基于灰靶決策理論的鐵路項(xiàng)目防護(hù)柵欄設(shè)置研究

王曉剛，李 準(zhǔn)

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

基于灰靶決策理論的鐵路項(xiàng)目防護(hù)柵欄設(shè)置研究

王曉剛，李 準(zhǔn)

(中鐵二院工程集團(tuán)有限責(zé)任公司，成都 610031)

近年來(lái)，隨著鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，防護(hù)柵欄技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷提高、投資規(guī)模不斷擴(kuò)大。為減少資金投入，促進(jìn)我國(guó)鐵路可持續(xù)發(fā)展，從安全及法律的角度，對(duì)防護(hù)柵欄的設(shè)置目的、設(shè)置原則進(jìn)行了規(guī)范性與靈活性的技術(shù)經(jīng)濟(jì)思考，并運(yùn)用灰靶決策理論，構(gòu)建鐵路建設(shè)項(xiàng)目防護(hù)柵欄設(shè)置決策系統(tǒng)。結(jié)合某穿越戈壁灘鐵路項(xiàng)目，通過(guò)對(duì)決策模型結(jié)果的分析，提出集聚區(qū)段按規(guī)范設(shè)置、少人區(qū)段酌情設(shè)置、無(wú)人區(qū)段不設(shè)置防護(hù)柵欄的新思路。

鐵路;防護(hù)柵欄;灰靶決策;技術(shù)經(jīng)濟(jì)

1 概述

鐵路線路防護(hù)柵欄是重要的鐵路行車設(shè)備，是鐵路行車安全的重要屏障。2007年，原鐵道部出臺(tái)辦法，規(guī)定時(shí)速超過(guò)120 km的既有線和客運(yùn)專線均應(yīng)設(shè)置防護(hù)柵欄進(jìn)行封閉，允許速度小于120 km的區(qū)段也可根據(jù)需要進(jìn)行封閉。柵欄應(yīng)按照鐵路線路防護(hù)柵欄通用圖進(jìn)行設(shè)計(jì)施工［1］。通用圖至今歷經(jīng)數(shù)次優(yōu)化修改，防護(hù)柵欄設(shè)置方案與范圍逐步完善［2］。其技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)從2006年左右約8萬(wàn)元/單側(cè)km增加至現(xiàn)在約45萬(wàn)元/單側(cè)km，結(jié)構(gòu)愈發(fā)牢固，技術(shù)愈發(fā)成熟，外形愈發(fā)美觀，施工技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了集約化、規(guī)模化、工廠化。

近年來(lái)，我國(guó)鐵路建設(shè)飛速發(fā)展，2005年末全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程約7.5萬(wàn)km，至2013年底，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程已突破10.3萬(wàn) km，增長(zhǎng)幅度接近38%［3］，按照全國(guó)鐵路綜合情況分析，營(yíng)業(yè)里程增長(zhǎng)部分的防護(hù)柵欄設(shè)置長(zhǎng)度接近3.5萬(wàn)單側(cè)km，既有線增設(shè)防護(hù)柵欄長(zhǎng)度接近7萬(wàn)單側(cè)km，投資規(guī)模接近200億元。至“十二五”末，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程預(yù)計(jì)將突破12萬(wàn)km［4］，防護(hù)柵欄投資規(guī)模將進(jìn)一步擴(kuò)大至約300億元。依據(jù)國(guó)家節(jié)能環(huán)保相關(guān)政策要求，能否在保證安全的前提下減少防護(hù)柵欄的設(shè)置數(shù)量或降低設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，減少資金投入，促進(jìn)我國(guó)鐵路可持續(xù)發(fā)展，是本文需要研究的問(wèn)題。

2 防護(hù)柵欄設(shè)置目的分析

2.1 工程目的

鐵路線路為帶狀連續(xù)分布，其所具有的空間割裂性不可避免會(huì)在所經(jīng)區(qū)域形成一道通過(guò)屏障，對(duì)人類活動(dòng)、動(dòng)物遷徙產(chǎn)生制約影響。

根據(jù)鐵路運(yùn)營(yíng)部門統(tǒng)計(jì)，鐵路安全事故集中于行人橫跨鐵路，大型牲畜動(dòng)物闖入運(yùn)營(yíng)線路等。通過(guò)設(shè)置交通涵洞、跨線天橋等線路跨越工程，滿足通過(guò)鐵路線路的交通需求，從空間上溝通線路兩側(cè)區(qū)域［5］。然而，雖然設(shè)置了交通涵洞、跨線天橋等跨越形式，但個(gè)別人類活動(dòng)的無(wú)序性以及動(dòng)物闖入的偶然性，其走行軌跡不一定貼合設(shè)計(jì)好的通過(guò)線路，其活動(dòng)對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)仍產(chǎn)生較大的安全威脅。

