基于本质安全理论的铁路调度安全保障体系研究

Railway Dispatching Safety Assurance System Based on Intrinsic Safety Theory

摘要

铁路调度指挥是保障铁路整体安全高效运转的核心，其安全性和高效性需要持续加强和完善。基于本质安全理论，针对铁路调度指挥全天候、多工种、跨区域的管理特点，提出铁路调度本质安全概念和内涵，梳理涉及调度指挥的人、机、环和管四要素的关联关系及其安全风险致因，明确了铁路调度风险产生的直接原因、间接原因和本质原因。围绕铁路风险本质原因及其特征规律，基于超前防止事故向超前防控风险转变的思路，从人员安全管理、设备系统安全保障、环境安全监控、管理安全治理四方面为切入点构建铁路调度本质安全保障体系框架，对铁路调度安全各个薄弱环节和潜在安全风险点进行逐一改善和管控，实现调度系统本质安全水平的有效提升，进一步提高铁路调度指挥的可靠性和稳定性。

Abstract

Railway dispatching command is the core of ensuring the safe and efficient operation of the entire railway system, necessitating continuous enhancement and improvement of their safety and efficiency. Based on the intrinsic safety theory and the round-the-clock, multi-role, and cross-regional management characteristics of railway dispatching command, this paper introduced the concept and connotation of intrinsic safety in railway dispatching. It identified the correlation and safety risk causations among the four key elements involved in dispatching, i.e., personnel, machine, environment, and management, clarifying both the direct, indirect, and intrinsic causes of railway dispatching risks. Based on the causes and characteristics of railway risks and the shift from accident prevention to proactive risk control, a framework for the intrinsic safety assurance system of railway dispatching was constructed from four aspects: personnel safety management, machine safety assurance, environmental safety monitoring, and management safety governance. By systematically mitigating weaknesses and potential safety risks in railway dispatching, the system enhances the intrinsic safety level of train dispatching, thereby improving the reliability and stability of railway dispatching.

Graphical abstract

关键词

铁路调度指挥 / 本质安全 / 人机环管 / 调度安全保障体系 / 风险防控

Key words

Railway Dispatching / Intrinsic Safety / Personnel, Machine, Environment, and Management / Dispatching Safety Assurance System / Risk Prevention and Control

0　引言

铁路调度指挥是保障铁路运输安全和高效的核心环节。我国铁路运营里程持续增长，列车运行速度不断提升，新技术广泛应用的同时，人、机、环、管多种要素互相耦合与协作的特性变得越来越突出，调度场景更为复杂多样，给调度指挥系统带来了更大挑战。低质量的调度指挥可能导致严重的安全事故，不仅造成人员伤亡和财产损失，还会引发公众对铁路企业安全运输的担忧，降低旅客、货主的信任度，从而影响铁路运输系统的稳定性和可持续发展。

近年来，本质安全理念逐渐兴起，为铁路调度安全能力的提升带来了新思路。不同于传统的安全管理思想，本质安全以系统为研究对象，着重从人、机、环、管四要素展开以防范安全风险。罗扬帆等^[1]从人员、设备、环境、管理4方面阐述铁路本质安全内涵，并构建了铁路本质安全建设可行性评价方法。杨子楠^[2]提出了源头治理本质化、组织协同本质化等实现铁路运输本质安全的管理路径。张铁钢^[3]针对信息传递过程中感知数据短缺、失真的问题，提出了融合多维度感知、全过程采集的铁路货车装载状态安全管控思路。同时，众多学者分别就人、机、环、管四要素进行了深入研究。在人员方面，Ursarova等^[4]通过分析铁路运输事故案例，发现63%~95%的事故在一定程度上是由人为因素造成的。人员的安全意识、操作技能^[5]和安全文化^[6]对提高铁路调度系统本质安全具有重要意义。在设备系统方面，研究人员通过开发铁路本质安全信息管理系统^[7]，提出铁路系统的实时监控方法^[8]，来实现信息共享、危险源闭环管控等功能。谢泽等^[9]认为技术安全保障体系是依托先进的信息、通信、控制技术，实现跨业务领域和覆盖铁路全生命周期的各阶段的系统性整合。孙文桥等^[10]从准确性、安全性和稳定性3个角度总结构建智能化编组站生产作业安全评价指标体系。在环境监管方面，郑佳怡等^[11]利用空天地遥感技术，提出包含全面隐患排查、关键目标实时监控、风险量化分级的新环境监管模式。宋蔚峰等^[12]运用智能语音、视频分析技术，突破当前语音和视频分析主要依靠人工回放而难以精确锁定和即时察觉外部安全隐患的局限。在管理方面，郭东风等^[13]提出成立专门的铁路规章管理机构来解决规章制度的冲突现象。保鲁昆等^[14]设计搭建了面向不同管理层级的技术规章管理平台来规范技术规章的管理流程。

