基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的行車安全管理決策分析

杜 金 韋 鈺 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司蚌埠站

接發(fā)列車安全是鐵路行車的重中之重，是保證運(yùn)輸平穩(wěn)有序的關(guān)鍵。如今，新設(shè)備、新技術(shù)、新的管理模式等對(duì)鐵路安全提出了更高的要求。而接發(fā)車過程中事故的發(fā)生概率是最高的，作為一個(gè)企業(yè)，安全生產(chǎn)是永恒的話題。安全是生產(chǎn)的前提，如果失去安全，企業(yè)效益就無從談起。因此，提高接發(fā)車安全水平是非常有必要的。

1 影響接發(fā)車安全的內(nèi)在機(jī)制分析

鐵路行車安全是人-機(jī)-環(huán)境-管理多種因素相互作用的、相互協(xié)調(diào)、實(shí)時(shí)的、動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，空間與時(shí)間的變換使系統(tǒng)內(nèi)的人和設(shè)備等基本簡(jiǎn)單要素變?yōu)閺?fù)雜動(dòng)態(tài)的因素龐大系統(tǒng)。其中接發(fā)列車作業(yè)是行車安全的重點(diǎn)卡控環(huán)節(jié)，根據(jù)我國行車事故統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，接發(fā)列車環(huán)節(jié)是事故發(fā)生概率和危險(xiǎn)程度最高的。接發(fā)車是指車站辦理列車由區(qū)間接入、向區(qū)間發(fā)出和通過所進(jìn)行的作業(yè)，是列車運(yùn)行不可缺少的重要環(huán)節(jié)。不論哪些因素之間的作用失衡，都有可能導(dǎo)致事故的發(fā)生。基于此，本文建立三個(gè)子系統(tǒng)來分析影響鐵路安全水平的內(nèi)在機(jī)制，分別是環(huán)境因素子系統(tǒng)、安全管理因素子系統(tǒng)、人員因素子系統(tǒng)。

1.1 人員因素子系統(tǒng)

從系統(tǒng)的角度來說，人在整個(gè)接發(fā)車作業(yè)中參與度是最高的。信息采集、傳達(dá)、操作、監(jiān)控等都需要人來完成。由于人的主導(dǎo)作用，使得人的因素在運(yùn)輸安全中發(fā)揮著重要的作用。而通常這些都與人的職業(yè)素養(yǎng)、能力、意識(shí)、身體狀況等都有密切的關(guān)系。根據(jù)事故統(tǒng)計(jì)分析，絕大多數(shù)的事故都是人為因素引發(fā)的，根據(jù)圖1因果反饋圖所示，其中工作能力是最重要的約束條件。企業(yè)有針對(duì)性的加大培訓(xùn)力度提升人員的工作能力，使得人員始終可靠穩(wěn)定，那么運(yùn)輸安全水平也會(huì)顯著提升，安全則會(huì)得到保障。

圖1 人員因素子系統(tǒng)因果關(guān)系圖

1.2 管理因素子系統(tǒng)

管理是將人、設(shè)備、環(huán)境等要素統(tǒng)一協(xié)調(diào)和組織，使得整個(gè)目標(biāo)達(dá)到最優(yōu)的過程。管理者既是主導(dǎo)者也是參與者，所發(fā)生的種種事故表面上是員工、設(shè)備等導(dǎo)致的，其實(shí)質(zhì)是安全管理的不到位。管理是全方位的全面的統(tǒng)籌兼顧，任何一個(gè)環(huán)節(jié)疏漏，都有可能發(fā)生事故或者安全隱患。由于人的作用突出，管理當(dāng)中，要重點(diǎn)對(duì)人進(jìn)行有效的約束管理。如圖2因果反饋圖所示：加大對(duì)人員制度、人員教育、科技要素、規(guī)章制度的投入，提高行車安全。

圖2 管理因素子系統(tǒng)因果關(guān)系圖

1.3 環(huán)境因素子系統(tǒng)

