基于系統(tǒng)動力學(xué)的鐵路車站安全管理研究

王洪權(quán)

摘要：為了準(zhǔn)確有效地提升高鐵（以下稱高鐵）車站安全管理工作水平，從安全效益角度，運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)（SD）相關(guān)理論，構(gòu)建高鐵車站安全管理系統(tǒng)因果關(guān)系圖和流程圖模型。將高鐵車站安全管理總系統(tǒng)分為員工行為、技術(shù)設(shè)備設(shè)施、日常環(huán)境和安全管理等4個(gè)子系統(tǒng)，并分別提取子系統(tǒng)的安全影響因素，研究如何協(xié)調(diào)各個(gè)因素的投入比例，以達(dá)到安全效益最優(yōu)。利用Vensim PLE仿真軟件，結(jié)合高鐵站相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真。結(jié)果表明，不能主觀均等投入，應(yīng)根據(jù)車站實(shí)際安全管理情況和仿真結(jié)果制定最優(yōu)的安全管理投入方案。

關(guān)鍵詞：高鐵車站；安全管理；系統(tǒng)動力學(xué)

1影響高鐵車站安全的因素分析

研究高鐵車站安全管理系統(tǒng)，必須先找出影響高鐵車站安全的因素，探討各影響因素之間的關(guān)系，進(jìn)而找到系統(tǒng)管理方法。高鐵車站安全管理是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，影響高鐵車站安全的因素種類繁多，依據(jù)高鐵調(diào)研總結(jié)分析，宜按照傳統(tǒng)人一機(jī)一環(huán)一管理4個(gè)方面劃分，即將高鐵車站安全總系統(tǒng)分為員工行為、技術(shù)設(shè)備設(shè)施、日常環(huán)境和安全管理4個(gè)子系統(tǒng)。然后在4個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部找出各自影響其安全的因素，并將影響因素聯(lián)系起來構(gòu)成完整的體系。最后在此基礎(chǔ)上構(gòu)建高鐵車站安全總系統(tǒng)影響因果關(guān)系圖，如圖l所示。

由圖1可看出高鐵車站安全管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各子系統(tǒng)之間聯(lián)系緊密，任何一個(gè)子系統(tǒng)變化都有可能影響到其他子系統(tǒng)乃至整個(gè)高鐵車站總系統(tǒng)的安全狀態(tài)。與一般系統(tǒng)不同的是：首先，高鐵車站安全總系統(tǒng)安全狀態(tài)的變化涉及到各子系統(tǒng)的動態(tài)變化和發(fā)展；其次，在管理過程中針對子系統(tǒng)投入改良需要一定過程，因此存在子系統(tǒng)變化延遲效應(yīng)；最后，實(shí)際復(fù)雜系統(tǒng)中變量之間往往不具有明顯線性關(guān)系，有時(shí)很難歸納其具體的變量方程。綜上所述，高鐵車站安全管理研究不能簡單運(yùn)用定性或定量分析，需要兩者相結(jié)合結(jié)果方能較為準(zhǔn)確。

2高鐵車站安全管理SD仿真模型構(gòu)建

SD模型歷經(jīng)多年逐漸發(fā)展成為以反饋控制為基礎(chǔ)，以仿真模擬的方式研究社會復(fù)雜系統(tǒng)的新學(xué)科。實(shí)踐證明：SD在處理具有非線性、多重反饋控制等特點(diǎn)的復(fù)雜社會系統(tǒng)問題上具有較好效用。高鐵車站安全管理系統(tǒng)是一個(gè)具有動態(tài)性、延遲性和非線性的復(fù)雜系統(tǒng)。因此，擬結(jié)合SD對其進(jìn)行定性定量分析，模擬仿真所用軟件為Vensim_PLE。

2.1高鐵車站安全管理系統(tǒng)因果關(guān)系圖

依據(jù)SD建模方法流程，通過對高鐵車站安全管理系統(tǒng)的影響因素分析，歸納總結(jié)其子系統(tǒng)相互聯(lián)系、相互制約關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建高鐵車站安全管理系統(tǒng)因果關(guān)系圖，其中“+”表示變量之間為正向關(guān)系，“一”表示變量之間為負(fù)向關(guān)系，“Ⅱ”表示過程中具有延遲效應(yīng)。子系統(tǒng)相對較多且相互之間聯(lián)系緊密，所以因果關(guān)系圖中正負(fù)反饋回路較多，同類反饋回路作用機(jī)理類似。