综上所述，众多学者对铁路调度指挥系统局部环节安全能力的提升进行了探究。然而，调度事故往往由一种或多种风险点共同引发所致，具有较强的联动性；并且局部环节改进对于调度系统整体安全性的提升效果有限，亟需从全局的角度进行风险预防及处置。因此，研究从调度系统全局出发，遵循本质安全理念，对调度系统人、机、环、管四要素的风险致因进行分析，排查出调度安全管控的薄弱环节和潜在的安全风险。从“人-机-环-管”四要素入手构建铁路调度安全保障体系，提升调度系统本质安全水平。

1　铁路调度本质安全概述

1.1　本质安全内涵

狭义的本质安全^[15]是指失误导向安全和故障导向安全功能，即通过设计、管理等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误操作或设备发生故障的情况下也能避免事故发生。广义的本质安全是指人(人员)、机(设备、技术)、环(环境)、管(管理)各要素相互协作达到的安全水平，即通过优化资源配置来提升系统整体水平，确保所有潜在危害都能得到有效控制，从而使整个系统维持安全、可靠水平，最终实现长期稳定的本质安全状态。由上述本质安全定义可知其内涵主要体现在2方面：一方面在于子系统本身具有自我修复机制，即通过追溯本源，补齐系统中各环节、要素的短板，使得各子系统自身具备抗风险能力；另一方面在于系统本身具备较强的韧性，能够在一定程度内吸收潜在的风险，维持系统安全运转。

1.2　铁路调度本质安全内涵

铁路调度本质安全是指铁路调度安全生产领域利用自动化、数字化、智能化等先进技术，使铁路调度相关人员、设备、技术、环境、制度、标准、管理等因素有机结合，有序运用系统自身属性确保安全。“人-机-环-管”为实现本质安全提供了实践框架，四者之间相互联系、相互影响，各要素处于正常、和谐状态，且达到协调一致，铁路调度系统才会处于稳定安全状态。它强调通过综合管理策略，对人员的不安全行为、设备系统的不安全状态、环境的不稳定干扰以及管理的缺陷进行识别、评估和控制，从而降低事故风险，使得生产系统在面临挑战时也能保持其固有的安全性。

2　基于本质安全的铁路调度风险因子分析

基于本质安全理念，从铁路调度指挥“人-机-环-管”四要素出发，分别以系统中各子要素和整个系统作为研究对象分析风险产生的直接原因、间接原因和本质原因，直接原因对事故的发生起到直接推动作用，间接原因为事故的发生提供了条件，本质原因是导致事故发生的最根本的因子。据此针对各个层面上的影响因素提出相应的安全保障要点，构建调度指挥安全风险因子体系如图1所示。“人”主要指各调度工种及其自身个性、专业技能、工作态度等；“机”主要指实现调度指挥功能的硬件设备和软件系统；“环”主要指自然环境和外部干扰等；“管”主要指使调度系统合理可行的技术规章和管理制度。在实际调度工作中，四要素相互关联、相互影响、共同作用以维持铁路调度安全系统的平衡与稳定。

