鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“鐵路網(wǎng)運(yùn)營綜合保障技術(shù)”()

2018YFB1201403

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

周進(jìn)朱克非李博著

中國鐵道出版社有限公司

年北京

2022·

內(nèi)容簡介

本書針對(duì)龐大的復(fù)雜的鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)運(yùn)用系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化的分析

方法進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)定、量分析旨在揭示鐵路,運(yùn)輸事故成因機(jī)理和安全風(fēng)

險(xiǎn)演化,規(guī)律主要內(nèi)容包括,研究鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的建模和分析

方法分析關(guān)。鍵因素致因鏈:路以及安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的特性提出安全風(fēng)險(xiǎn)

動(dòng)態(tài)傳,播建模和仿真、方法分析安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)傳播規(guī)律提;出鐵路隧道行

車安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法并給,出關(guān)鍵因素和潛在隱患識(shí)別方;法

本書可作為鐵路安,全管理人員科研人員在鐵路安全風(fēng)。險(xiǎn)管理研究

方面的理論參考、、

。

圖書在版編目CIP數(shù)據(jù)

()

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法周進(jìn)朱克非李博

/,,

著北京中國鐵道出版社有限公司

.—:,2022.3

ISBN978-7-113-27744-4

鐵周朱李鐵路運(yùn)輸交通

Ⅰ.①…Ⅱ.①…②…③…Ⅲ.①-

運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)管理分析方法

--Ⅳ.①U298-34

中國版本圖書館數(shù)據(jù)核字第號(hào)

CIP(2021)029554

書名:鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

作者:周進(jìn)朱克非李博

責(zé)任編輯:劉鋼編輯部電話

編輯助理:劉尚鵬:(010)51873055

封面設(shè)計(jì):曾程

責(zé)任校對(duì):苗丹

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出版發(fā)行:中國鐵道出版社有限公司北京市西城區(qū)右安門西街號(hào)

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版次:年月第版年月第次印刷

開本:2022312022印3張:1字?jǐn)?shù):千

書號(hào):787mm×1092mm1/32472

定價(jià):ISBN9元78-7-113-27744-4

39.00

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:(010)51873174,:(010)63549461

前言

以公路運(yùn)輸、水路運(yùn)輸、鐵路運(yùn)輸、航空運(yùn)輸、管

道運(yùn)輸為代表的現(xiàn)代交通運(yùn)輸方式為人們的出行及

貨物的運(yùn)輸提供了極大的便利。其中鐵路運(yùn)輸以其

運(yùn)量大、速度快、運(yùn)費(fèi)低、受自然條件影響小、穩(wěn)定可

靠的優(yōu)點(diǎn),成為旅客快速運(yùn)輸和大宗貨物中長距離運(yùn)

[]

輸?shù)氖滓x擇1。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及國

家綜合實(shí)力的提升,鐵路運(yùn)輸業(yè)也得到了迅猛的發(fā)展。

據(jù)中國國家鐵路集團(tuán)有限公司《年統(tǒng)計(jì)公報(bào)》,截

2021

至年底,全國的鐵路營業(yè)里程已達(dá)萬;全

202115km

國鐵路路網(wǎng)密度萬2,全國鐵路機(jī)車、客

156.7km/km

車、貨車擁有量分別為萬臺(tái)、萬輛、萬

2.177.896.6

輛,其中,動(dòng)車組標(biāo)準(zhǔn)組、輛;國家鐵路旅

401232097

客發(fā)送量完成億人,國家鐵路旅客周轉(zhuǎn)量完成

25.33

億人公里;國家鐵路貨運(yùn)總發(fā)送量完成

9559.09

億,國家鐵路貨運(yùn)總周轉(zhuǎn)量完成億

37.26[]t29950.01

噸公里2。運(yùn)量不斷提升的同時(shí),鐵路運(yùn)輸技術(shù)也得

到快速的發(fā)展。高速鐵路的建設(shè)和運(yùn)營給旅客帶來

更加安全舒適的旅行環(huán)境,同時(shí)極大地縮短了旅行時(shí)

1

··

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

間。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)正逐步引入到鐵路運(yùn)

輸行業(yè)中,有力促進(jìn)了全國鐵路運(yùn)輸信息的集成整

合、鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)部的互聯(lián)互通、列車及相關(guān)設(shè)備

的運(yùn)營監(jiān)控,大幅度提升了鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的運(yùn)營管理

效率,在國家綠色交通體系和社會(huì)綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中發(fā)

