吳畏 (廣梅汕鐵路有限責(zé)任公司惠州工務(wù)段,廣東惠州 517000;長江大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院,湖北荊州 434023)

呂一兵 (長江大學(xué)信息與數(shù)學(xué)學(xué)院,湖北荊州 434023)

基于多目標(biāo)決-策理想點(diǎn)法的鐵路工務(wù)系統(tǒng)安全狀況綜合評(píng)價(jià)

吳畏 (廣梅汕鐵路有限責(zé)任公司惠州工務(wù)段,廣東惠州 517000;長江大學(xué)繼續(xù)教育學(xué)院,湖北荊州 434023)

呂一兵 (長江大學(xué)信息與數(shù)學(xué)學(xué)院,湖北荊州 434023)

為客觀評(píng)價(jià)鐵路工務(wù)系統(tǒng)安全狀況,應(yīng)用多目標(biāo)決策-理想點(diǎn)法的原理,結(jié)合影響鐵路工務(wù)安全的主要指標(biāo),建立了評(píng)價(jià)模型,利用模型方程計(jì)算了代表鐵路工務(wù)安全優(yōu)劣的歐式距離,并進(jìn)行了歐式距離大小比較。6個(gè)車間安全順序從優(yōu)到差依次為:車間4＞車間3＞車間5＞車間6＞車間1＞車間2,與模糊評(píng)價(jià)技術(shù)的評(píng)價(jià)結(jié)果完全相同;在設(shè)定的安全等級(jí)的歐式距離范圍內(nèi),劃分6個(gè)車間安全等級(jí)分別為:車間4、車間3安全級(jí)別屬良好,車間5、車間6、車間1、車間2安全級(jí)別屬中等。結(jié)果表明,理想點(diǎn)法不僅能夠有效地對(duì)鐵路工務(wù)安全狀況進(jìn)行排序,而且能夠根據(jù)安全要求對(duì)安全狀況劃分等級(jí),對(duì)鐵路工務(wù)安全風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)具有一定可行性。

多目標(biāo)決策-理想點(diǎn)法;鐵路;鐵路公務(wù)系統(tǒng);安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

按照鐵路中長期規(guī)劃,到2020年我國將形成規(guī)模達(dá)50000km以上的快速鐵路客運(yùn)網(wǎng),覆蓋全國的省會(huì)城市(除拉薩以外)以及100萬以上人口的特大城市。目前我國鐵路發(fā)展已進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展時(shí)期。但隨著鐵路提速、高速和重載運(yùn)輸?shù)牟粩喟l(fā)展,鐵路運(yùn)輸安全工作面臨大量的新情況、新問題,同時(shí)人們對(duì)鐵路安全越來越重視,鐵路運(yùn)輸安全壓力與日俱增,因此,如何規(guī)避和化解鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn),保證鐵路安全運(yùn)營是國內(nèi)外普遍關(guān)注的重點(diǎn)[1-3]。鐵路工務(wù)工作是鐵路運(yùn)輸組織體系中的基礎(chǔ)性的工作,是確保運(yùn)輸安全、運(yùn)輸效率、運(yùn)輸服務(wù)的重要前提之一,列車長時(shí)間運(yùn)行和自然條件作用下,鐵路線路等基礎(chǔ)設(shè)施會(huì)不可避免地發(fā)生變形或損壞,為了確保列車安全、平穩(wěn)、快速運(yùn)行,延長線路各組成部分的使用壽命,必須加強(qiáng)線路和設(shè)施的養(yǎng)護(hù)和維修工作。因此,鐵路工務(wù)工作的效率與質(zhì)量直接影響到鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩c效率[4]。為此,提升工務(wù)管理水平,實(shí)現(xiàn)工務(wù)安全生產(chǎn),科學(xué)決策工務(wù)工作,有利于科學(xué)指導(dǎo)維修作業(yè),及時(shí)消除故障隱患,確保線路和設(shè)施安全可靠,對(duì)于保證鐵路安全穩(wěn)定具有重要作用和意義。目前國內(nèi)對(duì)鐵路工務(wù)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法研究很少,田元福等[5]建立工務(wù)部門相應(yīng)的安全風(fēng)險(xiǎn)清單及其應(yīng)對(duì)表,構(gòu)建了4類18項(xiàng)鐵路工務(wù)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,并利用模糊評(píng)價(jià)技術(shù)——層次分析法(AHP),結(jié)合實(shí)例對(duì)工務(wù)安全系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)和說明,初步探討了該方法的可行性。邵婉等[6]則分析了一些評(píng)價(jià)方法的不足,指出層次分析法(AHP)主觀性較強(qiáng)、不能表達(dá)不確定性和計(jì)算量過大;模糊綜合評(píng)價(jià)法(FCE)易獲得偽優(yōu)解、評(píng)價(jià)因素較多時(shí)靈敏度低。并采用可拓方法和理論建立鐵路工務(wù)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)模型,通過算例分析對(duì)鐵路工務(wù)安全狀況進(jìn)行了排序。但通過比較發(fā)現(xiàn),田元福等[5]和邵婉等[6]對(duì)于同一數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)結(jié)果并不一致,排序有較大的差別,因此有必要對(duì)鐵路工務(wù)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)方法開展研究。下面,筆者根據(jù)多目標(biāo)決策-理想點(diǎn)法[7]的原理,建立一個(gè)評(píng)價(jià)鐵路工務(wù)系統(tǒng)安全的數(shù)學(xué)模型,對(duì)某工務(wù)段的6個(gè)車間安全情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),并將評(píng)價(jià)結(jié)果與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果進(jìn)行比較。