2.1　“人”的风险因子

从“人”的维度分析，造成调度员不安全行为的直接原因包括调度员违规操作(如不按章执行、不规范操作指挥)、决策失误、设备故障处理不当和应急处置能力较弱等，进一步诱发调度员不安全行为的间接、本质原因分析如下。

2.1.1　间接原因

（1）安全文化教育缺乏。安全文化是基石，缺失会导致人员安全意识不足，对潜在风险缺乏敏感性和警觉性，甚至疏忽规章制度执行。

（2）人员选拔制度不完善。未充分考虑调度岗位的特殊性与高要求，比如心理素质等，导致选拔人员综合素质、能力水平参差不齐，成为诱发风险的重要因素。

（3）技能培训不足。调度员需要熟练掌握设备操作和应急流程，若技能培训不足或培训内容与实际工作脱节，在面临突发情况时会应对不力。

（4）监管制度不严格。监管标准不统一和执行力度不足，使得调度员在日常工作中容易产生松懈情绪，进而降低对安全操作规程的精准执行。

（5）安全卡控不到位。调度系统依赖人工监管，易受人员主观意识或经验水平影响，导致错误命令或操作难以及时被纠正。

2.1.2　本质原因

（1）专业能力不足。较常见的问题是调度命令撰写不规范、不准确，例如调度命令受令处所填写不全面、调度命令内容错漏、关联台互控不到位等极易引起执行人员的误解，极大影响调度指挥的正确性。

（2）安全意识薄弱。部分调度员未能充分认识到自身工作对铁路运输安全的核心保障作用，对调度员由“指挥员”向“指挥员+操作员”角色转换认识不深刻，对日常培训和考核缺乏重视，忽视仿真实训操作中的细节问题，从而埋下安全隐患。

（3）生理、心理素质较弱。应急处置过程中，调度员可能因多任务处理压力大，未能及时发现问题，导致错失最佳处置时机，从而使潜在的安全风险进一步升级。

基于上述剖析，在“人”的本质安全层面，安全保障重点在于强化以安全文化为核心的教育培训体系，深化专业技能，提高调度员安全意识；引入智能安全卡控手段，从源头抑制风险；促进规章制度规范化、体系化，严格落实监管制度，加强应急管理培训等。

2.2　“机”的风险因子

从“机”的维度分析，“机的风险”强调的是调度员在信息传递和指挥过程中使用到的“工具”失灵，包括调度指挥系统(包含CTC、TDCS等)故障、SCADA/PDMS故障、通信信号故障、监控设备异常等内容；此外，线桥隧、机车车辆属于基础设施和活动设备，是调度员工作的对象，而非“工具”，因此线桥隧、机车车辆故障虽然会对调度系统的安全性产生影响，但其不属于“机”的直接风险因子范畴。进一步，“机”的风险产生的间接、本质原因分析如下。

2.2.1　间接原因

（1）设备操作复杂。设备使用难度高，调度员操作负担重。例如，调度员需手动设置限速，操作过程耗时且存在滞后性，影响调度效率并对运输安全构成潜在威胁。

（2）报警提示过于频繁。系统未有效过滤外部环境报警，频繁推送信息干扰判断，导致其难以聚焦关键风险点并采取针对性措施。

（3）人机互控不到位。系统设计不合理，未充分考虑操作便捷性与报警信息有效性，造成信息筛选功能缺失，增加操作复杂性，影响工作效率与安全性。

2.2.2　本质原因

（1）设备源头设计缺陷。设备研发未能充分考虑实际需求，导致报警过载、界面复杂，削弱了设备在实际中的安全保障作用。

（2）设备的更新、维护不及时。当设备出现数据延迟、信息失准却没有及时维修时，会增加列车运行风险，甚至引发事故。

（3）检修管理落实不到位。检修流程落实不严，部分设备长期处于亚健康状态。人员培训不足，导致调度员操作不熟练，限制设备功能发挥，间接增加行车安全风险。

基于上述剖析，在机的本质安全层面，安全保障重点在于加强人员盯控，提高设备操作水准，优化设备系统设计，提升维护管理水平，应用智能安全分析技术。此外，应加强双重预防体系建设，将设备故障预防与应急管理深度融合，形成系统性安全保障方案。

