高速铁路运营安全管理成熟度模型及评价

李科宏，张亚东，郭 进，宋海权

(1.西南交通大学 信息科学与技术学院，四川 成都 610031；2.成都信息工程大学 网络空间安全学院，四川 成都 610103)

为了确保铁路行业安全管理能力的持续改进和提高，西方发达国家十分重视铁路安全评价体系及其评价方法的制定，对铁路管理成熟度理论的研究也已经取得了一定成果，例如：英国铁路管理办公室(The Office of Rail and Road，ORR)近期提出的风险管理成熟度模型(Risk Management Maturity Model，简称RM3模型)[1-2]已成为铁路安全风险管理领域的一个研究热点。RM3模型制定了对1个铁路组织在安全风险管理方面的能力进行评价的关键要素和标准，这个模型通过将英国铁路安全风险管理体系划分为5个单元、26个不同要素(项点)对铁路风险管理成熟度进行全面和清晰的表述，使铁路组织能够更加了解自己的优势和目标，为提高安全风险管理水平打下坚实的基础。

目前我国对铁路系统进行安全评价的研究主要集中在铁路建设施工安全管理、列车运行控制系统安全风险和轨道交通系统安全等方面[3-8]，而我国高速铁路关于安全管理成熟度的研究还处于初级阶段，对高速铁路运营安全管理成熟度评价的研究还未出现。

为规范和加强我国高速铁路运营安全管理工作，完善安全管理成熟度模型及其评价方法，在国外发达国家相关经验的基础上，具体结合了我国高速铁路运营安全管理的相关规章制度、现有研究成果和安全性评价原则等各个方面，并对他们进行对比、分析和总结，提出了我国高速铁路运营安全管理成熟度模型和评价方法，并采用案例检验其实用性，利用评价结果对评价系统进行改进。

1 安全管理成熟度评价流程

我国高速铁路运营安全管理成熟度模型的评价应该遵循目的性、科学性、系统性、实用可行性、时效性、政令性、突出性和可比性及定性与定量相结合的原则[9]。以上原则并不孤立，而是相互关联，相辅相成。模型的目的性原则是其他各项原则的前提，目的性决定了模型的设计必须符合科学性原则，而科学性原则又需要通过系统性来体现。实用可行性和时效性原则决定了模型的设计应该遵循政令性和突出性原则。其中，实用可行性原则又决定了模型需要满足可比性原则。以上各项原则都需要通过定性和定量相结合的原则才能得到体现。

我国高速铁路运营安全管理成熟度模型及其评价主要按以下步骤进行：(1)分析影响中国高速铁路运营安全管理的关键因素，并在此基础上构建3个层次的评价指标体系, 然后定义各评价指标的等级特征及评估值范围，进而建立中国高速铁路运营安全管理成熟度模型。(2)采用专家评价法和雷达图法对每个安全管理单元的不同要素进行评价，并通过最小面积法分别计算各个单元的成熟度；然后，对于各个不同单元，因为根据专家经验比较容易得出各安全管理单元相对于总体安全管理水平的重要性，所以使用层次分析法确定单元层成熟度评价指标权重；最后，使用模糊综合评价法结合每个单元的成熟度对总体安全管理的成熟度进行评价。其具体流程如图1所示 。

图1 高速铁路运营安全管理成熟度模型构建及评价方法流程

由图1可以看出：在使用雷达图结合多层次模糊方法进行高速铁路运营安全管理成熟度评价的过程中, 还采用因子分析法进行评价指标体系的确定、运用李克特五级量表进行评价指标的量化、使用专家评价法对要素层各要素进行打分，综合运用以上多种研究方法可以使评价过程和结果更加科学和客观。

2 成熟度模型

2.1 评价指标体系

高速铁路运营安全管理成熟度评价的难点在于评价指标的选择，选择的评价指标不准确、不全面对评价结果的可靠性和科学性会产生直接影响。通过对英国RM3模型与中国铁路总公司制定的一系列最新安全规章[10-15]中有关高速铁路运营安全管理及评价的内容进行分析、提取和总结，并根据成熟度模型评价应该遵循的原则，构建中国高速铁路运营安全管理成熟度模型如图2所示。图中：U1—U7分别为各个单元的简称；SP1—SP5，OC1—OC7，RR1—RR4，RCS1—RCS6，MRA1—MRA5，EM1—EM4，OP1—OP2分别为U1—U7单元中各个要素的简称。

图2 中国高速铁路运营安全管理成熟度模型

从图2可以看出：模型由7个单元、33个要素组成，7个单元明确了安全管理的主要方面，33个要素指出了具体工作内容。各个单元的主要目的和含义描述如下。

U1：向高速铁路组织全体员工及公众阐明清晰的安全生产方针及持续提高安全的策略。

U2：为了贯彻安全方针策略，高速铁路应设立合理的组织结构，并明确岗位责任制和考核奖惩措施。应建立畅通的信息沟通渠道，便于内部各部门、上下级之间、合作单位之间的信息沟通。

