基于本质安全的智能化铁路编组站生产作业安全评价指标体系构建研究

Construction of Safety Evaluation Index System for Intelligent Railway Marshalling Station Operations Based on Inherent Safety

摘要

智能化铁路编组站是国内外编组站的研究和发展方向，编组站生产作业本质安全是其运营管理的重要组成部分。通过阐述铁路编组站本质安全内涵，从作业人员、设施设备、环境系统、管理体系4个方面研究，提出可监控、可分析、可控制、可优化的智能化铁路编组站本质安全目标。基于系统性与适应性及科学性与可操作性2个原则，从设备因素、人员因素、管理因素、其他因素4个层面，构建涵盖15个一级指标、35个二级指标在内的基于本质安全的智能化编组站生产作业安全评价指标体系，并逐一进行指标解释和计算说明，为铁路编组站智能化转型升级背景下的安全管控提供参考。

Abstract

Intelligent railway marshalling stations are the research and development direction for marshalling stations in China and abroad, and the inherent safety of marshalling station operations is an important part of their operation management. This paper proposed the connotation of inherent safety in railway marshalling stations specifically from four aspects: operational personnel, facilities and equipment, environmental systems, and management systems, and it put forward goals for inherent safety in intelligent railway marshalling stations that are monitorable, analyzable, controllable, and optimizable. Based on the two principles of systematic and adaptive nature, as well as scientific and operable characteristics, a safety evaluation index system for intelligent marshalling station operations based on inherent safety was constructed from four levels: equipment factors, personnel factors, management factors, and other factors, which included 15 first-level indicators and 35 second-level indicators. Each indicator was explained and calculated, providing support for safety control under the background of the intelligent transformation and upgrading of railway marshalling stations.

Graphical abstract

关键词

铁路 / 编组站 / 本质安全 / 评价指标 / 智能化

Key words

Railway / Marshalling Station / Inherent Safety / Evaluation Index / Intelligence

《新时代交通强国铁路先行规划纲要》(铁发改〔2020〕129号)明确提出，“人防、物防、技防‘三位一体’的安全保障体系健全有力，本质安全水平、安全预防及管控能力、应急处置、救援能力全面提升”的要求^[1]。现有编组站生产作业安全管理基于结果管控理念，以人工管控为主，管控压力大、盲区多、效果不可控、效果难考核，无法实现以精准防控为核心理念的全过程、全要素管控及隐患实时预警的本质安全的管理要求。随着自动化、智能化技术装备在铁路编组站推广应用，智能化编组站也成为我国铁路研究和实践探索方向^[2-3]。随着铁路编组站智能化转型升级进程的持续深入推进，安全管理模式和方法也需要随之进行调整。依托智能化铁路编组站作业及安全管控的多源数据，用智能化手段融合实现作业安全水平的动态评价和实时闭环管控，从而达到铁路编组站作业本质安全，是未来铁路编组站作业安全管控的必然发展趋势。

1　铁路编组站本质安全理念

1.1　铁路编组站本质安全内涵

本质安全概念源于20世纪50年代世界宇航科技界，主要是指电气系统具备防止可能导致可燃物质燃烧所需能量释放的安全性^[4]。本质安全理论近年来在国外的各个领域有了较大的发展，美国化学工程师协会、美国国家安全委员会等机构，陶氏化学公司、艾克森化学公司等企业也都在积极促进本质安全理论研究和应用^[4]。

我国针对本质安全的研究起源于20世纪60年代关于电子产品的可靠性研究，20世纪90年代在学术上明确提出本质安全概念^[5]。我国专家学者在交通、石油、电力、煤炭、金融、建筑、通信等众多行业进行本质安全的研究界定和应用探索^[6-7]。

借鉴其他行业和安全领域的研究成果及定义，本研究认为铁路编组站本质安全内涵为：在相对可靠的技术运用、设施设备及环境下，通过不断提高“人员-设备-环境-管理”各个要素的安全水平，消除导致编组站生产作业不安全的主要因素，从而使影响编组站生产作业安全的各因素处于被约束与控制状态下，最大化提升编组站系统的可靠性和韧性，使各类事故发生概率和后果降至可接受的限度。