2.2高鐵車站安全管理

系統(tǒng)流程圖和因果關(guān)系圖的構(gòu)建處于仿真研究初始階段，其雖能體現(xiàn)系統(tǒng)整體反饋回路結(jié)構(gòu)，但不能表示變量之間性質(zhì)差異，也就不能用于數(shù)據(jù)仿真得出較為準(zhǔn)確的控制管理結(jié)果。因此，在高鐵車站安全管理系統(tǒng)因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上，加以區(qū)分變量種類，并且根據(jù)不同反饋回路中具體情況加入輔助變量，最后構(gòu)建高鐵車站安全管理系統(tǒng)流程圖。與其因果關(guān)系圖相比，高鐵車站安全管理流程圖選取3個(gè)狀態(tài)變量，即安全效益、員工人數(shù)和管理人員數(shù)；此外引入各項(xiàng)投入比例、投入轉(zhuǎn)化率、相互之間影響因子和事故占比等輔助變量，下一步研究即為構(gòu)建變量之間的變量方程，選取合適輔助變量值進(jìn)行高鐵車站安全管理系統(tǒng)SD模擬仿真分析，得出高鐵車站安全管理最優(yōu)安全效益下的安全投入比例方案。

3高鐵車站安全管理SD模擬

3.1模型方程和參數(shù)

由于流程圖模型中變量復(fù)雜繁多，存在大量變量方程和固定參數(shù)，因此，要完成高鐵車站安全管理SD模擬，首先必須要確定其流程圖中變量方程和參數(shù)。變量方程即表示各變量之間的定量關(guān)系，文中模型分為2種：一為線性關(guān)系，其根據(jù)變量之間性質(zhì)和關(guān)系，通過咨詢確定；二為非線性關(guān)系，在SD中常用表函數(shù)表示，其通常根據(jù)實(shí)際情況中采集數(shù)據(jù)模擬分析或建模者針對問題定性分析和調(diào)查假設(shè)確定。而參數(shù)的確定大多是根據(jù)問題本身實(shí)際情況量化得出，隨時(shí)間變化的參數(shù)亦可用表函數(shù)表示。

3.2模擬方案

基于3.1節(jié)所述變量方程和參數(shù)確定的高鐵車站安全管理系統(tǒng)流程圖模型，可通過調(diào)整安全教育、設(shè)備管理、科技發(fā)展、安全管理和規(guī)章法制等5個(gè)不同投入比例模擬多方案考察安全效益變化情況。假設(shè)方案1-5分別側(cè)重規(guī)章法制、安全管理、科技發(fā)展、設(shè)備管理和安全教育投入，方案6為各方面投入比例一致，同時(shí)所有方案中設(shè)備投入分配率和安全管理投入分配率均為0.5。模型模擬仿真時(shí)長設(shè)為60個(gè)月，時(shí)間步長為1個(gè)月。

結(jié)論

通過對高鐵車站安全管理系統(tǒng)的整體分析，結(jié)合sD相關(guān)理論構(gòu)建其系統(tǒng)因果關(guān)系圖和流程圖模型，并利用s高鐵車站的實(shí)際事故數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬仿真。結(jié)果表明，該高鐵車站安全投入應(yīng)在側(cè)重設(shè)備管理基礎(chǔ)上均衡投入、設(shè)備投入中應(yīng)更側(cè)重設(shè)備操作性投入，以達(dá)到安全效益最優(yōu)。說明模型具有一定普適性和實(shí)際應(yīng)用意義。實(shí)踐應(yīng)用中，應(yīng)結(jié)合具體高鐵車站安全管理現(xiàn)狀，修正模型中所取變量及其方程，并根據(jù)事故數(shù)據(jù)擬合分析確定輔助變量和相關(guān)參數(shù)值，仿真得出有針對性的安全投入方案，輔助安全投入決策。