基于系统动力学的行车安全管理决策分析

杜 金 韦 钰 中国铁路上海局集团有限公司蚌埠站

接发列车安全是铁路行车的重中之重，是保证运输平稳有序的关键。如今，新设备、新技术、新的管理模式等对铁路安全提出了更高的要求。而接发车过程中事故的发生概率是最高的，作为一个企业，安全生产是永恒的话题。安全是生产的前提，如果失去安全，企业效益就无从谈起。因此，提高接发车安全水平是非常有必要的。

1 影响接发车安全的内在机制分析

铁路行车安全是人-机-环境-管理多种因素相互作用的、相互协调、实时的、动态系统，空间与时间的变换使系统内的人和设备等基本简单要素变为复杂动态的因素庞大系统。其中接发列车作业是行车安全的重点卡控环节，根据我国行车事故统计数据发现，接发列车环节是事故发生概率和危险程度最高的。接发车是指车站办理列车由区间接入、向区间发出和通过所进行的作业，是列车运行不可缺少的重要环节。不论哪些因素之间的作用失衡，都有可能导致事故的发生。基于此，本文建立三个子系统来分析影响铁路安全水平的内在机制，分别是环境因素子系统、安全管理因素子系统、人员因素子系统。

1.1 人员因素子系统

从系统的角度来说，人在整个接发车作业中参与度是最高的。信息采集、传达、操作、监控等都需要人来完成。由于人的主导作用，使得人的因素在运输安全中发挥着重要的作用。而通常这些都与人的职业素养、能力、意识、身体状况等都有密切的关系。根据事故统计分析，绝大多数的事故都是人为因素引发的，根据图1因果反馈图所示，其中工作能力是最重要的约束条件。企业有针对性的加大培训力度提升人员的工作能力，使得人员始终可靠稳定，那么运输安全水平也会显著提升，安全则会得到保障。

图1 人员因素子系统因果关系图

1.2 管理因素子系统

管理是将人、设备、环境等要素统一协调和组织，使得整个目标达到最优的过程。管理者既是主导者也是参与者，所发生的种种事故表面上是员工、设备等导致的，其实质是安全管理的不到位。管理是全方位的全面的统筹兼顾，任何一个环节疏漏，都有可能发生事故或者安全隐患。由于人的作用突出，管理当中，要重点对人进行有效的约束管理。如图2因果反馈图所示：加大对人员制度、人员教育、科技要素、规章制度的投入，提高行车安全。

图2 管理因素子系统因果关系图

1.3 环境因素子系统

环境包括外界环境和内部环境，外界环境比如恶劣天气引起的线路、设备等造成不稳定性。内部环境则是工作场所、人员配备、任务划分、工作条件、同事关系等。如图3所示：提高设备稳定性，特别是恶劣情况下，其次是对目前的设备改进提高其性能以满足目前的需求。在一个提高环境保障水平，最终提高行车安全性。

图3 环境因素子系统因果关系图

2 接发车安全水平系统动力学仿真

2.1 变量选择

系统动力学模型中主要的变量包括状态变量、辅助变量、速率变量、常量等。其主要的含义如下：状态变量在模型中用方框符号表示，积累变量，表达了累计效应是系统行为的最终状态。其在特定时间节点上的值等于初始值加上对速率变量所求的积分；速率变量在模型中用阀符号代表，其主要作用是对状态变量产生影响，反映其变化的快慢；是从状态变量到速率变量之间的中间变量。常量是不变化的量。

基于上述三个子系统的分析和变量数据相关关系以及数据的可获得性。本研究选取3个状态变量、3个速率变量、12个辅助变量构建铁路接发车安全水平的系统动力学模型（见表1）。

表1 模型变量名称及类型

2.2 模型建立

根据人员因素子系统、管理因素子系统、环境因素子系统的因果回路反馈图，利用Vensim软件构建铁路接发车安全水平的系统动力学模型，流程图如4：模型的运行时间是1年，仿真步长为一个月。

图4 接发车安全水平系统流图

根据国家安全评价等级标准的规定：一级标准为90分以上，二级标准为80分以上，三级标准为70分以上。因此，假定安全系统的安全目标水平为90。根据相关文献的研究结果，各子系统投入影响系数表示因素安全投入转化为安全水平的比值。本文中取值为设备技术水平影响系数为0.6；安全管理投入影响系数为0.4；人员技能水平影响系数为0.4；通过层次分析法得到各子系统对安全水平的贡献度大小[4]。安全管理水平贡献度为0.3；设备技术因素贡献度为0.3；人员技能因素为0.4；

模型中，各个变量的方程和赋值如下所示：（1）人员技能水平增量＝人员技能×人员技能水平影响系数；（2）安全管理水平增量＝安全管理措施×安全管理投入影响系数；（3）设备技术水平增量＝设备技术投入×设备技术投入增长率；（4）设备技术水平＝INTEG（设备技术水平增量），初始值为70；（5）安全管理水平＝INTEG（安全管理水平增量），初始值为70；（6）人员技能水平＝INTEG（人员技能水平增长量），初始值为70；（7）安全水平＝IF THEN ELSE(人员技能水平*人员技能水平贡献度+安全管理水平*安全管理水平贡献度+设备技术水平*设备技术因素贡献度＜=90,人员技能水平*人员技能水平贡献度+安全管理水平*安全管理水平贡献度+设备技术水平*设备技术因素贡献度,90)。（见表2）。

