王洪德,于萌慧

(1.大連交通大學(xué) 交通運(yùn)輸工程學(xué)院,遼寧 大連 116028;2.遼寧省隧道工程及災(zāi)害防控專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心,遼寧 大連 116028;3.天津一號(hào)線軌道交通運(yùn)營(yíng)有限公司,天津 300000)

機(jī)務(wù)系統(tǒng)是鐵路運(yùn)輸牽引動(dòng)力安全可靠的重要保障,擔(dān)負(fù)著鐵路機(jī)車的運(yùn)行維護(hù),其暢通運(yùn)行不僅能保證機(jī)車運(yùn)行安全,而且與車務(wù)、工務(wù)、電務(wù)、供電、車輛等子系統(tǒng)的安全密切相關(guān)。影響鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)因素眾多,各因素間相互作用關(guān)系復(fù)雜,具有明顯的動(dòng)態(tài)性、耦合相關(guān)性、模糊性和不確定性。因此,及時(shí)掌握影響鐵路機(jī)務(wù)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)因素及其相互作用,對(duì)行車安全具有重要意義。

針對(duì)鐵路運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃缘葐?wèn)題,國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者做了大量的研究。魏圓圓等[1]針對(duì)鐵路行車故障致因復(fù)雜、難以量化描述等問(wèn)題,應(yīng)用模糊網(wǎng)絡(luò)分析法(Fuzzy-Analytic Network Process,F-ANP)建立了鐵路運(yùn)輸安全評(píng)價(jià)模型。劉洋[2]針對(duì)鐵路機(jī)務(wù)行車中的人因失誤,應(yīng)用認(rèn)知可靠性和差錯(cuò)分析法對(duì)事故根源進(jìn)行了追溯分析。王晚香等[3]采用灰色關(guān)聯(lián)和多元線性回歸預(yù)測(cè)對(duì)鐵路客運(yùn)需求進(jìn)行了短期預(yù)測(cè)。馮子健[4]針對(duì)鐵路貨運(yùn)速度及貨運(yùn)總量大幅提升的實(shí)際,應(yīng)用(Back Propagation,BP)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)貨運(yùn)安全進(jìn)行了評(píng)價(jià)。鄒亞龍[5]運(yùn)用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)建立了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)和預(yù)警模型,并采用RFID(Radio Frequency Identification)標(biāo)簽定位的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)解決了管理人員的履職問(wèn)題。鄔春蘭等[6]運(yùn)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)合云模型實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路列車的風(fēng)險(xiǎn)管控。徐葉鵬[7]通過(guò)制度風(fēng)險(xiǎn)控制表,建立風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題庫(kù),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)管控流程的優(yōu)化?；趯?duì)各路局機(jī)務(wù)系統(tǒng)的實(shí)地調(diào)研,影響鐵路機(jī)務(wù)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)因素間存在著極強(qiáng)的相關(guān)性[8],絕大多數(shù)行車故障(或事故)的發(fā)生均為各影響因素間耦合作用的結(jié)果。目前針對(duì)影響鐵路機(jī)務(wù)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)因素間耦合關(guān)系的研究還處于探索階段。

鑒于此,本文結(jié)合對(duì)某路局機(jī)務(wù)段近年來(lái)的行車故障數(shù)據(jù)歸類統(tǒng)計(jì)結(jié)果,基于模糊理論和相關(guān)性分析技術(shù),構(gòu)建鐵路機(jī)務(wù)行車安全風(fēng)險(xiǎn)模糊ISM(解釋結(jié)構(gòu)模型),辨識(shí)出各風(fēng)險(xiǎn)因素間關(guān)聯(lián)關(guān)系,以期為鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)安全風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)管控提供技術(shù)支持[9]。

1 機(jī)務(wù)行車安全影響因素集

鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)作為復(fù)雜行車體系的重要組成部分[10],經(jīng)常遇到許多突發(fā)的鐵路非正常行車狀況。決策者需從眾多的影響鐵路機(jī)務(wù)行車安全風(fēng)險(xiǎn)的因素中找出重點(diǎn),第一時(shí)間做出正確判斷。影響鐵路機(jī)務(wù)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)因素具有模糊性、相關(guān)性和系統(tǒng)性等特點(diǎn)。本文結(jié)合實(shí)地調(diào)研資料,得出五類主要風(fēng)險(xiǎn)因素:職工三違、專業(yè)管理、規(guī)章制度、行車設(shè)備、安全設(shè)施,并依此建立風(fēng)險(xiǎn)因素集S={S1,S2,…,Si, …,Sn}。其中,S為風(fēng)險(xiǎn)因素合集,Si為第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素子集,n為子集的個(gè)數(shù)。

