基于贝叶斯网络的中堡车站调车作业安全分析

王 旭，王转敏

（1.中国铁路兰州局集团有限公司，甘肃 兰州 730030；2.兰州市轨道交通有限公司，甘肃 兰州 730030）

车务是铁路运输中的重要组成部分之一，保障车务工作的安全就是保障整个铁路运输安全。车务工作主要由行车和调车两大部分组成，行车安全可依赖先进的技术、设备保障，但调车安全更多的是依赖调车人员个人的业务能力、身体素质以及对作业安全的责任意识。因此，调车工作具有作业任务繁重、参与工种多、技术设备落后、风险性较高等特点，在铁路事故中所占比重一直偏高不下。所以，针对调车作业进行安全性分析，对保证调车人员的人身安全，保障铁路安全运输都具有重要的意义。

目前，许多学者从不同方面对铁路调车作业安全进行研究。马毅等[1]从人员、设备和环境等3 个方面构建调车作业安全评价指标体系，采用基于联系数的定量与定性评价方法对铁路车站调车作业安全进行研究，通过案例分析证明该方法具有一定的实用性。杨英杰[2]采用事故树模型对调车作业安全风险因素进行分析，通过分层指标模型确定各因素的重要性，并针对分析结果提出相应的风险控制措施。冯军等[3]针对铁路车站调车作业无线调车机车信号和监控系统（STP）设备制约因素，提出采用北斗定位技术结合雷达和视频技术实现停留车的定位，通过技术手段提高调车安全防护能力。张亮[4]针对中间站调车作业安全防控现状，提出“三位一体”（人防、物防、技防）的调车安全保障体系，从而提高中间站调车作业安全防控能力。还有部分学者[5-6]分析了调车作业安全相关风险因素，总结导致事故的原因，并针对问题提出调车作业风险管控措施。

通过研究发现，针对调车作业安全的定性研究较多，大多是针对相关调车问题，提出优化措施，而结合现场实际进行定性研究的较少。因此，针对影响调车作业安全的众多因素，本文从人员—设备—环境—管理4 个方面对调车作业安全进行全面分析并确定安全风险指标体系，采用贝叶斯网络正推理分析，确定车站调车作业安全风险状况，利用反向推理分析，确定调车作业中的安全关键点，提出相关安全管理办法。贝叶斯网络正反两方面推理分析，将进一步完善车站调车作业安全分析方法，以此提高车站调车作业安全水平，降低调车作业伤亡事故发生，实现强基达标、提质增效的目标。

1 调车作业安全风险因素分析

调车作业是铁路车站的一项重要而复杂的工作。目前，车站调车作业主要分为平面调车作业和驼峰溜放调车作业。由于各铁路局对安全生产的重视，大部分车站已禁止溜放调车，而采用平面调车作业。平面调车作业调车机需频繁穿越正线，风险较大，同时涉及专用线取送车，作业范围大，参与的人员多，涉及的工种广，从而导致调车事故成因较为复杂。按照系统理论关系模型可知，引起调车作业事故的因素可分为人员—设备—环境—管理4 大类[7]，即S=f（P，F，E，M），其中：S 为调车作业安全，P 为人员因素，F 为设备因素，E 为环境因素，M 为管理因素。

1.1 人员因素

调车作业涉及多工种、多部门协同配合完成，需要消耗大量的人力和精力，综合管理难度大。其中对作业人员的心理素质、生理素质、业务能力、安全意识等方面要求极高。但由于工作任务的压力，许多人员经过简单的培训就直接上岗工作，对必要的应急处置和岗位应知应会知识不掌握，业务素质较低。有些人员安全意识不强，对作业标准、规章制度执行不彻底，存在一定的侥幸心理、思想麻痹大意以及身心疲劳等现象。有的人员进取意识不强，得过且过，缺乏敬业精神和工作强度的承受能力。这些都有可能导致调车事故的发生。

