高速鐵路運營安全風(fēng)險控制研究

安治業(yè)，戴賢春，劉敬輝，郭 湛

（1. 中國鐵路總公司 武漢安全監(jiān)督管理特派員辦事處，湖北 武漢 430071；2. 中國鐵道科學(xué)研究院鐵道科學(xué)技術(shù)研究發(fā)展中心，北京 100081）

目前，安全風(fēng)險控制技術(shù)在世界鐵路系統(tǒng)運營管理中占有越來越重要的地位，其主要思想是結(jié)合鐵路系統(tǒng)運營的實際，分析確定系統(tǒng)高風(fēng)險區(qū)域，從而將有限的可利用資源應(yīng)用于控制該類風(fēng)險，以尋求最低的事故率、最少的損失和最優(yōu)的安全投資效益[1]。高速鐵路是關(guān)系到國計民生的重大工程。目前我國高速鐵路已經(jīng)進入大規(guī)模建設(shè)階段，研究高速鐵路運營安全風(fēng)險控制技術(shù)，在相對完善的安全保障機制的基礎(chǔ)上保證系統(tǒng)安全風(fēng)險最小化，是我國高速鐵路可持續(xù)發(fā)展的必要手段。

1 高速鐵路運營安全風(fēng)險控制基本流程

高速鐵路運營安全風(fēng)險控制技術(shù)是以安全系統(tǒng)工程、安全人機工程、風(fēng)險控制等理論為基礎(chǔ)，針對高速鐵路系統(tǒng)全局，運用科學(xué)和工程技術(shù)手段，辨識系統(tǒng)內(nèi)部及各子系統(tǒng)間接口存在的危害，依據(jù)風(fēng)險矩陣，采用定性或定量的分析方法確定系統(tǒng)的高風(fēng)險點，通過采取相應(yīng)的安全措施，從而將整個系統(tǒng)的風(fēng)險控制在合理、可接受的范圍內(nèi)[2-3]。

高速鐵路運營安全風(fēng)險控制的基本流程主要分為4個步驟，即危害事件識別、風(fēng)險分析及評估、風(fēng)險處理和風(fēng)險監(jiān)測及管理，如圖1所示。

1.1 危害事件識別

危害事件識別是在綜合考慮高速鐵路系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施和移動設(shè)備的安全影響因素、各子系統(tǒng)間的接口、人及外部環(huán)境對系統(tǒng)的作用等因素的基礎(chǔ)上，識別出系統(tǒng)的所有危害事件。

高速鐵路系統(tǒng)是龐大、復(fù)雜的高度集成系統(tǒng)，為了確保危害事件識別的有效性和完整性，可以根據(jù)各組成子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能將高速鐵路系統(tǒng)劃分為動車組、線路工程、牽引供電、運營調(diào)度、通信信號、客運服務(wù)及其他子系統(tǒng)，從而分別識別出各子系統(tǒng)的危害事件。此外，由于各子系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)和功能上自成體系、高度集成，因而識別各子系統(tǒng)間接口存在的危害事件在高速鐵路運營安全風(fēng)險分析中不容忽視。

1.2 風(fēng)險分析及評估

風(fēng)險分析及評估是考慮高速鐵路系統(tǒng)已有的安全控制措施，結(jié)合風(fēng)險矩陣對所識別出的危害事件進行風(fēng)險水平評估的過程。

圖1 高速鐵路運營安全風(fēng)險控制的基本流程

風(fēng)險 R 的定義為

式中：F 為危害事件發(fā)生的頻率；S 為危害事件產(chǎn)生的后果。

風(fēng)險分析及評估分為定量和定性2種方法，對于風(fēng)險水平較低的系統(tǒng)或區(qū)域，通常采用定性風(fēng)險分析方法，以節(jié)約資源和時間；定量分析能夠提供更科學(xué)、更精確的分析結(jié)果，通常用于風(fēng)險水平較高的系統(tǒng)或區(qū)域，定量風(fēng)險分析通常將故障樹和事件樹2種分析方法相結(jié)合。

1.3 風(fēng)險處理

風(fēng)險處理是對識別出的高風(fēng)險的危害事件提出合理、可行的風(fēng)險降低措施，使其風(fēng)險水平達到可以接受的水平。風(fēng)險處理措施根據(jù)原理不同分為成因控制措施和后果控制措施。設(shè)置風(fēng)險控制措施應(yīng)當按照“消除、預(yù)防、降低、減輕”的順序或優(yōu)先級來配置。

