基于AHP 的铁路阔大货物运输安全影响因素重要度评价

赵晨阳

(中铁特货物流股份有限公司 西安分公司，陕西 西安 710054)

0 引言

随着我国铁路营业里程的增加，截至2019 年年底营业里程已经达到13.9 万km。铁路作为我国经济的大动脉，一直以来担任着国家重点物资的运输，特别是铁路阔大货物中长距离运输。阔大货物尺寸庞大、外形较为复杂、价值高，而且货物通常呈现超长、超限、超重等，部分阔大货物还是国家某些重点建设工程的核心设备。因此，铁路阔大货物运输组织难度较高，发生运输事故的概率也较大。一直以来，铁路阔大货物的运输方案都是人凭经验而制定，可能会考虑到运输的经济成本和便捷性，粗略地估计运输的安全性，不能达到保障运输安全的要求。

为了更好地保证阔大货物的运输安全，国内外许多学者对铁路货物运输安全进行了一系列的研究。例如，张黎青等[1]在考虑超限货物装载安全影响的基础上，建立指标评价体系，采用极差法、灰色关联分析等方法构建超限货物装载方案的安全评价模型。韩勇[2]从5 个影响因素着手，建立超限货物运输安全的框架，对主要影响因素提出强化措施。张雅莉[3]探讨铁路安全管理中面临的主要问题，给出指导性的建议。张旭宁[4]通过对超限货物装载加固、运输设备等因素进行分析。沈伟[5]通过对运输安全管理中存在问题进行分析，提出针对性的解决措施。王花兰等[6]运用层次分析法对阔大货物的装载加固方案进行研究。李雪芹等[7]分析选取影响货物装载方案的指标，通过无量纲处理，建立加权平均评价模型。

既有研究大多数是对铁路中货物运输安全普遍存在的问题或者阔大货物的装载加固方案的安全性进行研究，而且这些研究大多针对铁路货物运输存在的安全问题或影响阔达货物运输安全的个别因素，仍然具有一定的局限性。因此，通过对影响铁路阔大货物运输安全因素进行分析，选取一定的方法对影响因素的重要度进行评价，根据评价结果给出合理的对策，为提高铁路阔大货物的安全运输提供借鉴。

1 铁路阔大货物运输安全影响因素分析

阔大货物通常具有长、大、笨重等特点，在运输组织过程中的作业环节繁杂，需要多个部门协调配合，需要遵循“限速”“禁止溜放”“禁止过峰”等规定。铁路阔大货物运输安全主要受运输设备、运输组织人员、运输货物、运输安全管理4 个方面的影响，而每个方面又受多个具体因素的影响。

（1）运输设备。铁路运输设备主要包括对运输安全影响较大的运输基础设备和运输安全技术设备2 类。运输基础设备包括运输的线路、运输限界和车辆的性能。最小曲线半径、线路的平顺度、外轨过(欠)超高、线间距等因素都是决定运输线路的好坏的指标，影响着列车的运输安全，严重时可能会导致列车脱轨。铁路运输限界包括机车车辆限界和建筑接近限界2 方面。运输前要清楚掌握这些资料，有助于全面掌握线路情况。对于阔大货物运输而言，车辆的性能很重要，参与运输的车辆有的存在一些设计上的缺陷，有的车辆由于长时间使用，某些部位的性能和寿命有所降低，这就要求在选择车辆时，要根据运输的货物着重去注意这些影响因素。运输安全技术设备包括安全检测、事故救援、安全监控，对货物运输也有重要影响。

（2）运输组织人员。运输组织人员主要包括托运人、承运人和其他工作人员3 个因素。托运人在办理托运时，需要向承运人提供所有有关货物的资料，不得为了省运费而虚报或漏报货物信息，对于自轮运输的货物还要提供自重、轴销距等相关参数。承运人在接手货物时，要严格审查托运人提供资料的真实性，从源头上降低发生运输事故的可能性，并且要对自身的能力有准确的掌握。受理后，承运人要选择性能良好的车辆进行运输，并且要根据托运人提供的货物说明书对货物进行装载加固，根据超限等级选择合适的线路。同时承运人还应对装载加固好的货物进行安全检查，并对运输途中可能发生的事故提前做好预防，避免途中发生事故无法及时应对。由于承运人、其他工作人员的素质良莠不齐，对装载加固、遇到事故应采取的措施不明了、不及时，应提高人员素质，做好预防。

