基于Grey-DEMATEL-ISM方法的高速鐵路現(xiàn)場作業(yè)人的不安全行為分析

0 引言

隨著高速鐵路技術(shù)設(shè)備的發(fā)展，由于技術(shù)不完善、設(shè)計(jì)缺陷等技術(shù)因素而引發(fā)的安全事故逐漸減少，相比之下，人為因素引發(fā)的安全問題正在日益凸顯[1]。人作為鐵路運(yùn)營管理、設(shè)備運(yùn)用的主體，往往是安全事故誘發(fā)的底層因素，同時(shí)，人的自身風(fēng)險(xiǎn)相較于設(shè)備來說更為難以預(yù)知和把控。因此，通過分析高速鐵路安全事故及日常檢查中發(fā)現(xiàn)的問題，研究其中存在的人的不安全行為項(xiàng)點(diǎn)，對于日常人員管理和決策研究具有重要意義。

目前，為掌握現(xiàn)場作業(yè)的安全情況，了解作業(yè)人員日常工作中存在的違章違紀(jì)行為，各鐵路局集團(tuán)公司形成了一套完備的檢查制度，其中發(fā)現(xiàn)的安全檢查問題都統(tǒng)一進(jìn)行管理并建立了相應(yīng)的問題庫，數(shù)據(jù)量已達(dá)到一定的規(guī)模，且覆蓋范圍也十分廣泛，包括設(shè)備操作、施工維修、環(huán)境管理和教育培訓(xùn)等方方面面。如何利用這些數(shù)據(jù)準(zhǔn)確分析出大量問題中潛在的事故誘發(fā)重點(diǎn)安全風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)點(diǎn)，提取其中的人為因素，從而進(jìn)一步預(yù)測甚至規(guī)避事故的發(fā)生，是對安全檢查問題庫進(jìn)一步研究和挖掘的重要方向。不同行業(yè)的安全風(fēng)險(xiǎn)分析中，孫逸林等[2]提出一種基于AcciMap模型的事故致因定量分析方法；顏亮等[3]通過對比主成分分析法、層次分析法等不同方法研究草地生態(tài)系統(tǒng)植被變化的自然與人為因素定量區(qū)分途徑。各種不同的安全風(fēng)險(xiǎn)分析方法均有其優(yōu)點(diǎn)和局限性，選取一種適合分析人的不安全行為對高速鐵路作業(yè)過程影響的方法是實(shí)現(xiàn)對安全問題庫研究的重要工作。決策試驗(yàn)和評價(jià)試驗(yàn)法(DEMATEL)[4]是一種運(yùn)用圖論和矩陣工具的系統(tǒng)分析方法，解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)[5]是一種分析系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方法，可將系統(tǒng)單元之間復(fù)雜、凌亂的關(guān)系分解成清晰的、多級遞階的結(jié)構(gòu)形式，二者的聯(lián)合模型被廣泛應(yīng)用于復(fù)雜因素間關(guān)系、層級分析，符合高速鐵路人為因素中各項(xiàng)人的不安全行為因素之間相互復(fù)雜影響管理的研究。

1 基于DEMATEL-ISM的分析方法

1.1 DEMATEL-ISM方法

DEMATEL方法是對系統(tǒng)中要素間的邏輯關(guān)系加以判斷，從而構(gòu)建直接影響矩陣，最終計(jì)算獲得各要素的影響度、被影響度、原因度與中心度，從而進(jìn)行要素間的因果關(guān)系及各要素在系統(tǒng)中的影響程度分析。

ISM方法是通過一些基本假設(shè)和有向圖、布爾矩陣的運(yùn)算，得到可達(dá)矩陣，進(jìn)一步通過人-機(jī)結(jié)合，分解可達(dá)矩陣，使復(fù)雜的系統(tǒng)分解成多級遞階結(jié)構(gòu)形式。