揮著至關(guān)重要的作用。

列車運(yùn)行速度的不斷提升,在給旅客帶來極大方

便的同時(shí)也給鐵路安全管理帶來了新的挑戰(zhàn)?？焖?/p>

運(yùn)行的列車一旦發(fā)生危險(xiǎn),輕則導(dǎo)致車輛或者線路損

壞,從而影響正常的列車運(yùn)營,重則導(dǎo)致嚴(yán)重的人員

傷亡或財(cái)產(chǎn)損失,從而帶來嚴(yán)重的后果及影響。因

此,鐵路運(yùn)營安全管理需要不斷強(qiáng)化,并全面考慮各

種相關(guān)因素。首先,我國地域遼闊、地形復(fù)雜,地質(zhì)環(huán)

境差異性大。部分鐵路線路位于復(fù)雜地形地區(qū),如高

山峻嶺、深水沼澤。列車、軌道、信號(hào)設(shè)備不得不面對(duì)

夏日炎熱、冬日嚴(yán)寒、颶風(fēng)暴雨等極端天氣。其次,鐵

路運(yùn)營管理者需要對(duì)眾多的人員以及大量的設(shè)施設(shè)

備進(jìn)行有效的管理。據(jù)《中國鐵道年鑒()》統(tǒng)計(jì),

2015[]

截至年底,國家鐵路職工人數(shù)萬人3。

2014205.4

對(duì)如此多的人員進(jìn)行有效的管理來確保運(yùn)輸過程的

安全和高效存在著巨大的挑戰(zhàn)。此外,隨著科技的發(fā)

展,列車運(yùn)行相關(guān)的技術(shù)設(shè)施及設(shè)備的構(gòu)成愈發(fā)復(fù)

雜,列車的安全運(yùn)行需要每個(gè)零部件在設(shè)計(jì)、運(yùn)營、維

2

··

前言

護(hù)、保養(yǎng)、更換等環(huán)節(jié)得到保障。受到技術(shù)及成本的

限制,在規(guī)章制度、安全條例、作業(yè)流程的設(shè)計(jì)中存在

的漏洞,對(duì)于員工的安全教育、監(jiān)督管理中存在的不

足,都會(huì)給事故的發(fā)生埋下隱患。鐵路運(yùn)輸安全管理

中的問題眾多且復(fù)雜,應(yīng)該采取有效的方法來發(fā)現(xiàn)系

統(tǒng)在設(shè)計(jì)和運(yùn)營中存在的缺陷和不足,及時(shí)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)

行修復(fù)和優(yōu)化,從而提升整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)的安全水平。

安全管理一直都是鐵路運(yùn)輸管理的重要主題,而

且鐵路部門在安全管理方面的投入巨大。全路每年

[]

都會(huì)進(jìn)行專項(xiàng)整治3,根據(jù)薄弱環(huán)節(jié)提出有針對(duì)性的

整治方案,減少安全事故的發(fā)生率。

然而,即使在安全管理方面付出巨大,安全事故

仍難以杜絕。從年至年,根據(jù)事故的不同

20082013

等級(jí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),全路發(fā)生的鐵路交通事故數(shù)量一直高

居不下,而且每年都有較大及以上嚴(yán)重程度的事故發(fā)

[]

生,一般類型事故更是頻繁發(fā)生4-9。這些事故的發(fā)

生一方面嚴(yán)重影響了列車的正常運(yùn)營組織并給線路

基礎(chǔ)設(shè)施帶來嚴(yán)重的損壞,另一方面嚴(yán)重威脅旅客、

貨物以及工作人員的安全。

為了發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)內(nèi)部在安全運(yùn)營

中的不足,需要對(duì)鐵路交通事故中的行車事故類型進(jìn)

行統(tǒng)計(jì)。行車事故的發(fā)生與鐵路運(yùn)輸組織過程、人員

的行為狀態(tài)、設(shè)備的運(yùn)營狀況密切相關(guān),更能反映出

3

··

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

[]

管理監(jiān)督及運(yùn)營組織中的問題4。

列車運(yùn)行過程中一旦發(fā)生事故,會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的后

果。年月日時(shí)分,北京開往青島的

2008428441

次旅客列車在膠濟(jì)鐵路線路上由于嚴(yán)重超速發(fā)

T195

生了脫軌并侵入對(duì)向線路。此時(shí),正常行駛的由煙臺(tái)

開往徐州的次旅客列車剎車不及,并以

503470km/h

的速度與已經(jīng)脫軌的次列車發(fā)生碰撞并脫軌。

T195

此次列車相撞事故造成人死亡,人受傷,中斷行

[]72416

車小時(shí)分10。年月日時(shí)分,上

21222010523210

海開往桂林的次旅客列車在經(jīng)過由于嚴(yán)重降雨

K859

導(dǎo)致的山體滑坡區(qū)段時(shí),與塌方土石發(fā)生碰撞并導(dǎo)致

列車脫軌,事故造成人死亡,人受傷,其中重傷

19[]71

人,中斷行車小時(shí)11。年月日

11192011723

時(shí)分發(fā)生的“·”甬溫線特別重大鐵路事

2030723

故,由于設(shè)備、管理、建設(shè)中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)等多方面