環(huán)境包括外界環(huán)境和內(nèi)部環(huán)境，外界環(huán)境比如惡劣天氣引起的線路、設(shè)備等造成不穩(wěn)定性。內(nèi)部環(huán)境則是工作場(chǎng)所、人員配備、任務(wù)劃分、工作條件、同事關(guān)系等。如圖3所示：提高設(shè)備穩(wěn)定性，特別是惡劣情況下，其次是對(duì)目前的設(shè)備改進(jìn)提高其性能以滿足目前的需求。在一個(gè)提高環(huán)境保障水平，最終提高行車安全性。

圖3 環(huán)境因素子系統(tǒng)因果關(guān)系圖

2 接發(fā)車安全水平系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真

2.1 變量選擇

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中主要的變量包括狀態(tài)變量、輔助變量、速率變量、常量等。其主要的含義如下：狀態(tài)變量在模型中用方框符號(hào)表示，積累變量，表達(dá)了累計(jì)效應(yīng)是系統(tǒng)行為的最終狀態(tài)。其在特定時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的值等于初始值加上對(duì)速率變量所求的積分；速率變量在模型中用閥符號(hào)代表，其主要作用是對(duì)狀態(tài)變量產(chǎn)生影響，反映其變化的快慢；是從狀態(tài)變量到速率變量之間的中間變量。常量是不變化的量。

基于上述三個(gè)子系統(tǒng)的分析和變量數(shù)據(jù)相關(guān)關(guān)系以及數(shù)據(jù)的可獲得性。本研究選取3個(gè)狀態(tài)變量、3個(gè)速率變量、12個(gè)輔助變量構(gòu)建鐵路接發(fā)車安全水平的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型（見表1）。

表1 模型變量名稱及類型

2.2 模型建立

根據(jù)人員因素子系統(tǒng)、管理因素子系統(tǒng)、環(huán)境因素子系統(tǒng)的因果回路反饋圖，利用Vensim軟件構(gòu)建鐵路接發(fā)車安全水平的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，流程圖如4：模型的運(yùn)行時(shí)間是1年，仿真步長為一個(gè)月。

圖4 接發(fā)車安全水平系統(tǒng)流圖

根據(jù)國家安全評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定：一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為90分以上，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為80分以上，三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為70分以上。因此，假定安全系統(tǒng)的安全目標(biāo)水平為90。根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的研究結(jié)果，各子系統(tǒng)投入影響系數(shù)表示因素安全投入轉(zhuǎn)化為安全水平的比值。本文中取值為設(shè)備技術(shù)水平影響系數(shù)為0.6；安全管理投入影響系數(shù)為0.4；人員技能水平影響系數(shù)為0.4；通過層次分析法得到各子系統(tǒng)對(duì)安全水平的貢獻(xiàn)度大小[4]。安全管理水平貢獻(xiàn)度為0.3；設(shè)備技術(shù)因素貢獻(xiàn)度為0.3；人員技能因素為0.4；

模型中，各個(gè)變量的方程和賦值如下所示：（1）人員技能水平增量＝人員技能×人員技能水平影響系數(shù)；（2）安全管理水平增量＝安全管理措施×安全管理投入影響系數(shù)；（3）設(shè)備技術(shù)水平增量＝設(shè)備技術(shù)投入×設(shè)備技術(shù)投入增長率；（4）設(shè)備技術(shù)水平＝INTEG（設(shè)備技術(shù)水平增量），初始值為70；（5）安全管理水平＝INTEG（安全管理水平增量），初始值為70；（6）人員技能水平＝INTEG（人員技能水平增長量），初始值為70；（7）安全水平＝IF THEN ELSE(人員技能水平*人員技能水平貢獻(xiàn)度+安全管理水平*安全管理水平貢獻(xiàn)度+設(shè)備技術(shù)水平*設(shè)備技術(shù)因素貢獻(xiàn)度＜=90,人員技能水平*人員技能水平貢獻(xiàn)度+安全管理水平*安全管理水平貢獻(xiàn)度+設(shè)備技術(shù)水平*設(shè)備技術(shù)因素貢獻(xiàn)度,90)。（見表2）。

