基于三庫融合的城市軌道交通作業風險管控系統研究

嚴 律,陳 浩,高 凡

（1.武漢地鐵運營有限公司 線網運營指揮調度中心,武漢 430030；2.中國鐵道科學研究院集團有限公司 電子計算技術研究所,北京 100081）

截至2022 年底,我國城市軌道交通運營線路總長10 287.45 km,較上年新增1 080.43 km,繼續保持快速增長。快速增長的城市軌道交通運營線路對運營管理提出了較大挑戰,運營作業的風險管理與控制成為軌道交通運營單位關注的重點。2019 年,交通運輸部印發了《城市軌道交通運營安全風險分級管控和隱患排查治理管理辦法》（簡稱：《辦法》[1]）,對運營單位風險分級管控和隱患排查治理提出了具體規定和要求。但是,如何將《辦法》有效貫徹落實,充分發揮雙重預防機制在運營單位安全管理中的作用,是運營單位遇到的難題。

為實現軌道交通安全運營,裴歡等人[2]以南京地鐵為例介紹了安全管理信息系統的主要模塊；蒙國往等人[3]針對軌道交通建設工程項目,提出了一套完整的風險管理信息化系統開發方案；王艷輝等人[4]分析了軌道交通運營風險主動防控平臺的邏輯架構、功能架構、業務流程和數據關系；陳建偉[5]探討了城市軌道交通運營企業風險管理中的風險管理組織架構、ALARP 風險管理原則,以及風險管理過程和方法；陳同喜等人[6]提出了基于安全大數據應用平臺的鐵路安全綜合管理系統設計方案；陳云峰等人[7]基于鐵路基礎設施設備網格化管理的理論,提出了蘭新（蘭州—烏魯木齊）高速鐵路工務安全風險管理系統設計方案；劉光武[8]介紹了廣州地鐵工程安全風險管理信息系統的架構體系、主要功能。上述研究中,針對軌道交通作業風險管控中風險、作業規章及應急預案、事件案例的一體化管理研究較少,為此,本文從運營單位對風險管理的需要出發,提出了基于風險數據庫、作業規章及應急預案庫、事件案例庫（簡稱：三庫）融合的城市軌道交通作業風險管控系統（簡稱：作業風險管控系統）建設思路,旨在實現對安全風險、作業規章及應急預案、事件案例的一體化管理,支持多業務、多崗位協同作業,提升運營單位風險管控能力。

1 系統架構

作業風險管控系統架構如圖1 所示。

圖1 作業風險管控系統架構

1.1 數據層

數據層包含風險數據庫、作業規章及應急預案庫、事件案例庫。

1.1.1 風險數據庫

風險數據庫存儲作業風險分級管控過程中需要和產生的數據,主要包括作業活動清單數據、作業活動風險評價數據和作業活動分級管控清單數據。其中,作業風險分級管控清單數據是風險數據庫的核心數據,主要數據包含作業活動、作業步驟、危害因素、風險評級、管控措施、責任人等內容。

1.1.2 作業規章及應急預案庫

將軌道交通運營過程中與作業活動相關的各層級法律法規、標準規范、管理制度、作業規章及應急預案等內容進行數字化和信息化處理,重點是對作業規章及應急預案進行解讀、分類、分解、匯總,數據庫架構類似于文獻數據庫。通過作業規章及應急預案庫的建設,實現對作業規章及應急預案的分類存儲、檢索和應用等。

1.1.3 事件案例庫

事件案例庫是將軌道交通運營單位本單位和行業中發生的事故事件案例進行數字化處理,主要數據包括事件的發生經過、事件分析、問題及整改措施等內容,實現對事件案例信息的存儲、分析和管理等。

