基于二元決策圖的中歐班列運營風險評估

馮芬玲，牛天聰

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基于二元決策圖的中歐班列運營風險評估

馮芬玲，牛天聰

(中南大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410075)

將二元決策圖(BDD)分析方法應用于故障樹分析法，對中歐班列運營風險的評估問題進行研究，構(gòu)建中歐班列運營風險評估模型。建立風險故障樹之后，基于Shannon分解定理構(gòu)建相應的二元決策圖，并通過遍歷二元決策圖來計算得到各基本事件的Birnbaum測度。中歐班列運營工作人員可根據(jù)量化的基本事件重要度，得到對中歐班列運營影響最大的基本事件，從而制定相應的風險控制策略來減少損失，確保中歐班列高效運行。

中歐班列；風險評估；故障樹；二元決策圖(BDD)；重要度

中歐班列是貫徹國家“一帶一路”戰(zhàn)略布局的具體表現(xiàn)形式之一，也是鐵路部門與國際接軌、跨出國門走向世界的具體實踐。自中歐班列開行6年以來，已累計開行4 000多列，全國開通中歐班列城市已達28個，涉及歐洲11個國家的29個城市，運行線路達51條，貨物品類日益豐富，呈現(xiàn)出良好的國際品牌效應和發(fā)展前景。但與此同時，中歐班列的運營還面臨著經(jīng)濟管理、外部環(huán)境以及政治制約等方面的運營風險，這就要求中歐班列運營的風險管理有更高的水平。目前，國內(nèi)外有不少學者利用故障樹進行風險管理，探究風險發(fā)生的可能形式以及引發(fā)風險的關(guān)鍵因素，繼而提前制定相應的防備舉措降低引發(fā)風險的幾率和造成的不良后果。故障樹分析法(FTA)是在整個事件體系運轉(zhuǎn)過程中，研究有機會引發(fā)風險的各類風險要素，構(gòu)建出故障樹，從而確定故障樹頂事件產(chǎn)生原因的所有可能模式以及發(fā)生概率的一種研究方法。早前，Rauzy等[1?2]給出了FTA的應用步驟、分析思路。在最初應用的故障樹分析法里，由于最小割集彼此是相交的，在利用其研究引發(fā)頂事件的概率時，從最小割集的數(shù)量來看，其展開的項數(shù)呈現(xiàn)指數(shù)增長，因此使得計算頂事件發(fā)生概率的過程變得異常困難。二元決策圖(BDD)的引入可以使用故障樹方法計算頂事件發(fā)生概率的計算過程變得相對簡化。BDD結(jié)構(gòu)最早出現(xiàn)是Akers[3]在1978年提出的，目前已在邏輯驗證等領(lǐng)域中都有了較為廣泛的應用。BDD結(jié)構(gòu)模型最初應用于故障樹的相關(guān)分析是由Ranzy[4]提出，在應用中顯示出其計算簡便、結(jié)果相對誤差較小等特點，并且大部分計算過程可通過計算機編程來實現(xiàn)。應用BDD技術(shù)解決故障樹的分析問題逐漸受到重視，并取得不少顯著應用[5?7]。近年來不少學者運用故障樹分析方法定性地對風險發(fā)生的概率作了分析[8?10]，定性分析法的不足之處在于不能從結(jié)果直觀地得到相應結(jié)論。劉敬輝等[11?12]將傳統(tǒng)故障樹分析法(FTA)和層次分析法(AHP)相結(jié)合，研究設(shè)計了基于FTA-AHP的風險綜合評估方法。姚成玉等[13?14]從定量方面作了研究，利用T-S模糊故障樹對其事件重要度作了相關(guān)分析，提出了T-S重要度概念及其計算方法，但計算過程極其復雜繁瑣，在實際應用中的實現(xiàn)較為困難。

1 中歐班列運營風險評估理論模型

1.1 中歐班列運營風險分析

根據(jù)不同因素風險可分為不同種類。按照產(chǎn)生原因，可以將風險劃分為：自然風險、社會風險、政治風險、經(jīng)濟風險和管理風險等[15]。通過調(diào)研中歐班列國內(nèi)外運營的現(xiàn)狀，分析中歐班列的線路開行現(xiàn)狀、貨源情況、運營流程、國外段運輸?shù)耐P(guān)換裝及組織模式等，不難發(fā)現(xiàn)，中歐班列運行線路長、途徑國家多，涉及國內(nèi)外的內(nèi)陸運輸、清關(guān)、包裝、裝卸等環(huán)節(jié)。班列運營受經(jīng)濟、管理、環(huán)境和政治等多方面因素的制約，其中，市場供求關(guān)系的變化、中歐班列運行環(huán)境變化巨大、各國鐵路運輸法規(guī)政策不同都將導致中歐班列運營風險的出現(xiàn)。根據(jù)中歐班列運營風險的產(chǎn)生環(huán)境，參考上述風險種類，結(jié)合中歐班列運營的實際情況，可將中歐班列運營風險的共分為4大類，分別為交易風險、安全風險、時間風險以及其他風險。