表2 模型參數(shù)取值表

2.3 模型仿真

使用Vensim軟件檢驗(yàn)各個(gè)變量方程的正確性和參數(shù)的合理性，經(jīng)運(yùn)行模型檢驗(yàn)通過，系統(tǒng)具有穩(wěn)定性。當(dāng)各個(gè)子系統(tǒng)投入按照每個(gè)月以一定的速度增長，得到鐵路接發(fā)車安全水平的趨勢(shì)圖如圖5。

圖5 接發(fā)車安全水平變化趨勢(shì)圖

由圖5可以看出，隨著鐵路安全投入的逐月增加，安全水平呈現(xiàn)明顯的遞增的趨勢(shì)。這說明，鐵路安全投入對(duì)安全水平的提高起到了正面積極的影響（見表3）。

表3 系統(tǒng)安全水平隨時(shí)間變化趨勢(shì)表

2.4 投入方案模擬

選取人員技能、安全管理、設(shè)備技術(shù)的增長率作為控制變量，以安全水平作為輸出變量來考察決策實(shí)施效果。模擬方案如下（見表4）。

表4 決策方案模擬

三種方案下的模擬結(jié)果如圖6所示。

圖6 接發(fā)車安全水平變化趨勢(shì)圖

由圖6可以得出，僅改變?cè)鲩L率變量下，加大人員技能投入，可以更快的接近安全水平目標(biāo)值。安全水平與各個(gè)方面是密切相關(guān)的，加大投入是對(duì)安全有著積極的正向效應(yīng)。基于以上結(jié)論提出以下措施：

3 措施

針對(duì)人員投入管理，主要從人員的工作能力、生理和心理、工作態(tài)度等方面。意在減少人因事故的發(fā)生。從以下幾個(gè)方面提出建議：

3.1 加強(qiáng)職工培訓(xùn)教育

雖然機(jī)器在很大程度上代替了人的操作，但是在高密度、快速度下的行車方式，對(duì)安全和準(zhǔn)點(diǎn)提出了更高的要求，特別在非正常情況下，人員的應(yīng)急處置能力任然顯得尤為重要。如果處置不當(dāng)，將會(huì)直接影響行車安全。因此，需要加強(qiáng)對(duì)職工的操作技能和業(yè)務(wù)水平的培訓(xùn)。

（1）提高工作能力

工作能力是影響安全的最大因素，良好的工作能力才能把控住行車的各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是培養(yǎng)新職人員的工作能力。這部分剛畢業(yè)入職的大學(xué)生，往往理論學(xué)習(xí)勝于實(shí)際操作，對(duì)行車設(shè)備、工作流程等不熟悉。倘若對(duì)此不重視，將是極大的安全隱患。由于各個(gè)車站都有其特有的工作環(huán)境、工作內(nèi)容。應(yīng)該加強(qiáng)培訓(xùn)分配至各個(gè)車站的新職人員，安排業(yè)務(wù)人員與其對(duì)接，有針對(duì)性的實(shí)施操作性培訓(xùn)以及理論學(xué)習(xí)。

（2）合理的工作負(fù)荷

心理素質(zhì)差、注意力不集中、疲勞等行為都是影響人的可靠性的重要因素。一定的工作負(fù)荷能激發(fā)人的工作潛能，但是超負(fù)荷下，人的各項(xiàng)機(jī)能都不是最佳狀態(tài)。往往這時(shí)候也是最容易出現(xiàn)疏忽遺漏、大意等。因此，要充分考慮整體工作要求和人員的身體和心心理素質(zhì)，合理安排工作時(shí)間，保證人員的工作狀態(tài)。

（3）提高安全意識(shí)