1.2 基礎能力層

基礎能力層,實現作業風險基礎管理、作業規章及應急預案管理、事件案例管理。

1.2.1 作業風險基礎管理

作業風險基礎管理主要包括安全風險管控和隱患排查治理,其管理內容如圖2 所示。

圖2 作業風險基礎管理內容

1.2.2 作業規章及應急預案管理

軌道交通運營單位內、外部作業規章及應急預案繁多,管理和使用的難度較大,在實際工作常常出現規章制度應急預案無法及時更新、相關規定無處查找等問題,給作業活動帶來較大的合規風險。通過作業規章及應急預案管理,實現新作業規章及應急預案的及時識別通知、錄入更新、便捷檢索。作業規章及應急預案管理內容如圖3 所示。

圖3 作業規章及應急預案管理內容

1.2.3 事件案例管理

通過對事件案例的數字化處理,實現事件案例的標準化、規范化管理,幫助運營單位對事件案例的統計分析,研究、判斷運營事件的發展規律。事件案例管理內容如圖4 所示。

圖4 事件案例管理內容

1.3 應用層

應用層,面向作業人員和管理人員,提供風險、作業規章及應急預案、事件案例的一體化管理,以及安全風險警示教育、作業風險管控、輔助決策等應用,更好地輔助運營單位開展作業風險管控和安全管理工作。

2 系統功能

作業風險管控系統主要功能如下。

2.1 風險、作業規章及應急預案、事件案例一體化管理

根據風險、作業規章及應急預案、事件案例這三者之間的關系,實現一體化管理。當風險管控措施中關系作業規章及應急預案時,可對相應的作業規章及應急預案進行修訂、完善；當作業規章及應急預案進行修訂時,明確作業風險,落實風險管控措施,同時,落實相關規章、規定,避免合規性風險；當發生新的事件時,根據事件的影響程度,重新進行風險識別和評估,擬定對應的整改措施,完善相關作業規章及應急預案。

2.2 安全風險警示教育

為作業人員提供各類作業的風險警示、管理規定,以及對應的事件案例,便于運營單位組織安全風險教育,提升教育實效；特別是對風險較大的專項作業活動,可以借助該系統,提前開展安全交底工作,提高工作效率。

2.3 作業管控及輔助決策

針對風險較大的作業活動,實施過程管理,促使每個作業步驟按照規定執行；針對非正常情況下的應急處置,為作業人員提供應急處置預案、相關歷史事件案例,達到輔助決策目的。

2.4 作業風險聯防聯控

在作業風險管控中,由于組織機構和管理職責的關系,不同崗位的作業風險往往獨立辨識和評估,管控措施的擬定和落實也是針對獨立的崗位。在一項多崗位協作的作業活動中,作業人員可能僅了解自己崗位的作業規定,而不了解其他崗位的作業流程,難以在整體層面實現風險控制。本文設計的作業風險管控系統向作業人員提供所有崗位的作業活動、作業流程、作業規定和作業風險預警,實現作業風險聯防聯控。

2.5 作業風險動態管理

統計分析事件案例,提供不同階段、不同運營時間、不同地點的風險情況和發展特征,輔助運營單位有針對性地開展風險管控,將風險控制在隱患形成之前。

3 三庫融合實施步驟

本文設計的作業風險管控系統與傳統的安全風險管控系統最大區別是實現了風險數據庫、作業規章及應急預案庫、事件案例庫的三庫融合,實施步驟如下。

3.1 構建作業活動清單

由于軌道交通運營的作業活動具有數量多、種類多、配合復雜的特點,構建作業活動清單,既是作業風險辨識的一個重要步驟,也是實現三庫融合的關鍵。

3.1.1 以崗位為單位構建作業活動清單

軌道交通運營單位各生產崗位根據崗位職責和該崗位相關的作業規章及應急預案,構建作業活動清單。在實際構建時,可以將每個崗位作業活動清單分為正常情況下的作業、非正常情況下的作業、事件的應急處置等3 類,并遵循作業活動內容劃分合理、功能獨立的原則。