原因,造成了嚴(yán)重的鐵路交通事故,導(dǎo)致人死亡、

40

人受傷,中斷行車小時(shí)分,直接經(jīng)濟(jì)損失為

1723235

萬元,給中國高鐵帶來了嚴(yán)重的負(fù)面

1937[1.]65

影響12。

在管理或者運(yùn)營過程中任何一個(gè)環(huán)節(jié)存在疏漏,

即有可能造成非常嚴(yán)重的后果。隨著科技的發(fā)展,不

斷有新的技術(shù)和設(shè)備引入到鐵路運(yùn)營管理中來,然而

面對(duì)人員素質(zhì)參差不齊、管理水平存在局限、突發(fā)惡

4

··

前言

劣的自然災(zāi)害等因素,鐵路運(yùn)營仍存在著交通事故發(fā)

生的風(fēng)險(xiǎn)。如何對(duì)這些事故數(shù)據(jù)進(jìn)行研究,挖掘事故

發(fā)生的內(nèi)在機(jī)制、潛在規(guī)律、成因機(jī)理,并把發(fā)現(xiàn)的經(jīng)

驗(yàn)和規(guī)律應(yīng)用到實(shí)際的運(yùn)營管理中,提升整體安全水

平,是當(dāng)前需要研究的重要課題。與此同時(shí),面對(duì)重

點(diǎn)缺陷、共性不足、經(jīng)常性突發(fā)狀況、易出現(xiàn)故障的設(shè)

備、易發(fā)生問題的作業(yè)流程,也需要采取有針對(duì)性、目

標(biāo)明確的事故防范措施,實(shí)施高效的應(yīng)對(duì)策略和應(yīng)急

管理的手段,從而減少事故或者風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生。這

方面的研究對(duì)于提升鐵路安全管理的總體水平,減少

事故的發(fā)生,確保旅客人身財(cái)產(chǎn)安全,保證鐵路運(yùn)輸

網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定可靠,提高列車運(yùn)行組織效率都有著重要的

意義。

隨著科技的發(fā)展,鐵路運(yùn)輸安全管理面臨的問題

也愈發(fā)復(fù)雜。因此,根據(jù)國內(nèi)外相關(guān)研究以及鐵路運(yùn)

輸安全存在的問題,同時(shí)結(jié)合國內(nèi)外研究方法的熱點(diǎn)

和難點(diǎn),本書對(duì)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量

分析,主要基于系統(tǒng)化的事故模型、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)相關(guān)理

論、關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘技術(shù)等。具體研究內(nèi)容如下。

()研究有向加權(quán)鐵路安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的建模問

1

題。通過對(duì)事故報(bào)告進(jìn)行整理和分析———以英國鐵路

事故調(diào)查處(,)在

RAIBRailAccidentInvestigationBranch[]

—年間公布的個(gè)鐵路事故調(diào)查報(bào)告13

20062014203

5

··

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

為例,說明了通過分析事故報(bào)告提取事故致因因素以

及事件鏈的過程。提出了有向加權(quán)鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)

險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的建模方法,并利用此方法將所有的事件鏈構(gòu)

建成為由個(gè)節(jié)點(diǎn)和條有向加權(quán)邊組成的鐵

109260

路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,給出了網(wǎng)

絡(luò)的分析方法,通過對(duì)構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行分

析,發(fā)現(xiàn)了關(guān)鍵因素和關(guān)鍵致因鏈路。綜合分析網(wǎng)絡(luò)

特征,發(fā)現(xiàn)此網(wǎng)絡(luò)符合無標(biāo)度網(wǎng)絡(luò)特性和小世界網(wǎng)絡(luò)

的特性,可以輔助鐵路事故預(yù)防,同時(shí)也揭示了安全

管理中的困難性。

()通過對(duì)比人類社會(huì)系統(tǒng)中傳染病的傳播過

2

程,分析鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的特性?；趶?fù)雜網(wǎng)絡(luò)動(dòng)力學(xué)

理論,本書定義了鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中元素的狀態(tài),分為

危險(xiǎn)狀態(tài)、隱患狀態(tài)和受控狀態(tài)。通過分析元素的狀

態(tài)演化特點(diǎn)及過程,提出了安全風(fēng)險(xiǎn)在網(wǎng)絡(luò)上的動(dòng)力

學(xué)模型。結(jié)合上述的有向加權(quán)鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)