表2 模型参数取值表

2.3 模型仿真

使用Vensim软件检验各个变量方程的正确性和参数的合理性，经运行模型检验通过，系统具有稳定性。当各个子系统投入按照每个月以一定的速度增长，得到铁路接发车安全水平的趋势图如图5。

图5 接发车安全水平变化趋势图

由图5可以看出，随着铁路安全投入的逐月增加，安全水平呈现明显的递增的趋势。这说明，铁路安全投入对安全水平的提高起到了正面积极的影响（见表3）。

表3 系统安全水平随时间变化趋势表

2.4 投入方案模拟

选取人员技能、安全管理、设备技术的增长率作为控制变量，以安全水平作为输出变量来考察决策实施效果。模拟方案如下（见表4）。

表4 决策方案模拟

三种方案下的模拟结果如图6所示。

图6 接发车安全水平变化趋势图

由图6可以得出，仅改变增长率变量下，加大人员技能投入，可以更快的接近安全水平目标值。安全水平与各个方面是密切相关的，加大投入是对安全有着积极的正向效应。基于以上结论提出以下措施：

3 措施

针对人员投入管理，主要从人员的工作能力、生理和心理、工作态度等方面。意在减少人因事故的发生。从以下几个方面提出建议：

3.1 加强职工培训教育

虽然机器在很大程度上代替了人的操作，但是在高密度、快速度下的行车方式，对安全和准点提出了更高的要求，特别在非正常情况下，人员的应急处置能力任然显得尤为重要。如果处置不当，将会直接影响行车安全。因此，需要加强对职工的操作技能和业务水平的培训。

（1）提高工作能力

工作能力是影响安全的最大因素，良好的工作能力才能把控住行车的各个环节，尤其是培养新职人员的工作能力。这部分刚毕业入职的大学生，往往理论学习胜于实际操作，对行车设备、工作流程等不熟悉。倘若对此不重视，将是极大的安全隐患。由于各个车站都有其特有的工作环境、工作内容。应该加强培训分配至各个车站的新职人员，安排业务人员与其对接，有针对性的实施操作性培训以及理论学习。

（2）合理的工作负荷

心理素质差、注意力不集中、疲劳等行为都是影响人的可靠性的重要因素。一定的工作负荷能激发人的工作潜能，但是超负荷下，人的各项机能都不是最佳状态。往往这时候也是最容易出现疏忽遗漏、大意等。因此，要充分考虑整体工作要求和人员的身体和心心理素质，合理安排工作时间，保证人员的工作状态。

（3）提高安全意识

人员的安全意识不足一方面是个人对工作岗位理解不清晰，各项风险认识不全面导致的；另一方面是人员培训不到位；安全意识不足意味着工作中态度不端正，良好的工作态度是发挥正常工作能力的思想保证。因此，人员在岗位中要不断学习新的变化、新的要求，全面认识工作风险，提高安全意识。另外，培训部门积极的与生产部门联系，发现工作问题，薄弱环节，采取针对性的培训，加强职工能力。

此外，行车人员是重要的资源，要严格优中选优，高标准把好人员入关口。要从源头减少由于人的不安全行为带来的隐患。

3.2 突出技防手段，确保现场执标

为了防止职工不遵守当班规定，各站专业管理人员要充分利用行车室视频、作业记录仪回放、录音抽听等检查监控手段。强化现场检查和作业过程回放分析，加大对现场违章违纪行为的震慑力度，提高作业人员的安全意识，减少人员因为思想松懈而产生安全隐患。

3.3 优化“人机”系统

列车控制已经由原来的“人控为主”到“人机结合”。而如今，高速铁路已经逐步实现了“机控优先”的管控模式，设备智能化和机械化程度已经有了很大的改进。机器设备在一定的环境下，稳定性和可靠性均优于人为操作。这种模式下，减少了人为的重复操作，也减少了人为失误导致的安全隐患。

（1）人机功能合理分配

机器的优势在于可靠稳定，应当充分发挥各自的优势，相互配合完成各项指令。用机器代替重复机械式的操作内容，尽量减少人为操作和人为干预。既可以减少人为失误，又可以提高工作效率。

（2）优化人机交互界面

良好的人机交互界面能够获取到更多的信息

（3）数据采集与分析

在日常工作当中，机器设备识别安全风险点和容易发生的危险源的位置，并且收集这些数据，设备管理人员定期去分析数据建立人因数据库，查找出其中的关联信息，挖掘事故的内在原因，及时制定有效防范措施。

（4）提示和预告报警

对于前期建立的人因数据库，机器设备会及时的提示及语音告知可能会触及到容易出现问题的地点和操作环节。可以及时的避免人为失误，提高人员的注意力，减少差错的发生，提高了安全性。

4 总结

本文通过Vensim软件构建行车安全与各影响因素之间的因果关系图和流图，同时进行动态仿真和模拟。结论：在保证各子系统不断提升的基础上，对行车安全水平是有着积极的正向效应的。同时，加大对人员因素的管理投入，更有利于行车安全水平的提升，也能有效的利益铁路资源，保障行车安全的最终目的。