董云逸，邢科家，姚宇峰

DONG Yunyi1，XING Kejia2，YAO Yufeng2

（1.中國鐵道科學研究院 研究生部，北京 100081；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 通信信號研究所，北京 100081）

(1.Postgraduate Department， China Academy of Railway Sciences， Beijing 100081， China； 2.Signal & Communication Research Institute， China Academy of Railway Sciences Corporation Limited， Beijing 100081， China)

編組站綜合自動化系統(tǒng)(以下簡稱“SAM系統(tǒng)”)聯(lián)調聯(lián)試是綜合自動化系統(tǒng)集成的重要內容，是集科研、設計、施工、調試及運營等各方面力量的綜合性試驗。SAM系統(tǒng)具有系統(tǒng)龐大、接口繁多、技術復雜的特點[1]。目前，已經投產SAM系統(tǒng)的編組站均建設在繁忙的長大干線交匯處，不具備長時間大面積停點進行聯(lián)調聯(lián)試的條件；同時，初次接觸SAM系統(tǒng)的運用人員與設備管理人員對設備屬性掌握不夠清晰，存在應急處置能力不強的情況。因此，為保障SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間的行車安全，亟需對聯(lián)調聯(lián)試工作進行系統(tǒng)性的安全分析與評價。

1 概述

1.1 SAM系統(tǒng)架構及業(yè)務流程

SAM系統(tǒng)通過與計算機聯(lián)鎖、行車調度指揮、駝峰自動控制、停車器自動控制、無線調車機車信號與監(jiān)控、車站綜合信息管理等多個子系統(tǒng)接口，將信息集中到SAM系統(tǒng)管控融合平臺上，實現(xiàn)了實時數(shù)據的高效共享，站內信息的綜合集成[2]。

SAM集中控制服務器是實現(xiàn)管控融合的核心，SAM集中控制服務器接收鐵路局集團公司與車站協(xié)同編制的作業(yè)計劃后，將計劃分解成可執(zhí)行的進路指令并形成序列。系統(tǒng)在檢查一系列安全卡控條件均符合后自動擇機下達進路指令，完成一次進路排列的同時接收現(xiàn)場作業(yè)實時反饋并自動報點，從而達到從調度計劃到作業(yè)實績的全過程信息化、自動化。SAM系統(tǒng)架構及業(yè)務流程如圖1所示。

圖1 SAM系統(tǒng)架構及業(yè)務流程Fig.1 The architecture and business process of the SAM system

1.2 SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試關鍵技術

SAM系統(tǒng)的聯(lián)調聯(lián)試即編組站內各系統(tǒng)間的綜合調試，通過調試所有子系統(tǒng)，使之符合設計的要求、運營的需求，并以優(yōu)化調度、安全行車為核心，檢測、調試和優(yōu)化各子系統(tǒng)間的接口功能，使整體系統(tǒng)的功能達到最優(yōu)。聯(lián)調聯(lián)試是一個在一定時間內持續(xù)動態(tài)的過程，經由編組站運輸生產大系統(tǒng)到人員、環(huán)境、管理與設備子系統(tǒng)的多次反饋與調試優(yōu)化，方可判斷系統(tǒng)功能結構的完整性和合理性。

SAM系統(tǒng)模式分為集中人工模式和集中自動模式2種。在集中人工模式下，調度人員、行車人員等集中到調度指揮大廳統(tǒng)一指揮、協(xié)同作業(yè)，控制數(shù)據、作業(yè)計劃等集成到管控融合平臺實現(xiàn)信息的高效共享、互聯(lián)互通。在集中自動模式下，系統(tǒng)在檢查一系列安全卡控條件后自動擇機下達進路及作業(yè)通知，能夠有效保障現(xiàn)場作業(yè)安全，減輕生產作業(yè)壓力，提高人員勞效[3]。不同的控制模式聯(lián)調聯(lián)試的前提條件有所不同，其聯(lián)調聯(lián)試關鍵技術也有一定區(qū)別。SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試具備條件及關鍵技術如表1所示。

SAM系統(tǒng)在聯(lián)調聯(lián)試過程中隨著人機職責的再分配，行車崗位的再優(yōu)化，會帶來操作、聯(lián)控等生產組織方式的變化。因此，聯(lián)調聯(lián)試過程中應充分研判系統(tǒng)性風險，評估全過程的安全態(tài)勢。

2 基于FTA-多層次模糊綜合評價法的SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試安全風險研判與評價

2.1 基于FTA的SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全風險研判

事故樹分析法(FTA)采用演繹法對危險源進行辨識，以所分析的事故為頂上事件，進行從上到下逐級建樹、逐層分析，最終查找出導致頂上事件發(fā)生的基本原因事件。事故樹分析法既適用于定性分析又能進行定量分析，具有簡明、形象化的特點，體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準確性和預見性[4]，對于SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間的安全風險研判具有很好的適用性。