3.1.2 分類整合崗位作業清單

從運營單位整體角度進行分類整合,主要分為2 類作業。

（1） 單個崗位獨立完成的作業,不需要整合,直接作為整體作業活動清單中的項目。

（2） 涉及多崗位協同的作業,運營單位需要對其進行整合,整合后作為一項作業,列入活動清單。

分類、整合完成后,形成作業活動清單列表,列表主要包括作業活動名稱、作業活動編號、關聯崗位、作業活動概述等內容。

3.2 建設數據庫

基于作業活動清單,完成數據庫的建設。

3.2.1 風險數據庫建設

根據作業活動清單,運用作業工作危害分析法（JHA,Job Hazard Analysis）,針對每個作業活動中的每個作業步驟或作業內容,識別出與此步驟或內容有關的危險源；據此進行風險評估,形成作業活動分級管控清單數據,完成風險數據庫建設。

3.2.2 作業規章及應急預案庫、事件案例庫建設

在作業規章及應急預案錄入數據庫前,對作業規章及應急預案進行分解、分類,并對關鍵條款進行解讀,將作業活動規定的條款直接與作業活動關聯。作業規章及應急預案庫的主要數據包括作業規章及應急預案編碼、名稱,以及主要條款編號、內容、關鍵詞、關聯作業活動編號等內容。事件案例庫的建設與作業規章及應急預案庫類似,重點是將事件案例與具體的作業活動相關聯。

4 關鍵技術

三庫的建設與融合關鍵技術如下。

4.1 分布式數據庫架構

考慮到數據量大、業務復雜等情況,選擇分布式數據庫架構,其水平擴展能力強、數據冗余備份可用性高。

（1）采用分布式關系型數據庫PostgreSQL,由多臺服務器組成集群,實現數據庫的水平擴展。

（2）利用分布式特性,數據按類別存儲在不同節點上,如風險數據在節點A、規章數據在節點B、案例數據在節點C,這樣便于托管大量數據。

（3）采用主從復制技術,數據同步到多個節點,提高可用性。主節點負責讀寫,從節點負責備份同步。

（4）利用Hash 分片技術,按作業活動編號分片存儲,擴展數據吞吐量,提高查詢效率。

4.2 數據庫內容設計

（1）風險數據庫的內容包括作業活動信息表、作業步驟信息表、風險信息表、風險評價信息表、風險管控措施表等。

（2）作業規章及應急預案庫的內容包括規章信息表、規章條款信息表、規章–作業活動關聯表等。

（3）事件案例庫的內容包括事件信息表、事件過程信息表、事件分析信息表、事件–作業活動關聯表等。

4.3 三庫關聯

三庫中均包含作業活動清單的內容,通過作業活動名稱、作業活動編號、關聯崗位、作業活動概述等內容實現三庫關聯。查詢時,可通過聯合查詢,獲得作業活動的風險信息、相關規章信息和案例信息等。

4.4 大數據分析技術

基于Hadoop/Spark 大數據框架,對數據進行批處理和分析。

（1）使用Hadoop/Spark 進行作業日志、監控數據的離線分析計算。

（2）利用MapReduce 進行風險評估模型的并行處理,如交叉驗證、特征工程。

（3）使用Spark SQL 進行規章條款關聯規則挖掘,找到作業活動之間的規章關聯。

（4）使用Spark Streaming 對實時監控數據進行風險預警識別。

4.5 數據接口設計

設計標準的RESTful API（Application Programming Interface）,采用JSON 數據格式,實現與其他系統的數據共享,如與監控系統獲取作業過程數據,與培訓系統交換作業風險信息等。

4.6 數據庫安全機制

采用基于角色的訪問控制方式,啟用安全套接層（SSL,Secure Socket Layer）協議訪問數據庫；使用備份工具pg_dump 定期進行全量及增量備份等安全措施,保證數據安全。

通過采用分布式數據庫、大數據、標準接口等技術,實現三庫的高效建設與融合。

5 結束語

風險、作業規章及應急預案、事件案例,三者相互聯系、相互支撐。本文從運營管理的需要出發,提出了基于三庫融合的城市軌道交通作業風險管控系統建設思路,旨在將風險數據、作業規章及應急預案數據、事件案例數據有效融合,促進軌道交通運營單位將重點安全生產數據有效整合,提升作業風險管控能力。在該系統的建設階段,將進一步完善其功能,使其能夠更好地服務于運營單位。