2.3　“环”的风险因子

从“环”的维度分析，外部环境干扰往往具有突发性和不可控性，例如地质灾害、气象因素、生物与人为干扰等都会造成铁路安全运输受阻，直接影响调度指挥工作正常运行。进一步，“环”的风险产生的间接、本质原因分析如下。

2.3.1　间接原因

（1）现场人员警惕性不足。若现场人员警惕性不足，未能及时发现设备故障、环境异常等潜在风险，会导致错失最佳处置时机，埋下安全隐患。

（2）监控设备可靠性不足。例如，CTC调监设备报警机制不完善，对部分确需报警的故障信息未能准确提示，影响调度员的判断和处置效率。

2.3.2　本质原因

（1）预警机制不完善。在连续降雨初期，铁路部门未能准确预测降雨可能引发的山体崩塌风险，预警机制未能及时启动，导致抢险工作滞后。

（2）应急管理机制不完善。面对多变的自然环境和突发事件，缺乏动态调整和灵活处置能力，难以适应复杂环境的需求。

基于上述剖析，在“环”的本质安全层面，安全保障重点在于强化现场人员盯控，促进作业流程规范化；推动信息共享，提高信息传递效率；提升对环境变化的精准感知与快速响应能力，健全应急管理体系，增强灵活性和执行力，为应对突发事件提供有力保障。

2.4　“管”的风险因子

从“管”的维度分析，致使管理疏漏的直接原因主要包括应急救援能力不足、设备检修不及时、班组管理不到位等，其风险产生的间接、本质原因分析如下。

2.4.1　间接原因

（1）规章制度不成体系、落实难。随着调度所安全生产标准化建设的推进，现行规章制度已经得到充分体现，但是在落地、落细上与管用的标准还有较大差距。

（2）监督机制不健全。目前调度安全管理主要依赖中国国家铁路集团有限公司、铁路特派办及铁路局集团公司层面的监督，但其他专业部室对调度所日常工作的专业指导作用较弱，存在监管空白和指导缺失。

（3）作业标准待统一。例如，调度命令的标准化建设不足，导致信息传递过程中易出现误解；技术规章规范性不够，给现场作业人员执行带来困难。

（4）技术规章更新不及时。当生产条件或作业环境变化，或规章制度不适应现场需求时，必须及时修订，保证规章的实时性和准确性，从而保障现场作业安全。

（5）管控环节不足。非正常情况下，列车基本信息上报机制常常滞后，调度员需频繁向司机及相关人员确认关键信息，可能导致应急处置延误，增加安全风险。

2.4.2　本质原因

（1）人员职责意识和使命感不足。作业人员缺乏使命感，未能严格遵守规章制度，影响调度安全管理的连续性与稳定性。

（2）人员的问题洞察与解决能力有待提升。作业人员在发现问题和根源识别方面存在不足，难以提出有效改进方案，直接影响调度系统运行效率和安全水平。

（3）管理理念存在滞后性。面对列车设备升级，行车组织复杂化等特点，传统的调度管理理念和专业能力需适应发展需求，超前防控风险的理念亟待加强。

基于上述剖析，在“管”的本质安全层面，安全保障重点在于优化人员选拔与培养机制，强化人员适岗能力；强化超前防范风险的管理理念，加强对人、机、环的全过程管控，健全监督机制；注重规章制度的标准化、体系化建设，严格执行并确保规章的动态更新与时效性。

通过对人员不安全行为、设备非正常运转、环境干扰和管理缺失的风险因子的研判，设备系统的不断更新完善能够敏锐捕捉环境异常、精准识别风险和提高预警功能，从而弥补人员的操作漏洞。管理水平的提升能够强化人员操作规范，人员的按标作业和高度的责任意识也会极大提升系统的安全水平。因此，结合本质安全思想，有针对性地构建铁路调度安全保障体系，促使“人-机-环-管”四要素共同协作、互为补充，共同保障铁路调度安全。