基于DEMATEL-ISM方法的分析流程[6-8]如圖1所示。

圖1 基于DEMATEL-ISM方法的分析流程Fig1 Analysis process based on DEMATEL-ISM method

DEMATEL-ISM方法的分析流程如下。

（1）確定研究因素。研究人工分析安全檢查問題提出若干人的不安全行為，通過專家研判，確定待研究的各常見因素并明確每個(gè)因素的含義。

（2）確定直接影響矩陣M。系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)為，系統(tǒng)中各關(guān)鍵要素之間有機(jī)地聯(lián)系在一起，因此，要素與要素之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的量化是分析的基礎(chǔ)。要素fi和fj之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系包括要素fi對要素fj的直接影響，以及要素fj對要素fi的直接影響兩方面，關(guān)系強(qiáng)弱的度量方法一般采用5級標(biāo)度進(jìn)行評分，通過對專家的評分進(jìn)行處理確定直接影響矩陣M=(aij)n×n，其中aij為因素fi對因素fj的直接影響。

（3）計(jì)算規(guī)范直接影響矩陣N。對直接影響矩陣M進(jìn)行規(guī)范化處理，計(jì)算求得規(guī)范直接影響矩陣N，計(jì)算方法如下。

（4）計(jì)算綜合影響矩陣T= (tij)n×n，計(jì)算方法如下。

式中：tij表示要素fi對要素fj的直接影響及間接影響程度；I為單位矩陣。

（5）計(jì)算各因素的影響度和被影響度。影響度是指綜合影響矩陣T的各行的值之和，表示各行對應(yīng)要素對所有其他要素的綜合影響值，該集合記為D，D= (D1，D2，…，Dn)。被影響度是指綜合影響矩陣T的各列的值之和，表示各列對應(yīng)要素受到所有其他各要素的綜合影響值，該集合記為C，C=(C1，C2，…，Cn)。

（6）計(jì)算中心度及原因度。要素的影響度和被影響度相加得到該要素的中心度記作Mi，表示該因素在評價(jià)指標(biāo)體系中的位置及其所起作用的大小。要素i的影響度和被影響度相減得到該要素的原因度，記作Ri。如果原因度大于0，表明該要素對其他要素影響大，稱為原因因素；反之，稱為結(jié)果因素。

（7）計(jì)算整體影響矩陣H=T+I= (hij)n×n。

（8）確定閾值λ，計(jì)算可達(dá)矩陣K。閾值λ∈?[0，1]，是針對復(fù)雜系統(tǒng)中冗余信息的剔除，確定λ的方法包括專家咨詢法、統(tǒng)計(jì)分布法、信息熵法等，在此采取引用矩陣T中所有數(shù)值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差相加的算法。針對整體影響矩陣H，若hij＜λ，則kij= 0，表示要素fi不影響要素fj，否則kij= 1，表示要素fi能夠影響要素fj，由此計(jì)算得到可達(dá)矩陣

式中：為矩陣T中所有數(shù)值的均值；σ為矩陣T的標(biāo)準(zhǔn)差。

（9）層次劃分。根據(jù)可達(dá)矩陣K確定前因集合Qi和可達(dá)集合Pi。

式中：F表示因素fi的合集。

當(dāng)時(shí)Pi=Pi∩Qi(i= 1，2，…，n)，?fj∈Pi均為最高層中的因素，再將已分層的fj剔除后重復(fù)上述過程，依次對人的不安全行為因素進(jìn)行層級劃分。

1.2 灰數(shù)理論對模型的改進(jìn)

如前所述，DEMATEL法中直接影響矩陣M的獲得是通過給定評價(jià)標(biāo)度，由專家根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)對各因素間的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行評價(jià)，由于專家主觀認(rèn)知的局限，使得評價(jià)結(jié)果存在一定程度上的不確定性和模糊性[9-10]?；覕?shù)理論是利用灰色區(qū)間數(shù)，構(gòu)建具備一定柔性的決策模型，彌補(bǔ)專家評價(jià)模糊性的問題，從而更好地反映真實(shí)情況，提高數(shù)據(jù)結(jié)果的客觀性[11]?；覕?shù)理論對模型的改進(jìn)方法如下。