絡(luò),設(shè)計(jì)了此網(wǎng)絡(luò)上安全風(fēng)險(xiǎn)傳播的仿真流程及方

法。通過分析模型中不同參數(shù)情況下的安全風(fēng)險(xiǎn)傳

播過程,對(duì)模型的有效性進(jìn)行驗(yàn)證,同時(shí)發(fā)現(xiàn)不同情

況下安全風(fēng)險(xiǎn)的演化機(jī)理和傳播規(guī)律。

()為了對(duì)威脅行車安全的特定情況進(jìn)行分析,

3

以鐵路隧道結(jié)構(gòu)和病害數(shù)據(jù)為例,給出了數(shù)據(jù)分析和

處理方法,提出鐵路隧道行車安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法,包

6

··

前言

括分層網(wǎng)絡(luò)模型的構(gòu)建方法、網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系的

獲取以及基于模糊理論的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。以典

型隧道為例,進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)和隧道病害關(guān)聯(lián)性分析,

描述鐵路隧道行車安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程,論證了該方法

的合理性和有效性,并且給出了關(guān)鍵因素和潛在隱患

的識(shí)別方法。

本書包括部分內(nèi)容,具體內(nèi)容如下:

5

第一章為緒論,從事故模型和安全風(fēng)險(xiǎn)定量分析

方法兩方面歸納總結(jié)國內(nèi)外研究情況。

第二章對(duì)本書用到的鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化

分析基礎(chǔ)理論和方法進(jìn)行介紹,包括:復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論、

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的傳播機(jī)理和動(dòng)力學(xué)分析、數(shù)據(jù)挖掘

方法。

第三章基于有向加權(quán)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論,提出有向加

權(quán)鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的建模和分析方法。結(jié)合

英國的鐵路事故報(bào)告給出數(shù)據(jù)分析和處理的

RAIB

方法、網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建的方法、網(wǎng)絡(luò)特性分析的方法。

第四章基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的傳播動(dòng)力學(xué)理論,定義

鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中元素狀態(tài)及狀態(tài)演化過程,構(gòu)建安全

風(fēng)險(xiǎn)的傳播動(dòng)力學(xué)模型以及仿真方法。結(jié)合第三章

建立的有向加權(quán)鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò),仿真不同參

數(shù)下安全風(fēng)險(xiǎn)傳播過程,分析傳播特性。

第五章針對(duì)隧道行車安全風(fēng)險(xiǎn)問題進(jìn)行研究,給

7

··

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

出了鐵路隧道數(shù)據(jù)分析和處理方法,提出了基于分層

網(wǎng)絡(luò)的隧道行車安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法,并以實(shí)際案例介

紹隧道結(jié)構(gòu)和隧道病害關(guān)聯(lián)性、安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程、

關(guān)鍵因素和潛在隱患的識(shí)別。

作者

年月

20222

8

··

目錄

1緒論……………………

1

事故模型綜述……

1.11

安全風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法綜述……

1.27

2鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析基礎(chǔ)理論和方法…

17

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論…………………

2.117

復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上的傳播機(jī)理和動(dòng)力學(xué)分析………

2.222

關(guān)聯(lián)規(guī)則挖掘方法……………

2.325

3鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的建模與分析方法………

28

數(shù)據(jù)分析和處理………………

3.128

數(shù)據(jù)分析…………………

3.1.129

數(shù)據(jù)處理…………………

3.1.231

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的建模方法…………

3.232

事故致因因素的提取……

3.2.132

節(jié)點(diǎn)及有向加權(quán)邊的確定方法…………

3.2.235

有向加權(quán)鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建…

3.2.338

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)的分析方法…………

3.340

度和度分布分析…………

3.3.140

節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度和節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度分布分析…………

3.3.243

平均路徑長度和直徑分析………………

3.3.345

聚類性分析………………

3.3.446

介數(shù)分析…………………

3.3.547

·Ⅰ·

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

4鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)傳播網(wǎng)絡(luò)化

建模與分析…………

50

鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)傳播建?！?/p>

4.150

鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)特性分析…

4.1.150

鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中元素的狀態(tài)及演化分析…

4.1.252

安全風(fēng)險(xiǎn)傳播動(dòng)力學(xué)模型………………

4.1.355

安全風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)傳播仿真方法…

4.258

安全風(fēng)險(xiǎn)傳播動(dòng)力學(xué)模型中參數(shù)仿真分析…

4.362

不同的受控節(jié)點(diǎn)分析……

4.3.162

首次識(shí)別出異常情況的時(shí)間分析………

4.3.265

安全風(fēng)險(xiǎn)傳播參數(shù)分析…

4.3.367

安全風(fēng)險(xiǎn)控制參數(shù)分析…

4.3.469

5鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中隧道行車安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化