铁路编组站本质安全主要体现在作业人员的本质安全、设施设备的本质安全、生产环境的本质安全、管理体系的本质安全4个方面。

（1）作业人员的本质安全。通过自动化、智能化作业装备替代内外勤作业人员的方式尽量减少人工作业，技术不成熟时尽量通过设备减少人员的上道外勤作业；作业人员有较好的心理、生理、技术业务素质，即具备强烈的安全意识、过硬的安全技能和专业岗位知识、规范的作业行为^[8]。

（2）设施设备的本质安全。编组站内所安装和使用的设施设备以故障导向安全为前提，在外界环境发生变化、人为误操作下，设施设备依旧能保证生产作业安全，尤其是人员安全。

（3）生产环境的本质安全。构建一个安全、良好、稳定的编组站室内外生产作业环境，不因人的不安全行为或物的不安全状态而发生事故，形成“人机互补、人机制约”的编组站安全系统^[8]。

（4）管理体系的本质安全。在编组站生产作业的危险源辨识、风险评估和全员参与的基础之上，建立一套规范、科学、系统、简洁的铁路编组站现代安全管理体系。

1.2　智能化铁路编组站本质安全目标

智能化铁路编组站安全管控的核心问题是解决智能化、少人化生产作业场景下“人员-设备-环境”时空位置冲突的及时准确判断、预警和处理技术。铁路编组站本质安全目标如图1所示。通过感知设备、作业装备、信息系统等获取多源基础数据，通过智能管控中心进行风险隐患识别、预警生成、方案编制、计划优化等，从而为编组站的作业下发安全预警指令、下发控制装备控制指令、提供人员处置方案、调整作业计划、调整计划执行方案，并根据调整后的计划执行方案指挥编组站的后续作业。

智能编组站作业安全管控，可分为可监控、可分析、可控制、可优化4个相互支撑又循序渐进的阶段。铁路编组站智能安全管控内涵如图2所示。可监控即能够通过声音、图像、温度、位置等数据的感知，获取场站内的生产作业及外部环境的实时状态信息。可分析即通过对基础数据的感知，通过智能识别和智能判断，分析是否存在人的不安全行为、物的不安全状态等。可控制即能够对信息系统和作业机具进行实时的精准控制和数据反馈收集。可优化即车站智能安全管控的判别模型和应急处置方案可以通过对效果的评价进行有监督学习的优化提升，以提升问题智能判别和处置的能力^[9]。

2　编组站作业安全评价指标体系优化研究

2.1　智能化编组站作业安全评价指标选择原则

在建立基于本质安全的智能化铁路编组站作业安全评价指标时，需要从多层次、全方位、系统化进行构建，在选取指标时，既要充分借鉴现有编组站作业安全评价因素和方法，也要充分体现智能化编组站少人化、无人化的作业特点，选取适应编组站智能化和安全本质化发展趋势的指标，在选择指标时遵循以下原则。

（1）系统性与适应性原则。智能化编组站作业安全评价的核心目标是全面反映智能化编组站作业安全的情况，找到生产作业和安全管理中的薄弱环节，进行优化提升，从而提升智能化编组站生产作业安全水平。因此，在指标体系构建过程中，要遵循系统性与适应性原则，各个指标能够从不同方面全面反映编组站生产作业安全情况，并能够对安全薄弱环节有所发现和提示。遵循系统性原则，在指标覆盖范围、指标结构和指标内容等方面，各类指标应相辅相成、互为补充。遵循适应性原则，在指标选择过程中不仅要涵盖智能化编组站安全管理和评价的需要，也要支撑现有编组站智能化转型升级过程中安全管理和评价的需要。

（2）科学性与可操作性原则。在指标体系建立过程中，应遵循科学性、合理性的基本原则，借鉴已有的编组站安全评价经验，综合考虑自动化、智能化生产作业设备给编组站生产作业带来的影响，形成编组站作业安全评价指标体系。在指标选取过程中，既要遵循科学性原则，又要保证指标的可操作性。指标评价数据采集应简便易行，从基础数据的采集到数据的分析处理，都要本着可操作性的原则，保证数据采集的可行性和数据质量的可靠性。