1 鐵路工務(wù)系統(tǒng)安全的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

鐵路工務(wù)系統(tǒng)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng),其中工務(wù)安全涉及到人員、設(shè)備、環(huán)境、管理等因素[8],而這些因素又涉及鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)車務(wù)、運(yùn)輸、機(jī)務(wù)、電務(wù)、供電等各系統(tǒng)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)、政治、科技、教育和管理等許多方面[9]。因此,工務(wù)安全既受工務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部因素的制約,也受系統(tǒng)外部環(huán)境的干擾,鐵路工務(wù)系統(tǒng)相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)事件項(xiàng)目多、關(guān)系復(fù)雜、相互影響,風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的復(fù)雜性和不確定性較大,目前沒有統(tǒng)一的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和綜合評(píng)價(jià)方法。田元福等[5]根據(jù)鐵路工務(wù)系統(tǒng)安全問題的基本特征,構(gòu)建了工務(wù)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)三維結(jié)構(gòu),即工務(wù)系統(tǒng)內(nèi)部因素、外部環(huán)境以及不同管理層次,然后通過對(duì)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析、風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查、專家咨詢以及實(shí)驗(yàn)論證等方式,根據(jù)安全第一、預(yù)防為主的原則,將事故指標(biāo)和隱患指標(biāo)相結(jié)合,構(gòu)建了4類18項(xiàng)鐵路工務(wù)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系:工務(wù)安全基礎(chǔ)管理評(píng)價(jià)指標(biāo)S1(包括安全生產(chǎn)責(zé)任制度以及標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)u1,安全機(jī)構(gòu)效能指標(biāo)u2,安全教育培訓(xùn)u3,安全生產(chǎn)檢查情況u4,安全隱患事故報(bào)告處理u5,安全資金的投入u6)、人員安全保障評(píng)價(jià)指標(biāo)S2(包括職工安全管理水平u7,職工技術(shù)業(yè)務(wù)素質(zhì)u8,職工文化水平u9,職工工作態(tài)度u10)、設(shè)備安全保障評(píng)價(jià)指標(biāo)S3(包括線路安全檢測和設(shè)備監(jiān)測狀況u11,養(yǎng)路機(jī)械及生產(chǎn)機(jī)具設(shè)備狀況u12,橋路設(shè)備狀況u13,涵渠設(shè)備狀況u14)、環(huán)境安全保障評(píng)價(jià)指標(biāo)S4(包括作業(yè)環(huán)境安全保障評(píng)價(jià)指標(biāo)u15,內(nèi)部社會(huì)環(huán)境安全保障u16,自然環(huán)境安全保障指標(biāo)u17,外部社會(huì)環(huán)境u18)。