在此情況下，鐵路部門通過(guò)設(shè)置防護(hù)柵欄對(duì)鐵路線路進(jìn)行工程封閉，以有效降低人、物闖入的安全威脅［6］，因此防護(hù)柵欄設(shè)置的主要目的就是確保行車安全，減少路內(nèi)、外人身傷亡事故，以及減少牲畜、動(dòng)物翻越運(yùn)營(yíng)線路等潛在風(fēng)險(xiǎn)。即防護(hù)柵欄的工程目的應(yīng)該首先是阻隔無(wú)關(guān)人員的進(jìn)入，其次是阻擋動(dòng)物的翻越。目前《鐵路線路設(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)防護(hù)柵欄設(shè)置也做了相關(guān)規(guī)定。

2.2 法律目的

2013年頒布中華人民共和國(guó)國(guó)務(wù)院令第639號(hào)《鐵路安全管理?xiàng)l例》。其中與防護(hù)柵欄有關(guān)的條例有如下內(nèi)容。

第4章“鐵路線路安全”第28條，規(guī)定“設(shè)計(jì)開行時(shí)速120 km以上列車的鐵路應(yīng)當(dāng)實(shí)行全封閉管理。鐵路建設(shè)單位或者鐵路運(yùn)輸企業(yè)應(yīng)當(dāng)按照國(guó)務(wù)院鐵路行業(yè)監(jiān)督管理部門的規(guī)定在鐵路用地范圍內(nèi)設(shè)置封閉設(shè)施和警示標(biāo)志。”

第5章“鐵路運(yùn)營(yíng)安全”第77條，“禁止實(shí)施非法攔截列車、阻斷鐵路運(yùn)輸，以及在鐵路線路上行走、坐臥或者在未設(shè)平交道口、人行過(guò)道的鐵路線路上通過(guò)等危害鐵路運(yùn)輸安全的行為?！?/p>

對(duì)《鐵路安全管理?xiàng)l例》第28條可以理解為防護(hù)柵欄設(shè)置工程目的的法律相容性;第77條則可以理解為防護(hù)柵欄設(shè)置工程目的的法律相悖性，即在法律的框架下，行人在鐵路線路上的社會(huì)活動(dòng)是不允許的，在法律普及度高、守法意識(shí)強(qiáng)、執(zhí)法力嚴(yán)格的前提下，無(wú)關(guān)行人會(huì)以法律為約束，避免進(jìn)入或干擾鐵路運(yùn)營(yíng)線路。即從法律角度出發(fā)，設(shè)計(jì)開行時(shí)速120 km以上列車的鐵路應(yīng)設(shè)置防護(hù)柵欄，但其目的應(yīng)以阻隔大型動(dòng)物的進(jìn)入為主。

3 防護(hù)柵欄設(shè)置特點(diǎn)

3.1 防護(hù)柵欄設(shè)置規(guī)范性

鐵路防護(hù)柵欄設(shè)置以保障行車安全為目的，近年來(lái)設(shè)置體系已越趨成熟，根據(jù)目前最新版鐵路線路防護(hù)柵欄通用設(shè)計(jì)圖集，防護(hù)柵欄的設(shè)置主要考慮柵欄類型選擇和柵欄封閉方案兩個(gè)方面的問(wèn)題。

關(guān)于柵欄類型選擇。目前防護(hù)柵欄有鋼筋混凝土和鋼筋混凝土立柱金屬網(wǎng)片兩種，且設(shè)計(jì)高度有多種類型。根據(jù)建設(shè)項(xiàng)目類型、速度目標(biāo)值的不同，相應(yīng)選用不同的防護(hù)柵欄類型。對(duì)于大型車站兩端、有景觀或高度要求的特殊地段，當(dāng)不采用通用設(shè)計(jì)圖集時(shí)，需單獨(dú)設(shè)計(jì)并報(bào)相關(guān)部門審批。

關(guān)于柵欄封閉方案。目前防護(hù)柵欄的設(shè)置均以人及大型動(dòng)物無(wú)法翻越為原則，除隧道、高橋下，線路防護(hù)柵欄全線封閉設(shè)置，并考慮“嚴(yán)、直、齊、美”的安裝要求［7］。