2.2　智能化编组站作业安全评价指标体系构建

智能化编组站作业安全评价的目的是提升编组站的安全管理水平，提升保障站区内生产作业安全能力，降低安全隐患发生的概率，保障生产作业尤其是作业人员的安全。通过评价找到在管理制度设计、制度执行、设施设备运用、人员能力、内外部环境建设等方面的不足之处，寻找提升方案，验证提升方案，从而形成一个不断循环提升的过程。

智能化编组站通过自动化、智能化作业装备，以及智能化分析控制模型和程序，降低因人员失误或“两违”造成的安全隐患和事故，同时也能够降低人身安全伤害的数量。此时，设备和模型程序是智能编组站站内作业的主要生产要素，会有一定量的作业人员进行辅助作业。因此，智能化编组站作业安全评价可以从设备因素、人员因素、管理因素、其他因素4大方面开展。基于本质安全的智能化编组站安全评价指标体系如表1所示。

（1）设备因素。设备因素主要是指在编组站内进行生产作业、监测和提供辅助的设备和提供服务的信息系统、平台等，包括但不限于线路、道岔、调车设备、信号、联锁、闭塞、通信、机车、自动作业机器人、智能管控平台等^[10]。设备因素主要包含生产作业设备准确性、生产作业设备稳定性、生产作业设备安全性、监测设备准确性、监测设备稳定性、监测设备安全性、辅助设备稳定性7个一级指标。生产作业设备准确性是指直接参与生产作业的各类自动化智能化作业机器人、调车机车、信号联锁等控制设备，以及智能管控中心所包含的各类模型和系统的准确性。生产作业设备稳定性是指设备在运用过程中能够保持运行的正常和稳定，尽可能少地发生故障，尽可能少地影响生产。生产作业设备安全性是指设备运用过程中能够保持运行的安全，在遇到故障或意外的时候能够故障导向安全。监测设备准确性是指设备运用过程中对所监测项点的判断的准确度。监测设备稳定性是指设备在运用过程中能够保持运行的正常和稳定，尽可能少地发生故障，尽可能少地影响生产。监测设备安全性是指设备运用过程中能够保持运行的安全，在遇到故障或意外的时候能够故障导向安全。辅助设备稳定性是指辅助设备(如供电、照明等设备)在运用过程中能够保持运行的正常和稳定，尽可能少地发生故障，尽可能少地影响生产。

（2）人员因素。人员因素主要是指在编组站内进行生产作业、监控、维修、施工等作业人员的安全责任意识、规范作业程度和身心健康水平。人员因素主要包含安全责任意识、规范作业程度、身心健康水平3个一级指标。安全责任意识是指编组站生产作业和管理人员自身的安全责任意识程度。规范作业程度是指编组站内生产作业人员在作业时按照作业标准执行作业的程度。身心健康水平是指编组站生产作业人员的身心健康情况。

（3）管理因素。管理因素主要是指编组站生产作业安全管理的规章制度因素。管理因素主要包含安全生产管理制度、技术规章管理、安全监督管理3个一级指标。安全生产管理制度是指安全生产的制度建设情况。技术规章管理是指编组站相关技术规章的制定与运用情况。安全监督管理是指编组站对自身安全监督管理的水平，包含安全决策程序合规性、安全监督检查频率和安全监督检查问题主动发现比例。

（4）其他因素。其他因素主要是指影响编组站生产作业安全的环境因素和应急处置因素。其他因素主要包含环境因素和应急处置2个一级指标。环境因素主要是指关乎编组站生产作业安全的室内生产作业环境和室外生产作业环境。应急处置主要是指车站为应急处置所制定的应急预案的完整性、应急预案的可执行性、应急安全演练场景的覆盖率、应急安全演练频率和应急设备配备。

3　结束语

智能化编组站是编组站发展的必然趋势，也是我国铁路货运高质量发展的重要方向^[11-12]。以编组站本质安全为目标，构建智能化铁路编组站生产作业安全评价指标体系，以帮助管理者发现在人员、设备、环境、管理等安全管理方面的风险隐患和不足，寻找并验证智能化编组站生产作业安全管理的优化方案，弥补现有安全管理评价指标不适应编组站智能化转型升级的不足，为铁路编组站精细化运营管理提供参考。

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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(2022YJ297)