U3：为了实现高速铁路安全战略目标，而采取的具体实施方法及过程管理。

U4：与计划风险控制相关的风险控制系统及其落实到位应该协调一致，确保遵守有关法律，使高速铁路组织有效地实现目标。

U5：监督、检查和绩效评估系统应该到位以确保高速铁路运营安全管理体系正常运行，定期回顾是为确保组织的业务目标的正确性。在整个安全管理体系中，监督、检查与回顾形成了1个反馈回路，是不断改进和实现优秀计划的重要组成部分。

U6：在建立高速铁路运营安全管理体系的基础上，针对突发事件，采取一系列应对措施，对突发事件的全过程进行计划、组织、指挥、协调和控制，以保护人民生命财产安全、维护运输生产秩序、促进高速铁路和谐快速发展。

U7：确保高速铁路组织各级工作人员具备足够的资质，掌握适当的技能，在互相帮助和协作下安全的开展工作，减少对自己和其他人的风险。

以上各个单元和要素之间不是孤立的，而是密切相关的。在实践过程中，运营安全管理的要素可以根据实际情况进行适当调整。这7个单元中的33个要素可以作为中国高速铁路运营安全管理成熟度模型的评价指标。

2.2 各评价指标等级特征及评估值范围

为对高速铁路运营安全管理成熟度进行综合评价，需对每个指标的评价标准进行明确定义。由于高速铁路运营安全管理涉及国家铁路局、铁路总公司、铁路局、站段等各个层面，而高速铁路的具体运营管理工作主要由铁路局完成，所以下面重点从铁路局层面对各评价指标的等级特征进行定义。

根据RM3模型和通过对专家的调研，采用李克特五级量表(five-point likert scale)[16]将高速铁路运营安全管理成熟度模型中各个单元和要素的等级划分为5级(等级1到等级5)，并统一将5个成熟度等级与评估值范围一一对应，其中1分和5分分别对应最低和最高的评估值。按照由低到高顺序排列的成熟度等级及其评估值范围分别为临时措施级([1.0,2.0])，管理级((2.0,3.2])，标准化级((3.2,4.0])，符合预期级((4.0,4.6])和卓越级((4.6,5.0])。由于篇幅限制，以U2单元中的OC7要素为例，该要素的5个成熟度等级定义及对应的评估值范围见表1。

表1 OC7要素成熟度等级定义

3 评价方法

3.1 要素层和单元层成熟度评价

基于图2所示的中国高速铁路运营安全管理成熟度模型，由于各个单元下的不同要素数目较多，且在一定程度上是相互联系和影响的，所以确定各要素间的相对权重会比较困难。而使用雷达图可以清晰直观地显示成熟度模型每个单元下各个要素的成熟度水平及彼此的关系，且评价时采用最小面积评价法无需考虑各要素的权重。

1)要素层成熟度评价

邀请铁路局参与高速铁路运营安全管理的相关人员，根据5个成熟度等级的定义及其对应的评估值范围，对各要素进行打分。对每个要素的评估值可以由铁路局内部安全相关普通员工及铁路局内部和外部安全专家共同评估，然后采用线性加权法计算各要素的综合评估结果。例如，根据U2单元中OC7要素的5级打分制定义(表1)，经过三方评估综合计算，最终评估结果见表2。

表2 OC7要素的三方评估综合计算结果

同理，最终可以得到模型中要素层各要素的成熟度综合评估结果。

2)各单元雷达图绘制

把各单元所包含要素的综合评估值在N边形(N为某一单元层对应要素的数量)中首尾相连接，可以得到每个单元的雷达图。

3)单元层成熟度评价

各个单元的成熟度评价值可以由如下公式计算。

每个单元成熟度评价值=

(1)

由于各个要素的评估值在雷达图中的排列顺序不同可能导致阴影面积不同，可以通过最小面积排列法[17]评价成熟度。

(1)当评估指标个数为2n时，先按升序排列所有的评估值，得到1组数列c1，c2，…，c2n，则

(2)

(2)当评估指标个数为2n+1时，先按升序排列所有的评估值，得到1组数列c1，c2，…，c2n+1，则

(3)

3.2 总体安全管理成熟度评价

根据专家经验比较容易得出各个单元相对于总体安全管理的重要性，然后利用模糊综合评价法对总体安全管理进行评价可以更好地反映实际情况。因此使用模糊综合评价法结合每个单元的成熟度对总体安全管理的成熟度进行评价。

3.2.1 单元层权重

权重是影响高速铁路管理成熟度最终评价结果的重要因素，使用层次分析法将定性分析与定量分析相结合，给出决策结论。

1)层次结构模型建立

由2.1节可知，该模型被分为3个层次，各层次从内到外依次为目标层，单元层和要素层。

2)判断矩阵构造

使用层次结构可以反映因素之间的关系，单元层的7个单元在目标衡量中所占比重并不一定相同，它们对于目标层的影响大小，可以采取对各个单元进行两两比较以建立成对比较矩阵的办法，全部比较结果用判断矩阵A表示，为

A=(aij)7×7

(4)

式(4)中aij的值可以使用数字1～9及其倒数作为标度，其含义见表3。

表3 判断矩阵标度与含义

3)权重向量计算

根据判断矩阵A求得特征向量W及其最大特征值λmax，其中特征向量W经过归一化，可以得到单元层相应元素对于目标层相对重要性的权重向量，即

AW=λmaxW

(5)