1.2 设备因素

调车作业涉及的设备种类繁多，不同的设备使用寿命、磨耗程度、维修难度等不同，不同的车站行车技术设备先进程度也不同，对调车作业的安全保障就存在差异，如部分专用线未进行电气化改造，道岔多为人工扳道，这就增加了调车人员的作业量，也极易发生错板、漏板道岔导致的脱轨、挤岔事故。所以，为保证调车作业安全，对关键设备及时可靠的维修保养升级就显得至关重要。同时，随着新技术新设备投入使用，设备的耦合关系，过渡期使用等都存在一定的风险，影响调车安全。如无线调车灯线设备的使用，一方面提高了安全卡控效果；另一方面由于无线调车灯线设备故障率较高，不能保证正常使用，失去安全卡控作用。

1.3 环境因素

环境因素也是影响调车作业的一个关键因素。受地形限制，大多数车站位置较偏远，站场坡度大、弧度大、平交道口多、走行条件差、瞭望不良等不仅影响调车作业人员的视线，还影响调车作业的效率和安全。同时，调车作业全部在室外进行，高温、严寒、雨雪、沙尘等极端恶劣天气以及季节性多发的自然灾害，极大地干扰了调车人员作业，也增加了劳动作业强度和心理压力。专用线作业环境复杂，铁路道口安全隐患较多，对作业人员业务能力也提出更高要求。

1.4 管理因素

安全管理是保证调车安全的一种重要途径。通过对调车人员的培训和教育，使他们树立牢固的安全意识，增强调车人员的安全观；通过统筹协调各系统之间的关系，提高调车协同协作，保证作业安全；通过规范相关规章制度，筑起安全制度屏障；通过强化干部履职考核，提高现场盯控质量；通过深化车务站段管理模式改革，使能者上、庸者下，全面激发管理潜力，释放基层管理活力。

1.5 调车作业安全分析指标体系的建立

通过对调车作业安全风险因素人员—设备—环境—管理4 个方面的分析发现，影响调车作业安全的因素众多，建立调车作业安全分析指标体系是一个复杂的系统性问题。为了使建立的指标体系更加具有科学性、系统性、全面性和可操作性，本研究结合中堡车站实际从人员—设备—环境—管理4个方面选取11 个风险因素构建调车作业安全分析指标体系，见表1。

表1 调车作业安全分析指标体系

2 方法介绍

2.1 贝叶斯网络

贝叶斯网络又称信度网络，1986 年由美国Pearl 教授提出，它是一种概率图模型[8]。贝叶斯网络是在Bayes 公式的基础上扩展出的一种不确定性知识表达和推理模型，它是由网络节点、有向无环图和条件概率分布表组成的有向非循环网络，表示为B=〈G，P〉=〈〈V，E〉，P〉，其中G=〈V，E〉为有向无环图，V 为网络节点集，节点间有向边E 表示节点间的因果关系，P 为条件概率分布。

贝叶斯网络具有很强的学习推理能力，贝叶斯网络正向因果推理，即已知根节点不同状态下的概率值，推导目标节点的概率信息；反向诊断推理，即已知目标节点不同状态下的概率值，推导其他节点的概率信息。

贝叶斯网络中每个节点都对应有一个条件概率分布，表示节点间的依赖关系。条件概率公式为：

式中，P（A）为先验概率，P（A|B）为后验概率，P（B|A）为似然率。

贝叶斯网络概率计算还会用到以下公式：

全概率公式：

乘法公式：

联合概率公式：当贝叶斯网络有多个节点V={A1，A2，…，An}时，根据链式法则，联合概率可表示为：

2.2 方法步骤

（1）构建调车作业安全分析指标体系。

（2）将调车作业安全分析指标体系转化为贝叶斯网络结构。

（3）确定风险因素状态：假设各风险因素都具有3种风险等级状态，即好、一般、差，分别用1、2、3 表示。

（4）计算贝叶斯网络节点的先验概率和条件概率分布。

（5）贝叶斯网络的学习和推理。根据求得的先验概率和条件概率分布，利用贝叶斯网络进行学习和推理计算。

（6）安全分析。依据最大隶属度准则，即在不同状态概率分布中，选取概率值最大对应的等级作为各因素的概率等级。同时，根据贝叶斯网络反向推理，进一步找出发生调车事故时关键的风险因素。