以慣性安全風險點調車擠岔事故為例，根據現(xiàn)場作業(yè)實際情況，得到SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試前調車擠岔FTA模型如圖2所示，SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間調車擠岔FTA模型如圖3所示。

SAM系統(tǒng)調車自動聯(lián)調聯(lián)試的前提條件為STP子系統(tǒng)啟用，STP子系統(tǒng)可有效防護因司機疏忽、無信號盲目動車等原因導致的調車冒號。同時，SAM系統(tǒng)具備的數(shù)十項卡控手段可有效防護因分路不良、壓信號調車、未按計劃排列信號等原因導致的進路準備錯誤。2種設備相互配合可有效降低因值班員與調車司機作業(yè)失誤產生的安全風險，減輕作業(yè)人員勞動生產壓力。SAM系統(tǒng)保留了應急情況人工干預優(yōu)先的功能，但因聯(lián)調聯(lián)試期間行車人員對設備屬性、設備操作還不夠熟悉，常誤以為人工排列進路SAM系統(tǒng)仍會進行卡控，進而產生新的安全風險。因此，車站應重視聯(lián)調聯(lián)試前的動員工作、培訓工作；充分發(fā)揮好值班員、助理值班員作業(yè)互控的優(yōu)勢；配備勝任的技術干部對聯(lián)調聯(lián)試期間的各項作業(yè)進行全程盯控，從而降低調車擠岔的安全風險。

表1 SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試具備條件及關鍵技術Tab1 The condition and key technology of SAM integrated commissioning and testing

2.2 基于多層次模糊綜合評價法的SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全評價

多層次模糊綜合評價法是將復雜問題的各個組成因素按支配關系形成遞階層次關系結構，應用模糊系統(tǒng)基本理論將一些邊界不夠清晰的因素定量化的一種方法。首先，對利用FTA技術分析出的基本原因事件進行歸納整理并按照一定邏輯結構分層；其次，構造求解比較判斷矩陣，并計算出每一層全部因素的相對重要性的權值；最后，針對所分析的具體事物構建評語集合，并對每一層次的各因素進行客觀判斷，構造好模糊評價矩陣后進行逐級合成，逐層評價。該方法具有定性和定量相結合的特點，使用該方法可將評價過程的各項因素數(shù)學化、系統(tǒng)化，使得評價結果更準確。

圖2 SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試前調車擠岔FTA模型Fig.2 The FTA model of splitting-of-point accident before SAM system integrated commissioning and testing

2.2.1 構建SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全評價指標體系

SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全評價指標體系包含了聯(lián)調聯(lián)試期間運輸組織和安全生產的眾多重要環(huán)節(jié)，其指標選取應遵循科學、全面、系統(tǒng)、易操作等原則，充分考慮FTA技術分析歸納出的安全風險類別，在結合車站作業(yè)實際的基礎上，根據《鐵路安全管理條例》等法規(guī)，將影響SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試的因素歸結為人員因素A1、設備因素A2、車站環(huán)境水平A3和車站組織管理A44個方面[5]。

（1）人員因素是影響車站聯(lián)調聯(lián)試期間生產安全的關鍵環(huán)節(jié)，通過FTA技術分析可知車站安全風險事故多是因為職工受教育水平不高、對新設備應用有抵觸情緒、違章作業(yè)、業(yè)務技能不強、應急處置能力差等原因導致的。同時應注意職工在聯(lián)調聯(lián)試期間的身心疲勞程度，職工身心疲勞程度與安全風險的發(fā)生有正相關性。通過分析人員因素對SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間行車安全的影響，從作業(yè)人員的受教育水平A11、業(yè)務技能A12、應急處置能力A13、身心疲勞程度A144個方面進行分析。

（2）設備因素是影響車站聯(lián)調聯(lián)試期間安全生產的重要因素。運營狀態(tài)良好、穩(wěn)定的設備既是車站安全生產的物質基礎，又是車站安全生產的重要保障。SAM系統(tǒng)投入使用伴隨著人機職責的再分配，會導致人員組織形式、聯(lián)控方式產生變革，因而人機職責再分配的合理性應更加注意。通過分析設備因素對SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間行車安全的影響，從設備可靠性與先進性A21、設備備件日常巡檢狀況A22、人機職責再分配合理性A233個方面進行分析。