4)一致性检验

由于判断矩阵的值是人为赋予的，所以有必要进行一致性检验，检验权重向量的可靠性。检验数CR为

(6)

其中，

式中：CI为一致性指标；RI为同阶平均随机一致性指标；m为单元层中单元的个数。

同阶平均随机一致性指标RI取表4中对应值。

表4 平均随机一致性指标

当CR<0.10时，认为判断矩阵合理。若判断矩阵不合理，则应对判断矩阵做出调整。

3.2.2 成熟度综合评价结果

由3.1节中的雷达图法得到了7个安全管理单元的评价结果R，其元素分别为R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7，则可以把每个单元的评价结果作为上级指标的评价向量，R=(R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7)，然后结合计算得到的权重向量，运用模糊综合评价法可以得到高速铁路运营安全管理的总体成熟度P为

P=WRT=(W1，W2，W3，W4，W5，W6，W7)(R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7)T

(7)

4 案例分析

使用成熟度模型及综合评价方法对某高速铁路实施委托运输管理的铁路局的运营安全管理进行评价，具体步骤如下。

步骤1：选取图2模型中7个单元的33个要素作为本次评价的指标体系。

步骤2：根据模型以及专家经验，给出每个单元和要素的5级评价特征及评估值范围(见表1)。

步骤3：要素层和单元层成熟度评价。邀请相关人员，根据模型中每个要素的5级评价特征及评估值范围，给出各要素的评分并计算综合评价结果，然后对每个单元分别进行雷达图评价。例如：U1单元包含的5个要素SP1—SP5的综合评价结果分别为3.52，3.95，2.69，3.28，4.04分，把这些值按升序排列在正五边形中首尾相连可以得到U1单元的雷达图，然后由式(3)可以得到U1单元的成熟度为3.43分。同理，得到的其他5个单元U2—U6的成熟度分别为3.25，3.34，4.15，3.74，3.62分。这6个单元的雷达图如图3所示。由于U7单元只包含2个要素，可通过简单的加权平均得到该单元的成熟度为3.02分。则评价向量R=(R1，R2，R3，R4，R5，R6，R7)=(3.43，3.25，3.34，4.15，3.74，3.62，3.02)。

步骤4：使用模糊综合评价法对某高速铁路总体安全管理成熟度进行评价。在计算得到7个单元的成熟度后，根据专家经验将各个单元进行两两比较，依照矩阵标度进行评级并构造判断矩阵为

(8)

依照式(5)计算得出归一化的权重向量矩阵W为(0.182 0，0.123 3，0.073 2，0.180 8，0.144 0，0.154 1，0.142 5)，特征根λmax为8.331 6。

图3 某高速铁路运营安全管理成熟度模型U1—U6单元雷达图

根据式(6)得到

(9)

其中，

由式(9)可知CR<0.10，经一致性检验数据有效。

由式(7)可以得到某高速铁路路局层面运营安全管理的总体成熟度为3.539 6分，根据表1定义的成熟度等级与评估值范围之间的对应关系，可见其总体成熟度为“标准化”级。该水平表明某高速铁路路局运营安全管理的总体成熟度处于5个成熟度水平的中间层，所以还有进一步全方位提升的空间。根据模型，本级别的安全管理流程特征为：建立了一系列定义的和文件化的标准流程，并随着时间的推移有一定程度的改善。以每个单元来看，除U4单元成熟度水平较高，处于“符合预期”级和U7单元成熟度水平较低处于“管理”级外，其他几个单元都属于“标准化”级的中间水平。说明某高速铁路路局层面对运营安全管理还不够重视，特别是针对相关员工的教育培训和人员资质方面，应该充分利用先进的管理办法和技术加强工作人员的培训和考核，U7单元是应该重点关注的单元。另外，某高速铁路路局层面需进一步完善组织结构，丰富奖惩考核机制以提高员工工作的积极性。各级工作人员也需要加强学习，提高工作效率。综上所述，某高速铁路路局层面应该根据评估结果有针对性地制定改进计划，特别应注重运营安全管理中成熟度较低的单元和要素，使各单元平衡发展，协同进步。高速铁路运营安全管理水平的提高是一个长期坚持的过程，必须持续不断地进行评估与改进。

5 结 语

以中国高速铁路运营安全管理为研究对象，在英国关于铁路风险管理成熟度模型RM3的研究成果基础上，结合我国高速铁路的现状，构建了中国高速铁路运营安全管理成熟度模型，并使用雷达图结合多层次模糊等方法对其进行成熟度评价研究。最后以国内某高速铁路路局层面的运营安全管理为例进行了安全管理成熟度评价。结果表明，相对于一般意义的安全管理水平评价方法，提出的成熟度模型和评价方法可以避免传统单一评价方法对安全管理水平评价的局限性，能更加全面、系统和直观地对高速铁路运营安全管理水平进行综合评价，评价结果可以使高速铁路组织深入了解自身运营安全管理的弱点和不足，从而制定改进方案，提高运营安全管理水平。