3　铁路调度本质安全保障体系构建

3.1　体系框架

基于对铁路调度系统各风险因子的识别以及对安全保障重点的分析，从人员安全管理、设备系统安全保障、环境安全监控、管理安全治理四方面构建调度安全保障体系，提出由“人-机-环-管”四要素构成的铁路调度本质安全保障体系如图2所示。“人-机-环-管”四要素相互协作形成全方位的安全防护网络，人员是调度系统中的操控者和决策者，设备和技术的有效实施，均依赖于人员的操控，故人员是安全保障体系的核心；设备、系统的良好工作状态是巩固安全防护的根本；人员和设备依托于环境的存在，故环境是调度指挥的外部条件；管理贯穿整个调度系统，指导工作流程合理、可行。随着新技术的发展和成熟，促使调度指挥系统的各环节朝着数字化、智能化方向转变，以科技的手段逐步改善“人”“机”“环”的痛点问题，例如可靠有效的辅助决策、安全卡控、调度命令自动下达等技术，能够降低人员的工作负荷，弥补人员操作中的潜在漏洞；更高精度的传感器设备、数据融合与分析技术、自适应学习与改进等技术提高对设备、环境监测的精准度。同时管理水平的提升能够强化人员操作规范程度，各因素共同协作、互为补充，共同保障铁路调度安全。

3.2　“人”——安全管理

人员是调度指挥安全保障体系中的核心力量。在“人”的安全管理方面，建立教育培训体系、安全责任制体系和调度指挥智能辅助体系3个板块的内容。主要从人员的责任意识、操作规范和辅助处置能力3个方面遵循精细化管理、全过程管控、标准化作业等准则来提高“人”的本质安全。

（1）教育培训体系。包括专业技能培训、安全文化教育、操作考核、事故案例分析和应急演练等。加大对专业技能培训的投入，提高对操作技术和方法的掌握，促使调度员按作业规范开展工作；加强安全文化教育，培养调度员关注细微风险、保持严谨态度；通过考核机制提高工作准确性，确保安全细则牢记于心；加强应急处置训练，定期回顾事故案例，提高防范有效性。

（2）安全责任制体系。通过安全生产责任制明确各层级的安全职责，强化责任落实，推动安全管理规范化、显性化和智能化，建立起全员参与的安全文化，提高应对突发事件的能力，保障铁路运输安全稳定。

（3）调度指挥智能辅助体系。利用技术弥补人员漏洞，增强系统安全韧性，涵盖辅助决策及安全卡控功能，实现调度命令下达和设备操控自动化，推动列车运行的数字化调度与协同控制；利用冲突检测、疏解及应急决策技术，辅助调度员决策，提升效率与安全。

3.3　“机”——安全保障

机(设备、技术系统)是调度指挥安全保障体系中的重要基础。在“机”的安全保障方面，建立调度设备安全体系、调度安全管控智能化体系、智能监控安全分析技术体系和调度网络安全体系4个板块的内容。主要从设备生产运营维护、信息管理与分析、安全卡控等方面遵循智能便捷化、检修精细化、全过程管控等准则提高“机”的本质安全。

（1）调度设备安全体系。包含有列车调度指挥系统(TDCS、CTC)、数据采集与监视控制系统(SCADA)、供电调度智能化管理系统(PDMS)、运输调度管理系统(TDMS)等实现列车正常运行的基础设备。各系统依照运输生产作业的标准，对运输安全各关键环节进行全程管理，从而增强调度系统的安全保障能力。

（2）调度安全管控智能化体系。引入人工智能、机器学习等技术，自动分析、预测和优化列车运行计划；打破各层级部门之间信息壁垒，实现多源信息汇集，提升数据综合处理和利用水平；集成数据分析、模拟仿真等技术，提供多维度的信息和分析结果，辅助调度员进行安全决策；建立持续改进的自适应学习机制，不断收集、分析调度系统运行数据，发现安全问题并及时改进。