參考相應(yīng)的文獻(xiàn)并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)[8-10],對(duì)這五類風(fēng)險(xiǎn)因素作進(jìn)一步歸類分析,本文構(gòu)建了包括18個(gè)影響行車安全的風(fēng)險(xiǎn)因素集,其層次結(jié)構(gòu)及隸屬關(guān)系見表1。

表1 鐵路機(jī)務(wù)行車安全風(fēng)險(xiǎn)因素

表1(續(xù))

2 機(jī)務(wù)行車系統(tǒng)關(guān)聯(lián)關(guān)系模型

2.1 機(jī)務(wù)行車模糊解釋結(jié)構(gòu)模型

針對(duì)影響鐵路機(jī)務(wù)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)因素間具有較強(qiáng)的模糊性和相關(guān)性的實(shí)際,運(yùn)用解釋性結(jié)構(gòu)模型找出機(jī)務(wù)系統(tǒng)中各風(fēng)險(xiǎn)因素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系,形成結(jié)構(gòu)矩陣和結(jié)構(gòu)圖,并通過(guò)劃分層次來(lái)梳理機(jī)務(wù)行車安全問(wèn)題。

ISM是一種概念模型,適用于將模糊思想和系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為直觀的結(jié)構(gòu)模型。模型應(yīng)用廣泛,對(duì)變量多、關(guān)系復(fù)雜的系統(tǒng)具有良好的適用性,可通過(guò)對(duì)評(píng)估體系進(jìn)行層次劃分,進(jìn)而分析因素的相互影響關(guān)系,達(dá)到對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行梳理的目的。由于鐵路機(jī)務(wù)涉及的因素較多,影響因素之間存在復(fù)雜的相互作用,所以所選評(píng)估方法也應(yīng)適用于鐵路機(jī)車運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,并應(yīng)符合針對(duì)性、合理性、適應(yīng)性、充分性和系統(tǒng)性原則。而經(jīng)典的解釋結(jié)構(gòu)模型只考慮系統(tǒng)各因素間是否存在關(guān)聯(lián)關(guān)系,建立的關(guān)系矩陣也只有0和1這兩個(gè)選項(xiàng),無(wú)法有效表示各風(fēng)險(xiǎn)因素間關(guān)系強(qiáng)弱的問(wèn)題[11]。為進(jìn)一步明確各風(fēng)險(xiǎn)因素間關(guān)聯(lián)關(guān)系,本文引入模糊矩陣?yán)砟?構(gòu)建模糊解釋結(jié)構(gòu)模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)影響機(jī)務(wù)行車安全風(fēng)險(xiǎn)因素間關(guān)系的非確定性問(wèn)題從定性分析到定量分析的轉(zhuǎn)變[12]。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)因素關(guān)聯(lián)矩陣

假設(shè)導(dǎo)致鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)發(fā)生故障(或事故)的任意兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素分別為Si和Sj,基于經(jīng)典解釋結(jié)構(gòu)模型構(gòu)建原理,結(jié)合實(shí)際調(diào)研過(guò)程中收集到的50項(xiàng)鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)事故案例,當(dāng)事故發(fā)生的某一環(huán)節(jié)Si和Sj兩者間發(fā)生關(guān)聯(lián)時(shí),有aij=aij+1,可提取關(guān)聯(lián)矩陣A:

通過(guò)模糊數(shù)學(xué)概念中的隸屬度函數(shù)來(lái)對(duì)模糊關(guān)聯(lián)度的強(qiáng)弱進(jìn)行劃分,隸屬度函數(shù)越大表明關(guān)聯(lián)強(qiáng)度越高,反之則越低。風(fēng)險(xiǎn)因素自身的隸屬度函數(shù)可以設(shè)置為0?；谏鲜隼砟?同時(shí)結(jié)合關(guān)聯(lián)矩陣A,構(gòu)建模糊關(guān)聯(lián)矩陣B。其中,b5,1=0.03,b5,3=0.04,b5,5=0.02,b5,7=0.18,b5,8=0.04,b5,9=0.17,b5,10=0.28,b5,11=0.14,b5,14=0.05,b5,15=0.06,b5,16=0.14,其余b5,j=0。

