鐵路信號系統全生命周期施工質量控制研究

摘 要：本文主要研究了鐵路信號系統全生命周期內的質量評價及控制方法。通過分析鐵路信號系統施工特點，從人員、機械、材料及方法4個維度對鐵路信號系統施工質量影響因素進行識別，構建一套科學、合理的鐵路信號系統施工質量評價體系。基于DEMATEL模型及ISM模型，對鐵路信號系統施工質量因素進行多層次遞階分級，識別表層、深層及根源影響因素。基于LEC風險評估法，對各因素發生后引發的危害程度進行評估，結合多層次遞階分級結果，確定鐵路信號系統施工質量控制因素。

關鍵詞：鐵路信號系統；全生命周期；LEC風險評估法

中圖分類號：U 28" " 文獻標志碼：A

目前，我國鐵路網絡的規模和質量顯著提高，鐵路網覆蓋和連通性進一步增強，為促進區域經濟發展和改善民眾出行條件提供了有力支撐[1-2]。鐵路信號系統作為鐵路運輸的神經系統，其施工質量直接影響鐵路運輸的安全與效率。然而，鐵路信號系統施工涉及多個階段，因此施工過程中的質量控制面臨著很多挑戰，例如人員素質參差不齊、施工材料質量不一、施工方法和工藝水平差異、環境因素變化等，這些因素都會對施工質量產生不利影響。

本文對鐵路信號系統施工特點及其施工質量影響因素進行分析，構建系統化的鐵路信號系統施工質量管理體系，基于DEM-ISM原理建立鐵路信號系統施工質量管理多層次遞階模型，確定關鍵因素，提出改進措施。

1 鐵路信號系統施工質量影響因素分析

1.1 鐵路信號系統施工特點

鐵路信號系統是保障列車運行安全的關鍵技術設施，包括信號機、轉轍機、軌道電路、列車控制系統等，其施工內容涉及電子、通信、計算機、自動控制等多個技術領域，需要施工團隊具備跨學科的專業知識和技能，具備技術密集型的特點[3]。同時，在鐵路信號系統施工中，需要使用部分高精度的測量和測試設備，保證精確安裝和調試信號設備。

通常在戶外進行鐵路信號系統施工，因此需要適應各種自然環境和氣候條件，例如高溫、低溫、濕度、風沙等，施工地點包括城市、郊區、山區、丘陵等不同的地形地貌單元，各種環境都有特定的施工要求，對施工材料選擇、施工方法和施工進度都有顯著影響。

目前，隨著技術的發展，現代鐵路信號系統越來越多地采用數字化、網絡化技術，鐵路信號系統施工的安全和質量控制變得更加嚴格[4]。現代鐵路信號系統施工具有復雜性和專業性，因此對施工單位提出了較高的要求，施工過程中需要對原材料、設備、工藝等各個環節進行嚴格的質量檢查和監督，在施工完成后還需要對系統進行測試和驗證，保證信號系統滿足設計要求和安全標準。

1.2 鐵路信號系統施工質量影響因素

為進一步提高鐵路信號系統施工質量，相關管理團隊采用頭腦風暴法，組建由項目團隊成員、專家和其他利益相關者組成的小組，通過開放式討論來識別所有影響鐵路信號系統施工質量的因素。在大量識別鐵路信號系統施工質量因素的基礎上，根據相關管理經驗對其進行謹慎篩選，最終建立鐵路信號系統施工質量管理體系，包括4個維度及12個影響因素，對每個因素進行編號，見表1。

2 基于DEM-ISM的鐵路信號系統施工質量管理

2.1 DEMATEL模型構建

決策試驗和評價試驗法（Decision-making Trial and Evaluation

Laboratory，DEMATEL）是一種用來分析系統中各要素之間相互關系和影響的方法[5]。對12個影響因素中的每2個因素的相互影響程度進行比較，得到12×12階的原始矩陣U。將影響程度比較分4個層次，分別為0分（無影響）、1分（較小影響）、2分（中等影響）及3分（較大影響），邀請9位專家，取平均值作為最終比較結果。原始矩陣U如圖1所示。

用公式（1）對原始矩陣進行規范化，得到規范影響矩陣V。

式中：Uij為原始矩陣U中的元素，表示因素i對因素j的影響程度。

再由規范影響矩陣V得到綜合影響矩陣W，如公式（2）所示。

式中：I為單位矩陣。

用公式（1）和公式（2）計算得到綜合影響矩陣W，如圖2所示。

2.2 ISM多層次遞階模型構建

解釋結構模型（Interpretative Structural Modeling，ISM）是一種用來分析和揭示復雜系統中各要素之間相互作用和影響關系的系統學方法，其核心是通過分析各因素之間的相互影響關系構建精簡的多層次遞階模型[6]。在DEMATEL模型綜合影響矩陣W的基礎上，構建整體影響矩陣H，如公式（3）所示。

