基于改進HFACS-SPA的地鐵運營人因風險評價
——以青島地鐵3號線項目為例*

趙金先 武丹丹 李堃 蔣克潔

(1.青島理工大學管理工程學院，山東 青島 266520； 2.山東省智慧城市建設管理研究中心，山東 青島 266520)

0 引言

隨著地鐵建設運營的不斷加快，地鐵事故逐年攀升。海因里希通過統(tǒng)計分析55萬件事故，得到“人”這一因素對事故發(fā)生的“貢獻率”高達88%[1]。Andrew W. Evans在總結1980—2009年間歐洲軌道交通事故的基礎上，得到人因因素占74%[2]。可見，人因因素是引發(fā)地鐵運營安全事故最關鍵的因素。深度剖析地鐵運營人因風險因素并對其進行客觀評價十分必要。

目前，國內(nèi)學者對地鐵運營人因風險進行了一定的研究。在風險來源方面，主要分析了地鐵行調人員[3-5]、地鐵司機[6]、乘客[7]、站務[8]等給地鐵運營系統(tǒng)帶來的不安全性。在人因風險因素分析方面，王潔等從人與任務、車輛、人機交互、環(huán)境、運營線路等因素的耦合界面出發(fā)，構建人誤影響因素分析模型[3]；陸瑩等從人、機、組織管理、任務、工作環(huán)境及運營環(huán)境角度歸納48個地鐵運營人因失誤影響因素，通過隸屬度篩選出15個關鍵因素[6]?？傮w來看，國內(nèi)關于地鐵運營人為風險因素的研究取得了一定的成就，但存在研究對象較為單一、局限在特定崗位等問題。地鐵運營事故的發(fā)生往往是眾多人為因素交互作用的結果，且與運營環(huán)境、應急管理等具有較為緊密的聯(lián)系，這就需要對人因風險因素間的相互作用機理進行探討，從而系統(tǒng)化、結構化地分析地鐵運營安全人因風險因素。

鑒于此，本文引入人因分析與分類系統(tǒng)(Human Factors Analysis and Classification System，HFACS)模型對導致地鐵運營安全事故的人為因素進行歸納分析，構建基于改進HFACS模型的地鐵運營人因風險評價指標體系。王黎靜等[9]采用一致矩陣法分析了HFACS-MM模型，但仍局限于風險因素的權重計算，沒有衡量風險等級。鑒于此，本文在考慮地鐵運營人因風險因素不確定性的基礎上，引入C-OWA算子對評價指標進行賦權，運用集對分析理論的聯(lián)系度，從整體上評價地鐵運營人因風險等級，為地鐵運營人為風險的控制和管理提供理論依據(jù)。

1 基于改進HFACS模型的地鐵運營人因風險評價指標體系

1.1 HFACS模型

Reason于1990年提出“瑞士奶酪”模型[10]，見圖1。該模型雖然能較好地區(qū)別出顯性差錯與隱性差錯，但是很難考量“奶酪中的洞”被突破時事故發(fā)生的概率，在實踐中的推廣價值不大[11]。為此，Shappell等提出了HFACS[12]。4個層次完全被突破是事故發(fā)生的條件。HFACS模型最早應用于航空領域，隨后逐漸被廣泛應用于鐵路安全、采礦業(yè)、海上安全等領域，用以分析造成事故的根本原因。

圖1 事故致因理論的“瑞士奶酪”模型

1.2 基于改進HFACS模型的指標體系構建

HFACS模型是基于航空飛行事故建立的，地鐵運營事故與航空事故既有相似之處，也有其獨特性，都是人、機、環(huán)等多種因素相互耦合的結果，但在地鐵運營系統(tǒng)中，乘客的不安全行為是引發(fā)事故的關鍵因素。將HFACS模型引入地鐵運營中，需對其進行改進。本文在分析事故的基礎上，結合GB/T 50438—2007《地鐵運營安全評價標準》及專家訪談，對HFACS框架進行改進，增加適用于地鐵運營的相關條目，得到地鐵運營改進HFACS模型，具體內(nèi)容如下：

(1)組織影響。HFACS模型將組織影響劃分為資源管理、組織氛圍、運行過程三個方面。結合地鐵運營的特點，本文認為資源管理主要是對地鐵運營工作人員的任務分配，任務分配的合理程度影響員工的狀態(tài)及工作效率；組織氛圍主要是地鐵工作人員之間的溝通和交流狀況；將運行過程替換為運營過程。

