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1、基于组合权重的铁路危险货物运输风险预警模型 栾婷婷 郭湛 庞磊 吕鹏飞 商一帆 北京石油化工学院安全工程学院 北京市安全生产工程技术研究院 中国铁道科学研究院铁道科学技术研究发展中心 中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所 摘 要： 基于危险货物铁路运输事故统计分析, 针对危险货物铁路运输安全管理滞后, 检查不全面、不及时, 预警能力不足等问题, 从“人-机-物-管-环”的角度, 运用聚类分析和德尔菲法构建危险货物铁路运输风险三级预警指标体系。结合各指标特点和铁路运输安全管理现状, 将主客观组合赋权法融入可拓理论的动态物元模型和可拓关联函数中, 构建危险货物铁路运输风险预警模型。采用实例分析验证
2、模型的科学性和有效性, 为危险货物铁路运输风险的安全管理提供新思路, 同时为科学制定危险货物铁路运输事故防控和应急措施提供参考依据。关键词： 危险货物; 铁路运输; 组合权重; 可拓理论; 预警模型; 作者简介：栾婷婷, (1982) , 女, 山东高密人, 讲师, 博士。E-mail:作者简介：郭湛, (1968) , 男, 辽宁辽中人, 研究员, 博士。E-mail:基金：国家自然科学基金 (51604031) Early Warning Model for Risks in Railway Transportation of Dangerous Goods Based on Combin
3、ation WeightLUAN Tingting GUO Zhan PANG Lei L Pengfei SHANG Yifan Safety Engineering College, Beijing Institute of Petrochemical Technology; Railway Science & Technology Research and Development Center, China Academy of Railway Sciences; Energy Saving & Environmental Protection &Occupational Safety
4、and Health Research Institute, China Academy of Railway Sciences; Abstract： Based on the statistical analysis in accidents in railway transportation of dangerous goods, in view of insufficient safety management in railway transportation of dangerous goods, lack of timely and complete inspection, and
5、 lack of early warning capacity, from the perspective of human-machine-material-management-environment, the cluster risk analysis and Delphi method were used to establish the three-level early-warning index system for the risks in railway transportation of dangerous goods.Combined with the character
6、istics of each index and current safety management situation of railway transportation, the subjective and objective combination weighting method was integrated into the dynamic matter-element model and the extension-related function of extension theory to construct the warning model of the risks in
7、 railway transportation of dangerous goods.The model is proved to be scientific and effective by case study.Provide a new idea for the safe management of the risks in railway transportation of dangerous goods, and provides a reference for the scientific development of accident prevention and emergen
8、cy measures in railway transportation of dangerous goods.Keyword： dangerous goods; railway transport; combination weights; extension theory; early warning model; 近年来, 社会经济的快速发展带来了危险货物需求量的不断加大, 铁路运输作为危险货物重要运输方式起着不可替代的作用。加强铁路危险货物运输的安全管理, 保障铁路运输安全, 已成为铁路运输生产过程中亟需解决的现实问题1。危险货物自身所具有的危险特性决定其一旦发生事故, 将对铁路沿线
