基于多目标决-策理想点法的铁路工务系统安全状况综合评价

2014-06-27吴畏广梅汕铁路有限责任公司惠州工务段广东惠州517000长江大学继续教育学院湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2014年19期

关键词：安全级别工务段工务

吴畏 (广梅汕铁路有限责任公司惠州工务段,广东惠州 517000;长江大学继续教育学院,湖北荆州 434023)

吕一兵 (长江大学信息与数学学院,湖北荆州 434023)

基于多目标决-策理想点法的铁路工务系统安全状况综合评价

吴畏 (广梅汕铁路有限责任公司惠州工务段,广东惠州 517000;长江大学继续教育学院,湖北荆州 434023)

吕一兵 (长江大学信息与数学学院,湖北荆州 434023)

为客观评价铁路工务系统安全状况,应用多目标决策-理想点法的原理,结合影响铁路工务安全的主要指标,建立了评价模型,利用模型方程计算了代表铁路工务安全优劣的欧式距离,并进行了欧式距离大小比较。6个车间安全顺序从优到差依次为:车间4＞车间3＞车间5＞车间6＞车间1＞车间2,与模糊评价技术的评价结果完全相同;在设定的安全等级的欧式距离范围内,划分6个车间安全等级分别为:车间4、车间3安全级别属良好,车间5、车间6、车间1、车间2安全级别属中等。结果表明,理想点法不仅能够有效地对铁路工务安全状况进行排序,而且能够根据安全要求对安全状况划分等级,对铁路工务安全风险状况进行综合评价具有一定可行性。

多目标决策-理想点法;铁路;铁路公务系统;安全风险评价

按照铁路中长期规划,到2020年我国将形成规模达50000km以上的快速铁路客运网,覆盖全国的省会城市(除拉萨以外)以及100万以上人口的特大城市。目前我国铁路发展已进入了一个全新的发展时期。但随着铁路提速、高速和重载运输的不断发展,铁路运输安全工作面临大量的新情况、新问题,同时人们对铁路安全越来越重视,铁路运输安全压力与日俱增,因此,如何规避和化解铁路运输安全风险,保证铁路安全运营是国内外普遍关注的重点[1-3]。铁路工务工作是铁路运输组织体系中的基础性的工作,是确保运输安全、运输效率、运输服务的重要前提之一,列车长时间运行和自然条件作用下,铁路线路等基础设施会不可避免地发生变形或损坏,为了确保列车安全、平稳、快速运行,延长线路各组成部分的使用寿命,必须加强线路和设施的养护和维修工作。因此,铁路工务工作的效率与质量直接影响到铁路运输的安全与效率[4]。为此,提升工务管理水平,实现工务安全生产,科学决策工务工作,有利于科学指导维修作业,及时消除故障隐患,确保线路和设施安全可靠,对于保证铁路安全稳定具有重要作用和意义。目前国内对铁路工务系统安全评价方法研究很少,田元福等[5]建立工务部门相应的安全风险清单及其应对表,构建了4类18项铁路工务安全评价指标体系,并利用模糊评价技术——层次分析法(AHP),结合实例对工务安全系统进行综合评价和说明,初步探讨了该方法的可行性。邵婉等[6]则分析了一些评价方法的不足,指出层次分析法(AHP)主观性较强、不能表达不确定性和计算量过大;模糊综合评价法(FCE)易获得伪优解、评价因素较多时灵敏度低。并采用可拓方法和理论建立铁路工务系统安全评价模型,通过算例分析对铁路工务安全状况进行了排序。但通过比较发现,田元福等[5]和邵婉等[6]对于同一数据的评价结果并不一致,排序有较大的差别,因此有必要对铁路工务系统安全评价方法开展研究。下面,笔者根据多目标决策-理想点法[7]的原理,建立一个评价铁路工务系统安全的数学模型,对某工务段的6个车间安全情况进行综合评价,并将评价结果与文献报道结果进行比较。