選取隸屬度函數(shù):

(1)

式中:bij為模糊關(guān)聯(lián)矩陣B中的元素;ai*為矩陣A第i行元素求和;a*j為矩陣A第j列元素求和。

計(jì)算矩陣A,求取Si與Sj間關(guān)聯(lián)強(qiáng)度評(píng)價(jià)分值。由矩陣B可知,風(fēng)險(xiǎn)因素aij(0≤i≤m,0≤j≤n)的取值為[0, 1]的實(shí)數(shù),且因素間關(guān)聯(lián)關(guān)系可通過(guò)模糊關(guān)聯(lián)強(qiáng)度的強(qiáng)弱表達(dá),更加貼近分析實(shí)際。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)因素鄰接矩陣

模糊關(guān)聯(lián)矩陣B中的實(shí)數(shù)不能直接確定因素間的可達(dá)關(guān)系,需抽象成0,1關(guān)系。通過(guò)選取閾值λ對(duì)模糊關(guān)聯(lián)矩陣B中的風(fēng)險(xiǎn)因素bij進(jìn)行抽象化處理,構(gòu)建具有布爾代數(shù)屬性的鄰接矩陣C,從而剔除對(duì)機(jī)務(wù)系統(tǒng)影響程度較小的風(fēng)險(xiǎn)因素,以期優(yōu)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[13]。

系統(tǒng)劃分過(guò)細(xì)或過(guò)粗都會(huì)對(duì)系統(tǒng)的最終評(píng)判產(chǎn)生影響。結(jié)合相關(guān)試驗(yàn)可知,從模糊關(guān)聯(lián)矩陣B中篩選出至少50%的數(shù)據(jù)構(gòu)建鄰接布爾矩陣C時(shí),所構(gòu)建的解釋結(jié)構(gòu)模型仍具有良好的解釋性。同時(shí)鄰接矩陣也描述了各點(diǎn)間通過(guò)長(zhǎng)度為1的通路相互可以到達(dá)的情況。故通過(guò)試錯(cuò)分析,選取λ=0.15可滿足該條件。令:

(2)

由式(2)可得矩陣C。

布爾矩陣中若Si對(duì)Sj無(wú)影響或無(wú)關(guān)系時(shí),aij的取值為0;反之,aij的取值為1。因素之間的可達(dá)關(guān)系可以通過(guò)aij的取值來(lái)有效表示。

2.4 風(fēng)險(xiǎn)因素可達(dá)矩陣

基于Matlab環(huán)境,對(duì)矩陣C+I進(jìn)行自乘運(yùn)算(I為單位矩陣),直至式(3)成立:

(3)

式中:D為風(fēng)險(xiǎn)因素可達(dá)矩陣。

可達(dá)矩陣中的元素Dij代表了元素Si到Sj間是否存在可達(dá)的路徑,即可達(dá)矩陣完全表征了要素間直接的、間接的關(guān)系,表明了各點(diǎn)間長(zhǎng)度不大于n-1的通路的可達(dá)情況。

通常情況下,當(dāng)自乘系數(shù)大于3時(shí),D矩陣可以達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí),可達(dá)矩陣D可清楚表達(dá)各風(fēng)險(xiǎn)因素間的到達(dá)鏈接路徑關(guān)系。

2.5 機(jī)務(wù)行車安全風(fēng)險(xiǎn)因素層級(jí)劃分

2.5.1 區(qū)域劃分

將系統(tǒng)區(qū)域劃分為可達(dá)集、先行集和共同集3個(gè)不同集合區(qū)域。系統(tǒng)中被因素Si影響的所有風(fēng)險(xiǎn)因素集合稱為可達(dá)集M(Si),即從要素Si出發(fā)可以到達(dá)的全部要素集合;影響因素Si的所有集合稱為先行集N(Si),即可以到達(dá)要素Si的全部因素集合。M(Si)和N(Si)的表達(dá)式為:

