城市軌道交通設(shè)備安全防護(hù)等級(jí)劃分策略研究

溫 彤

（上海申通地鐵集團(tuán)有限公司,上海 201103）

0 引言

城市軌道交通是一個(gè)龐大而復(fù)雜的綜合技術(shù)系統(tǒng)，涵蓋了地鐵車輛、通信、信號(hào)、供電、軌道、房建、橋隧、綜合監(jiān)控、通風(fēng)空調(diào)、自動(dòng)售檢票等二十多個(gè)專業(yè)[1]。根據(jù)《城市軌道交通設(shè)施設(shè)備分類與代碼》（GB/T37486—2019）標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)設(shè)備資產(chǎn)的分類，軌道交通設(shè)備類別已超千余種，包含業(yè)務(wù)系統(tǒng)、通用軟件、IT設(shè)備、電氣設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、信息安全設(shè)備、結(jié)構(gòu)設(shè)施等多種特性各異的設(shè)備資產(chǎn)，具有種類多、專業(yè)性強(qiáng)、價(jià)值高、地點(diǎn)分散、資金比重大、管理難度大等特點(diǎn)[2]。如何在多種多樣的軌道交通設(shè)備中識(shí)別運(yùn)維管理的重點(diǎn)，加強(qiáng)對(duì)核心設(shè)備資產(chǎn)的安全管理，對(duì)于地鐵線路運(yùn)營安全具有重要的指導(dǎo)意義。

1 影響設(shè)備定級(jí)的要素

城市軌道交通中各類設(shè)備承擔(dān)了不同的業(yè)務(wù)職能。不同專業(yè)設(shè)備的重要程度、與運(yùn)營安全的相關(guān)性以及設(shè)備本身固有的脆弱度是截然不同的。

設(shè)備的重要程度采用資產(chǎn)重要度這一要素，用于反映設(shè)備在軌道交通運(yùn)營生產(chǎn)過程中承擔(dān)業(yè)務(wù)的重要性。一般可用設(shè)備所屬領(lǐng)域和設(shè)備資產(chǎn)價(jià)值來定義，其中設(shè)備資產(chǎn)價(jià)值包括設(shè)備資產(chǎn)獲取價(jià)值以及其產(chǎn)生的生產(chǎn)作用價(jià)值。

與運(yùn)營安全的相關(guān)性可采用故障影響度這一要素，用于反映設(shè)備故障后產(chǎn)生的直接損失和間接損失。設(shè)備故障的影響一般包括：對(duì)設(shè)備本體及其所屬業(yè)務(wù)系統(tǒng)的直接影響；對(duì)行車安全的影響；對(duì)乘客、工作人員人身安全的影響；對(duì)環(huán)境安全、社會(huì)秩序、公共利益等其他對(duì)象的影響。

設(shè)備本身固有的脆弱度可采用潛在威脅度這一要素，用于反映設(shè)備本身在運(yùn)行環(huán)境中可能面臨的威脅和強(qiáng)度。一種設(shè)備的潛在威脅度需要根據(jù)設(shè)備特性以及軌道交通行業(yè)固有的脆弱性，分析潛在威脅的來源和強(qiáng)度。

2 資產(chǎn)重要度

資產(chǎn)重要度是軌道交通設(shè)備定級(jí)要素之一，由設(shè)備所屬領(lǐng)域和設(shè)備資產(chǎn)價(jià)值確定。其中，設(shè)備資產(chǎn)價(jià)值包括其獲取價(jià)值和作用價(jià)值。設(shè)備資產(chǎn)重要度特征值設(shè)定為5級(jí)，特征值越高則反映設(shè)備資產(chǎn)重要度越高，反之亦然，取值原則見表1。

2.1 設(shè)備資產(chǎn)作用價(jià)值

評(píng)價(jià)設(shè)備資產(chǎn)作用價(jià)值需考慮其承擔(dān)的業(yè)務(wù)職能以及行車業(yè)務(wù)對(duì)其依賴的程度?？砂礂l件劃分為資產(chǎn)作用價(jià)值很高、中等、一般三個(gè)級(jí)別。其中：