（1）灰色區(qū)間數(shù)上下限的確定。灰數(shù)理論中的區(qū)間灰數(shù) ?x∈ [?—x，]，其中是 ?x的下限，是?x的上限。在DEMATEL-ISM模型中，專家評價(jià)的表示專家對人的不安全行為i對不安全行為j的影響判定，

（2）標(biāo)準(zhǔn)化處理。

對于DEMATEL-ISM模型的直接影響矩陣M中aij= 0 (i=j)，因此及0，對公式 ⑻ 可以進(jìn)行簡化，以下同理。

（3）清晰化處理。清晰化處理結(jié)果yij表示如下。

（4）清晰化數(shù)值計(jì)算，表示經(jīng)處理后的直接影響矩陣的各元素。

2 高速鐵路作業(yè)過程中人的不安全行為識別

針對安全檢查問題中涉及的人為因素分類，是為了更準(zhǔn)確地分析鐵路現(xiàn)場作業(yè)人員的不安全行為對高速鐵路整體安全狀況的影響。由于高速鐵路涉及各工種間的協(xié)同作業(yè)、層級結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此對人的不安全行為的識別過程應(yīng)突出關(guān)鍵因素。一方面，人的不安全行為不同于某一專業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)分析，包含車務(wù)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛等各個(gè)專業(yè)的人員作業(yè)問題，必須同時(shí)兼顧；另一方面，從預(yù)防和規(guī)避高速鐵路安全事故的角度出發(fā)，安全檢查中發(fā)現(xiàn)的問題是現(xiàn)場作業(yè)人員日常工作中暴露出的安全風(fēng)險(xiǎn)，如果不及時(shí)進(jìn)行管控，可能會(huì)發(fā)展為慣性違章行為，在突發(fā)事件或應(yīng)急處置過程中任何一個(gè)違章行為的出現(xiàn)都可能引發(fā)一次安全事故。通過已開展的安全檢查問題研究發(fā)現(xiàn)，其中涉及問題范圍較廣，能夠識別出的人的不安全因素分類龐雜，因此，對于安全檢查問題中人的不安全行為的識別同樣應(yīng)充分利用已發(fā)生的安全事故數(shù)據(jù)，避免重點(diǎn)問題不突出的情況。

基于上述考慮，結(jié)合高速鐵路運(yùn)營管理的特點(diǎn)，通過對大量安全檢查問題的人工梳理分析并通過行業(yè)專家咨詢，將人為因素劃分為“設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修”“行車和客運(yùn)人員作業(yè)”“日常安全管理”3類。

“設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修”定義為現(xiàn)場作業(yè)人員在設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修管理中存在的不安全行為，從誘發(fā)安全事故的角度出發(fā)，包括動(dòng)車組、線橋隧、供電、通信、信號等各專業(yè)設(shè)備設(shè)施的養(yǎng)護(hù)維修(包括施工維修作業(yè))過程中存在的違章作業(yè)等問題?！靶熊嚭涂瓦\(yùn)人員作業(yè)”定義為行車及客運(yùn)作業(yè)人員在生產(chǎn)作業(yè)中可能存在的不安全行為，包括動(dòng)車組司機(jī)駕駛操作是否規(guī)范，隨機(jī)車機(jī)械師乘務(wù)作業(yè)是否規(guī)范及動(dòng)車組故障時(shí)判斷和檢修是否準(zhǔn)確，車務(wù)人員接發(fā)車等作業(yè)是否規(guī)范，以及客運(yùn)人員服務(wù)行為是否規(guī)范等問題?！叭粘０踩芾怼倍x為在日常工作中存在的管理上的不安全行為，包括人員教育培訓(xùn)是否到位、技術(shù)管理是否存在缺漏以及規(guī)章制度是否完備規(guī)范等?；趯σ陨先藶橐蛩胤诸惗x和涵蓋內(nèi)容的研判，共提出14項(xiàng)不安全行為項(xiàng)點(diǎn)，構(gòu)成高速鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)人為因素體系框架如表1所示。

將識別出的高速鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)人為因素，結(jié)合Grey-DEMATEL-ISM模型，開展因素間的層次分析和影響路徑研究。

