基于系統動力學的鐵路車站安全管理研究

王洪權

摘要：為了準確有效地提升高鐵（以下稱高鐵）車站安全管理工作水平，從安全效益角度，運用系統動力學（SD）相關理論，構建高鐵車站安全管理系統因果關系圖和流程圖模型。將高鐵車站安全管理總系統分為員工行為、技術設備設施、日常環境和安全管理等4個子系統，并分別提取子系統的安全影響因素，研究如何協調各個因素的投入比例，以達到安全效益最優。利用Vensim PLE仿真軟件，結合高鐵站相關數據進行模擬仿真。結果表明，不能主觀均等投入，應根據車站實際安全管理情況和仿真結果制定最優的安全管理投入方案。

關鍵詞：高鐵車站；安全管理；系統動力學

1影響高鐵車站安全的因素分析

研究高鐵車站安全管理系統，必須先找出影響高鐵車站安全的因素，探討各影響因素之間的關系，進而找到系統管理方法。高鐵車站安全管理是一項復雜的系統工程，影響高鐵車站安全的因素種類繁多，依據高鐵調研總結分析，宜按照傳統人一機一環一管理4個方面劃分，即將高鐵車站安全總系統分為員工行為、技術設備設施、日常環境和安全管理4個子系統。然后在4個子系統內部找出各自影響其安全的因素，并將影響因素聯系起來構成完整的體系。最后在此基礎上構建高鐵車站安全總系統影響因果關系圖，如圖l所示。

由圖1可看出高鐵車站安全管理系統結構復雜，各子系統之間聯系緊密，任何一個子系統變化都有可能影響到其他子系統乃至整個高鐵車站總系統的安全狀態。與一般系統不同的是：首先，高鐵車站安全總系統安全狀態的變化涉及到各子系統的動態變化和發展；其次，在管理過程中針對子系統投入改良需要一定過程，因此存在子系統變化延遲效應；最后，實際復雜系統中變量之間往往不具有明顯線性關系，有時很難歸納其具體的變量方程。綜上所述，高鐵車站安全管理研究不能簡單運用定性或定量分析，需要兩者相結合結果方能較為準確。

2高鐵車站安全管理SD仿真模型構建

SD模型歷經多年逐漸發展成為以反饋控制為基礎，以仿真模擬的方式研究社會復雜系統的新學科。實踐證明：SD在處理具有非線性、多重反饋控制等特點的復雜社會系統問題上具有較好效用。高鐵車站安全管理系統是一個具有動態性、延遲性和非線性的復雜系統。因此，擬結合SD對其進行定性定量分析，模擬仿真所用軟件為Vensim_PLE。

2.1高鐵車站安全管理系統因果關系圖

依據SD建模方法流程，通過對高鐵車站安全管理系統的影響因素分析，歸納總結其子系統相互聯系、相互制約關系，進而構建高鐵車站安全管理系統因果關系圖，其中“+”表示變量之間為正向關系，“一”表示變量之間為負向關系，“Ⅱ”表示過程中具有延遲效應。子系統相對較多且相互之間聯系緊密，所以因果關系圖中正負反饋回路較多，同類反饋回路作用機理類似。

2.2高鐵車站安全管理

系統流程圖和因果關系圖的構建處于仿真研究初始階段，其雖能體現系統整體反饋回路結構，但不能表示變量之間性質差異，也就不能用于數據仿真得出較為準確的控制管理結果。因此，在高鐵車站安全管理系統因果關系圖的基礎上，加以區分變量種類，并且根據不同反饋回路中具體情況加入輔助變量，最后構建高鐵車站安全管理系統流程圖。與其因果關系圖相比，高鐵車站安全管理流程圖選取3個狀態變量，即安全效益、員工人數和管理人員數；此外引入各項投入比例、投入轉化率、相互之間影響因子和事故占比等輔助變量，下一步研究即為構建變量之間的變量方程，選取合適輔助變量值進行高鐵車站安全管理系統SD模擬仿真分析，得出高鐵車站安全管理最優安全效益下的安全投入比例方案。

3高鐵車站安全管理SD模擬

3.1模型方程和參數

由于流程圖模型中變量復雜繁多，存在大量變量方程和固定參數，因此，要完成高鐵車站安全管理SD模擬，首先必須要確定其流程圖中變量方程和參數。變量方程即表示各變量之間的定量關系，文中模型分為2種：一為線性關系，其根據變量之間性質和關系，通過咨詢確定；二為非線性關系，在SD中常用表函數表示，其通常根據實際情況中采集數據模擬分析或建模者針對問題定性分析和調查假設確定。而參數的確定大多是根據問題本身實際情況量化得出，隨時間變化的參數亦可用表函數表示。

3.2模擬方案

基于3.1節所述變量方程和參數確定的高鐵車站安全管理系統流程圖模型，可通過調整安全教育、設備管理、科技發展、安全管理和規章法制等5個不同投入比例模擬多方案考察安全效益變化情況。假設方案1-5分別側重規章法制、安全管理、科技發展、設備管理和安全教育投入，方案6為各方面投入比例一致，同時所有方案中設備投入分配率和安全管理投入分配率均為0.5。模型模擬仿真時長設為60個月，時間步長為1個月。

結論

通過對高鐵車站安全管理系統的整體分析，結合sD相關理論構建其系統因果關系圖和流程圖模型，并利用s高鐵車站的實際事故數據進行模擬仿真。結果表明，該高鐵車站安全投入應在側重設備管理基礎上均衡投入、設備投入中應更側重設備操作性投入，以達到安全效益最優。說明模型具有一定普適性和實際應用意義。實踐應用中，應結合具體高鐵車站安全管理現狀，修正模型中所取變量及其方程，并根據事故數據擬合分析確定輔助變量和相關參數值，仿真得出有針對性的安全投入方案，輔助安全投入決策。