（3）运输货物。运输货物主要包括货物是否超限及其超限等级、货物的尺寸、货物装车后超偏载情况、货物的装载加固情况、货物装车后的重车重心高5 个影响因素。铁路货物的超限等级分为一级超限、二级超限和超级超限，不同的超限等级所对应的运输线路、选用的车型、收费标准等可能不一样，要根据货物装车后停留在水平线上进行准确判断。货物的尺寸是承运人选取车型等其他工作的基础，一般来说，尺寸越大，货物的超限等级就会越高，对货物运输安全的影响也越大。因此，要根据货物的尺寸大小，对货物有清楚的判断。对于超长的货物，在装载时就要考虑是否需要加挂游车、是否跨装、是否需要加垫木、是否需要货物转向架等操作来保障运输的安全性；对于集中的货物，在装载时应选择合适的车型，避免对车辆造成损坏；在装载加固时，要根据货物自身的特性进行作业，避免将非超重的货物装超重，选择合适的加固方法，严格按照装载加固方案进行，保证货物的运输安全。要避免货物装车后超偏载情况，让货物的重心偏移量在允许范围内，应尽量减少货物的横向偏移量，若横向偏移量过大，会使脱轨系数增加。同时也要避免货物运输途中发生移动对沿线的建筑物造成损坏，降低因货物超偏载而造成车辆的脱轨、倾覆等事故。不同货物的重心也不同，货物装车的重车重心高对运输安全有很重要的影响，若重车重心高超过2 000 mm时，其运行的稳定性就越低，须要求其限速运行，也可采用一些重心较低的车辆来降低重车重心高，从而保证其正常的运行速度。

（4）运输安全管理。安全管理主要包括安全管理制度、安全管理应急预案、安全管理审查3 个影响因素。阔大货物因其自身的特性和运输的复杂性，决定了其运输过程中发生事故的概率较大，安全组织工作复杂。为了保证阔大货物的运输安全，应该设置专门的安全管理机构，制定出合理的、完善的安全管理制度，对日常阔大货物运输进行严格的把控，制定出相应的应急预案，以防止事故发生而不能及时准确地做出应对。在货物装载加固后，相关人员应进行安全管理审查，避免因组织管理中的失误造成运输事故。只有强化安全管理体系，提高工作人员的素质，才能更好地提高安全水平。

综上所述，构建铁路阔大货物运输安全影响因素框架如图1 所示。

2 基于AHP 的铁路阔大货物运输安全影响因素重要度评价研究

在分析影响阔大货物运输安全因素的基础上，遵循构建评价体系目的性、科学性、系统性和实用性的原则，采用层次分析法(Analitycal Hieracrhy Porcess，AHP)来确定框架中各因素的权重，实现对铁路阔大货物运输安全影响因素重要度的评价[8]，结合评价结果给出相应的对策。

2.1 层次分析法

层次分析法把多目标、多准则又难以全部量化处理的决策问题化为多层次单目标问题，已经广泛应用不同领域，主要应用步骤如下。①根据问题的性质和要达到的目标对与决策相关的因素进行分层归类。②遵循层次分析法的评价尺度，对每2 个因素通过比较进行打分，建立判断矩阵。③由判断矩阵求出相应的的特征值及特征向量。④检验一致性。若满足一致性要求，则归一化后的向量即为权重值的大小；若不满足一致性的要求，则需要调整比较矩阵，重新进行计算。通过将计算所得的权重进行排序，得到的权重最大的方案或影响因素即为所要的最优方案或最重要的影响因素。