3 高速鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)人因模型試算

3.1 確定直接影響矩陣

為更加準(zhǔn)確地判斷不同人的不安全行為對于高速鐵路作業(yè)過程的影響，通過咨詢相關(guān)安全管理方面的專家，對表1中所列14項(xiàng)人的不安全行為的相互影響關(guān)系進(jìn)行評估，影響度選取{無關(guān)聯(lián)、弱關(guān)聯(lián)、一般關(guān)聯(lián)、較強(qiáng)關(guān)聯(lián)、強(qiáng)關(guān)聯(lián)}的5級標(biāo)度，用0，1，2，3，4由弱到強(qiáng)進(jìn)行表示，據(jù)此確定灰色區(qū)間數(shù)的上下限。專家評價(jià)標(biāo)度灰數(shù)語義變量如表2所示。

表1 高速鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)人為因素體系框架Tab.1 Framework of human factor system for safety risks of high speed railway

表2 專家評價(jià)標(biāo)度灰數(shù)語義變量Tab.2 Grey number semantic variables of expert evaluation values

根據(jù)灰數(shù)理論計(jì)算方法對專家評價(jià)矩陣進(jìn)行處理，獲得高速鐵路人的不安全行為直接影響矩陣M如表3所示。

表3 人的不安全行為直接影響矩陣MTab.3 Direct influence matrix M of people’s unsafe behavior

3.2 計(jì)算各因素間的相互影響關(guān)系

根據(jù)DEMATEL-ISM方法的分析流程，由直接影響矩陣M得出綜合影響矩陣T，根據(jù)綜合影響矩陣T計(jì)算高速鐵路各項(xiàng)人的不安全行為的影響度、被影響度、中心度和原因度如表4所示。

表4 高速鐵路各項(xiàng)人的不安全行為的影響度、被影響度、中心度和原因度Tab.4 Influence degree, affected degree, center degree, and cause degree of people’s unsafe behavior on high speed railway

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，選取中心度－原因度繪制散點(diǎn)圖，人的不安全行為的原因結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，人的不安全行為中f11在高速鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)人為因素體系中影響作用較為突出，f9和f13在體系中的影響作用較小。f12，f11，f14等因素對于其他因素的影響較大，f5，f6，f7，f8等因素易受到其他因素影響。

圖2 人的不安全行為的原因結(jié)果Fig2 Causes and results of people’s unsafe behavior

3.3 層次劃分

利用綜合影響矩陣的，根據(jù)公式 ⑹，計(jì)算出閾值λ= 0.08，可得人的不安全行為可達(dá)矩陣K如表5所示。根據(jù)可達(dá)矩陣K中的kij，確定因素的分 層，L1{f2，f3，f4，f5，f6，f7，f8，f9}，L2{f1，f10，f13}，L3{f11，f12}，L3{f14}，進(jìn)而繪出人的不安全行為層次結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 人的不安全行為層次結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Hierarchical structure of people’s unsafe behavior

表5 人的不安全行為可達(dá)矩陣KTab.5 Accessibility matrix K of people’s unsafe behavior

3.4 結(jié)果分析

從人的不安全行為層次結(jié)構(gòu)圖可知，影響高速鐵路安全的人的不安全行為層次結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，具體結(jié)果分析如下。

（1）規(guī)章制度是高速鐵路人的不安全行為中的本質(zhì)致因。規(guī)章制度如果存在細(xì)化落實(shí)不到位，以及規(guī)章內(nèi)容的不完備甚至錯(cuò)漏等問題，將嚴(yán)重影響人員培訓(xùn)質(zhì)量和技術(shù)管理的水平，從而間接作用到各個(gè)專業(yè)現(xiàn)場作業(yè)人員，影響其現(xiàn)場工作完成質(zhì)量。因此，應(yīng)加強(qiáng)鐵路各級規(guī)章制度的建設(shè)管理工作，提升規(guī)章制度的制修訂水平，及時(shí)落實(shí)細(xì)化上級規(guī)章制度，建立問題反饋機(jī)制。