分析方法……………

72

鐵路隧道數(shù)據(jù)分析和處理……

5.173

數(shù)據(jù)分析…………………

5.1.173

數(shù)據(jù)處理…………………

5.1.274

鐵路隧道行車安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法……………

5.277

分層網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建………

5.2.177

網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)關(guān)系獲取………………

5.2.279

隧道行車安全風(fēng)險(xiǎn)模糊評(píng)估……………

5.2.386

案例分析………

5.389

隧道結(jié)構(gòu)和隧道病害關(guān)聯(lián)性分析………

5.3.189

鐵路隧道行車安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程………

5.3.291

關(guān)鍵因素識(shí)別……………

5.3.395

參考文獻(xiàn)…………………

98

附錄……………………

112

·Ⅱ·

1緒論

1.1事故模型綜述

構(gòu)建事故模型是為了科學(xué)合理地尋找事故的發(fā)生機(jī)

理及成因規(guī)律并將其運(yùn)用于指導(dǎo)未來的生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)而

,,

避免類似的事故或者事件再度發(fā)生利用事故模型可以

。

協(xié)助調(diào)查人員還原事故發(fā)生的真相從而詳細(xì)地記錄事故

,

發(fā)生的細(xì)節(jié)而且可以幫助后續(xù)研究人員對(duì)眾多事故進(jìn)行

,

更深層次的分析和研究進(jìn)而得到更有價(jià)值的經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律

,

來改善現(xiàn)有運(yùn)營和管理模式使得系統(tǒng)的安全性得以

,

提升

。

事故模型的發(fā)展經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜從線性到非線

,

性從僅考慮幾個(gè)簡單事故誘因到研究整個(gè)系統(tǒng)中所有可

,

能致因的過程傳統(tǒng)的事故模型可以分為順序事故模型

。

和傳染病事故模型最早的順序事故模型之一是多米諾

。

事故模型其將事故的發(fā)生認(rèn)為是一系列離散事件在時(shí)間

,

序列上順序發(fā)生從而導(dǎo)致的后果[14]多米諾事故模型按

。

照時(shí)間順序?qū)⑹鹿手乱蛞蛩貏澐譃槲鍌€(gè)漸進(jìn)的層次社會(huì)

:

環(huán)境因素層人因錯(cuò)誤層不安全行為層事故層傷亡層

、、、、。

根據(jù)事故的發(fā)生過程提取致因因素并將其映射到相應(yīng)

,,

1

··

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

層中由于受到內(nèi)外部不可抗力或者突發(fā)事件的影響初

。,

始元素發(fā)生故障在多米諾效應(yīng)下導(dǎo)致后續(xù)事件相繼發(fā)

,

生故障逐步傳遞及影響最終導(dǎo)致事故的發(fā)生甚至傷

,,

亡[14]順序事故模型認(rèn)為事故的發(fā)生是若干事件在時(shí)間

。

序列上的相繼排列而且因素之間的關(guān)系局限于僅兩個(gè)因

,

素之間的因果關(guān)聯(lián)因此順序事故模型實(shí)際上是一種線

。,

性模型這在分析若干個(gè)因素之間相互影響而導(dǎo)致的事故

,

時(shí)將失效為了處理一個(gè)層中有多個(gè)因素出現(xiàn)的問題傳

。,

染病事故模型應(yīng)運(yùn)而生其將事件之間的因果關(guān)系和事故

,

的發(fā)生過程類比為傳染病的傳播過程最為經(jīng)典的傳染

。

病事故模型之一是提出的瑞士奶酪事故模型其將

Reason,

整個(gè)系統(tǒng)分為若干個(gè)層并將事件對(duì)應(yīng)到相應(yīng)的層如果

,。

事件之間可以形成完整的事故致因鏈路將導(dǎo)致事故的發(fā)

,

生[15]但這種事故模型實(shí)際上還是延續(xù)了順序事故模型

。

的原理因?yàn)槠淙匀徽J(rèn)為事故是一系列不安全事件通過線

,

性的因果組合后造成的結(jié)果

。

在現(xiàn)代復(fù)雜的社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)中人員機(jī)器環(huán)境管

,、、、

理之間并不是孤立的而是有著復(fù)雜的交互非線性的關(guān)

,、

聯(lián)隨機(jī)或不確定的影響在描述復(fù)雜系統(tǒng)中事故發(fā)生的

、。

過程時(shí)傳統(tǒng)的事故模型難以取得有效的結(jié)果因此為

,。,

了更加合理有效地對(duì)此類復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行建模和分析研究

,

人員提出了系統(tǒng)化的事故模型系統(tǒng)化的事故模型是基

。

于系統(tǒng)理論的觀點(diǎn)認(rèn)為對(duì)事故分析過程中應(yīng)將所有因素

,

看作一個(gè)整體進(jìn)行建模和研究在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)應(yīng)綜合考