（3）車站環(huán)境水平可分為站內環(huán)境水平和站外環(huán)境水平。站內環(huán)境包括作業(yè)環(huán)境及車站內部社會環(huán)境。實施SAM系統(tǒng)后將人員集中至調度指揮大廳，可有效改善調度人員、行車人員的作業(yè)環(huán)境，也為車站進一步監(jiān)督管理創(chuàng)造條件。站外環(huán)境包括自然環(huán)境和站車秩序狀況等。通過分析車站環(huán)境水平對SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間行車安全的影響，從自然環(huán)境A31、車站內部環(huán)境綜合指數(shù)A32、車站非法行為發(fā)生指數(shù)A333個方面進行分析。

（4）車站組織管理是指管理者按照運輸組織生產的客觀規(guī)律和經驗，通過對站內外資源的合理調配，以達到安全高效生產的目的。車站應與設備廠家、施工單位、設備管理單位等單位共同制定聯(lián)調聯(lián)試期間動態(tài)驗證組織方案，并根據現(xiàn)場實施情況不斷優(yōu)化。規(guī)章管理部門應根據設備屬性及時修改站細或制定站務指導，避免作業(yè)辦法與實際作業(yè)脫節(jié)的問題。同時，車站主要領導應重視聯(lián)調聯(lián)試工作，充分發(fā)揮車站溝通協(xié)調的優(yōu)勢條件，為聯(lián)調聯(lián)試工作創(chuàng)造良好環(huán)境。通過分析車站組織管理對SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間安全行車的影響，從安全組織管理A41、安全規(guī)章制度A42、安全教育A43、領導干部職責A44、專項資金投入A455個方面進行分析。

圖3 SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間調車擠岔FTA模型Fig.3 The FTA model of splitting-of-point accident during SAM system integrated commissioning and testing

以SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全為目標層，以車站的人員因素、設備因素、車站環(huán)境水平、車站組織管理為準則層，以15個安全評價指標為指標層，構建SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全評價指標體系如圖4所示。

2.2.2 SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全模糊綜合評價

SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間影響因素較多，各因素對生產安全的影響有一定模糊性，同時各影響因素之間的指標評價參數(shù)均有一定區(qū)別，狀態(tài)參數(shù)和評價指標之間很難找到定量關系[6]?？紤]到SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試的高度綜合性，對于SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試的安全評估可采用模糊綜合評價法，具體評價過程如下。

（1）確定評價等級。評價等級一般采取評價指標層的安全水平，結合常規(guī)經驗，設評語集V={V1，V2，V3，V4}，其中V1表示安全，V2表示較安全，V3表示一般安全，V4表示不安全。

（2）確定模糊合成算子。模糊綜合評價中使用?表示模糊合成算子。M (?，⊕)算子相比其他模糊合成算子具有體現(xiàn)權重系數(shù)強，綜合程度高，利用指標層信息充分的特點。為了能夠評估全面，采用M (?，⊕)算子進行模糊綜合評價更為合理[7]。

（3）構造模糊評價矩陣。組織一定數(shù)量、經驗豐富、在各相關專業(yè)具有一定代表性的專家成立安全評價小組，結合專家的現(xiàn)場經驗進行評價，匯總計算并進行歸一化處理，根據隸屬度計算方法得到準則層第n個指標的模糊評價矩陣Rn為

式中：xij為該準則層下第i個指標層指標對應評價等級j的隸屬度，其中1≤j≤4。

（4）確定指標權重。由各相關專業(yè)專家的經驗、事故樹的重要度計算值等作為決策依據，組織專家采用9級標度法對SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試安全評價準則層因素與指標層因素的重要性構造判斷矩陣。設某準則層或指標層有n個因素，則判斷矩陣A= (aij)n×n。其中，aij為第i個因素相對于第j個因素的重要性的比較結果。1-9級標度法具體含義如表2所示。

表2 1-9級標度法具體含義Tab.2 The meaning of 1-9 scale method

在確定權重時，首先要計算求解每層判斷矩陣的最大特征值λmax及各因素對應的特征向量，并對判斷矩陣進行一致性檢驗。判斷矩陣一致性檢驗的過程如下：首先，計算一致性指標其次，查找相應的平均隨機一致性指標RI，1-9階的平均隨機一致性指標如表3所示；最后，計算和檢驗一致性比例如果C＜ 0.1，則認為

R判斷矩陣的一致性可接受，歸一化特征向量作為權重向量，否則需要對該判斷矩陣進行適當修正。記準則層權重向量為W= (w1，w2，…，wn)，其中wn為準則層第n個指標對應權重；記指標層權重向量為Wn= (wn1，wn2，…，wni)，其中wni為準則層第n個指標中第i個指標因素對應權重。

圖4 SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全評價指標體系Fig.4 The safety assessment index system of SAM system integrated commissioning and testing

