基于多目標決-策理想點法的鐵路工務系統安全狀況綜合評價

吳畏 (廣梅汕鐵路有限責任公司惠州工務段,廣東惠州 517000;長江大學繼續教育學院,湖北荊州 434023)

呂一兵 (長江大學信息與數學學院,湖北荊州 434023)

基于多目標決-策理想點法的鐵路工務系統安全狀況綜合評價

吳畏 (廣梅汕鐵路有限責任公司惠州工務段,廣東惠州 517000;長江大學繼續教育學院,湖北荊州 434023)

呂一兵 (長江大學信息與數學學院,湖北荊州 434023)

為客觀評價鐵路工務系統安全狀況,應用多目標決策-理想點法的原理,結合影響鐵路工務安全的主要指標,建立了評價模型,利用模型方程計算了代表鐵路工務安全優劣的歐式距離,并進行了歐式距離大小比較。6個車間安全順序從優到差依次為:車間4＞車間3＞車間5＞車間6＞車間1＞車間2,與模糊評價技術的評價結果完全相同;在設定的安全等級的歐式距離范圍內,劃分6個車間安全等級分別為:車間4、車間3安全級別屬良好,車間5、車間6、車間1、車間2安全級別屬中等。結果表明,理想點法不僅能夠有效地對鐵路工務安全狀況進行排序,而且能夠根據安全要求對安全狀況劃分等級,對鐵路工務安全風險狀況進行綜合評價具有一定可行性。

多目標決策-理想點法;鐵路;鐵路公務系統;安全風險評價

按照鐵路中長期規劃,到2020年我國將形成規模達50000km以上的快速鐵路客運網,覆蓋全國的省會城市(除拉薩以外)以及100萬以上人口的特大城市。目前我國鐵路發展已進入了一個全新的發展時期。但隨著鐵路提速、高速和重載運輸的不斷發展,鐵路運輸安全工作面臨大量的新情況、新問題,同時人們對鐵路安全越來越重視,鐵路運輸安全壓力與日俱增,因此,如何規避和化解鐵路運輸安全風險,保證鐵路安全運營是國內外普遍關注的重點[1-3]。鐵路工務工作是鐵路運輸組織體系中的基礎性的工作,是確保運輸安全、運輸效率、運輸服務的重要前提之一,列車長時間運行和自然條件作用下,鐵路線路等基礎設施會不可避免地發生變形或損壞,為了確保列車安全、平穩、快速運行,延長線路各組成部分的使用壽命,必須加強線路和設施的養護和維修工作。因此,鐵路工務工作的效率與質量直接影響到鐵路運輸的安全與效率[4]。為此,提升工務管理水平,實現工務安全生產,科學決策工務工作,有利于科學指導維修作業,及時消除故障隱患,確保線路和設施安全可靠,對于保證鐵路安全穩定具有重要作用和意義。目前國內對鐵路工務系統安全評價方法研究很少,田元福等[5]建立工務部門相應的安全風險清單及其應對表,構建了4類18項鐵路工務安全評價指標體系,并利用模糊評價技術——層次分析法(AHP),結合實例對工務安全系統進行綜合評價和說明,初步探討了該方法的可行性。邵婉等[6]則分析了一些評價方法的不足,指出層次分析法(AHP)主觀性較強、不能表達不確定性和計算量過大;模糊綜合評價法(FCE)易獲得偽優解、評價因素較多時靈敏度低。并采用可拓方法和理論建立鐵路工務系統安全評價模型,通過算例分析對鐵路工務安全狀況進行了排序。但通過比較發現,田元福等[5]和邵婉等[6]對于同一數據的評價結果并不一致,排序有較大的差別,因此有必要對鐵路工務系統安全評價方法開展研究。下面,筆者根據多目標決策-理想點法[7]的原理,建立一個評價鐵路工務系統安全的數學模型,對某工務段的6個車間安全情況進行綜合評價,并將評價結果與文獻報道結果進行比較。

