风险量化模型在铁路安全风险预警中的应用

宁 静，关则彬，佘振国，陶 承

（中国铁道科学研究院集团有限公司 电子计算技术研究所，北京 100081）

风险评价是辨识和分析存在于生产系统中的风险因素，识别系统发生事故和危害的可能性以及严重程度，为制定风险控制措施和管理决策提供科学依据。定量风险评价是以大量的实践验证和广泛的历史事故统计分析得到的经验或规律为基础，定量的计算生产系统的流程、人员、设备、设施、环境和管理等各方面的安全状态[1]。本文根据铁路行业生产特点，通过对铁路安全风险量化以及预警评价模型的研究，旨在为铁路安全风险管理提供一种可定量的、适用的技术手段，为各级安全管理人员提供影响铁路安全的高概率风险事件的动态分析评价和预警方法，提升铁路运输企业应对事故的预防、预控能力[2]。

1 基于改进风险矩阵的风险量化及预警模型

风险矩阵（Risk Matrix）将定性或半定量的后果分级结果与产生一定程度风险的可能性相结合，利用风险事件发生的频率与风险事件后果的严重程度，形成“可能性一后果”矩阵，衡量风险是否在可接受范围内，来确定风险级别[3]。

基于风险矩阵法，本文提出一种简便实用的铁路安全风险定量计算及预警评价模型。本模型结合铁路运输生产特点制定了6× 6 风险矩阵，如图1所示，该风险矩阵将风险发生的可能性用每千车运量发生风险事件的件数来定量描述，如表1所示，依据历史数据统计得到，风险后果则参考《铁路交通事故调查处理规则》[4]，对于构成事故的，考虑了人员伤亡、财产损失、耽误行车时间、破损列车数量等4个方面给出定量描述，对于未构成事故的，根据铁路安全监督管理部门认定的事件类型给予定量描述，如表2所示。

风险矩阵中，风险因素的量化值=可能性×后果，本模型在此基础上提出利用某一铁路安全风险因素在一段时间内发生的事件频率和造成的后果来计算其量化值，即：

图1 铁路安全风险矩阵图

表1 风险可能性划分表

表2 风险后果划分表

按照上述风险因素值计算方法，以一个周期（例如自然月）内铁路交通事故故障数据为样本，得到每项风险因素的量化值，在实际应用中可按风险等级或风险因素值进行排序，对突出风险进行预警提示。

2 基于风险事件“损失值”的风险量化及预警模型

2.1 基于风险事件“损失值”的铁路安全风险量化模型

由风险矩阵可知，风险的大小通常由两方面决定： （1）风险事件发生的可能性，即造成损失或损害的可能性；（2）风险事件后果的严重性，即损失或损害的严重程度。其中，损失或损害的严重程度为某一风险事件导致的各种损失损害的集合，这其中有些可以用货币来度量，有些无法用货币来度量(如人员死亡、环境破坏)，而且同一个风险事件的结果，通常涉及若干个损失损害，为简化运算，本文将各种损失损害换算成经济损失来表示。

影响风险大小的两种因素又可以转化为单位时间的损失，因此可以通过计算单位时间内的损失值进行风险量化评价。即：

风险因素值 = 事件发生件数/时间×事件造成损失/ 事件发生件数=单位时间内事件造成的损失件事件造成的损失

2.2 损失值的计算方法

在参考文献[4]中，依据铁路交通事故导致的人员伤亡数量、直接经济损失、客货车脱轨数量和中断行车时间来综合评定事故等级，由此得到启发，本文将铁路风险事件造成的损失范畴确定为生命损失、财产损失、耽误行车损失，将这几种损失采用货币化来定量表示，从而得到风险事件综合损失值。

（1）生命损失

生命损失主要包括死亡和伤害两种。为便于计算，本文中风险事件造成的死亡损失，采用死亡人员的经济价值来近似表示，即为该死亡人的工作年限与其当年人均GDP的乘积；伤害损失为简化计算，只计算重伤人数，可采用当年当地的人均GDP的损失值来粗略估算[5]。表示为：