M(Si)={Sj|aij=1},j=1, 2, …,n

(4)

N(Si)={Sj|aji=1} ,j=1, 2, …,n

(5)

結(jié)合式(4)和式(5)求出判斷矩陣因素的可達(dá)集合M(Si)和先行集合N(Si),并求其交集L(Si)=M(Si)∩N(Si),亦稱共同集[14],計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 機(jī)務(wù)行車安全風(fēng)險(xiǎn)因素劃分

2.5.2 風(fēng)險(xiǎn)因素的級(jí)位劃分

基于層級(jí)判定條件對(duì)影響機(jī)務(wù)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行級(jí)位劃分。首先,當(dāng)滿足判斷條件M(Si) =L(Si)時(shí),L(S1)中的因素處于解釋結(jié)構(gòu)圖的第一層級(jí);然后,從原可達(dá)矩陣D中去除L(S1)中各因素對(duì)應(yīng)的行和列,得到剩余矩陣D1,對(duì)D1進(jìn)行與第一層級(jí)劃分方法相同的操作,確定第二層級(jí)L(S2)所包含的因素。重復(fù)上述步驟,直至級(jí)位劃分結(jié)束,得到可達(dá)矩陣的級(jí)位劃分結(jié)果:L(S1)={S3,S4,S5,S15,S16,S17},L(S2)={S2,S18},L(S3)={S13,S14},L(S4)={S1,S12},L(S5)={S7,S9},L(S6)={S8,S10},L(S7)={S6,S11}。

2.6 繪制多級(jí)遞階結(jié)構(gòu)模型

根據(jù)級(jí)位劃分的結(jié)果及因素間的相互作用關(guān)系,構(gòu)建鐵路機(jī)務(wù)行車安全風(fēng)險(xiǎn)因素的模糊解釋結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 模糊解釋結(jié)構(gòu)

3 機(jī)務(wù)行車安全風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 模型解釋

鐵路機(jī)務(wù)行車安全體系的構(gòu)建是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。根據(jù)多層遞階解釋結(jié)構(gòu)模型,鐵路機(jī)務(wù)行車的安全影響因素可歸納為頂層因素、過(guò)渡層因素和底層因素3個(gè)層級(jí)。

(1)最頂層的6個(gè)因素對(duì)鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)的影響最為直接,分別為疲勞駕駛列車(S3)、車輛傷害(S4)、設(shè)備檢修標(biāo)準(zhǔn)(S5)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(S15)、防火防爆(S16)、救援標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(S17);其次,同為頂層因素的季節(jié)安全(S18)和機(jī)具傷害(S2),通過(guò)相應(yīng)的作用手段對(duì)鐵路機(jī)務(wù)行車的安全影響也較為顯著。

(2)過(guò)渡層級(jí)的6個(gè)因素分別為機(jī)車配件脫落(S13)、設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)(S14)、輪對(duì)管理(S1)、檢修標(biāo)準(zhǔn)(S12)、過(guò)軌鑒定(S7)、檢修標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行(S9)。過(guò)渡層的6個(gè)因素之間存在較強(qiáng)的互動(dòng)性,只對(duì)其中一個(gè)或幾個(gè)因素進(jìn)行調(diào)整,通常對(duì)機(jī)務(wù)系統(tǒng)的安全達(dá)不到整體改觀的效果。因此,對(duì)過(guò)渡層因素進(jìn)行整體改進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)對(duì)鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)的安全提升。

(3)底層因素是機(jī)務(wù)系統(tǒng)發(fā)生事故的根源,底層因素包括設(shè)備超期檢修(S8)、施工管理(S10)、管理履職(S6)和制度制定(S11)。從根源出發(fā),層層遞進(jìn),進(jìn)而達(dá)到對(duì)整個(gè)機(jī)務(wù)系統(tǒng)的安全防范。

3.2 機(jī)務(wù)行車安全優(yōu)化建議

鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)不僅在鐵路運(yùn)輸中發(fā)揮著不可替代的作用,對(duì)鐵路運(yùn)輸過(guò)程中的突發(fā)故障(或事故)也起到預(yù)防和控制的作用[15]。根據(jù)解釋結(jié)構(gòu)模型對(duì)影響因素的分析結(jié)果,結(jié)合機(jī)務(wù)系統(tǒng)本身提出以下建議:

