铁路装载加固安全风险识别与评估技术研究

吴必龙，刘作义

（北京交通大学 交通运输学院，北京 100044）

装载加固[1]中的安全隐患一直是引发铁路货运安全事故的重要风险源，确保装载加固安全是铁路运输安全风险管控的重点内容。在全路推行安全风险管理[2]的大背景下，加强装载加固安全风险管理，对于提高铁路安全管理水平具有现实意义。装载加固安全风险的识别与评估是装载加固安全风险管理的基础，包括对风险的感知与发现，以及针对识别出的风险分析其发生的可能性和损失后果，确定风险等级等。

1 铁路装载加固安全风险识别体系

风险识别[3]是指风险管理人员运用有关知识和方法，收集有关风险因素、风险事件和损失后果等信息，从而发现导致潜在损失的风险因素。在构建铁路装载加固安全风险识别体系前，先对装载加固的安全影响因素进行分析。

1.1 铁路装载加固安全影响因素

根据装载加固及运输途中可能存在的危险，将装载加固安全影响因素划分为货物基本特性、装载加固方案、加固材料 ( 装置 )、运输设备、安全操作与管理和外部环境 6 类。

在 6 类影响因素中，货物基本特性是指货物自身特性和装载加固要求，如尺寸、重量、状态、包装等。装载加固方案包括货物装载方案、加固方法的设计和加固强度的计算等。加固材料 ( 装置 ) 因素主要包括加固材料 ( 装置 ) 的规格和质量是否过关、作业人员的使用方法是否正确等。运输设备因素包括 3 个方面的内容：运输线路的条件、运载车辆的状态、装卸设备和计量检测设备的运用。安全操作与管理因素主要涉及人的管理，包括作业人员的素质与技术水平、安全管理规章与制度的落实情况、职工业务培训与安全教育的开展情况、应急预案的制订等方面。外部环境因素包括自然环境 ( 如大风、洪水、雷击等 ) 和社会环境 ( 如铁路沿线社会治安与居民素质等 )。

1.2 铁路装载加固安全风险识别体系

根据铁路装载加固的作业流程和主要安全环节，装载加固存在的风险事件可以分为装载加固方案设计及审批受理风险，装载加固方案实施与作业风险，运输途中货检和计量安全检测监控设备风险3 类。这 3 类风险事件都有对应的风险因素。这些风险因素可以分为货物基本特性引发的风险、装载加固方案风险、加固材料 ( 装置 ) 风险、设备运用风险、安全操作与管理风险和外部环境风险 6 种，称为一级风险因素；每个一级风险因素又包含更具体的风险因素，称为二级风险因素。通过罗列风险核对表的方法统计各类风险事件存在的风险因素，进行风险识别研究，构建结构合理的铁路装载加固安全风险识别体系。

2 铁路装载加固安全风险等级

2.1 风险发生概率和损失大小等级划分

风险包含风险事件发生的概率及可能造成的损失大小 2个方面。因此，风险评估需要综合考虑这2 个方面，简洁、直观地表达风险等级。根据《 铁路交通事故调查处理规则 》[4]( 以下简称《 事规 》)的有关规定和现场作业实际情况，借鉴多家铁路局( 集团/公司 ) 关于货运风险等级的划分办法，得出风险发生概率等级划分如表 1 所示，风险损失大小等级划分如表 2 所示。

表1 风险发生概率等级划分

表2 风险损失大小等级划分

2.2 风险等级划分

综合考虑风险事件的发生概率等级和损失大小等级，建立铁路装载加固安全风险等级评价矩阵如表 3 所示。在表 3 中，将装载加固安全风险划分为很高、高、一般和较低 4 个等级，分别用 A、B、C、D 表示，各等级的评判标准如下。

A 级：风险等级很高 ( 高度风险，不可接受 )，具有突发性、源头性、系统性的特征，可能导致的后果非常严重。对应于《 事规 》中，可能导致一般 B 类 ( 旅客列车 C 类 ) 及以上事故发生，或者由于自然灾害、设备设施故障等突发性事件，已经危及行车和人身安全，需要果断采取措施解决的风险。