1.4 風(fēng)險監(jiān)測及管理

風(fēng)險監(jiān)測及管理是將前期所有的工作形成可追溯性文檔記錄，供后期查閱，以便運營管理部門對系統(tǒng)風(fēng)險進行持續(xù)的監(jiān)測和管理；任何對高速鐵路系統(tǒng)所做的升級或變更都需要進行重新的風(fēng)險評估和管理，以確保整個高速鐵路系統(tǒng)處于可接受的風(fēng)險水平范圍之內(nèi)。

危害記錄表是安全證據(jù)之一，所有的危害識別和風(fēng)險分析的工作結(jié)果都將記錄在高速鐵路運營安全危害記錄表中。危害記錄表可以追蹤危害識別、風(fēng)險分析、風(fēng)險降低等活動和控制措施，并且對于以后任何降低風(fēng)險的方法和措施起參考作用，危害記錄表將持續(xù)更新。

2 高速鐵路風(fēng)險矩陣

風(fēng)險矩陣是高速鐵路系統(tǒng)運營安全綜合評估的標準，體現(xiàn)了風(fēng)險的可能性與嚴重程度的關(guān)系，是用于衡量危害事件安全風(fēng)險是否可以接受的尺度。結(jié)合我國高速鐵路運營安全綜合評估的具體情況，其風(fēng)險矩陣應(yīng)與我國鐵路相關(guān)的標準規(guī)范具有一致性[4]，在確定風(fēng)險矩陣時應(yīng)考慮以下特點。

（1）風(fēng)險矩陣比例。該比例能夠覆蓋不同危害事件發(fā)生的頻率范圍(從頻繁的到不可能的)；能夠覆蓋不同危害事件產(chǎn)生的后果(從輕傷事故、重傷事故到特別重大事故)；在同一個風(fēng)險矩陣中，應(yīng)該確保不同級別的風(fēng)險區(qū)域能夠平均分布，包括不可接受風(fēng)險區(qū)域、可接受風(fēng)險區(qū)域，以及它們之間的不期望風(fēng)險區(qū)域。

（2）風(fēng)險矩陣的范圍。該范圍參考相關(guān)鐵路交通事故法律、法規(guī)，所建立的風(fēng)險矩陣應(yīng)能覆蓋涉及安全的各個方面，如人員輕傷、重傷、死亡等。

（3）后果等級。其定義參考國家及鐵路相關(guān)法規(guī)、規(guī)章和標準，包括《 鐵路交通事故應(yīng)急救援和調(diào)查處理條例 》、《 鐵路交通事故調(diào)查處理規(guī)則》等。后果等級定義及描述如表1所示。

表1 后果等級定義及描述

（4）頻率等級。其定義能夠覆蓋不同事件發(fā)生的頻率，從“頻繁的”(每年多于100次)到“不可能的”(少于100年發(fā)生1次)，每個頻率等級相差1個量級(相差10倍)。頻率等級定義及描述如表2所示。

表2 頻率等級定義及描述

（5）風(fēng)險水平。參照國家標準《 軌道交通 可靠性、可用性、可維修性和安全性規(guī)范及示例 》(GB/T21562-2008)中對風(fēng)險水平的要求，風(fēng)險水平定義如表3所示。

表3 高速鐵路風(fēng)險水平定義

綜合考慮上述因素，我國高速鐵路風(fēng)險矩陣的示例如表4所示。

需要注意的是，上述風(fēng)險矩陣僅為研究建議，在實際應(yīng)用中，應(yīng)當結(jié)合高速鐵路各條線路的具體情況，由相關(guān)鐵路局和管理部門進行修正和認可。

3 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)收集是高速鐵路系統(tǒng)運營安全綜合評估的基礎(chǔ)，所收集的數(shù)據(jù)資料應(yīng)滿足全面、客觀、具體的要求。在評估過程中，應(yīng)綜合參考類似系統(tǒng)的事故/故障記錄、設(shè)備供應(yīng)商提供的應(yīng)用歷史數(shù)據(jù)、車載設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)、地面設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)、綜合檢測車檢測數(shù)據(jù)、運營單位記錄的事故/故障數(shù)據(jù)和自然災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)等，采用合理的分析方法綜合評估高速鐵路系統(tǒng)運營的安全性。

（1）國外類比數(shù)據(jù)。類比證論是一種通過已知事物(或事例)與跟它有某些相同或相似特點的事物(或事例)進行比較類推從而證明論點的論證方法。我國高速鐵路運營歷史數(shù)據(jù)有限，收集國外高速鐵路相關(guān)故障、事故歷史數(shù)據(jù)進行類比，對其相關(guān)安全風(fēng)險進行充分評估是國際鐵路系統(tǒng)常用的、有效的方法。