1 鐵路工務系統安全的評價指標體系

鐵路工務系統是一個非常復雜的系統,其中工務安全涉及到人員、設備、環境、管理等因素[8],而這些因素又涉及鐵路運輸系統車務、運輸、機務、電務、供電等各系統及社會經濟、政治、科技、教育和管理等許多方面[9]。因此,工務安全既受工務系統內部因素的制約,也受系統外部環境的干擾,鐵路工務系統相關的安全風險因素和風險事件項目多、關系復雜、相互影響,風險識別的復雜性和不確定性較大,目前沒有統一的安全評價指標體系、評價標準和綜合評價方法。田元福等[5]根據鐵路工務系統安全問題的基本特征,構建了工務系統風險三維結構,即工務系統內部因素、外部環境以及不同管理層次,然后通過對經驗數據的分析、風險調查、專家咨詢以及實驗論證等方式,根據安全第一、預防為主的原則,將事故指標和隱患指標相結合,構建了4類18項鐵路工務安全評價指標體系:工務安全基礎管理評價指標S1(包括安全生產責任制度以及標準化作業u1,安全機構效能指標u2,安全教育培訓u3,安全生產檢查情況u4,安全隱患事故報告處理u5,安全資金的投入u6)、人員安全保障評價指標S2(包括職工安全管理水平u7,職工技術業務素質u8,職工文化水平u9,職工工作態度u10)、設備安全保障評價指標S3(包括線路安全檢測和設備監測狀況u11,養路機械及生產機具設備狀況u12,橋路設備狀況u13,涵渠設備狀況u14)、環境安全保障評價指標S4(包括作業環境安全保障評價指標u15,內部社會環境安全保障u16,自然環境安全保障指標u17,外部社會環境u18)。

2 評價模型

根據理想點法[7]的原理,假設影響鐵路工務安全的因子有n個目標f1(x),f2(x),…,fn(x),對于每個目標函數分別有其最優值為:

如果所有這些目標的最優解都相同,設為X*,那么只要在x=X*這點,所有的目標都同時達到各自的最優值,此時安全狀況最優。但一般來說,這種情況是不太可能發生的。因此就向量函數F(X)= [f1(x),f2(x),…,fn(x)]T來說,向量F*=[,,…,]T僅是一個理想點,需要做的就是在R(R是目標函數在多目標問題的約束集合)上找出一點ˉX,使F(X)與F*的偏差最小,此時目標的最優值就離理想點越近,解就越優。常用的是閔可夫斯基(Minkowski)距離法:

式(1)是理想點法最常用的公式。在實際工作中可根據需要選擇不同的P值來定義不同的距離空間,當P=1時稱為海明距離或絕對距離;P=2時稱為歐式距離;P=∞時稱切比雪夫距離。無論P取何值,對同一對象的評價結果相同。即該距離越小,就說明該點離理想點越近。

若把每個評價指標看作不等權重時,各指標相對目標的權重可依據每個決策標準,參照單位實際情況及專家意見確定,在安全綜合評價時考慮不同指標的權重。仍可選取P=2,即仍計算歐式距離。此時式(2)變為:

3 鐵路工務安全評價

1)計算評價結果。按以上原理和方法,以體現鐵路工務安全的4個主要指標S1、S2、S3、S4的18個二級指標u1、…、u18作為評價目標因子,對某工務段的6個車間的現場安全情況進行綜合評價。筆者取每個車間的二級指標u1、…、u18分別按式(5)、(6)進行計算,6個車間的體現4個主要指標S1、S2、S3、S4的18個二級指標u1、…、u18數據如表1所示[5]。

表1 某工務段6個車間安全生產評分匯總表

由表2可知,對某工務段6個車間安全生產狀況采用理想點法進行綜合質量評價,對體現鐵路工務安全的4個主要指標S1、S2、S3、S4的18個二級指標u1、…、u18采用等權處理和不等權處理,盡管得到的同一車間的d不相同,但各車間的安全狀況優劣順序相同、評價結果相同,某工務段6個車間安全狀況順序從優到差依次為:車間4＞車間3＞車間5＞車間6＞車間1＞車間2,與文獻[5]的評價結果完全相同,而且評價簡單,計算簡單,只要在Microsoft Exce1數據表格中把式(5)、(6)編入,便可得到計算d結果,當然也可通過計算器手工計算獲得結果。