1 铁路工务系统安全的评价指标体系

铁路工务系统是一个非常复杂的系统,其中工务安全涉及到人员、设备、环境、管理等因素[8],而这些因素又涉及铁路运输系统车务、运输、机务、电务、供电等各系统及社会经济、政治、科技、教育和管理等许多方面[9]。因此,工务安全既受工务系统内部因素的制约,也受系统外部环境的干扰,铁路工务系统相关的安全风险因素和风险事件项目多、关系复杂、相互影响,风险识别的复杂性和不确定性较大,目前没有统一的安全评价指标体系、评价标准和综合评价方法。田元福等[5]根据铁路工务系统安全问题的基本特征,构建了工务系统风险三维结构,即工务系统内部因素、外部环境以及不同管理层次,然后通过对经验数据的分析、风险调查、专家咨询以及实验论证等方式,根据安全第一、预防为主的原则,将事故指标和隐患指标相结合,构建了4类18项铁路工务安全评价指标体系:工务安全基础管理评价指标S1(包括安全生产责任制度以及标准化作业u1,安全机构效能指标u2,安全教育培训u3,安全生产检查情况u4,安全隐患事故报告处理u5,安全资金的投入u6)、人员安全保障评价指标S2(包括职工安全管理水平u7,职工技术业务素质u8,职工文化水平u9,职工工作态度u10)、设备安全保障评价指标S3(包括线路安全检测和设备监测状况u11,养路机械及生产机具设备状况u12,桥路设备状况u13,涵渠设备状况u14)、环境安全保障评价指标S4(包括作业环境安全保障评价指标u15,内部社会环境安全保障u16,自然环境安全保障指标u17,外部社会环境u18)。

2 评价模型

根据理想点法[7]的原理,假设影响铁路工务安全的因子有n个目标f1(x),f2(x),…,fn(x),对于每个目标函数分别有其最优值为:

如果所有这些目标的最优解都相同,设为X*,那么只要在x=X*这点,所有的目标都同时达到各自的最优值,此时安全状况最优。但一般来说,这种情况是不太可能发生的。因此就向量函数F(X)= [f1(x),f2(x),…,fn(x)]T来说,向量F*=[,,…,]T仅是一个理想点,需要做的就是在R(R是目标函数在多目标问题的约束集合)上找出一点¯X,使F(X)与F*的偏差最小,此时目标的最优值就离理想点越近,解就越优。常用的是闵可夫斯基(Minkowski)距离法:

式(1)是理想点法最常用的公式。在实际工作中可根据需要选择不同的P值来定义不同的距离空间,当P=1时称为海明距离或绝对距离;P=2时称为欧式距离;P=∞时称切比雪夫距离。无论P取何值,对同一对象的评价结果相同。即该距离越小,就说明该点离理想点越近。

若把每个评价指标看作不等权重时,各指标相对目标的权重可依据每个决策标准,参照单位实际情况及专家意见确定,在安全综合评价时考虑不同指标的权重。仍可选取P=2,即仍计算欧式距离。此时式(2)变为:

3 铁路工务安全评价

1)计算评价结果。按以上原理和方法,以体现铁路工务安全的4个主要指标S1、S2、S3、S4的18个二级指标u1、…、u18作为评价目标因子,对某工务段的6个车间的现场安全情况进行综合评价。笔者取每个车间的二级指标u1、…、u18分别按式(5)、(6)进行计算,6个车间的体现4个主要指标S1、S2、S3、S4的18个二级指标u1、…、u18数据如表1所示[5]。

表1 某工务段6个车间安全生产评分汇总表

由表2可知,对某工务段6个车间安全生产状况采用理想点法进行综合质量评价,对体现铁路工务安全的4个主要指标S1、S2、S3、S4的18个二级指标u1、…、u18采用等权处理和不等权处理,尽管得到的同一车间的d不相同,但各车间的安全状况优劣顺序相同、评价结果相同,某工务段6个车间安全状况顺序从优到差依次为:车间4＞车间3＞车间5＞车间6＞车间1＞车间2,与文献[5]的评价结果完全相同,而且评价简单,计算简单,只要在Microsoft Exce1数据表格中把式(5)、(6)编入,便可得到计算d结果,当然也可通过计算器手工计算获得结果。