2.2 基于AHP 的铁路阔大货物运输安全影响因素重要度评价

2.2.1 构建判断矩阵

判断矩阵的值反映人们对各因素相对重要性的认识，一般采用1—9 级及其倒数的标识方法，AHP评价尺度表如表1 所示。根据建立的影响因素框架制作调查表，由专家组在参照AHP 评价尺度表的基础上，通过两两因素比较进行打分，从而得到每层间两两指标之间的重要程度，进而建立所需的判断矩阵B。

式中：bij为影响因素i 和j 的相对重要程度；n 为同一层中影响因素的个数。

2.2.2 计算各影响因素的权重

图1 铁路阔大货物运输安全影响因素框架Fig.1 Evaluation System of the Factors Affecting the Safety of Railway Large-sized Freight Transportation

表1 AHP 评价尺度表Tab.1 AHP Evaluation Scale Table

（1）根据建立的判断矩阵B 计算每一行元素的乘积Mi为

（2）计算Mi的n 次方根Vi为

（3）对Vi进行归一化处理，得

式中：ωi为判断矩阵对应的特征向量，也是当前层元素相对于上一层某一元素的相对重要性的权重。

（4）计算特征向量对应的最大特征值λ 为

2.2.3 一致性检验

由于事物的复杂性及人们对客观事物的认识具有模糊性和多样性，因而决策人或专家所给出的判断矩阵不是完全保持一致的，需要进行一致性的检验。首先，要计算一致性指标CI = (λ－n) / (n－1)，其中n 为判断矩阵的阶数。然后，查出随机一致性指标RI 的值，随机一致性指标RI 如表2 所示。最后，计算判断矩阵的一致性CR = CI / RI。若CR 的值小于0.1，则判断矩阵满足一致性要求，不再重新构造判断矩阵；否则重新构造判断矩阵。

表2 随机一致性指标RITab.2 Random Consistency Indicator RI

2.2.4 重要度评价

从目标层开始，先计算目标层对于准则层的相对权重，然后在此基础上计算准则层对于指标层的相对权重，最后得到指标层各影响因素相对于目标层的总权重。将所得影响因素的权重按大小进行排序，从而得到影响运输安全因素的重要度排序，实现对铁路阔大货物运输安全影响因素重要度的评价。

3 实例分析

以某货运车站为例，根据车站的实际运营情况，应用层次分析法对铁路阔大货物运输安全影响因素的重要度进行评价。

3.1 基于AHP的铁路阔大货物运输安全影响因素重要度评价

（1）构建判断矩阵。以调查问卷的形式发放给10 名专家，按AHP 评价标准进行打分，得出准则层Ai对于目标层A 的判断矩阵为

（2）计算准则层各影响因素相对于目标层的权重。调用Matlab 中的eig()命令得出准则层相对于目标层的特征值λ = 4.060，对应的特征向量ωA= (0.209，0.370，0.283，0.860)，由于所得特征向量之和不为1，对其进行归一化处理，得归一化后的特征向量ω—A=(0.122，0.215，0.164，0.499)，即为准则层影响因素对目标层的权重。

（3）一致性检验。经计算，一致性指标CI =0.020，随机一致性指标RI=0.890，一致性结果CR =0.022 ＜ 0.1，因而判断矩阵满足一致性的要求。

（4）同理，构建指标层Aij的影响因素对准则层Ai的判断矩阵，在此基础上，求出指标层Aij的影响因素对准则层Ai的权重。

判断矩阵A1对应的特征值λA1= 3.039，对应的特征向量ωA1= (0.151，0.372，0.914)，归一化后的特征向量= (0.105，0.259，0.636)；判断矩阵A2对应的特征值λA2= 2，对应的特征向量ωA2= (0.316，0.949)，归一化后的特征向量=(0.250，0.750)；判断矩阵A3对应的特征值λA3= 5.116，对应的特征向量ωA3= (0.128，0.260，0.329，0.775，0.455)，归一化后的特征向量= (0.065，0.134，0.169，0.398，0.234)；判断矩阵A4对应的特征值λA4= 3.054，对应的特征向量ωA4= (0.376，0.896，0.237)，归一化后的特征向量= (0.249，0.594，0.157)。通过一致性检验发现，构造的判断矩阵均满足一致性的要求。

