，即

3.2 風險因素權(quán)重值的確定

風險因素權(quán)重值對評估結(jié)果的可信度有較大影響。利用層次分析法，通過專家打分構(gòu)造判斷矩陣，并且求得滿足一致性檢驗的矩陣特征值和特征向量，進而可以得到各層級風險因素的權(quán)重值。

3.2.1 構(gòu)造判斷矩陣

根據(jù)層次分析法的判斷尺度，以因素集內(nèi)上一層某元素作為判斷基準，對與之相關(guān)的下一層元素的相對重要性進行兩兩比較，從而建立一系列的兩兩判斷矩陣X= (xpq)n×n如下。

式中：xpq表示p因素相對于q因素的重要程度，xpq＞0 且有xqp= 1/xpq。xpq值越大，代表p因素比q因素的重要程度越高； 其值等于 1 時， 代表 2 因素的重要性大體相當。

3.2.2 計算相對權(quán)重

利用幾何平均法計算風險因素相對權(quán)重的值，具體過程如下。

（1）求判斷矩陣每行元素的幾何平均值。

（3）計算判斷矩陣的最大特征值λmax。式中：(Xω)p為向量Xω的第p個元素。

（4）進行一致性檢驗。計算出λmax后，可以根據(jù)公式⑹、⑺計算一致性指標 CI 和隨機一致性比率CR的值。當CR＜0.1 時，說明判斷矩陣和求出的相對權(quán)重達到了要求；否則，對判斷參數(shù)xpq進行調(diào)整和修正，重新構(gòu)造新的判斷矩陣。

CI= (λmax-n)/(n- 1 ) ⑹CR=CI/RI⑺RI為平均隨機一致性指標，該指標是通過多次(500次以上)重復進行隨機判斷矩陣特征根計算之后取算術(shù)平均得到的，可以查表獲得。

3.3 一級風險模糊綜合評估

3.3.1 一級風險隸屬度評判矩陣

通過專家打分和歸一化處理，分別確定評判對象對評價集中各個元素的隸屬度值。設因素集中的二級風險因素cimn對評價集中第j個風險級別的隸屬度為t?jimn，則對cimn進行單因素評估的結(jié)果可以用隸屬度評判向量Timn表示為

將二級風險因素隸屬度評判向量Tim1，Tim2， …，Timn組成一個總矩陣Tim，即為一級風險因素bim的隸屬度評判矩陣。

3.3.2 一級風險模糊綜合評估

根據(jù)通過層次分析法得到的各二級風險因素權(quán)重分配向量ω'im= (ω?imn) 和一級風險因素的隸屬度評判矩陣Tim，運用模糊數(shù)學理論中的模糊算子可以求得一級風險因素綜合評判向量Zim，即這里選取加權(quán)平均型算子M( ·，○+ ) 進行模糊運算如下。

式中：為一級風險因素bim在j風險級別下的評估結(jié)果。若Zim的各分量之和不為 1，則還需要對其進行歸一化處理。利用最大隸屬度法進行集化處理，最終得到一級風險因素bim的風險等級。在得出bim綜合評判向量的基礎(chǔ)上，可以用類似方法繼續(xù)向上進行評估。將bim的綜合評判向量Zim組合起來，成為ai的隸屬度評判矩陣，再與一級風險因素的權(quán)重分配向量= (ωim) 進行模糊計算，得到ai的綜合評估結(jié)果。

4 算例

應用上述鐵路裝載加固安全風險綜合評估方法，給出鐵路裝載加固方案設計及審批受理風險事件的模糊綜合評估實際算例。

4.1 計算風險因素權(quán)重值

按照裝載加固方案設計及審批受理風險事件

a1的風險識別結(jié)果，可以構(gòu)建如圖 1 所示的多級遞階結(jié)構(gòu)模型。通過專家打分，分別建立a1至b1m層及b1m至c1mn層的判斷矩陣如表 4 至表 8 所示，求出權(quán)重值如表 9 所示。

4.2 生成評判矩陣

對專家打分得出的各二級風險因素c1mn風險等級結(jié)果進行整理，得出二級風險因素的隸屬度如表10 所示。

4.3 模糊綜合評估

利用加權(quán)平均型算子進行模糊合成運算，可以得到各級風險因素對評價集的綜合評判向量。對向量進行集化，得到模糊綜合評估結(jié)果如表 11 所示。

由表 11 可知，在導致裝載加固方案設計及審批受理風險事件發(fā)生的一級風險因素中，貨物基本特性、安全操作與管理的風險等級最低，屬于 D 級風險，裝載加固方案和加固材料 ( 裝置 ) 的風險等級較高，屬于 C 級風險，需要重點關(guān)注，并且采取合理措施進行風險控制；在二級風險因素中，c112，c121，c123，c131，c132，c145的風險等級較高，屬于 C 級風險，需要重點關(guān)注，并且采取合理措施進行風險控制。裝載加固方案設計及審批受理風險事件的風險等級為 C 級，雖然風險程度屬于低度風險，但仍然不可接受，需要適時采取措施控制風險，與現(xiàn)場實際情況基本吻合。實例進一步驗證了該評估方法的可行性和有效性。

圖 1 裝載加固方案設計及審批受理風險因素 3 級遞階結(jié)構(gòu)

表4 a1 至 mb1 層次兩兩判斷矩陣

表5 b11 至 nc11 層次兩兩判斷矩陣

表6 b12 至 nc12 層次兩兩判斷矩陣

表7 b13 至 nc13 層次兩兩判斷矩陣

表8 b14 至 nc14 層次兩兩判斷矩陣

表9 裝載加固方案設計及審批受理風險權(quán)重表

表10 裝載加固方案設計及審批受理風險隸屬度

表11 風險評估結(jié)果

5 結(jié)束語

通過引入風險管理理論與方法，研究鐵路裝載加固安全風險識別與評估技術(shù)，分析影響鐵路裝載加固安全的因素，提出鐵路裝載加固安全風險綜合評估方法，該方法將定性與定量方法相結(jié)合，綜合運用層次分析法和模糊數(shù)學理論對裝載加固的安全風險等級進行評價。由實際算例的結(jié)果可知，通過該方法得到的評估結(jié)果比較符合現(xiàn)場實際，具有一定的現(xiàn)實指導意義。

[1] 中華人民共和國鐵道部. 鐵路貨物裝載加固規(guī)則[M]. 北京：中國鐵道出版社，2006.

[2] 中華人民共和國鐵道部運輸局. 關(guān)于全路貨運系統(tǒng)推行安全風險管理的實施意見[J]. 鐵道貨運，2012，30(5)：48-51.

[3] 劉 鈞. 風險管理概論[M]. 3版. 北京：清華大學出版社，2013.

[4] 中華人民共和國鐵道部. 鐵路交通事故調(diào)查處理規(guī)則[J]. 鐵道貨運，2008，26(7)：39-47.

[5] 張炳江. 層次分析法及其應用案例[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2014.

[6] 謝季堅，劉承平. 模糊數(shù)學方法及其應用[M]. 4版. 武漢：華中科技大學出版社，2013.

[7] 張 莉，蓋宇仙. 運用改進層次分析法評價闊大貨物裝載加固方案[J]. 鐵道運輸與經(jīng)濟，2006，28(6)：70-72.