2 評(píng)價(jià)模型

根據(jù)理想點(diǎn)法[7]的原理,假設(shè)影響鐵路工務(wù)安全的因子有n個(gè)目標(biāo)f1(x),f2(x),…,fn(x),對(duì)于每個(gè)目標(biāo)函數(shù)分別有其最優(yōu)值為:

如果所有這些目標(biāo)的最優(yōu)解都相同,設(shè)為X*,那么只要在x=X*這點(diǎn),所有的目標(biāo)都同時(shí)達(dá)到各自的最優(yōu)值,此時(shí)安全狀況最優(yōu)。但一般來說,這種情況是不太可能發(fā)生的。因此就向量函數(shù)F(X)= [f1(x),f2(x),…,fn(x)]T來說,向量F*=[,,…,]T僅是一個(gè)理想點(diǎn),需要做的就是在R(R是目標(biāo)函數(shù)在多目標(biāo)問題的約束集合)上找出一點(diǎn)ˉX,使F(X)與F*的偏差最小,此時(shí)目標(biāo)的最優(yōu)值就離理想點(diǎn)越近,解就越優(yōu)。常用的是閔可夫斯基(Minkowski)距離法:

式(1)是理想點(diǎn)法最常用的公式。在實(shí)際工作中可根據(jù)需要選擇不同的P值來定義不同的距離空間,當(dāng)P=1時(shí)稱為海明距離或絕對(duì)距離;P=2時(shí)稱為歐式距離;P=∞時(shí)稱切比雪夫距離。無論P(yáng)取何值,對(duì)同一對(duì)象的評(píng)價(jià)結(jié)果相同。即該距離越小,就說明該點(diǎn)離理想點(diǎn)越近。

若把每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)看作不等權(quán)重時(shí),各指標(biāo)相對(duì)目標(biāo)的權(quán)重可依據(jù)每個(gè)決策標(biāo)準(zhǔn),參照單位實(shí)際情況及專家意見確定,在安全綜合評(píng)價(jià)時(shí)考慮不同指標(biāo)的權(quán)重。仍可選取P=2,即仍計(jì)算歐式距離。此時(shí)式(2)變?yōu)?

3 鐵路工務(wù)安全評(píng)價(jià)

1)計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果。按以上原理和方法,以體現(xiàn)鐵路工務(wù)安全的4個(gè)主要指標(biāo)S1、S2、S3、S4的18個(gè)二級(jí)指標(biāo)u1、…、u18作為評(píng)價(jià)目標(biāo)因子,對(duì)某工務(wù)段的6個(gè)車間的現(xiàn)場安全情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。筆者取每個(gè)車間的二級(jí)指標(biāo)u1、…、u18分別按式(5)、(6)進(jìn)行計(jì)算,6個(gè)車間的體現(xiàn)4個(gè)主要指標(biāo)S1、S2、S3、S4的18個(gè)二級(jí)指標(biāo)u1、…、u18數(shù)據(jù)如表1所示[5]。

表1 某工務(wù)段6個(gè)車間安全生產(chǎn)評(píng)分匯總表

由表2可知,對(duì)某工務(wù)段6個(gè)車間安全生產(chǎn)狀況采用理想點(diǎn)法進(jìn)行綜合質(zhì)量評(píng)價(jià),對(duì)體現(xiàn)鐵路工務(wù)安全的4個(gè)主要指標(biāo)S1、S2、S3、S4的18個(gè)二級(jí)指標(biāo)u1、…、u18采用等權(quán)處理和不等權(quán)處理,盡管得到的同一車間的d不相同,但各車間的安全狀況優(yōu)劣順序相同、評(píng)價(jià)結(jié)果相同,某工務(wù)段6個(gè)車間安全狀況順序從優(yōu)到差依次為:車間4＞車間3＞車間5＞車間6＞車間1＞車間2,與文獻(xiàn)[5]的評(píng)價(jià)結(jié)果完全相同,而且評(píng)價(jià)簡單,計(jì)算簡單,只要在Microsoft Exce1數(shù)據(jù)表格中把式(5)、(6)編入,便可得到計(jì)算d結(jié)果,當(dāng)然也可通過計(jì)算器手工計(jì)算獲得結(jié)果。