（2）國內(nèi)類比數(shù)據(jù)。我國鐵路運營歷史長久，特別是1997年全路實施大面積提速以來，我國鐵路積累了大量的運營歷史數(shù)據(jù)，參考這些歷史數(shù)據(jù)進行類比分析和評估十分必要。其他鐵路系統(tǒng)采用的相同或相似子系統(tǒng)或部件的故障、事故數(shù)據(jù)是進行高速鐵路各子系統(tǒng)可靠性、安全性評估的重要信息來源，特別是對于類似地震、洪水等低頻率而后果可能十分嚴重的危害事件的評估，應(yīng)充分參考國內(nèi)其他高速鐵路、甚至提速線路的歷史數(shù)據(jù)資料，并且結(jié)合高速鐵路系統(tǒng)的安全技術(shù)措施進行安全風(fēng)險評估。

（3）設(shè)備供應(yīng)商提供的應(yīng)用歷史數(shù)據(jù)。高速鐵路系統(tǒng)運營安全風(fēng)險分析是將整體系統(tǒng)進行層層分解和論證的過程，子系統(tǒng)和各設(shè)備/部件的安全是保證系統(tǒng)安全的前提。因此，收集設(shè)備及子系統(tǒng)的應(yīng)用歷史數(shù)據(jù)，包括平均故障時間間隔，平均修復(fù)時間間隔，故障、事故統(tǒng)計資料等信息是系統(tǒng)可靠性、可用性評估的基礎(chǔ)，也是高速鐵路系統(tǒng)運營安全風(fēng)險分析的必要途徑。

（4）各類檢測、監(jiān)控數(shù)據(jù)。我國高速鐵路系統(tǒng)采用綜合安全監(jiān)控體系對系統(tǒng)狀態(tài)進行實時監(jiān)控和檢測，包括基礎(chǔ)設(shè)施、高速動車組狀態(tài)檢測及監(jiān)控，以及自然災(zāi)害防護及監(jiān)測預(yù)警等內(nèi)容，對其記錄的各種報警、故障等信息及未遂事件信息進行綜合分析，是運營安全風(fēng)險分析及控制的重要依據(jù)。

（5）運營單位事故、故障數(shù)據(jù)。運營單位記錄的數(shù)據(jù)不僅包括各類由于設(shè)備自身因素導(dǎo)致的故障及事故數(shù)據(jù)、各類未遂事故數(shù)據(jù)，還包括由于人為因素導(dǎo)致的故障、事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)。大量事故資料表明，90% 以上的事故是由人為因素導(dǎo)致的。根據(jù)《 軌道交通 可靠性、可用性、可維修性和安全性規(guī)范及示例 》(GB/T21562-2008)對系統(tǒng)可靠性、可用性、可維修性和安全性的影響因素的描述，人為因素對系統(tǒng)失效、運營和維護過程都具有重要的影響。因此，人為因素導(dǎo)致故障、事故的統(tǒng)計數(shù)據(jù)不僅可以為危害事件發(fā)生頻率和后果提供參考依據(jù)，在安全風(fēng)險控制措施的設(shè)置中，員工的素質(zhì)要求、人員培訓(xùn)及安全文化建設(shè)等都是通常需要考慮的要素。

（6）自然災(zāi)害監(jiān)測及記錄數(shù)據(jù)。影響高速鐵路運營安全的自然災(zāi)害的類型可能包括強風(fēng)、洪水、地震、積雪及異物侵限等。自然災(zāi)害事故與其他系統(tǒng)失效或故障相比，其發(fā)生頻率相對較低，但是一旦發(fā)生其后果將十分嚴重。因此，高速鐵路沿線地區(qū)自然災(zāi)害的歷年監(jiān)測及記錄數(shù)據(jù)是評估其發(fā)生頻率的重要參考依據(jù)，對鐵路系統(tǒng)所產(chǎn)生的影響則是對危害事故后果評估的重要參考依據(jù)。

4 運營安全風(fēng)險分析及控制模型

高速鐵路運營安全風(fēng)險分析及控制可以采用領(lǐng)結(jié)模型，如圖2所示。模型中間部分為所分析的目標危害事件，左邊為導(dǎo)致該危害事件發(fā)生的成因及針對成因采取的控制措施，右邊為該危害事件發(fā)生可能導(dǎo)致的后果及針對后果采取的控制措施，將上述因素以圖形表示，類似“領(lǐng)結(jié)”的形狀，因而稱之為領(lǐng)結(jié)模型。