3.2 防護(hù)柵欄設(shè)置靈活性

防護(hù)柵欄的發(fā)展與鐵路建設(shè)的發(fā)展相輔相成。隨著鐵路工程技術(shù)的成熟及我國(guó)加快鐵路建設(shè)的政策，東部、中部鐵路網(wǎng)日漸完善，同時(shí)西部鐵路大力發(fā)展，在線網(wǎng)傳統(tǒng)空白區(qū)的新疆戈壁、青藏高原、滇西北等地區(qū)，均規(guī)劃建設(shè)或規(guī)劃研究了干線鐵路［8］，這些地區(qū)以地廣人稀為主要特點(diǎn)，并分布有廣袤的無(wú)人區(qū)。通常此類地區(qū)鐵路的共同特點(diǎn)是，行車密度小、速度目標(biāo)值不高、經(jīng)濟(jì)效益差，區(qū)域內(nèi)鐵路項(xiàng)目主要以國(guó)土開發(fā)公益性為主。尤其在無(wú)人區(qū)建設(shè)鐵路項(xiàng)目，防護(hù)柵欄的工程目的應(yīng)弱化，即人的因素應(yīng)相應(yīng)減少，防護(hù)柵欄可根據(jù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)情況不設(shè)或僅設(shè)置攔阻動(dòng)物的簡(jiǎn)單隔離網(wǎng)。即防護(hù)柵欄的設(shè)置應(yīng)充分考慮項(xiàng)目所在地的區(qū)域特征，靈活處理［9］。

由于如何判斷防護(hù)柵欄設(shè)置與否存在較大的不確定性和人為認(rèn)識(shí)差異，下文利用灰靶決策模型建立防護(hù)柵欄設(shè)置的模糊體系。

4 防護(hù)柵欄設(shè)置的灰靶決策體系建立

4.1 灰靶決策理論的基本原理

灰靶(Grey Target)理論是灰色系統(tǒng)理論創(chuàng)始人鄧聚龍教授提出，該理論對(duì)于處理小樣本、貧信息和不確定環(huán)境下的模式識(shí)別問(wèn)題具有獨(dú)到性。由于防護(hù)柵欄的設(shè)置具有不確定性及信息單一性的特征，灰靶決策理論是幫助其正確評(píng)價(jià)的有效方法［10］。

按照灰靶決策理論，在一組模式序列中，根據(jù)各個(gè)指標(biāo)的不同極性，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣的最優(yōu)效果向量，即靶心;然后將各方案指標(biāo)向量與最優(yōu)效果向量進(jìn)行比較，計(jì)算每一個(gè)灰關(guān)聯(lián)差異信息空間中的方案與靶心的灰關(guān)聯(lián)度，即靶心度。靶心度越大，方案越優(yōu);反之，兩者靶心度越小，方案欠佳。

4.2 灰靶決策指標(biāo)體系建立

在對(duì)防護(hù)柵欄的設(shè)置進(jìn)行決策時(shí)，建立一套全面、完整、系統(tǒng)、科學(xué)的決策指標(biāo)體系。以群眾素質(zhì)、人類社會(huì)活動(dòng)、動(dòng)物運(yùn)動(dòng)、柵欄標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)創(chuàng)新、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、環(huán)境協(xié)調(diào)為子目標(biāo)，以沿線群眾素質(zhì)、社會(huì)活動(dòng)頻繁度、動(dòng)物分布情況、線路速度標(biāo)準(zhǔn)、先進(jìn)工法使用、現(xiàn)場(chǎng)安全全力、工程所在地區(qū)貢獻(xiàn)度等21項(xiàng)為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則［11］。如圖1 所示。

圖1 防護(hù)柵欄決策指標(biāo)體系

4.3 基于區(qū)間數(shù)的灰靶決策模型的建立

在決策指標(biāo)體系中，許多指標(biāo)都具有不確定性，使得在對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行決策評(píng)估時(shí)，指標(biāo)值難以精確化。本文將指標(biāo)值限定在某一區(qū)間中，在此基礎(chǔ)上，建立了基于區(qū)間數(shù)的灰靶決策模型。從而把灰靶決策模型由實(shí)數(shù)序列拓展到區(qū)間數(shù)序列，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。

(1)確定模型矩陣

(2)矩陣規(guī)范化變換

根據(jù)決策指標(biāo)矩陣中各個(gè)指標(biāo)的極性不同，將評(píng)價(jià)指標(biāo)集劃分為越大越好型與越小越好型兩大類指標(biāo)。由于不同指標(biāo)具有不同的量綱，在決策時(shí)，它們難以進(jìn)行直接比較，因而需要對(duì)原始決策矩陣進(jìn)行規(guī)范化處理。通過(guò)規(guī)范化對(duì)決策矩陣X進(jìn)行規(guī)范化變換，得規(guī)范化決策矩陣R

根據(jù)靶心度大小，對(duì)各個(gè)對(duì)象排序，靶心度越大，對(duì)象越優(yōu)。

4.4 案例分析

以現(xiàn)有某穿越戈壁灘鐵路項(xiàng)目(項(xiàng)目長(zhǎng)度約1 200 km)A、B、C三區(qū)段作為決策對(duì)象。本項(xiàng)目有接近三分之一地段處于無(wú)人區(qū)［12］。對(duì)無(wú)人區(qū)段、少人區(qū)段和集聚區(qū)段研究是否設(shè)置防護(hù)柵欄的問(wèn)題，采用本文所述的方法，對(duì)這3個(gè)區(qū)段進(jìn)行量化評(píng)估，考慮到篇幅限制，本文只列舉前9個(gè)指標(biāo)計(jì)算過(guò)程，原始數(shù)據(jù)及具體計(jì)算詳見(jiàn)表1。