（1）資產(chǎn)作用價(jià)值很高的設(shè)備至少有一項(xiàng)符合以下特點(diǎn)：①承擔(dān)軌道交通運(yùn)輸生產(chǎn)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)；②設(shè)備屬于核心生產(chǎn)系統(tǒng)，其功能受損時(shí)會(huì)導(dǎo)致線路部分區(qū)段或全線運(yùn)營中斷；③運(yùn)輸生產(chǎn)業(yè)務(wù)高度依賴的設(shè)備，其功能受損時(shí)會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，且短時(shí)內(nèi)無法人工現(xiàn)場(chǎng)操作恢復(fù)其正常功能；④設(shè)備資產(chǎn)所屬系統(tǒng)的生產(chǎn)總值很高。

（2）資產(chǎn)作用價(jià)值中等的設(shè)備至少有一項(xiàng)符合以下特點(diǎn)：①承擔(dān)軌道交通運(yùn)輸生產(chǎn)的重要業(yè)務(wù)；②設(shè)備屬于重要生產(chǎn)系統(tǒng)，其功能受損時(shí)會(huì)導(dǎo)致單個(gè)車站運(yùn)營中斷；③運(yùn)輸生產(chǎn)業(yè)務(wù)中度依賴的設(shè)備，其功能受損時(shí)運(yùn)營業(yè)務(wù)不能正常開展但不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，較短時(shí)間內(nèi)可通過人工現(xiàn)場(chǎng)操作輔助恢復(fù)運(yùn)行；④設(shè)備資產(chǎn)所屬系統(tǒng)的生產(chǎn)總值中等。

（3）資產(chǎn)作用價(jià)值一般的設(shè)備至少有一項(xiàng)符合以下特點(diǎn)：①承擔(dān)軌道交通運(yùn)輸生產(chǎn)的一般業(yè)務(wù)；②設(shè)備屬于生產(chǎn)輔助系統(tǒng)，功能受損時(shí)不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營業(yè)務(wù)中斷；③運(yùn)輸生產(chǎn)業(yè)務(wù)低度依賴的設(shè)備，功能受損時(shí)不會(huì)發(fā)生危險(xiǎn)，可通過人工操作維持正常運(yùn)行；④其所屬系統(tǒng)的生產(chǎn)總值一般。

2.2 設(shè)備資產(chǎn)獲取價(jià)值

設(shè)備資產(chǎn)的獲取價(jià)值一般包括設(shè)備采購建設(shè)成本和更新改造成本，可按條件劃分為資產(chǎn)獲取價(jià)值很高、一般二個(gè)級(jí)別。其中：

（1）資產(chǎn)獲取價(jià)值很高的設(shè)備至少有一項(xiàng)符合以下特點(diǎn)：①采購建設(shè)成本很高，或者其影響范圍內(nèi)設(shè)備的資產(chǎn)價(jià)值很高，具有一定的稀缺性；②更新改造成本很高，或者功能喪失后導(dǎo)致運(yùn)營業(yè)務(wù)中斷而付出的成本很高。

（2）資產(chǎn)獲取價(jià)值一般的設(shè)備應(yīng)符合下列條件之一：①采購建設(shè)成本一般，或者其影響范圍內(nèi)設(shè)備的資產(chǎn)價(jià)值一般；②更新改造成本一般，或者功能喪失后對(duì)運(yùn)運(yùn)營業(yè)務(wù)影響有限，付出的成本一般。

2.3 設(shè)備所屬領(lǐng)域

軌道交通設(shè)備可根據(jù)所承擔(dān)的業(yè)務(wù)屬性與特征劃分成以下三個(gè)領(lǐng)域：

（1）關(guān)鍵領(lǐng)域：直接影響行車安全、人身安全的關(guān)鍵設(shè)備。

（2）重點(diǎn)領(lǐng)域：直接影響行車效率、車站運(yùn)營效率的設(shè)備。

（3）一般領(lǐng)域：除上述領(lǐng)域之外的其他設(shè)備。

3 故障影響度

故障影響度受故障范圍和損害程度共同影響。當(dāng)設(shè)備本體故障后，一般會(huì)出現(xiàn)性能下降、部分功能損失或整體可用性喪失等事件，將會(huì)對(duì)車站運(yùn)營業(yè)務(wù)、線路行車業(yè)務(wù)的效率或安全造成影響，甚至對(duì)社會(huì)秩序、公共安全造成影響。

故障范圍的劃分應(yīng)分析設(shè)備故障本體及其附屬設(shè)備和關(guān)聯(lián)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的綜合影響，可劃分為車站業(yè)務(wù)、行車業(yè)務(wù)和社會(huì)秩序三類。