。

2

··

緒論

1

慮各個(gè)方面的因素上至政府出臺(tái)的法律法規(guī)公司制定

,、

的規(guī)章制度下至設(shè)備的運(yùn)營維護(hù)人員的實(shí)際操作外部

,、,

突發(fā)的惡劣環(huán)境內(nèi)部流程的運(yùn)行等都需考慮在內(nèi)這樣

,。

的分析方法不僅可以找出關(guān)鍵的致因更重要的是可以改

,

善整個(gè)系統(tǒng)的安全狀況從而極大地提升了系統(tǒng)的安全

,

性基于這樣的理論和觀點(diǎn)學(xué)者們相繼提出了多種系統(tǒng)

。,

化的事故模型認(rèn)為社會(huì)系統(tǒng)中的風(fēng)險(xiǎn)管理是

。Rasmussen

控制問題其中嚴(yán)重事故人員傷亡環(huán)境污染是由于物理

,、、

過程中的失控[16]因此為了分析復(fù)雜系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)的形成

。,

規(guī)律和事故的成因機(jī)理從而有效地控制整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行

,

狀態(tài)其將整個(gè)系統(tǒng)分為六個(gè)層分別為政府層監(jiān)管層

,,、、

公司層管理層工人層工作流程層然后分析每個(gè)層中

、、、。

的風(fēng)險(xiǎn)因素層與層之間的不安全交互外部環(huán)境可能帶

、、

來的影響當(dāng)系統(tǒng)中的任意元素或者元素之間的正常交

。

互由于自身或者不可控的外部因素帶來影響并失去控制

時(shí)將給系統(tǒng)的局部或者整體帶來風(fēng)險(xiǎn)或者造成嚴(yán)重的后

,

果的社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)的分層模型可以有效地刻

。Rasmussen

畫系統(tǒng)內(nèi)部和外部眾多因素之間的相互影響易于找出系

,

統(tǒng)中的漏洞和不足基于提出的模型結(jié)構(gòu)

。Rasmussen,

事故分析技術(shù)[16]形式化地描述了系統(tǒng)的建模和

AcciMap

分析過程主要包括找出潛在的風(fēng)險(xiǎn)事件分析可能的后

,,

續(xù)事件構(gòu)建所有事件的因果關(guān)系圖事故分析

,。AcciMap

技術(shù)所得結(jié)果直觀清晰因此被廣泛地用于各類型復(fù)雜系

,

統(tǒng)的事故調(diào)查和分析等[17]運(yùn)用事

。UnderwoodAcciMap

3

··

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

故分析技術(shù)分析了英國格雷里格列車脫軌事故找出了此

,

次事故的致因因素及它們之間的關(guān)系并構(gòu)建了因果關(guān)系

,

圖模型等[18]利用事故分析技術(shù)研究了

。SalmonAcciMap

澳大利亞維多利亞北部鐵路道口處發(fā)生的交通事故提出

,

了鐵路道口設(shè)計(jì)的改進(jìn)建議等[19]構(gòu)建了青

。Scott-Parker

年司機(jī)在道路駕駛過程中事故致因的因果關(guān)系圖模型并

,

分析了系統(tǒng)化的事故模型在分析此類問題方面的優(yōu)勢

。

等[20]利用方法提取了甬溫線特別

ChenAcciMap“7·23”

重大鐵路交通事故的各個(gè)層中的重要因素并且對(duì)其進(jìn)行

建模和分析發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致事故發(fā)生的關(guān)鍵因果事件鏈路

,。

此外麻省理工學(xué)院教授[21]于年提出了

,Leveson2004

方

STAMP(Systems-TheoreticAccidentModelandProcesses)

法方法將系統(tǒng)進(jìn)行層次劃分并基于系統(tǒng)理論進(jìn)

。STAMP

行建模和分析與其他系統(tǒng)化的事故模型不同的是

。,

方法認(rèn)為復(fù)雜系統(tǒng)中事故不是由元素間的連鎖故

STAMP

障引起的而是由于缺乏有效的安全約束或者違反了安全

,

約束條件進(jìn)而導(dǎo)致控制過程紊亂因素之間交互異常最

,、,

終導(dǎo)致事故的發(fā)生這些安全約束的建立和改進(jìn)應(yīng)該貫

。

徹在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)建設(shè)運(yùn)營維護(hù)的過程中通過不斷地