表1 指標(biāo)計(jì)算

由此可計(jì)算出各對(duì)象靶心度分別為:ξA=0.659，ξB=0.561，ξC=0.662。

按靶心度的大小可得3種待決策的項(xiàng)目管理效能對(duì)象的綜合排序?yàn)?ξA＞ξB＞ξC。因此可知C區(qū)段受外界影響較大，而B區(qū)段影響最小，A區(qū)段影響居中。實(shí)際情況是C區(qū)段位于經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的區(qū)域，A區(qū)段位于較偏僻的山區(qū)及林區(qū)，B區(qū)段已在戈壁無(wú)人區(qū)。決策者根據(jù)實(shí)際情況及決策靶心度，B區(qū)段可不設(shè)置防護(hù)柵欄;A區(qū)段酌情考慮設(shè)置，且應(yīng)該以隔離動(dòng)物穿越或侵入為主要目的;C區(qū)段按規(guī)范設(shè)置。

5 灰靶決策結(jié)果的經(jīng)濟(jì)分析

考慮目前我國(guó)鐵路運(yùn)營(yíng)情況，若不設(shè)置防護(hù)柵欄，應(yīng)有后續(xù)措施保障鐵路安全，如加強(qiáng)鐵路沿線的安全教育宣傳，在沿線設(shè)置安全界樁及警示標(biāo)志，提醒行人不侵入或跨越運(yùn)營(yíng)線路，并設(shè)置動(dòng)物越行通道。

案例項(xiàng)目無(wú)人區(qū)段防護(hù)柵欄設(shè)置的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析:無(wú)人區(qū)段以路基為主，不設(shè)置防護(hù)柵欄節(jié)省工程投資約2.4億元;警示標(biāo)志等工程費(fèi)用約1 000萬(wàn)元，后續(xù)教育宣傳花費(fèi)估計(jì)約1 000萬(wàn)元，則無(wú)人區(qū)段不設(shè)置防護(hù)柵欄可節(jié)省投資約2.2億元。

6 結(jié)語(yǔ)

隨著鐵路建設(shè)的飛速發(fā)展，防護(hù)柵欄設(shè)置規(guī)模不斷擴(kuò)大。在保證行車安全的前提下，為改變防護(hù)柵欄完全照搬規(guī)范、不論現(xiàn)場(chǎng)情況如何均設(shè)置的現(xiàn)狀，減少資金投入，促進(jìn)我國(guó)鐵路節(jié)能環(huán)保、健康發(fā)展，本文運(yùn)用灰靶決策理論，構(gòu)建了鐵路建設(shè)項(xiàng)目防護(hù)柵欄設(shè)置決策系統(tǒng)，并提出線路所經(jīng)人口集聚區(qū)段按規(guī)范設(shè)置、少人區(qū)段酌情設(shè)置、無(wú)人區(qū)段不設(shè)置防護(hù)柵欄的思路。防護(hù)柵欄設(shè)置與鐵路行車安全密切相關(guān)，通過(guò)本文的探討，期待未來(lái)能有更多的鐵路從業(yè)者對(duì)防護(hù)柵欄的設(shè)置原則、設(shè)計(jì)類型進(jìn)行思考，在行車安全與建設(shè)成本之間尋找科學(xué)平衡點(diǎn)。

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Research on Railway Project Protective Fence Based on Grey Target Decision-making Theory

WANG Xiao-gang，LI Zhun
(China Railway Eryuan Engineering Group Co.，Ltd.，Chengdu 610031，China)

With the rapid development of railway construction in recent years，the technical standard for protective fence becomes more rigorous and its investment continues to expand.In order to reduce capital investment and promote sustainable development of railway，this paper focuses on the setting purpose and principle from the safety and legal point of view with respect to technical and economic norms and flexibility to establish a decision-making system for setting railway construction project protection fence based on the grey target decision theory.With reference to a cross Gobi railway project，a new concept of setting protective fence is proposed after the analysis of the decision-making model that fence is set as per specification in densely populated sections，fence is set accordingly in less populated sections population，and no fence is set in uninhabited sections.

Railway;Protective fence;Gray target theory;Technological economy

F530.3

A

10.13238/j.issn.1004-2954.2015.05.010

1004-2954(2015)05-0047-04

2014-07-31;

2014-08-26

王曉剛(1981—)，男，高級(jí)工程師，2002年畢業(yè)于蘭州鐵道學(xué)院，工學(xué)學(xué)士，E-mail:1059732978@qq.com。