（3）智能监控与安全分析技术体系。建立多源感知监测与预警系统，实时采集列车、信号和设备状态，识别安全风险并传输给调度员；通过大数据分析和预测模型，实现数据有机化和关联化，推动预防管理和源头治理。

（4）调度网络安全体系。实施网络安全策略，采用防火墙、入侵检测等技术手段，保护调度系统免受攻击。建立安全的网络架构，通过加密和权限控制，防止数据泄露和恶意攻击，确保信息安全。

3.4　“环”——安全监控

环境(包括自然环境、外部干扰等)的安全监控是调度指挥安全保障体系的前提。在“环”的安全监控方面，建立了自然灾害、异物侵限监测系统和智能隐患排查与预警系统3个板块的内容。主要针对不确定性、突发性的干扰遵循监控智能化、预警精准化和应急处置迅速响应等准则提高“环”的本质安全。

（1）自然灾害监测系统。监控风、雨、雪、地震等影响铁路运行的自然灾害，结合铁路线路的地形地貌特征，评估自然因素对行车的影响，对监测到的异常数据能够快速响应，及时调整列车限速或停车，提升安全保障能力。

（2）异物侵限监测系统。全天候监测上跨铁路的桥梁，及时发现异物掉入铁路线路的问题，迅速响应并拦停列车，避免因异物入侵导致的脱轨和碰撞事故，保障列车运行安全。

（3）智能隐患排查与预警系统。针对沿线铁路基础设施及防护装备进行全面精细地安全排查，加强无人机巡检、数据驱动的风险预测等技术的应用，实现对外部环境的全方位实时监测与智能预警功能。

3.5　“管”——安全治理

管理贯穿于人、机、环，促使调度指挥系统更规范地开展工作。在“管”的安全治理方面，建立规章制度体系、应急管理体系、双重预防体系、监督监管体系4个板块的内容，遵循严谨规范、通俗易懂、贯彻落实原则提高“管”的本质安全。

（1）规章制度体系。调度指挥管理制度明确操作流程和命令传递标准，确保高效规范工作；制定技术标准，明确技术指标和性能要求，保障系统安全性和可靠性；优化人员选拔，确保能力匹配和团队专业性；将规章制度与实际运输需求整合，为调度员提供明确的工作导向。

（2）应急管理体系。通过完善应急处置流程和建立有效的管理机制，确保各个环节能够在紧急情况下迅速响应并进行高效安全地处理；关注人员、设备和制度的适应性，防范外部环境变化带来的安全风险，使环境处于可控范围。

（3）双重预防体系。通过风险分级管控和隐患排查治理体系，从全生命周期角度进行源头识别、风险评估和分级，追求实效、遏制初始风险迹象，防范化解重大风险。将设备故障预防与应急管理深度融合，形成系统性的安全保障方案。

（4）监督监管体系。通过建立自上而下的监督机制和自下而上的反馈机制，及时改进衔接工作中的不合理之处，排查安全隐患；发挥运输、供电、电务等专业部门的指导作用，依托安监部门与调度部门的协作，加强作业纪律监督检查，规范调度员作业行为，防范操作偏差引发的安全隐患。

4　结束语

通过深入研究本质安全理念，并针对铁路调度指挥特征，提出了铁路调度指挥的本质安全内涵，强调了“人-机-环-管”四要素在构建调度指挥安全保障体系中的关键作用。深入分析各要素潜在风险的直接原因、间接原因和本质原因，并提出了相应的安全保障要点。基于“人-机-环-管”四要素，构建了一个全面保障铁路调度安全的调度安全保障体系，是本质安全思想在铁路调度领域的应用，对进一步提高调度生产作业安全性和可靠性有着重要参考价值。

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基金资助

中国铁道科学研究院集团有限公司科研项目(2024YJ144)

甘肃省科技计划资助-联合科研基金重大项目(24JRRA865)