9、范围造成重大影响, 导致人员伤亡和财产损失的同时, 还会带来环境污染和严重的社会影响2。目前我国危险货物运输过程中, 存在安全隐患, 安全监管与管理手段相对滞后, 如何控制危险货物铁路运输风险, 预防铁路运输事故发生, 实现铁路安全运行, 已成为社会各界关注的重点。现有危险货物铁路运输安全的研究大多以危险性分析为主, 缺乏系统的风险辨识、评估、预警等科学方法的研究, 在危险货物铁路运输风险预警指标的构建方面, 缺少相应的理论依据3-5。随着铁路危险货物运输量的不断增加, 亟需一种简便、有效的危险货物运输风险预警方案指导铁路运输企业的安全管理工作。因此, 本文基于危险货物铁路运输事故案例分析,
10、从“人-机-物-管-环”的角度, 系统分析危险货物铁路运输过程中的不安全因素, 建立危险货物铁路运输风险预警指标体系, 分析指标的预警准则, 划分预警等级, 应用主客观组合赋权法和可拓学理论建立危险货物铁路运输风险预警模型, 为危险货物铁路运输的安全管理提供依据。1 风险预警指标体系的建立导致我国危险货物铁路运输事故原因较多, 本文在收集整理近百起危险货物铁路运输事故案例的基础上, 依据安全系统工程原理, 从“人-机 (设备) -物-管-环”五大类对事故原因进行聚类分析, 并统计得出事故原因的发生概率, 考虑指标体系构建的目的性、全面性、层次性、独立性、可行性等原则6, 运用德尔菲方法, 构建
11、危险货物铁路运输风险预警指标体系7-9, 该体系共包括 3 个层次, 10 个预警指标, 如图 1 所示。图 1 危险货物铁路运输风险预警三级指标体系 下载原图(1) 人员因素。主要包括运输人员和管理人员。运输从业人员的培训不到位、安全防范意识差和管理人员的技术水平不足容易导致运输过程中超载超装、违章装卸货物和托运人匿报谎报品名等事故隐患, 威胁铁路的运输安全。(2) 设备设施因素。主要包括运输设备和基础设施。运输车辆和装卸设备必须与所承载的危险货物的性质相符合, 具有较好的列控系统、牵引供电系统等, 基础设施包括线路、桥梁、隧道等运输基础设施。运输设备的安全性能和基础设施的质量直接影响铁路危
12、险货物运输的安全性。(3) 物品因素。主要包括物品特性和物品包装。危险货物的理化性质和危险货物的包装设计、包装质量、包装检测影响铁路运输过程的危险程度。(4) 管理因素。主要包括作业管理和应急管理。完善的作业管理和应急管理是预防和控制危险品运输事故的主要措施。作业环节严格把关, 避免作业过程中的不规范行为, 建立完善的应急预案, 定期组织应急培训及演练, 应急救援资源完备, 避免预案流于形式。(5) 环境因素。主要包括自然环境和社会环境, 自然环境主要指气象条件, 恶劣天气状况对危险货物运输的安全性威胁较大, 例如:雷电、暴雨、冰雪、强风、异物侵限等。社会环境主要指地形条件和铁路周边人员状况,
13、 人群密集度越高, 发生事故的危害性越严重。2 预警准则和预警等级2.1 预警等级的划分参照国家突发公共事件总体应急预案及暴雨、雾霾等气象相关标准, 根据危险货物铁路运输风险的危害程度和影响范围, 将预警等级划分为级、级、级和级, 对应的预警信号依次为红色、橙色、黄色和蓝色。为了便于定量化计算, 参考国内外风险分级的相关做法, 为各预警等级划分相应分数区间, 见表 1。表 1 危险货物铁路运输风险预警等级划分表 下载原表 2.2 预警准则的制定通过风险评估, 可以对风险进行控制, 所以说风险是可以消减的, 安全管理的目标是可以实现的, 安全目标实现过程如图 2 所示, 铁路运输企业通过有效的安
14、全管理, 采取必要的防控措施, 可以减小危险货物铁道运输的安全缝隙, 通过梳理危险货物铁路运输各个预警指标的风险等级标准, 有助于铁路企业辨别危险货物运输过程中存在的风险隐患。根据不同预警级别, 尽早发现企业中存在的潜在风险, 针对相应的风险隐患, 及时采取防范措施, 控制并解除风险。需要说明的是, 风险的一般性含义是事故发生的可能性与发生后的严重程度的积。本文中的风险主要指风险的固有属性, 即考虑事故发生的严重程度, 制定预警标准, 进而进行综合预警, 而对于各个风险因素发生的可能性会在后续的研究中进行深入分析。图 2 安全目标实现框图 下载原图目前, 在预警准则的制定方面, 尚缺乏理论方法
15、, 本文对各预警指标对应于 4个风险等级的取值范围界定主要是结合案例分析、现场调研以及征求专家意见等方法综合确定。危险货物铁路运输安全预警指标风险等级划分标准见表210-12。表 2 危险货物铁路运输安全预警指标的风险等级标准 下载原表 3 基于可拓理论的风险预警模型可拓理论是我国学者蔡文提出的一种解决不相容问题的新理论, 它把待评价事物 N、事物具有的特征属性 C 以及特征的具体量值 V 通过物元 R= (N, C, V) 概念有机结合起来, 反映出事物的质与量的辩证关系。应用可拓理论进行风险评价与预测预警在经济、工业、航空、地质等许多领域都有成功应用13-15。3.1 经典域、节域和待评价
16、物元模型(1) 经典域物元式中:N j表示 j 个预警等级;C i表示第 i 个预警指标;V ji为等级 Nj关于 Ci的取值范围, 即经典域, V ji=a ji, bji。其中 i 为预警指标数量, i=1, 2, , n;j为预警等级数量, j=1, 2, , m。(2) 节域物元式中:N 表示所有预警等级;V pi为 Ci在预警等级 N 下的所有取值范围, V pi=a pi, bpi, 即节域。显然有a ji, bjia pi, bpi。(3) 待预警物元式中:N x表示待预警事物;V i为 Nx关于预警指标 Ci的量值。3.2 预警指标对于风险等级的关联度可拓集合的数学模型是用关联函数表示的, 经典数学认为点与区间的距离均为0, 而在可拓集合中, 点在区间内的不同位置可以用距来描述。各预警指标关于各预警等级的关联度为式中: (v i, vji) 为点 v