(1)由圖1可見,要想對(duì)救援標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行問(wèn)題(S17)進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn),就要提高季節(jié)安全性問(wèn)題。救援列車、救援起重機(jī)、發(fā)電機(jī)組等設(shè)備在冬季要按照規(guī)定進(jìn)行防寒任務(wù)的落實(shí)(S18)。加強(qiáng)對(duì)機(jī)車機(jī)具的管理(S2)可以避免發(fā)生設(shè)備和檢修標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行不當(dāng)?shù)膯?wèn)題(S5、S15)。針對(duì)疲勞駕駛列車(S3)的問(wèn)題,機(jī)務(wù)部門應(yīng)采取清查機(jī)務(wù)人員,增加機(jī)務(wù)人員數(shù)量,滿足線區(qū)要求,并合理分配機(jī)務(wù)人員到崗等措施。針對(duì)車輛傷害(S4)的問(wèn)題,機(jī)車調(diào)度員在駕駛列車時(shí),應(yīng)確認(rèn)機(jī)下人員及其他機(jī)車操作人員均處于安全位置;確認(rèn)換向手柄位置正確;落實(shí)庫(kù)內(nèi)動(dòng)車時(shí)的安全措施,做好自控和互控工作,按呼叫應(yīng)答語(yǔ)言標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行呼叫應(yīng)答。同時(shí)要定期檢查各類電流電壓保險(xiǎn)和保護(hù)裝置,以防止機(jī)車火災(zāi)(S16)事故的發(fā)生。

(2)對(duì)于過(guò)渡層,機(jī)車配件脫落(S13)和輪對(duì)管理(S1)都屬于列車配件方面的問(wèn)題,其間存在一定的從屬關(guān)系,都可以通過(guò)提高檢修標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行力度(S12、S9)得以改善。針對(duì)過(guò)軌鑒定(S7)問(wèn)題,機(jī)務(wù)人員要嚴(yán)格執(zhí)行“要道還道”制度,嚴(yán)防拉閘后不確認(rèn)開關(guān)的合閘狀態(tài),不關(guān)注啟動(dòng)信號(hào)等。

(3)管理履職(S6)、制度制定(S11)、設(shè)備超期檢修(S8)和施工管理(S10)的問(wèn)題是影響軌道交通機(jī)務(wù)系統(tǒng)安全問(wèn)題的最底層因素,雖然不會(huì)直接對(duì)系統(tǒng)造成影響,但卻是最不可忽視的一部分。在日常管理中應(yīng)該注重文化培養(yǎng),提高工作人員的整體文化程度和業(yè)務(wù)素質(zhì),加強(qiáng)對(duì)工作崗位規(guī)章制度的制定指標(biāo),確保職能分配公平合理。

4 結(jié)論

(1)本文構(gòu)建了影響鐵路機(jī)務(wù)行車安全的模糊解釋結(jié)構(gòu)模型,對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)因素間的主次與層級(jí)關(guān)系進(jìn)行系統(tǒng)分析,模型充分考慮因素之間的橫向與縱向關(guān)系,并為后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重的確定提供了參考。

(2)機(jī)務(wù)系統(tǒng)作為鐵路運(yùn)輸牽引動(dòng)力安全可靠的重要保障,通過(guò)構(gòu)建解釋結(jié)構(gòu)模型,能夠從理論根源上對(duì)影響機(jī)務(wù)系統(tǒng)的因素進(jìn)行劃分與說(shuō)明,為鐵路運(yùn)輸安全標(biāo)準(zhǔn)的制定奠定基礎(chǔ)。

(3)在鐵路機(jī)務(wù)系統(tǒng)模糊解釋結(jié)構(gòu)模型建立過(guò)程中,將影響鐵路機(jī)務(wù)行車安全的風(fēng)險(xiǎn)因素概括為3個(gè)層次是不夠細(xì)致的,后續(xù)的研究將會(huì)對(duì)此方面進(jìn)行著重優(yōu)化,以期得到的結(jié)果更加細(xì)致全面。