損害程度包括設(shè)備本體損傷情況和由此造成的關(guān)聯(lián)事件影響后果，選取其中影響最惡劣的后果作為損害程度。損害程度可根據(jù)軌道交通管理主體的接受程度劃分為一般損害、嚴(yán)重?fù)p害和特別嚴(yán)重?fù)p害三級(jí)。

故障影響度特征值設(shè)定為5級(jí)，特征值越高則反映故障影響度越高，反之亦然，取值原則見表2。

表2 故障影響度特征值

4 潛在威脅度

設(shè)備潛在威脅度由設(shè)備本身可能受到的潛在威脅和由此導(dǎo)致的安全事件可能性共同確定。

考慮到軌道交通各專業(yè)領(lǐng)域?qū)撛谕{的敏感度是不同的，安全事件發(fā)生可能性的評(píng)判應(yīng)根據(jù)不用專業(yè)領(lǐng)域的訴求有所不同。軌道交通設(shè)備面臨的潛在威脅是多種多樣的，但由此導(dǎo)致安全事件發(fā)生的可能性差異巨大，應(yīng)參考軌道交通行業(yè)內(nèi)曾發(fā)生過的安全事件評(píng)判其發(fā)生可能性的高、低情況，對(duì)已識(shí)別的潛在威脅來源進(jìn)行取舍，保留安全事件發(fā)生的可能性較高的威脅來源作為重點(diǎn)防御項(xiàng)目，并由此確定該設(shè)備潛在威脅度的特征值。設(shè)備面臨的潛在威脅分析需要考量威脅來源、威脅形式兩個(gè)因素。

（1）威脅來源一般包括意外情況、故意破壞和環(huán)境破壞三大類：①意外情況，包括人為非惡意和其他技術(shù)因素導(dǎo)致的設(shè)備損壞情況，如人工誤操作、硬件缺陷、軟件缺陷、材料缺陷等；②故意破壞，包括人為惡意的直接或間接損害設(shè)備的情況，如打砸、黑客入侵、通信干擾等；③環(huán)境破壞，是指影響城市軌道交通的氣象災(zāi)害，包括雨災(zāi)、風(fēng)災(zāi)、雪災(zāi)、霧災(zāi)、雷電冰雹災(zāi)害、溫度變化災(zāi)害等[3]。

（2）威脅形式，是潛在威脅對(duì)設(shè)備的影響形式，通常造成設(shè)備作用價(jià)值、經(jīng)濟(jì)價(jià)值的損失。常見形式如下：①物理損傷，設(shè)備本體損壞導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)部分、甚至整體功能的不可用；②軟件篡改，破壞軟件系統(tǒng)的既有功能，導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降或不可用，甚至發(fā)生超預(yù)期的操作風(fēng)險(xiǎn)。

通過分析設(shè)備潛在威脅來源和威脅表現(xiàn)形式，確定其潛在威脅度，特征值設(shè)定為4級(jí)，特征值越高則反映需要防御的潛在威脅度越高，反之亦然，取值原則見表3。

表3 潛在威脅度特征值

5 設(shè)備定級(jí)策略

資產(chǎn)重要度、故障影響度和潛在威脅度三個(gè)定級(jí)要素既相對(duì)獨(dú)立，又具備一定的疊加關(guān)聯(lián)效應(yīng)。獨(dú)立性是指三個(gè)定級(jí)要素可根據(jù)規(guī)則獨(dú)立分析并賦予特征值，疊加關(guān)聯(lián)效應(yīng)體現(xiàn)在設(shè)備資產(chǎn)重要度越高時(shí)，對(duì)其潛在威脅度敏感性也越高，其故障影響度的范圍和損害程度也就愈加嚴(yán)重，反之亦然。

基于以上特點(diǎn)，該研究通過制定三類要素的特征值取值策略與函數(shù)疊加關(guān)系，實(shí)現(xiàn)綜合評(píng)價(jià)和定級(jí)。軌道交通設(shè)備定級(jí)模型的函數(shù)關(guān)系如下：

式中，Y——設(shè)備定級(jí)特征值；A——設(shè)備的資產(chǎn)重要度；Na——設(shè)備資產(chǎn)重要度的特征值；B——設(shè)備的故障影響度；Nb——設(shè)備的故障影響度的特征值；C——設(shè)備潛在威脅度；Nc——設(shè)備潛在威脅度的特征值。