表3 风险等级评价矩阵

B 级：风险等级高 ( 中度风险，不可接受 )，具有易发性、阶段性、子系统性的特征，可能导致的后果严重。对应于《 事规 》中，可能导致一般 C 类事故，需要立即采取措施解决的风险。

C 级：风险等级一般 ( 低度风险，不可接受 )，具有局部性的特征，可能导致的后果较大。对应于《 事规 》中，可能导致一般 D 类事故，需要适时采取措施解决的风险。

D 级：风险等级较低 ( 极低风险，可接受 )，具有个别性的特征，可能导致的后果较小，通常是渐近发展或局部性的风险。此风险等级需要继续观测其发展，以便采取相应措施解决。

3 铁路装载加固安全风险综合评估方法

在历史经验和专家观点的基础上，综合运用层次分析法 ( Analytic Hierarchy Process，AHP )[5]和模糊数学[6]理论，提出铁路装载加固安全风险综合评估方法[7]。该方法的基本原理是：首先构建铁路装载加固风险评估多级递阶结构；其次确定评判对象的因素集和评价集；再次分别确定因素集中各个元素的权重，以及其对于评价集中各元素的隶属度；最后通过模糊合成运算，归一化和集化处理，得到模糊综合评估的结果。

3.1 建立评估模型因素集和评价集

因素集中的元素包括影响评判对象的各种因素，用F表示，有F= {a1，a2，a3}，其中ai(i= 1，2，3 ) 代表风险识别体系中的3类风险事件；并将其按照各自的一级风险因素继续细分为不同的子集，即ai= {bi1，bi2，…，bim}，其中bim是第i类风险事件的第m项一级风险因素；同理，将bim再细分，可以得到其二级风险因素为bim= {cim1，cim2，…，cimn}。由此得到铁路装载加固安全风险评估的多级递阶结构模型。

评价集是由对评判对象可能做出的若干评估结果所组成的集合，根据装载加固安全风险等级的划分结果，将评价集划分为 4 个等级，即

3.2 风险因素权重值的确定

风险因素权重值对评估结果的可信度有较大影响。利用层次分析法，通过专家打分构造判断矩阵，并且求得满足一致性检验的矩阵特征值和特征向量，进而可以得到各层级风险因素的权重值。

3.2.1 构造判断矩阵

根据层次分析法的判断尺度，以因素集内上一层某元素作为判断基准，对与之相关的下一层元素的相对重要性进行两两比较，从而建立一系列的两两判断矩阵X= (xpq)n×n如下。

式中：xpq表示p因素相对于q因素的重要程度，xpq＞0 且有xqp= 1/xpq。xpq值越大，代表p因素比q因素的重要程度越高； 其值等于 1 时， 代表 2 因素的重要性大体相当。

3.2.2 计算相对权重

利用几何平均法计算风险因素相对权重的值，具体过程如下。

（1）求判断矩阵每行元素的几何平均值。

（3）计算判断矩阵的最大特征值λmax。式中：(Xω)p为向量Xω的第p个元素。

（4）进行一致性检验。计算出λmax后，可以根据公式⑹、⑺计算一致性指标 CI 和随机一致性比率CR的值。当CR＜0.1 时，说明判断矩阵和求出的相对权重达到了要求；否则，对判断参数xpq进行调整和修正，重新构造新的判断矩阵。

CI= (λmax-n)/(n- 1 ) ⑹CR=CI/RI⑺RI为平均随机一致性指标，该指标是通过多次(500次以上)重复进行随机判断矩阵特征根计算之后取算术平均得到的，可以查表获得。

3.3 一级风险模糊综合评估

3.3.1 一级风险隶属度评判矩阵

通过专家打分和归一化处理，分别确定评判对象对评价集中各个元素的隶属度值。设因素集中的二级风险因素cimn对评价集中第j个风险级别的隶属度为t jimn，则对cimn进行单因素评估的结果可以用隶属度评判向量Timn表示为

将二级风险因素隶属度评判向量Tim1，Tim2， …，Timn组成一个总矩阵Tim，即为一级风险因素bim的隶属度评判矩阵。

3.3.2 一级风险模糊综合评估

根据通过层次分析法得到的各二级风险因素权重分配向量ω'im= (ω imn) 和一级风险因素的隶属度评判矩阵Tim，运用模糊数学理论中的模糊算子可以求得一级风险因素综合评判向量Zim，即这里选取加权平均型算子M( ·，○+ ) 进行模糊运算如下。