在計算過程中，ISM取值為（0，1），因此在整體影響矩陣H的基礎上引入閾值λ（λ∈[0，1]），將整體矩陣H轉化為ISM模型的可達矩陣K，用公式（4）和公式（5）計算可達矩陣中的元素。

式中：hij為整體影響矩陣H中的各個元素，n為矩陣階數。

閾值λ的取值與綜合影響矩陣的標準差有關，經試算，閾值λ取0.06，利用公式（3）～公式（5），計算可達矩陣K。如圖3所示。

在可達矩陣K的基礎上確定可達集Q和先行集R，可達集Q、先行集R分別表示可達矩陣K中某因素對應行、列含有1的元素集合。根據條件是否成立，建立多層次遞階模型，判斷方法如公式（6）所示。

利用公式（6）的判斷方法對可達矩陣進行6輪判斷后，將12個因素分成6個等級，詳見表2。

根據DEM-ISM模型的分析結果可知，技術經驗水平、項目監管監督及施工驗收標準是影響鐵路信號系統施工質量的根源影響因素，因此在鐵路信號系統施工過程中，應采取重點管控措施。

3 基于LEC法鐵路信號系統施工質量控制因素識別

3.1 LEC法概述

LEC法屬于半定量的風險評估方法，全稱為作業條件危險性評價法，用于評估作業條件或特定活動的危險程度[7]。LEC法根據3個主要因素來評估風險：事故發生的可能性（L）、暴露于危險環境的頻繁程度（E）以及一旦發生事故可能造成的后果（C），采用3個因素分值相乘得到風險分值D，來衡量事件的風險等級。計算過程如公式（7）所示。

式中：D為事件發生后所造成的風險等級；L為事件發生的可能性；E為事件發生的頻繁程度；C為事件發生后可能導致的后果。

在鐵路信號系統施工質量控制中應用LEC法，對各影響因素發生的可能性、頻繁程度及后果進行分析，確定相應的控制措施。

3.2 LEC法評估結果分級

根據表1，將影響鐵路信號系統施工質量的各個因素發生的可能性、頻繁程度及后果進行等級劃分及賦值。在因素發生的可能性中，通常將一定會發生的事件概率設定為1.0，賦分為10分，不可能會發生的事件概率設定為0，賦分為0.1分，其他事件概率為0.1～10分。事件發生的頻繁程度是根據項目建設周期增加而增加的，因此根據項目建設周期，周期越長的項目，事件發生的頻繁程度越高，而周期越短的項目，頻繁程度越低，同樣將事件發生的頻繁程度劃分為0.1分～10分。事件發生后果的影響程度將采用人員傷亡數量、經濟損失、環境影響及工期延誤等作為評價標準，考慮事件發生后果損失的波動范圍較大，將C值設定為0.1分～100分。其中，事故后果僅早上輕微損失的分值為0.1分，而造成人員傷亡或極大經濟損失是分值為100分。各影響因素發生的可能性、頻繁程度及后果等級劃分及賦分見表3。

根據公式（7），計算各因素發生后所造成的風險等級D，確定LEC法評估分級結果，見表4。

3.3 鐵路信號系統施工質量控制因素識別

在鐵路信號系統施工過程中，施工質量的控制因素主要包括人員、機械、材料及方法4個維度及12個影響因素，每個因素發生的可能性、頻繁程度及引發的后果都是不可控的，但可以利用現場的管理手段降低因素發生的可能性、因素的頻繁程度及避免因素發生引發的不良后果。組建鐵路信號系統施工質量影響因素發生風險等級評估小組，對各維度的影響因素進行評估，結果見表5。

由表5可知，D值大于300的因素主要有A1、A3、B2，這3個因素發生后對鐵路信號系統施工質量影響較大，會造成較為嚴重的后果。結合鐵路信號系統施工質量影響因素分級可知，A1及A3兩個因素屬于根源因素。綜合而言，技術經驗水平A1及項目監管監督A3是影響鐵路信號系統施工質量的控制因素，若無法對其進行有效管控，會對工程質量造成極大的危害，并可能導致人員傷亡或造成較大的經濟損失。

4 結論

本文針對鐵路信號系統施工質量管控進行了分析，通過分析鐵路信號系統施工特點，從人員、機械、材料及方法4個維度，構建了涵蓋12個因素指標的鐵路信號系統質量評價體系。采用DEMATEL模型及ISM模型，充分利用DEMATEL模型在量化處理層次結構問題上的特點和ISM模型分解復雜結構中的優勢，將鐵路信號系統質量影響因素分為表層、深層及根源影響因素3個層次。采用LEC法對鐵路信號系統施工質量影響因素進行風險等級評估，集合多層次遞階分級結果，確定技術經驗水平及項目監管監督兩個因素為影響鐵路信號系統施工質量的控制因素。

參考文獻

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