(2)不安全的監(jiān)督。圖2可以看出HFACS模型中分析了4種不安全的監(jiān)督。在地鐵運營人因分析與分類系統(tǒng)中，監(jiān)督不充分指的是在地鐵運營系統(tǒng)中對地鐵運營工作人員提供指導和培訓的機會不充分，未制定恰當?shù)恼呒畈僮魅藛T；運行計劃不恰當指的是行車計劃安排不合理；

圖2 HFACS模型框架圖

沒有糾正問題指的是無視人機安全隱患；監(jiān)督違規(guī)是指對制定的規(guī)章制度的不執(zhí)行或執(zhí)行不力。

(3)不安全行為的前提。結合地鐵運營的特點，選用“人-機-環(huán)”方法，從人員狀態(tài)、機械設備和環(huán)境條件三個方面進行分析。其中，人員狀態(tài)從員工的生理狀態(tài)、精神狀態(tài)、教育水平狀態(tài)和專業(yè)水平狀態(tài)4個方面分析，具體包括教育水平低、專業(yè)技能差、安全意識低、疲勞程度高；設施設備主要包括自動化水平低、維護頻率低、顯示信息錯誤、帶病工作率高；環(huán)境條件主要從自然環(huán)境條件和地鐵運營環(huán)境條件兩個方面分析，具體包括自然災害、客流量大、線路復雜、通信干擾。

(4)不安全行為。HFACS模型中只考慮了操作人員的不安全行為，但是在地鐵運營系統(tǒng)中，乘客的不安全行為，如：跳下站臺、攜帶危險品等行為也是地鐵運營事故發(fā)生的最主要原因之一。因此，在改進HFACS模型中同時考慮地鐵操作人員的不安全行為和乘客的不安全行為。

(5)應急管理能力。本文主要考察事前應急管理能力，即預防危險事件的發(fā)生、降低危險事件發(fā)生的可能性、對即將發(fā)生的危險事件進行預警。

根據(jù)改進HFACS模型構建地鐵運營人因風險評價指標體系見圖3。

圖3 地鐵運營人因風險評價指標體系

2 基于C-OWA算子的指標權重確定

考慮到地鐵運營人因風險評價指標數(shù)量較多且多數(shù)呈現(xiàn)出模糊不確定性，本文選用C-OWA (Combination Ordered Weighted Averaging) 算子對人因風險評價指標進行賦權。既能有效避免諸如AHP、熵值法等帶來的主觀偏好性，又能降低數(shù)據(jù)極值造成的影響。

權重計算步驟如下[13]：

(1)從地鐵運營庫中隨機抽取n位專家，在[0,10]對各個指標的重要程度進行打分，記初始決策數(shù)據(jù)集(a1,a2,…,aj,…,an)，按照從小到大的原則從0開始對數(shù)據(jù)進行編號，得結果為b0≥b1≥…≥bj≥…≥bn-1，即(b1,b2,…,bj,…,bn)。

(2)

式中，m表示評價指標的個數(shù)。

(4)計算評價指標的相對權重ωi，即

(3)

3 基于SPA的地鐵運營人因風險評價

集對分析理論(SPA)是趙克勤等于1989年提出的研究系統(tǒng)確定性和不確定性的重要理論[14]。

3.1 人因風險等級界定

GB/T 50438—2007《地鐵運營安全評價標準》中對風險水平做了規(guī)定，具體內(nèi)容見表1。

表1 地鐵運營基礎安全風險水平表

表1中等級3的評判區(qū)間較大，在具體風險管理時難以把握，本文將等級3進行拆分，其評判區(qū)間也相應拆分為[60,88)和[0,60)。故本文將地鐵運營人因風險水平劃分為低、中、較高、高4個等級。另外，考慮地鐵運營人因風險的特點及集對分析應用的條件，將評判區(qū)間修改為十分制并規(guī)定分值越高風險等級越大，各等級取值區(qū)間見表2。

表2 地鐵運營人因風險等級劃分區(qū)間標準

3.2 單聯(lián)系度的計算

在進行人因風險評價時，先計算出各指標相對于不同風險等級的單因素聯(lián)系度。計算公式如下

式中，sk為評價標準等級的限值(k=1,2,3,4)。

3.3 總聯(lián)系度的計算及風險等級評判分析

總聯(lián)系度具體計算公式為

(4)