軌道交通設(shè)備定級(jí)特征值函數(shù)按照表4方法進(jìn)行解析。設(shè)備定級(jí)特征值以1~12表示，劃分為四個(gè)等級(jí)，第一級(jí)特征值范圍1~3；第二級(jí)范圍4~6；第三級(jí)范圍7~9；第四級(jí)范圍10~12。特征值越高，則反映設(shè)備定級(jí)水平越高，設(shè)備重要性越高，也就愈加關(guān)鍵。

表4 軌道交通設(shè)備定級(jí)對(duì)照表

6 定級(jí)分析示例

選取信號(hào)系統(tǒng)、自動(dòng)扶梯作為分析對(duì)象，逐一分析并確定資產(chǎn)重要度、故障影響度和潛在威脅度的特征值。

信號(hào)系統(tǒng)承擔(dān)軌道交通運(yùn)輸生產(chǎn)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)，其功能受損時(shí)會(huì)導(dǎo)致線路部分區(qū)段或全線運(yùn)營中斷，其資產(chǎn)作用價(jià)值很高；屬于直接影響行車安全的關(guān)鍵領(lǐng)域。結(jié)合表1可知，其資產(chǎn)重要度特征值應(yīng)確定為5。軌道交通信號(hào)設(shè)備或系統(tǒng)在故障時(shí)會(huì)引發(fā)線路停運(yùn)，可對(duì)行車業(yè)務(wù)、社會(huì)秩序造成特別嚴(yán)重?fù)p害。結(jié)合表2可知，其故障影響度特征值應(yīng)確定為5。潛在威脅度的分析以信號(hào)系統(tǒng)受外部干擾為例，上海地鐵11號(hào)線曾因外部信號(hào)干擾導(dǎo)致軌旁信號(hào)設(shè)備通信中斷，造成多列車晚點(diǎn)、多列次取消，持續(xù)影響長達(dá)數(shù)小時(shí)，嚴(yán)重影響了行車效率與安全。該威脅可來源于意外情況或故意破壞，造成特別嚴(yán)重后果。結(jié)合表3可知，潛在威脅度特征值應(yīng)確定為4。根據(jù)軌道交通設(shè)備定級(jí)模型的函數(shù)關(guān)系可知，信號(hào)系統(tǒng)定級(jí)的特征值為第四級(jí)（Y=12）。

自動(dòng)扶梯設(shè)備承擔(dān)軌道交通運(yùn)輸生產(chǎn)的一般業(yè)務(wù)，功能受損時(shí)不會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營業(yè)務(wù)中斷，其資產(chǎn)作用價(jià)值一般?？紤]到近年來多有扶梯客傷事件，自動(dòng)扶梯應(yīng)歸類于影響人身安全的關(guān)鍵領(lǐng)域。結(jié)合表1可知，其資產(chǎn)重要度特征值應(yīng)確定為3。該類設(shè)備故障時(shí)曾引發(fā)乘客傷亡，對(duì)車站業(yè)務(wù)造成特別嚴(yán)重的損害，結(jié)合表2可知，其故障影響度特征值應(yīng)確定為3。自動(dòng)扶梯面臨的威脅可來源多為設(shè)備缺陷、人工誤操作等意外情況，可造成特別嚴(yán)重后果，結(jié)合表3可知，潛在威脅度特征值應(yīng)確定為3。根據(jù)軌道交通設(shè)備定級(jí)模型的函數(shù)關(guān)系可知，自動(dòng)扶梯設(shè)備定級(jí)的特征值為第三級(jí)（Y=7）。

通過以上方法的分析，可實(shí)現(xiàn)軌道交通設(shè)備的量化定級(jí)，并通過定級(jí)的特征值反映不同設(shè)備資產(chǎn)對(duì)軌道交通運(yùn)營安全的重要程度。

7 結(jié)論

交通運(yùn)輸部印發(fā)的《城市軌道交通運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控和隱患排查治理管理辦法》，明確提出了城市軌道交通風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控的策略要求。該文在延續(xù)此管理要求與思路的基礎(chǔ)上，明確提出設(shè)備資產(chǎn)重要度、故障影響度和潛在威脅度對(duì)于設(shè)備分級(jí)的影響與關(guān)聯(lián)關(guān)系，制定了一套適合軌道交通設(shè)備安全防護(hù)等級(jí)劃分的策略，對(duì)于在日常運(yùn)維中識(shí)別管理重點(diǎn)、核心設(shè)備、主要風(fēng)險(xiǎn)有一定的指導(dǎo)性，有助于落實(shí)分級(jí)管控的原則。