（2）車務(wù)、機(jī)務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、車輛等各專業(yè)人員的作業(yè)組織及設(shè)備運(yùn)用維護(hù)作為表層致因，是人的不安全行為中直接影響高速鐵路安全的項(xiàng)點(diǎn)，但因素本身易受到其他因素影響。針對以上問題，加強(qiáng)日常檢查監(jiān)督是解決問題的直接手段，而提升規(guī)章制修訂水平、加強(qiáng)相關(guān)人員作業(yè)培訓(xùn)則是提升現(xiàn)場作業(yè)水平的根本方法。結(jié)合圖2可知，司機(jī)和隨車機(jī)械師作業(yè)問題在人的不安全行為的表層致因中體現(xiàn)的影響作用更強(qiáng)，而勞動(dòng)保護(hù)以及動(dòng)車組檢修與維護(hù)問題作為原因因素對于體系中其他因素的影響度較小，但其作為過渡致因又直接關(guān)系到司機(jī)作業(yè)問題及隨車機(jī)械師作業(yè)問題，因此加強(qiáng)司機(jī)的勞動(dòng)保護(hù)、避免超勞工作，提升動(dòng)車組日常養(yǎng)護(hù)維修質(zhì)量，是降低司機(jī)、隨車機(jī)械師作業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)的有效手段。

（3）L2與L3構(gòu)成的過渡致因中，人員培訓(xùn)和技術(shù)管理不到位2項(xiàng)因素與其他因素關(guān)聯(lián)最為緊密。由表4可知，2項(xiàng)因素的中心度和原因度也較為突出。人員培訓(xùn)是規(guī)章制度能夠在現(xiàn)場作業(yè)中得到有效落實(shí)的重要一步，規(guī)章制度在下發(fā)實(shí)施前預(yù)留充足的宣貫培訓(xùn)時(shí)間，加強(qiáng)現(xiàn)場作業(yè)人員培訓(xùn)，提升培訓(xùn)水平是解決以上L1中表層致因的關(guān)鍵。崗位風(fēng)險(xiǎn)提示卡、作業(yè)臺(tái)賬等相關(guān)技術(shù)資料是對規(guī)章制度要求的具體落實(shí)，也是現(xiàn)場作業(yè)人員在操作過程中的重要輔助信息工具，提升職工對技術(shù)管理重要性的認(rèn)識，培養(yǎng)技術(shù)管理的規(guī)范意識，能夠有效降低L1中表層致因發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié)論

（1）從安全檢查問題入手，結(jié)合高速鐵路安全事故暴露出來的問題，將其中涉及到的人為因素分為“設(shè)備養(yǎng)護(hù)維修”“行車和客運(yùn)人員作業(yè)”“日常安全管理”，以此為基礎(chǔ)，進(jìn)一步識別日常運(yùn)營中發(fā)現(xiàn)的廣泛存在并對安全具有顯著影響的若干人的不安全行為，從而構(gòu)建高速鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)人為因素體系框架，對今后開展相關(guān)研究具有借鑒意義。

（2）基于DEMATEL-ISM方法分析高速鐵路作業(yè)過程中人的不安全行為，能夠準(zhǔn)確判斷各項(xiàng)人的不安全行為之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，明晰其中的原因因素和結(jié)果因素，獲取整個(gè)人為因素體系中關(guān)鍵因素的作用層級和路徑，該方法可以廣泛應(yīng)用于鐵路安全領(lǐng)域的原因分析。

（3）通過對高速鐵路作業(yè)過程中識別的14項(xiàng)人的不安全行為進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)各專業(yè)人員在作業(yè)組織及設(shè)備運(yùn)用維護(hù)中存在的不安全行為是影響高速鐵路作業(yè)安全的表層致因。加強(qiáng)對鐵路規(guī)章制度的管理，提升制修訂和宣貫培訓(xùn)質(zhì)量，從而提高現(xiàn)場人員的作業(yè)水平和安全意識是降低人為因素對作業(yè)安全影響的根本方法，可為今后高速鐵路作業(yè)過程中人為因素影響分析提供參考。