3 案例分析

3.1 车站介绍

中堡站位于甘肃省兰州市永登县中堡镇境内，车站中心里程位于兰新线114 km+796 m 处，隶属中国铁路兰州局集团有限公司兰州车务段管辖。车站技术性质为中间站，为三等货运营业站，主要办理列车接发（会让、越行）及货运业务，担当货物线、专用线取送作业。

3.2 调车作业安全分析

根据贝叶斯网络公式计算，可得到不同风险因素不同状态下的初始概率值，见表2。

表2 贝叶斯网络初始概率及反向推理概率

本研究使用Netica 软件进行贝叶斯网络的求解，将条件概率分布于根节点的先验概率输入到贝叶斯网络，计算结果由图1 可知，中堡车站调车作业安全风险等级为一般。

图1 调车作业安全贝叶斯网络计算结果

贝叶斯网络反向推理计算结果见表2。由表2可知，中堡车站调车作业安全等级为差时是由于环境因素造成的，其次是管理方面的因素。因此，车站应做好应对不良环境变化造成的调车作业安全事故的应急处置预案，确保调车作业安全。

3.3 调车作业安全风险管控措施

（1）强化作业人员风险控制。一是职工参与各类培训坚持“依法、依标、依规”精准培训，做到“真培训、真考试、真提高”，切实增强作业人员基础业务素质；二是开展形式多样的安全警示教育，通过学习调车事故案例，剖析作业中的违章违纪行为，使作业人员牢记事故教训，引导职工树立安全生产责任意识；三是广泛开展站段—车间—班组技术比武，通过以赛促学、以赛促训，搭建技能人才成长成才平台，让优秀技能人才有名有利有发展。

（2）加大调车设备投入。一是大力推广新设备、新技术的使用，不断更新改进调车设备，利用先进的技术装备保障调车作业安全，实现现场作业信息化，安全防护智能化，作业效率高效化；二是在经济效益最大化的前提下，将所有道岔纳入电气集中联锁，实现调车进路联锁控制，消除人为因素造成的调车事故；三是创新控制手段，强化站段监控中心视频远程监控作用和调车作业人员作业记录仪的使用，全过程检查、指导、写实、考核调车作业，使职工自觉遵守作业纪律，执行作业标准。

（3）消除不良环境的影响。一是加强车站周围环境隐患排查、整治工作，积极联系相关部门，及时清理站场、专用线等周边杂草、树枝及侵限物品，固定走行线路铺设水泥板，改善车站照明条件，修缮危墙和护栏，防止闲杂人员进入站场，改善调车作业周围环境；二是针对极端恶劣天气和自然灾害，充分发挥铁路安全监测与预警系统作用，实现提前预警预防，防止出现重大行车及调车事故；三是改善职工工作和生活环境，为职工提供舒适、卫生、安全的工作环境。

（4）建立健全管理制度。一是及时修订补充规章制度，清理无用规章，使规章制度更具有实用性和指导性，做到管理有制度，作业有标准，使标准成为习惯；二是完善奖励考核办法，通过奖励激励作用，调动职工积极参与车站的生产，确保现实安全，通过违章考核方式，督促职工学技练功，执行作业标准；三是抓紧抓实干部履职考核，强化干部责任意识，转变干部作风，促使干部履职尽责。

4 总结

在系统分析调车作业安全事故致因的基础上，从人员—设备—环境—管理4 个方面选取11 个具有代表性的调车作业安全因素构建指标体系。该指标体系能够系统地、全面地反映出调车作业安全的各方面因素，并具有一定的可操作性。通过Netica 软件对贝叶斯网络风险评估模型进行正反两方面的推理学习计算，能够客观真实地反映出调车作业中各风险因素发生的概率信息，以此指导车站调车作业，确保调车作业人员的人身安全及行车安全。该安全分析方法具有普遍的使用性，对车站安全管理工作具有一定的指导价值。