式中：为一级风险因素bim在j风险级别下的评估结果。若Zim的各分量之和不为 1，则还需要对其进行归一化处理。利用最大隶属度法进行集化处理，最终得到一级风险因素bim的风险等级。在得出bim综合评判向量的基础上，可以用类似方法继续向上进行评估。将bim的综合评判向量Zim组合起来，成为ai的隶属度评判矩阵，再与一级风险因素的权重分配向量= (ωim) 进行模糊计算，得到ai的综合评估结果。

4 算例

应用上述铁路装载加固安全风险综合评估方法，给出铁路装载加固方案设计及审批受理风险事件的模糊综合评估实际算例。

4.1 计算风险因素权重值

按照装载加固方案设计及审批受理风险事件

a1的风险识别结果，可以构建如图 1 所示的多级递阶结构模型。通过专家打分，分别建立a1至b1m层及b1m至c1mn层的判断矩阵如表 4 至表 8 所示，求出权重值如表 9 所示。

4.2 生成评判矩阵

对专家打分得出的各二级风险因素c1mn风险等级结果进行整理，得出二级风险因素的隶属度如表10 所示。

4.3 模糊综合评估

利用加权平均型算子进行模糊合成运算，可以得到各级风险因素对评价集的综合评判向量。对向量进行集化，得到模糊综合评估结果如表 11 所示。

由表 11 可知，在导致装载加固方案设计及审批受理风险事件发生的一级风险因素中，货物基本特性、安全操作与管理的风险等级最低，属于 D 级风险，装载加固方案和加固材料 ( 装置 ) 的风险等级较高，属于 C 级风险，需要重点关注，并且采取合理措施进行风险控制；在二级风险因素中，c112，c121，c123，c131，c132，c145的风险等级较高，属于 C 级风险，需要重点关注，并且采取合理措施进行风险控制。装载加固方案设计及审批受理风险事件的风险等级为 C 级，虽然风险程度属于低度风险，但仍然不可接受，需要适时采取措施控制风险，与现场实际情况基本吻合。实例进一步验证了该评估方法的可行性和有效性。

图 1 装载加固方案设计及审批受理风险因素 3 级递阶结构

表4 a1 至 mb1 层次两两判断矩阵

表5 b11 至 nc11 层次两两判断矩阵

表6 b12 至 nc12 层次两两判断矩阵

表7 b13 至 nc13 层次两两判断矩阵

表8 b14 至 nc14 层次两两判断矩阵

表9 装载加固方案设计及审批受理风险权重表

表10 装载加固方案设计及审批受理风险隶属度

表11 风险评估结果

5 结束语

通过引入风险管理理论与方法，研究铁路装载加固安全风险识别与评估技术，分析影响铁路装载加固安全的因素，提出铁路装载加固安全风险综合评估方法，该方法将定性与定量方法相结合，综合运用层次分析法和模糊数学理论对装载加固的安全风险等级进行评价。由实际算例的结果可知，通过该方法得到的评估结果比较符合现场实际，具有一定的现实指导意义。

[1] 中华人民共和国铁道部. 铁路货物装载加固规则[M]. 北京：中国铁道出版社，2006.

[2] 中华人民共和国铁道部运输局. 关于全路货运系统推行安全风险管理的实施意见[J]. 铁道货运，2012，30(5)：48-51.

[3] 刘 钧. 风险管理概论[M]. 3版. 北京：清华大学出版社，2013.

[4] 中华人民共和国铁道部. 铁路交通事故调查处理规则[J]. 铁道货运，2008，26(7)：39-47.

[5] 张炳江. 层次分析法及其应用案例[M]. 北京：电子工业出版社，2014.

[6] 谢季坚，刘承平. 模糊数学方法及其应用[M]. 4版. 武汉：华中科技大学出版社，2013.

[7] 张 莉，盖宇仙. 运用改进层次分析法评价阔大货物装载加固方案[J]. 铁道运输与经济，2006，28(6)：70-72.