表3 1-9階平均隨機一致性指標Tab.3 1-9 order average random consistency index

（5）多層次模糊綜合評價。模糊一級綜合評價：記bnj為準則層中第n個指標對應評價等級j的隸屬度，其中1≤j≤4。結合指標層的權重及其模糊評價矩陣，運用模糊合成算子，得到準則層第n個指標的模糊評價向量Bn為

整理Bn即可得到準則層的模糊評價矩陣為

模糊二級綜合評價：記bj為目標層對應評價等級j的隸屬度，其中1≤j≤4。結合準則層的權重及其模糊評價矩陣R，運用模糊合成算子，可以得到目標層的模糊綜合評價向量B為

（6）清晰化處理。在模糊綜合評價中，對于模糊綜合評價向量B= (b1，b2，…，bj，…，b4)，最大隸屬度原則有效度的相對指標[8]為

式中：α為最大隸屬度原則有效度，可以說明施行最大隸屬度原則判別的相對置信程度，通常認為當α＞ 1時，施行最大隸屬度原則非常有效；β為模糊綜合評價向量中元素最大的值，β= max1≤j≤4{bj}；γ為模糊綜合評價向量中元素第二大的值，γ=max1≤i≤4,i≠j{bi} 。

3 案例分析

以中國鐵路上海局集團有限公司(以下簡稱“上海局集團公司”)某站為例，組織20名來自技術研發(fā)、工程實施、現(xiàn)場運維等各方面專家成立SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全評價小組對各指標進行打分評價。經過相關分析及匯總計算后得到相應的指標權重和模糊關系矩陣，再運用模糊合成算子進行逐層評價，得到該站SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全風險的綜合評價分析。

3.1 確定指標權重

通過對20位專家打分情況進行匯總計算和歸一化處理，得到準則層判斷矩陣A及指標層判斷矩陣Ai。對判斷矩陣進行一致性檢驗，準則層及指標層一致性檢驗相關參數(shù)如表4所示。由表4可以看出，判斷矩陣的一致性比例CR均小于0.1，可通過一致性檢驗。因此，判斷矩陣的歸一化特征向量即為相應權重，準則層及指標層指標權重如表5所示。

表4 準則層及指標層一致性檢驗相關參數(shù)Tab.4 The consistency checking parameters of criterion level and index level

3.2 構建模糊評價矩陣

組織安全評價小組的專家分別對15個指標層指標進行評價并對評價結果進行匯總，依據模糊評價矩陣的計算方法分別計算出準則層4個指標分別對應的模糊評價矩陣。

表5 準則層及指標層指標權重Tab.5 The weight of criterion level and index level

3.3 多層次模糊綜合評價

利用公式 ⑵，得到SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全風險評價人員因素的模糊評價向量為

同理可得設備因素的模糊評價向量為B2=(0.896 0 0.094 6 0.009 4 0.000 0)；車站環(huán)境水平的模糊評價向量為B3= (0.755 4 0.204 0 0.040 6 0.000 0)；車站組織管理的模糊評價向量為B4=(0.796 0.1355 0.067 8 0.000 0)。

利用公式 ⑷ 得到SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全風險評價的模糊綜合評價向量為

利用公式 ⑸ 經計算SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全風險評價的模糊綜合評價向量的最大隸屬度有效度指標α= 2，說明施行最大隸屬度原則非常有效。因此，可選擇模糊綜合評價向量中最大元素所對應的評價等級作為SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全的綜合評價結果，經驗證上海局集團公司某車站SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全評價結果為安全。此外，通過結合分析權重與模糊綜合評價矩陣可知，車站職工的應急能力與車站安全組織水平已經成為制約SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試行車安全水平進一步提高的瓶頸，車站應充分重視職工的培訓工作，加大教育投入提升職工素質。同時，車站還應組織落實聯(lián)調聯(lián)試期間制定的動態(tài)驗證方案，積極溝通協(xié)調相關部門，為車站安全組織提供保障。

4 結束語

SAM系統(tǒng)作為保障編組站站內行車組織安全的重要設備，能有效防護行車組織中的各項安全風險，其聯(lián)調聯(lián)試工作是否到位直接決定了SAM系統(tǒng)投產后為車站運輸生產服務的水平。通過結合FTA與多層次模糊綜合評價方法各自的優(yōu)點對SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間的安全風險進行研判，克服了單一采用某種分析方法大多不能取得良好效果的瓶頸。該方法為SAM系統(tǒng)聯(lián)調聯(lián)試期間安全風險研判提供了一種技術手段，為評估總體安全態(tài)勢提供了一種定性和定量相結合的系統(tǒng)安全綜合評估方案，為把握車站運輸生產安全脈絡提供支撐，為制定風險控制措施提供依據。