2)工务段车间安全等级划分。上述对铁路工务段的排序,只能给铁路工务管理部门提供所属各车间的安全状况优劣情况,为了进一步判断各车间安全状况的合格与否,管理部门可通过设定18个二级指标u1、…、u18的分数把工务安全评价等级分为4级:≥90为优秀、80～90为良好、70～80为中等、60～70为合格,仍以u1、…、u18每一个指标等于100分为理想点,参照式(5)进行计算这4个等级到理想点的距离d,然后与各车间在等权状况下的d进行比较,具体见表3所示,当然也可根据安全需要只设定3级或2级。

表2 某工务段6个车间安全生产状况评价结果

表3 6个车间安全等级划分

由表3可知,管理部门通过对工务段安全级别要求的量化和级别的设定,确定各安全级别的适合d取值范围,然后通过把各车间到理想安全点的距离d与之对比,就可以把6个车间的安全等级进行划分。按上述设定,车间4、车间3安全级别属良好,车间5、车间6、车间1、车间2安全级别属中等。

4 结论

1)采用多目标决策-理想点法对某工务段的6个车间的安全状况进行综合评价,对影响工务安全的18个指标采用等权处理和不等权处理,尽管得到的同车间到理想点的d不相同,但其安全优劣顺序相同、评价结果相同,6个车间安全状况顺序从优到差依次为:车间4＞车间3＞车间5＞车间6＞车间1＞车间2,与文献[5]报道的模糊评价技术评价结果完全一致,表明利用多目标决策-理想点评价工务安全具有一定的科学性和可行性。

2)根据设定的安全级别到理想点的欧式距离d取值范围,可以划分6个车间工务安全等级,笔者选取等权处理的d取值比较,6个车间工务安全级别分别为:车间4、车间3安全级别属良好,车间5、车间6、车间1、车间2安全级别属中等。

3)利用多目标决策-理想点法建立的模型可以有效地对铁路工务安全状况进行优劣排序,还可根据管理部分对安全的要求对各车间的安全等级进行划分,有利于管理部门识别工务风险,做好应对计划,从而对铁路工务系统安全进行科学的管理和决策。

4)多目标决策-理想点法除可对同一工务段的不同车间、班组的安全状况评价外,还可用于不同工务段间安全状况的对比评价,也可用于铁路系统其他涉及到多目标决策问题的评价,而不受描述这些事物的指标个数的多少影响,且不受目标的度量单位不同的影响。

[1]郑健.中国铁路发展规划与建设实践[J].城市交通,2010,8(1):16-17.

[2]冯晓宁.工务段安全上存在的隐患及对策[A].第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会论文集(中册)[C].成都,2012.

[3]付炜.浅谈高铁工务安全风险管理[A].第三届铁路安全风险管理及技术装备研讨会论文集(中册)[C].成都,2012.

[4]王永刚.铁路工务管理与现状分析[J].科技创新导刊,2012(4):129.

[5]田元福,仇立峰.铁路工务系统安全风险与综合评价研究[J].铁道学报,2009,31(4):121-126.

[6]邵婉,高清平.可拓学理论在铁路工务系统安全评价中的应用[J].黑龙江交通科技,2012(2):122-123.

[7]陈湛匀.现代决策分析概论[M].上海:上海科学技术文献出版社,1991.

[8]中华人民共和国铁道部.铁运[2006]177号铁路工务安全规则[M].北京:中国铁道出版社,2006.

[9]Mahalingam A,Levitt R E,Asce M.Safety Issues on Global Projects[J].Journal of Construction Engineering and Management, 2007(7):506-516.