2)工務段車間安全等級劃分。上述對鐵路工務段的排序,只能給鐵路工務管理部門提供所屬各車間的安全狀況優劣情況,為了進一步判斷各車間安全狀況的合格與否,管理部門可通過設定18個二級指標u1、…、u18的分數把工務安全評價等級分為4級:≥90為優秀、80～90為良好、70～80為中等、60～70為合格,仍以u1、…、u18每一個指標等于100分為理想點,參照式(5)進行計算這4個等級到理想點的距離d,然后與各車間在等權狀況下的d進行比較,具體見表3所示,當然也可根據安全需要只設定3級或2級。

表2 某工務段6個車間安全生產狀況評價結果

表3 6個車間安全等級劃分

由表3可知,管理部門通過對工務段安全級別要求的量化和級別的設定,確定各安全級別的適合d取值范圍,然后通過把各車間到理想安全點的距離d與之對比,就可以把6個車間的安全等級進行劃分。按上述設定,車間4、車間3安全級別屬良好,車間5、車間6、車間1、車間2安全級別屬中等。

4 結論

1)采用多目標決策-理想點法對某工務段的6個車間的安全狀況進行綜合評價,對影響工務安全的18個指標采用等權處理和不等權處理,盡管得到的同車間到理想點的d不相同,但其安全優劣順序相同、評價結果相同,6個車間安全狀況順序從優到差依次為:車間4＞車間3＞車間5＞車間6＞車間1＞車間2,與文獻[5]報道的模糊評價技術評價結果完全一致,表明利用多目標決策-理想點評價工務安全具有一定的科學性和可行性。

2)根據設定的安全級別到理想點的歐式距離d取值范圍,可以劃分6個車間工務安全等級,筆者選取等權處理的d取值比較,6個車間工務安全級別分別為:車間4、車間3安全級別屬良好,車間5、車間6、車間1、車間2安全級別屬中等。

3)利用多目標決策-理想點法建立的模型可以有效地對鐵路工務安全狀況進行優劣排序,還可根據管理部分對安全的要求對各車間的安全等級進行劃分,有利于管理部門識別工務風險,做好應對計劃,從而對鐵路工務系統安全進行科學的管理和決策。

4)多目標決策-理想點法除可對同一工務段的不同車間、班組的安全狀況評價外,還可用于不同工務段間安全狀況的對比評價,也可用于鐵路系統其他涉及到多目標決策問題的評價,而不受描述這些事物的指標個數的多少影響,且不受目標的度量單位不同的影響。

[1]鄭健.中國鐵路發展規劃與建設實踐[J].城市交通,2010,8(1):16-17.

[2]馮曉寧.工務段安全上存在的隱患及對策[A].第三屆鐵路安全風險管理及技術裝備研討會論文集(中冊)[C].成都,2012.

[3]付煒.淺談高鐵工務安全風險管理[A].第三屆鐵路安全風險管理及技術裝備研討會論文集(中冊)[C].成都,2012.

[4]王永剛.鐵路工務管理與現狀分析[J].科技創新導刊,2012(4):129.

[5]田元福,仇立峰.鐵路工務系統安全風險與綜合評價研究[J].鐵道學報,2009,31(4):121-126.

[6]邵婉,高清平.可拓學理論在鐵路工務系統安全評價中的應用[J].黑龍江交通科技,2012(2):122-123.

[7]陳湛勻.現代決策分析概論[M].上海:上海科學技術文獻出版社,1991.

[8]中華人民共和國鐵道部.鐵運[2006]177號鐵路工務安全規則[M].北京:中國鐵道出版社,2006.

[9]Mahalingam A,Levitt R E,Asce M.Safety Issues on Global Projects[J].Journal of Construction Engineering and Management, 2007(7):506-516.

[編輯]李夢霞

O29;U292

A

1673-1409(2014)19-0005-04

2014-02-16

國家自然科學基金資助項目(11201039;61273179);湖北省教育廳重點項目(D20101304)。

吳畏(1990-),男,高級技工,現主要從事鐵路工務方面的研究工作。