、、、,

增加和改善約束條件從而提高系統(tǒng)的安全性能由于

。

方法在分析復(fù)雜系統(tǒng)時(shí)可以全面地構(gòu)建系統(tǒng)中的

STAMP

元素及其之間的安全約束因此被廣泛地用于事故的分析

,

中等[22]利用方法詳細(xì)分析了中國的

。OuyangSTAMP

膠濟(jì)線鐵路事故通過構(gòu)建系統(tǒng)化的事故模型找

“4·28”,,

4

··

緒論

1

出各部門的風(fēng)險(xiǎn)事件和不安全約束等[23]用

。SongSTAMP

方法研究了中國的甬溫線特別重大鐵路交通事

“7·23”

故由于得到的結(jié)果更加全面和詳細(xì)從而更有利于在未

,,

來的運(yùn)營中防止類似事故的再次發(fā)生等[24]提出

。Salmon

了基于的道路安全控制分析方法結(jié)合構(gòu)建的分

STAMP,

層次的系統(tǒng)化的事故模型提出了在道路安全控制中的改

,

善方法和策略等[25]提出了利用方法對(duì)

。KazarasSTAMP

公路隧道進(jìn)行安全評(píng)估的方法分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)可

,STAMP

以有效地分析出潛在的關(guān)鍵事故致因因素這對(duì)于提升隧

,

道安全管理有著重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值等[26]

。Kim

構(gòu)建了海洋運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)化事故模型并結(jié)合具體事故進(jìn)行

,

研究和分析同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明了此種分析方法的有

,

效性

。

另外等提出了一種系統(tǒng)化的人因分析與分

,Shappell

類系統(tǒng)

HFACS(TheHumanFactorsAnalysisandClassification

[27]其是基于瑞士奶酪模型改進(jìn)的方法并成功應(yīng)

System),,

用于航空安全管理領(lǐng)域方法基于系統(tǒng)理論對(duì)整

。HFACS

個(gè)航空安全管理系統(tǒng)進(jìn)行研究和分析將系統(tǒng)中的人因因

,

素劃分為組織影響層不安全監(jiān)督層不安全行為的前提

、、

條件層不安全行為層事故層組織影響層中包括資源

、、。

管理組織環(huán)境組織過程不安全監(jiān)督層中包括不當(dāng)?shù)谋O(jiān)

、、;

管運(yùn)營計(jì)劃的不足糾正問題中出錯(cuò)監(jiān)管過程違規(guī)不

、、、;

安全行為的前提條件層中包括物理和技術(shù)方面的環(huán)境因

素操作者在心理因素生理因素行為因素方面的狀態(tài)

,、、,

5

··

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

機(jī)組資源管理和人員準(zhǔn)備情況方面的人為因素不安全行

;

為層包括人員在決策技能感知方面的錯(cuò)誤因素各種情

、、,

況下的違規(guī)由于其全面綜合的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用

。HFACS

于各種領(lǐng)域的安全管理中等[28]基于方法

。CelikHFACS,

并結(jié)合模糊層次分析法分析了海洋運(yùn)輸事故的致因因

,

素建立了海洋運(yùn)輸系統(tǒng)化的事故模型研究結(jié)果表明這

,,

種方法可以有效地提升海洋運(yùn)輸管理系統(tǒng)的安全性

。

等[29]基于方法提出了一種

ZhanHFACS-RailwayAccidents

系統(tǒng)化的分析方法通過專家和管理人員的意見和經(jīng)驗(yàn)提

,

取了導(dǎo)致鐵路事故發(fā)生的致因因素利用模糊決策試驗(yàn)和

,

評(píng)價(jià)方法以及網(wǎng)絡(luò)分析法對(duì)因素之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行了建模

,

結(jié)果表明此研究有助于發(fā)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)

。

等[30]利用方法對(duì)澳大利亞的鐵路事故和

BaysariHFACS

風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行了分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)接近一半的事故是由于設(shè)

,

備維護(hù)和監(jiān)管中存在嚴(yán)重不足造成的工人的注意力下

,

降身體疲憊是經(jīng)常發(fā)生的事故誘因等[31]利用

、。Madigan

方法分析了英國軌道交通事故研究發(fā)現(xiàn)了由工人

HFACS,

注意力分散以及環(huán)境因素引發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)然而在組織影

,

響層和不安全監(jiān)督層很少發(fā)現(xiàn)潛在的因素研究建議未來

,

的事故調(diào)查中應(yīng)對(duì)這兩個(gè)層進(jìn)行關(guān)注和分析等[32]

