基于LS-FAHP法的地铁车辆安全风险评估

施佳伟

上海地铁维护保障有限公司车辆分公司,上海 200235

0 引言

目前,地铁公司采用风险矩阵法(LS)来进行安全风险评估,通过确定风险点的可能性和风险严重程度,对照风险等级划分出矩阵表的风险等级。但风险矩阵法(LS)未考虑各风险因素在风险评估过程中的权重问题,本文引入模糊层次分析评价法(FAHP)来确定风险因素权重,细化风险评估模型[1]。

模糊层次分析评价法(FAHP)是一种层次权重决策分析方法,先引入1～9标度法得到判断矩阵,再验证矩阵合理性,计算出各风险因素权重,最后结合风险频次计算出风险因素危害程度,得到各风险因素综合排序[2]。

利用模糊层次分析评价法(FAHP)结合风险矩阵法(LS)确定各风险因素综合排序,突出重点风险因素,明确安全事故预防重点,为地铁车辆安全风险协调控制提供决策依据。

1 LS-FAHP风险评估模型介绍

LS-FAHP风险评估模型将风险评估对象分阶段、分版块进行分析,再将各阶段、板块分解到最基本的风险事件。

1.1 确定风险评价集

风险评价集V由各种风险评价结果组成,V={v1,v2,v3,v4,v5},v1～v5分别表示安全风险低、较低、中、较高、高。

1.2 构造模糊关系矩阵

根据因素集U和评价集V建立模糊关系矩阵R。再通过定性评价的方法,根据风险评价集V评判每一个风险因素Uij,确定其隶属度rij。

1.3 确定权重

采用FAHP 确定评价因素权重矩阵W=(w1,w2,…,wn),∑wi=1。

1)先采用1～ 9标度法[3],将风险因素的重要程度两两比较,得到各风险因素数值关系,继而得判断矩阵C。

3)用判断矩阵最大特征根以外的其余特征根的负平均值检验判断矩阵一致性CI,CI见文献[3]。

4)检验矩阵随机一致性比率,CR=CI/RI,随机一致性指标RI取值[3]。若 CR小于0.1,则判断矩阵具有一致性,否则需要调整判断矩阵[3]。

1.4 风险模糊综合评价矩阵

计算总体风险模糊评价集B,得到列车落在各风险区间的概率。

B=WRk=

1.5 确定各风险因素危险程度

LS法是将发生可能性L和事故发生严重程度S进行乘积,得到风险程度等级D值(重大风险、较大风险、一般风险、较小风险),评估导致事故的危险因素的风险程度,如表1～2所示。

表1 风险可能性等级

表2 风险严重程度等级

2 地铁车辆安全风险评估

以电客列车风险评估为例,运用LS-FAHP法,在原有风险库的基础上选择主要风险因素,构建评价体系,确定各风险因素权重,得出电客列车整体和各风险因素的风险概率,并进行综合排序。

2.1 构建评价体系

将电客列车按设计制造、新车验收、运维前期、架大修、运维后期阶段进行分解,将电客列车面临的风险按人工、材料、机械、方法、环境分解到最基本的风险事件,获得因素集,构建评价矩阵如表3所示。

表3 风险因素评价矩阵

2.2 各风险因素危险程度

根据电客列车风险评判因素U,确定隶属度函数矩阵,通过FAHP法计算各风险因素权重,采用LS法计算各风险因素的损失值,从而对风险因素进行排序。

2.2.1 确定电客列车风险因素隶属度

根据地铁公司风险库中各风险因素造成的风险点所能达到的风险等级和评价集V,对风险指标U作出评判,确定电客列车风卫因素属度,如表4所示。

表4 电客列车风险因素隶属度

2.2.2 计算风险权重

首先确定设计制造,新车验收、运维前期、架大修、运维后期阶段的模糊关系矩阵RALL:

再分别确定设计制造RU1、新车验收RU2、运维前期RU3、架大修RU4、运维后期RU5内部各风险因素的模糊关系矩阵为:

计算出电客列车风险因素的各检验指标及权重如表5所示。

表5 风险因素各检验指标及权重

2.2.3 风险评价

计算中间层的风险模糊综合评价B1、B2、B3、B4、B5,再计算总体风险模糊评价集BALL,可得:

B1=W1×R1=[0.033 34,0.066 68,0.2,0.683 31,0.016 67]

B2=W2×R2=[0.233 34,0.250 01,0.516 65,0,0]

B3=W3×R3=[0.006 64,0.019 92,0.078 39,0.736 58,0.158 47]

B4=W4×R4=[0,0.05,0.15,0.725,0.075]

B5=W5×R5=[0.015 62,0.134 14,0.165 38,0.650 72,0.034 14]

B=W×R=[0.031 59,0.085 50,0.173 19,0.631 82,0.077 88]。

根据风险评价结果可知,电客列车整体安全的概率为3.159%,较安全的概率为8.55%,一般的概率为17.319%,较危险的概率为63.182%,很危险的概率为7.788%,所以电客列车整体落在“较风险”的区域,风险不容忽视。

将风险项细分,其中,设计制造较危险概率最大,新车验收风险一般的概率最大,运维前期较危险概率最大,架大修较危险概率最大,运维后期较危险概率最大,需要针对各阶段指定不同的防范措施。

2.2.4 风险程度等级

根据地铁公司规定,相关参数如表6～8所示。

表6 风险可能性等级

表7 风险严重程度等级

表8 风险程度等级

2.2.5 风险排序

采用风险矩阵法(LS)计算各风险,结合模糊层次分析法(FAHP)法得到权重,根据结果排序。再根据风险因素的L、S赋值,并计算 D。将 U11～U53全局因素的权重归一化处理得Wt,计算所有因素的加权风险值D×Wt,对结果排序,如表9所示。

从表9可以看出,影响电客列车运营安全的风险因素前3名都是违规操作。风险大类由高到低依次为列车违规操作、设计缺陷、质量缺陷、工艺文件出错、设备损坏、整改改造不彻底、验收方法不当、备品备件不足、没有监造、高温潮湿环境。在实际生产中,需要加强员工的专业能力和职业素养,确保工作中少犯错,不犯错;此外,需要在整车厂设计阶段加强监督,如果设计时存在缺陷,则后续会造成设备质量缺陷,增加运营和改造成本;工艺文件的出错会导致员工无法准确地查出故障,导致运营风险增加。

表9 电客列车风险危险程度排序

3 结束语

本文基于LS-FAHP法建立地铁车辆安全风险评估模型,从时间维度、人机料法环维度获得风险因素集,并通过模糊算法计算风险因素权重,最后算出各因素加权风险值,将风险严重程度进行排序,可以帮助找到风险管控过程中的预防重点,为风险管控关口前移提供新的思路。