2)工務(wù)段車間安全等級(jí)劃分。上述對(duì)鐵路工務(wù)段的排序,只能給鐵路工務(wù)管理部門提供所屬各車間的安全狀況優(yōu)劣情況,為了進(jìn)一步判斷各車間安全狀況的合格與否,管理部門可通過設(shè)定18個(gè)二級(jí)指標(biāo)u1、…、u18的分?jǐn)?shù)把工務(wù)安全評(píng)價(jià)等級(jí)分為4級(jí):≥90為優(yōu)秀、80～90為良好、70～80為中等、60～70為合格,仍以u(píng)1、…、u18每一個(gè)指標(biāo)等于100分為理想點(diǎn),參照式(5)進(jìn)行計(jì)算這4個(gè)等級(jí)到理想點(diǎn)的距離d,然后與各車間在等權(quán)狀況下的d進(jìn)行比較,具體見表3所示,當(dāng)然也可根據(jù)安全需要只設(shè)定3級(jí)或2級(jí)。

表2 某工務(wù)段6個(gè)車間安全生產(chǎn)狀況評(píng)價(jià)結(jié)果

表3 6個(gè)車間安全等級(jí)劃分

由表3可知,管理部門通過對(duì)工務(wù)段安全級(jí)別要求的量化和級(jí)別的設(shè)定,確定各安全級(jí)別的適合d取值范圍,然后通過把各車間到理想安全點(diǎn)的距離d與之對(duì)比,就可以把6個(gè)車間的安全等級(jí)進(jìn)行劃分。按上述設(shè)定,車間4、車間3安全級(jí)別屬良好,車間5、車間6、車間1、車間2安全級(jí)別屬中等。

4 結(jié)論

1)采用多目標(biāo)決策-理想點(diǎn)法對(duì)某工務(wù)段的6個(gè)車間的安全狀況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),對(duì)影響工務(wù)安全的18個(gè)指標(biāo)采用等權(quán)處理和不等權(quán)處理,盡管得到的同車間到理想點(diǎn)的d不相同,但其安全優(yōu)劣順序相同、評(píng)價(jià)結(jié)果相同,6個(gè)車間安全狀況順序從優(yōu)到差依次為:車間4＞車間3＞車間5＞車間6＞車間1＞車間2,與文獻(xiàn)[5]報(bào)道的模糊評(píng)價(jià)技術(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果完全一致,表明利用多目標(biāo)決策-理想點(diǎn)評(píng)價(jià)工務(wù)安全具有一定的科學(xué)性和可行性。

2)根據(jù)設(shè)定的安全級(jí)別到理想點(diǎn)的歐式距離d取值范圍,可以劃分6個(gè)車間工務(wù)安全等級(jí),筆者選取等權(quán)處理的d取值比較,6個(gè)車間工務(wù)安全級(jí)別分別為:車間4、車間3安全級(jí)別屬良好,車間5、車間6、車間1、車間2安全級(jí)別屬中等。

3)利用多目標(biāo)決策-理想點(diǎn)法建立的模型可以有效地對(duì)鐵路工務(wù)安全狀況進(jìn)行優(yōu)劣排序,還可根據(jù)管理部分對(duì)安全的要求對(duì)各車間的安全等級(jí)進(jìn)行劃分,有利于管理部門識(shí)別工務(wù)風(fēng)險(xiǎn),做好應(yīng)對(duì)計(jì)劃,從而對(duì)鐵路工務(wù)系統(tǒng)安全進(jìn)行科學(xué)的管理和決策。

4)多目標(biāo)決策-理想點(diǎn)法除可對(duì)同一工務(wù)段的不同車間、班組的安全狀況評(píng)價(jià)外,還可用于不同工務(wù)段間安全狀況的對(duì)比評(píng)價(jià),也可用于鐵路系統(tǒng)其他涉及到多目標(biāo)決策問題的評(píng)價(jià),而不受描述這些事物的指標(biāo)個(gè)數(shù)的多少影響,且不受目標(biāo)的度量單位不同的影響。

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[編輯]李夢霞

O29;U292

A

1673-1409(2014)19-0005-04

2014-02-16

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(11201039;61273179);湖北省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目(D20101304)。

吳畏(1990-),男,高級(jí)技工,現(xiàn)主要從事鐵路工務(wù)方面的研究工作。