死亡损失SD=20×Y×PD

伤害损失SI= Y×PI

其中，SD为风险事件造成的人员死亡损失；SI为风险事件造成的人员伤害损失；PD为风险事件造成的死亡人数；PI为风险事件造成的伤害人数；Y为当年、当地人均GDP。

综合上式，生命损失SLive表示为：

SLive=SD+ SI=20×Y×PD + Y×PI

（2）财产损失

同样，为简化计算，这里只考虑风险事件导致的直接财产损失，主要包括机车、车辆、货物损失；线路设施损失；电务、通信、信号设备损失；其他财产损失。用SAsset来表示。

（3）耽误行车（中断线路）损失

风险事件发生将影响后续列车的正常运行，造成列车晚点、影响运量等社会影响和经济损失。为便于计算，采用运输收入来衡量繁忙线路和其他线路耽误列车的经济损失，表示为：

繁忙线路损失SB= CB×PB

其他线路损失So= Co×Po

其中，SB为繁忙线路风险事件造成的耽误列车的经济损失；So为其他线路风险事件造成的耽误列车的经济损失；CB为风险事件造成的耽误繁忙线路运营单位时间的经济损失；Co为风险事件造成的耽误其他线路运营单位时间的经济损失； PB为风险事件耽误线路运营的时间；Po为风险事件耽误其他线路运营的时间。

综合上式，耽误行车损失SDelay表示为：

SDelay= SB或 So

因此，风险事件综合损失值Srisk表示为：

Srisk= SLive +SAsset+ SDelay

2.3 基于风险事件“损失值”的铁路安全风险预警模型

通过定义风险预警阈值，将风险等级划分为高、中、低3个级别[6]，根据参考文献[4]，风险等级定义如表3所示。

按照上述风险事件损失值的计算方法，以一个周期（例如自然月）内铁路交通事故故障数据为样本，计算某风险因素相关的每个风险事件的综合损失值，累加得到该风险因素的量化值，依据风险等级划分标准，按其风险等级进行相应的预警提示。

表3 风险等级定义

3 对比分析

利用Visual Studio 2015 开发平台，通过C#语言实现两种量化评价模型，经过大量的数据验证和功能试点运用，对两种模型进行对比分析表明：基于改进风险矩阵的风险量化预警模型采用了定性加定量的风险值计算方法，其特点是简单实用、可操作性强；但利用历史数据和凭经验对风险可能性和后果赋值也存在不客观、不全面的问题，需要在实践应用中不断修正和完善。

基于风险事件“损失值”的量化预警模型是一种定量计算风险值的模型，具有风险量值精确、全面客观、预警结果等级分明的特点，但由于事故故障信息存在数据质量问题，有些事故故障信息中对生命损失、财产损失、中断行车等方面的损失记录不完整或无法准确衡量，导致风险值的计算出现偏差，完善相关应用系统、提高事故故障信息完整性可以进一步提升评价结果的有效性。

4 结束语

本文提出的两种风险量化和预警评价模型，是实现铁路安全风险预警信息系统中风险预警功能的关键技术，该系统在铁路总公司安全监督局建设运用，为深入推进铁路安全风险管理，加强安全风险防控能力提供了有力的信息化手段[7-8]。目前系统仅采用铁路交通事故故障信息进行安全风险预警评价，后续将增加人工检查、设备监测等安全检查监测信息，对安全风险进行全面的评价，此类数据如何进行风险量化也是下一步需要研究的问题。

参考文献：

[1] 代利明，陈玉明.几种常用定量风险评价方法的比较[J].安全与环境工程，2006（12）：95-98.

[2] 邹亚龙.铁路安全风险管理信息系统的研究与实现[D].北京：中国铁道科学研究院，2017.

[3] 李树清，颜 智，段 瑜. 风险矩阵法在危险有害因素分级中的应用[J].中国安全科学学报，2010，20（4）：83-87.

[4] 中华人民共和国铁道部.铁路交通事故调查处理规则[S].北京：中华人民共和国铁道部，2007.

[5] 唐敏康，梁 悦.中国高铁安全事故的经济损失估算方法[J].知识经济，2012（2）：97-98.

[6] 晋世平.铁路车务系统安全风险预警防范系统探讨[J].铁道运输与经济，2012，34（8）：1-4.

[7] 佘振国，宁 静，关则彬.铁路安全风险预警信息系统的研发与设计[J].铁路计算机应用，2017，26（2）： 4-7.

[8] 罗 浩，佘振国，宁 静.铁路安全风险管控方法及应用研究[J].铁路计算机应用，2017，26（4）：40-42.