4.1 運營安全風(fēng)險分析

基于領(lǐng)結(jié)模型進行高速鐵路運營安全風(fēng)險分析，在領(lǐng)結(jié)模型中每一個成因到每一種后果為1個事故序列，從而得到所有的事故序列。例如，在圖2中從“成因 n—危害事件—后果1”為1個事故序列，可以采用故障樹分析法(Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)分析危害事件發(fā)生的成因，采用事件樹分析法(Event Tree Analysis，ETA)分析危害事件產(chǎn)生的后果，從而得到該事故序列的頻率。根據(jù)所有事故序列的頻率可以得到危害事件的頻率，結(jié)合風(fēng)險矩陣可以得到危害事件的風(fēng)險水平。

4.2 風(fēng)險控制及改進

風(fēng)險評估的目的是將產(chǎn)生危害的可能性最小化。風(fēng)險控制是通過風(fēng)險分析識別出的危害事件的成因和后果，通過設(shè)置控制措施阻止導(dǎo)致危害事件發(fā)生的成因，或者通過設(shè)置緩解措施減輕危害事件的后果。高速鐵路運營安全風(fēng)險分析及控制模型示意圖如圖2所示。

在圖2中，通過設(shè)置成因控制措施阻止成因事件的發(fā)生，通過后果控制措施緩解后果的嚴重性。另外，為了進一步防止成因控制措施的失效，還可以針對導(dǎo)致成因控制措施失效的成因進一步設(shè)置控制措施。

控制措施應(yīng)該按照消除、預(yù)防、降低危害事件發(fā)生的可能性和減輕危害事件后果的順序或優(yōu)先級加以實施，如圖3所示。運營安全風(fēng)險控制措施設(shè)置的基本原則為通過采取措施能夠消除的危害就應(yīng)進行消除；無法消除的，應(yīng)通過采用安全標準、運營控制等措施進行預(yù)防；無法預(yù)防的，應(yīng)通過設(shè)置安全裝置和保護措施等降低危害事件發(fā)生的頻率；最后，當上述措施均失效時，即事故發(fā)生后還可以采取應(yīng)急、消防設(shè)施等后果減輕措施減輕事故的危害程度。

圖2 高速鐵路運營安全風(fēng)險分析及控制模型示意圖

圖3 高速鐵路運營安全風(fēng)險控制措施設(shè)置的優(yōu)先級

5 結(jié)論

（1）高速鐵路運營安全風(fēng)險控制技術(shù)是安全管理的重要手段，是高速鐵路系統(tǒng)尋求最低的事故率、最少的損失和最優(yōu)的安全投資效益的有效方法。

（2）綜合考慮我國高速鐵路相關(guān)標準規(guī)范及應(yīng)用的可操作性，建議采用6×6形式的風(fēng)險矩陣，但在實際應(yīng)用中，應(yīng)由相關(guān)鐵路局和管理部門對具體細節(jié)進行修正和認可。

（3）在高速鐵路運營安全風(fēng)險分析及評估過程中，應(yīng)綜合參考類似系統(tǒng)的事故及故障記錄、設(shè)備供應(yīng)商提供的應(yīng)用歷史數(shù)據(jù)、車載設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)、地面設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)、綜合檢測車檢測數(shù)據(jù)、運營單位記錄的事故/故障數(shù)據(jù)及自然災(zāi)害監(jiān)測數(shù)據(jù)等，采用合理的分析方法綜合評估其運營安全性。

（4）基于領(lǐng)結(jié)模型進行高速鐵路運營安全風(fēng)險分析和控制是有效的途徑。高速鐵路運營安全風(fēng)險控制措施應(yīng)該按照消除、預(yù)防、降低危害事件發(fā)生的可能性和減輕危害事件后果的順序或優(yōu)先級加以實施。

（5）危害記錄表是追蹤高速鐵路系統(tǒng)運營安全情況的重要工具，應(yīng)該持續(xù)更新。

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[1]The Institute of Risk Management. Risk Management Standard：ALARM the National Forum for Risk Management in the Public Sector [Z]. London：The Institute of Risk Management(IRM)，2002.

[2]劉敬輝，戴賢春，郭 湛，等. 鐵路系統(tǒng)基于風(fēng)險的定量安全評估方法[J]. 中國鐵道科學(xué)，2009，30(5)：123-128.

[3]Joint Technical Committee. AS4360：2004Australia/New Zealand Standard on Risk Management[S]. Sdyney：Joint Technical Committee，2004.

[4]中華人民共和國鐵道部政策法規(guī)司. 中國鐵路法規(guī)、規(guī)章及規(guī)范性文件匯編[M]. 北京：中國鐵道出版社，2012.