。San

基于方法提出了系統(tǒng)化的模型對(duì)計(jì)算機(jī)輔助系

HFACS,

統(tǒng)環(huán)境下的列車運(yùn)營過程中的人因錯(cuò)誤進(jìn)行了分析給出

,

了改進(jìn)系統(tǒng)中不足的策略和方法

。

基于系統(tǒng)理論并結(jié)合特定的研究背景衍生出了多種

6

··

緒論

1

系統(tǒng)化的事故模型澳大利亞的交通安全管理部門[33]提

。

出的方法同樣基于瑞士奶酪模型進(jìn)行的改進(jìn)從而

ATSB,

形成整個(gè)系統(tǒng)的層次架構(gòu)然后對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行分析

,。

等[34]提出一種系統(tǒng)化的

HerreraFRAM(FunctionalResonance

方法通過與

AnalysisMethod),STEP(SequentiallyTimed

方法比較發(fā)現(xiàn)方法更有助于發(fā)現(xiàn)

EventsPlotting),FRAM

社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)以及非線性的影響

。Stroeve

等[35]提出系統(tǒng)化的事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法并結(jié)合蒙特卡羅

,·

仿真方法對(duì)事故場景進(jìn)行了模擬研究等[36]基

。Belmonte

于方法提出復(fù)雜社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)分析技

FRAM

術(shù)并應(yīng)用于鐵路運(yùn)輸安全監(jiān)管中來提升人機(jī)交互過程的

,

安全性等[37]提出系統(tǒng)化的分析框架用于安全風(fēng)

。Hoseyni

險(xiǎn)不確定性的評(píng)價(jià)通過定性和定量相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法可

,

以得到合理有效的結(jié)果

。

1.2安全風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法綜述

安全風(fēng)險(xiǎn)分析的目的是找出可能導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的因

素及規(guī)律從而降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率并控制風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后所

,

帶來的危害安全風(fēng)險(xiǎn)分析一直貫穿于復(fù)雜系統(tǒng)設(shè)計(jì)運(yùn)

。、

營維護(hù)的各個(gè)環(huán)節(jié)中主要研究的內(nèi)容包括未發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)

、,:

事件前可能的風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)如何有效地控制

;

風(fēng)險(xiǎn)的傳播并降低風(fēng)險(xiǎn)帶來的后果事故發(fā)生后及時(shí)彌補(bǔ)

;

系統(tǒng)中的不足并通過尋找事故發(fā)生的規(guī)律來提升系統(tǒng)安

,

7

··

鐵路運(yùn)輸安全風(fēng)險(xiǎn)網(wǎng)絡(luò)化分析方法

全性安全風(fēng)險(xiǎn)分析與控制是研究復(fù)雜系統(tǒng)中的各個(gè)元

。

素安全狀態(tài)的重要理論已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于鐵路運(yùn)輸管

,

理[38]公路運(yùn)輸管理[39]大型建筑建設(shè)管理[40]航空航天

,,,

系統(tǒng)管理[41]等基于不同的基礎(chǔ)理論和研究背景學(xué)者們

。,

提出了多種安全風(fēng)險(xiǎn)的分析方法根據(jù)所得結(jié)果形式化的

,

區(qū)別可以將其分為定性分析法和定量分析法定性分析

,。

方法主要是通過相關(guān)專業(yè)人員的判斷分析客觀規(guī)律或

,,

者從已經(jīng)發(fā)生的事件中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)等方法中對(duì)系統(tǒng)中可

能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究通過揭示事故發(fā)生的規(guī)律達(dá)

,

到風(fēng)險(xiǎn)防控的目的定性分析方法主要包括安全檢查表

。:

法專家評(píng)價(jià)法故障分析法安全評(píng)價(jià)法指標(biāo)評(píng)價(jià)法

、、、、

等[42]定性分析法通過演繹推理總結(jié)歸納等手段可以

。、,

有效地將繁雜的信息進(jìn)行分類從而發(fā)現(xiàn)事故誘導(dǎo)因素

,、

風(fēng)險(xiǎn)傳播過程

。

與定性分析法不同定量分析法是用來分析系統(tǒng)中元

,

素的數(shù)量特征數(shù)量關(guān)系數(shù)量變化規(guī)律的方法旨在得到

、、,

精確的因素重要性及系統(tǒng)安全狀態(tài)的量化結(jié)果定量分

。

析法可以得到因素重要度的精確數(shù)值進(jìn)而從諸多因素中

,

識(shí)別更為重要的因素同時(shí)也可以評(píng)價(jià)整個(gè)系統(tǒng)以及子系

,

統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)水平從而準(zhǔn)確判斷系統(tǒng)安全狀態(tài)雖然兩種方

,。

法有所區(qū)別但是定量分析法需要在定性分析法的基礎(chǔ)上

,

進(jìn)行通過分析整個(gè)系統(tǒng)來確定分析目的和所需因素并

。,

收集整理所需量化指標(biāo)的數(shù)據(jù)來源基于定量分析的理論

,

構(gòu)建分析模型然