根据准则层Ai的影响因素对目标层A 的权重以及指标层Aij的影响因素对准则层Ai的权重的计算结果，通过层次排序，可以得到指标层Aij的影响因素对目标层A 的权重。铁路阔大货物运输安全影响因素的权重如表3所示。

3.2 对策分析

根据表3 可以看出铁路阔大货物运输安全影响因素中准则层的运输安全管理和运输组织人员占用很大比重，其中，安全管理应急预案、承运人、安全管理制度为影响铁路阔大货物运输安全的关键因素，而车辆的性能、货物装载加固情况及安全管理审查也相对比较重要。因此，应针对这些重要的影响因素给出相应的对策来加强铁路运输安全。

表3 铁路阔大货物运输安全影响因素的权重表Tab.3 Weights of the Factors Affecting the Safety of Railway Large-sized Freight Transportation

（1）加大安全投入，建立安全管理应急预案。安全是运输组织工作有序进行的基础，加强安全投入有利于提高安全生产的效率、尽可能避免生产过程中的危险情况，减少事故带来的损失。安全投入通常是隐形投入，虽然不会立马有明显的效果产生，但是通过投入对可能发生的风险进行提前预防，有助于铁路货物运输更好的发展。其一，要以预防为主，通过选择科学合理的预防方法，将潜在的危险情况扼杀。通过收集过往发生过的事故案例，从中吸取教训，学习成功的经验，通过对其进行统计分析，建立该类情况可能会发生的安全管理应急预案，不能一味地停留在传统的事后分析管理上，以最大程度的减小事故发生的概率，从而对事故有更加清楚地认识。其二，制定合理有效的安全管理制度，设定各级责任负责人，在工作中再将其落实到个人。加大执法力度，加强宣传教育，使他们从内心认识到违规的重要性，在今后工作中不敢违法。

（2）提高安全水平，强化阔大货物运输管理。应重点把握工作中的关键环节以及薄弱环节，及时采取科学合理的措施。对承运单位而言，要在源头上严格把控，认真审核托运人提供的资料是否齐全、真实有效；对装车质量进行严格把控，对拟定装车的货车，装车前进行严格的检查，确保其符合要求，对货物的装载加固要严格按照装载加固方案进行，不可为了节约成本选用强度不够的材料，杜绝安全隐患。要根据实际情况采用合理的设备。加强对现场作业人员的宣传教育，增强安全意识，提升他们的素质。参与运输组织的人员要准确掌握资料，针对货物的特性，在遵循《铁路技术管理规程》的条件下，选择最优的运输线路，减少对提速区段安全运行的影响。

（3）提升业务素质，加强相关人员的培训。铁路运输组织工作离不开人，工作人员的积极性又直接影响着货运工作的质量，而安全事故的产生又大多是由人造成的，因而在安全管理工作中要“以人为本”，不仅要加强对相关工作人员的培训，还应根据实际情况规范和激励工作人员，充分调动工作人员的积极性，使他们能够创造性地完成工作。其一，借助现代化技术和软件武装自己，提升自身的综合实力，尤其是安全工作人员，不仅要取得相关专业的证书，而且要有能够处理突发事件的能力；其二，加强基础设施的建设。给工作人员提供相关培训的硬件资源，使他们能够掌握时代前沿的知识；其三，强化考核，根据实际情况制定相应的奖惩制度，使工作人员认识到积极工作的重要性。

4 结束语

随着经济社会的快速发展、电气铁路的里程增加，阔大货物通过铁路运输的比例日益增长，这给铁路带来了机遇和挑战。由于阔大货物自身的特性和运输的复杂性，使其在运输组织过程中发生事故的概率比较大，铁路阔大货物运输安全影响因素重要度评价研究，有助于明确各影响因素在预防阔大货物运输安全隐患，保障阔大货物运输安全的重要性，为铁路阔大货物运输安全管理提供参考。在今后的研究中，还应结合现场作业实际，充分考虑雨雪天气、外部环境等影响因素，进一步提升铁路阔大货物运输安全管理水平。