人員的安全意識(shí)不足一方面是個(gè)人對(duì)工作崗位理解不清晰，各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)識(shí)不全面導(dǎo)致的；另一方面是人員培訓(xùn)不到位；安全意識(shí)不足意味著工作中態(tài)度不端正，良好的工作態(tài)度是發(fā)揮正常工作能力的思想保證。因此，人員在崗位中要不斷學(xué)習(xí)新的變化、新的要求，全面認(rèn)識(shí)工作風(fēng)險(xiǎn)，提高安全意識(shí)。另外，培訓(xùn)部門積極的與生產(chǎn)部門聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)工作問題，薄弱環(huán)節(jié)，采取針對(duì)性的培訓(xùn)，加強(qiáng)職工能力。

此外，行車人員是重要的資源，要嚴(yán)格優(yōu)中選優(yōu)，高標(biāo)準(zhǔn)把好人員入關(guān)口。要從源頭減少由于人的不安全行為帶來的隱患。

3.2 突出技防手段，確?，F(xiàn)場(chǎng)執(zhí)標(biāo)

為了防止職工不遵守當(dāng)班規(guī)定，各站專業(yè)管理人員要充分利用行車室視頻、作業(yè)記錄儀回放、錄音抽聽等檢查監(jiān)控手段。強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)檢查和作業(yè)過程回放分析，加大對(duì)現(xiàn)場(chǎng)違章違紀(jì)行為的震懾力度，提高作業(yè)人員的安全意識(shí)，減少人員因?yàn)樗枷胨尚付a(chǎn)生安全隱患。

3.3 優(yōu)化“人機(jī)”系統(tǒng)

列車控制已經(jīng)由原來的“人控為主”到“人機(jī)結(jié)合”。而如今，高速鐵路已經(jīng)逐步實(shí)現(xiàn)了“機(jī)控優(yōu)先”的管控模式，設(shè)備智能化和機(jī)械化程度已經(jīng)有了很大的改進(jìn)。機(jī)器設(shè)備在一定的環(huán)境下，穩(wěn)定性和可靠性均優(yōu)于人為操作。這種模式下，減少了人為的重復(fù)操作，也減少了人為失誤導(dǎo)致的安全隱患。

（1）人機(jī)功能合理分配

機(jī)器的優(yōu)勢(shì)在于可靠穩(wěn)定，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，相互配合完成各項(xiàng)指令。用機(jī)器代替重復(fù)機(jī)械式的操作內(nèi)容，盡量減少人為操作和人為干預(yù)。既可以減少人為失誤，又可以提高工作效率。

（2）優(yōu)化人機(jī)交互界面

良好的人機(jī)交互界面能夠獲取到更多的信息

（3）數(shù)據(jù)采集與分析

在日常工作當(dāng)中，機(jī)器設(shè)備識(shí)別安全風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)和容易發(fā)生的危險(xiǎn)源的位置，并且收集這些數(shù)據(jù)，設(shè)備管理人員定期去分析數(shù)據(jù)建立人因數(shù)據(jù)庫，查找出其中的關(guān)聯(lián)信息，挖掘事故的內(nèi)在原因，及時(shí)制定有效防范措施。

（4）提示和預(yù)告報(bào)警

對(duì)于前期建立的人因數(shù)據(jù)庫，機(jī)器設(shè)備會(huì)及時(shí)的提示及語音告知可能會(huì)觸及到容易出現(xiàn)問題的地點(diǎn)和操作環(huán)節(jié)?？梢约皶r(shí)的避免人為失誤，提高人員的注意力，減少差錯(cuò)的發(fā)生，提高了安全性。

4 總結(jié)

本文通過Vensim軟件構(gòu)建行車安全與各影響因素之間的因果關(guān)系圖和流圖，同時(shí)進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真和模擬。結(jié)論：在保證各子系統(tǒng)不斷提升的基礎(chǔ)上，對(duì)行車安全水平是有著積極的正向效應(yīng)的。同時(shí)，加大對(duì)人員因素的管理投入，更有利于行車安全水平的提升，也能有效的利益鐵路資源，保障行車安全的最終目的。