式中，ωij為一級指標Xi下的m個二級指標的權重；μijk為各指標對應的單因素聯(lián)系度。

根據(jù)最大聯(lián)系度原則，人因風險等級評價的最大聯(lián)系度為

μ(X,Rk)=max{μ(X,Rl),l=1,2,3,4}

(5)

因此，X的人因風險評價等級為k級。

4 算例分析

為驗證上文所構建模型的可行性和有效性，以青島市地鐵3號線項目為例，進行計算和分析。青島地鐵3號線自2015年底試運行，全長25.2km，設置車站22座，為青島東岸城區(qū)內(nèi)的骨干線路。

4.1 確定人因風險因素的權重

為確定各指標權重，從地鐵運營專家?guī)熘谐槿?位專家對各評價指標進行評分，根據(jù)C-OWA算子對評價指標賦權，以組織影響指標為例，打分結果見表3。

表3 一級指標專家打分值

0.312 5,0.312 5,0.156 25,0.031 25)T=10.187 5

根據(jù)式(3)得到各評價指標的相對權重ωC11=0.329 8,ωC12=0.361 1,ωC13=0.309 1。

同理可求出其他指標的相對權重。

4.2 單層次SPA地鐵運營人因風險評價

根據(jù)表1的風險分級標準建立評語集{Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ,Ⅳ}，其中，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ分別對應的風險等級為低、中、較高、高，其對應的風險等級區(qū)間是{[0,6),[6,8.8),[8.8,9.5),[9.5,10]}。

本文邀請5位地鐵運營方面的專家對人因風險評價的24個二級風險因素指標進行初始風險評價，假設5位專家權重相等，以組織影響為例，專家打分結果及綜合評分見表4。

表4 專家評分結果

組織影響指標下各二級指標的單因素風險聯(lián)系度計算結果見表5。

表5 各指標的單因素風險聯(lián)系度

根據(jù)式(4)可計算出各一級指標的總聯(lián)系度。以組織影響C1為例，具體結果如下

0.361 2×(-0.142 9)+0.309 1×(-1)=-0.690 5

同理可計算出其他各一級指標的總聯(lián)系度：

C2總聯(lián)系度為

μ(C2,R1)=-0.511 4

μ(C2,R2)=0.993 5

μ(C2,R3)=0.511 4

μ(C2,R4)=-0.993 5

C3總聯(lián)系度為

μ(C3,R1)=-0.756 8

μ(C3,R2)=0.840 3

μ(C3,R3)=0.756 8

μ(C3,R4)=-0.840 3

C4總聯(lián)系度為

μ(C4,R1)=-0.802 0

μ(C4,R2)=0.968 7

μ(C4,R3)=0.802 0

μ(C4,R4)=-0.968 7

C5總聯(lián)系度為

μ(C5,R1)=-0.960 6

μ(C5,R2)=0.796 8

μ(C5,R3)=0.960 6

μ(C5,R4)=-0.796 8

計算結果顯示，組織影響、不安全的監(jiān)督、不安全行為的前提、不安全行為都與R2具有明顯的同一度，根據(jù)最大聯(lián)系度原則和式(5)，四者的風險級別都為“中等”。而應急管理能力與R3具有較高的同一性，其聯(lián)系度接近1，故該因素屬于“較高”的風險，屬于風險管控的關鍵。

5 結語

(1)結合地鐵運營的特點，對HFACS模型進行改進，構建包含組織影響、不安全的監(jiān)督、不安全行為的前提、不安全行為和應急管理能力的地鐵運營人因風險分析與分類模型，深化地鐵運營風險管理理論。

(2)利用C-OWA 算子對指標進行賦權，可減少由指標決策數(shù)據(jù)端值造成的影響，確保指標權重的合理性。結合SPA評價模型，計算待評價指標集合和等級標準集合的聯(lián)系度，從而準確體現(xiàn)出兩者的同一性、差異性以及對立性。

(3)通過實例計算，得到青島地鐵3號線項目運營人因風險因素的單因素聯(lián)系度和總聯(lián)系度，其中組織影響、不安全的監(jiān)督、不安全行為的前提、不安全行為對應的風險等級為“中等”，應急管理能力因素等級屬于“較高”風險。因此，要降低地鐵運營人因風險等級，可從提高應急管理能力方面著手。