1) 交易風險

①運營成本高

目前，很多企業(yè)在跨國運輸?shù)捻椖可弦琅f更加傾向海運，而海運成本相對其他跨國運輸方式較低，為了與海運競爭資源，中歐班列收費價格不能太高。例如從成都開行的“蓉歐快線”，平均每個集裝箱運輸成本在65 000元(人民幣)左右，而當前線路運營單位向貨主收取的運輸費用卻只有49 000元(人民幣)左右，平均一個集裝箱的成本虧損就達到了約16 000元(人民幣)，其余各地的中歐班列情況大同小異。此外，現(xiàn)階段運行的雙向中歐班列幾乎都存在空箱運輸?shù)那闆r，尤其是回程中中歐班列的使用率幾乎為0，回程貨源的短缺也是運營成本過高的原因之一。

②運單問題

信用證是在中歐貿(mào)易過程中為解決交易雙方信用問題而使用的結(jié)算方式之一。在中歐班列運營過程中，鐵路運單不能作為物權(quán)憑證，使得開證銀行不能獲得貨物的實際控制權(quán)，因此大多數(shù)銀行不接受鐵路運單作為結(jié)匯用途的貨運，這就給中歐班列交易過程中相關(guān)金融服務帶來不便。此外，中歐班列運單一直存在屬權(quán)歸屬不明確的問題。依照相關(guān)部門規(guī)定，貨主或貨運代理人都可以憑借運單向相應承運人提出合理的理賠訴求，但是實際操作中，貨主或貨運代理人不能直接向責任區(qū)段的承運人提出理賠訴求，從而面臨索賠困難的情況，也存在較大的交易風險。

2) 安全風險

由于中歐班列運行距離長，途經(jīng)國家多，再加上運輸過程中需要多次轉(zhuǎn)關(guān)換軌，在裝卸車作業(yè)和開箱檢查貨物時，容易產(chǎn)生危及貨物安全的問題。例如貨物的包裝問題，如若包裝強度不足，則可能導致商品在運送途中受到碰撞而發(fā)生損壞；包裝時重心過高，則可能導致在裝卸貨物時發(fā)生貨物歪斜或倒塌等情況。不同的貨物也有相對應的不同的包裝，例如電子設(shè)備若不采取防水措施，一旦受潮，則有可能導致貨物失去其使用價值。

班列每箱、每趟貨物品類不一，所采用的裝載加固方案都有嚴格的要求。由于有些貨主自備集裝箱、自行完成裝載，在很多情況下不滿足鐵路上的裝載加固要求，到站后需要重新進行裝載加固，在開箱重新進行裝載加固時易產(chǎn)生安全問題。此外，進行海關(guān)查驗或檢驗檢疫查驗時，也需要開箱檢驗，也可能會引發(fā)安全問題。

在運行過程中，中歐班列需要經(jīng)過若干次轉(zhuǎn)關(guān)換軌，每次轉(zhuǎn)關(guān)換軌均需經(jīng)過裝卸貨物，反復的裝卸作業(yè)會使得貨物遭受損失的幾率增大。另一方面，不同國家的裝卸工人操作水平不盡相同，在裝卸過程中存在較大安全風險。

3) 時間風險

①通關(guān)時間風險

通關(guān)是中歐班列經(jīng)過口岸站時作業(yè)環(huán)節(jié)中最為重要的一個，通關(guān)效率直接影響中歐班列的運行效率，從而影響中歐班列的運營狀況。貨物通過海關(guān)的基本流程包括報關(guān)、審單、查驗、放行。報關(guān)的主要目的是防止走私，需提交與入關(guān)貨物直接關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)資料和文件。如果提交的相關(guān)材料不真實準確，貨物的通關(guān)效率也會大大降低。審單主要是為了檢驗報關(guān)人提供的單證是否真實有效。由于各國海關(guān)的自動化程度不同，工作人員的業(yè)務素質(zhì)層次不齊，審單的效率也千差萬別。查驗并不是所有貨物通關(guān)的必經(jīng)程序，只有當海關(guān)認為申報的貨物必須查驗時，才需查驗。各國海關(guān)檢驗檢疫的相關(guān)規(guī)定不同，在通關(guān)一體化方面有較多障礙，另一方面各國查驗人員的工作效率也不盡相同。放行是通關(guān)的最后一步，但海關(guān)放行并不代表海關(guān)已經(jīng)結(jié)束了對貨物的監(jiān)管。如若由于一些特殊原因需要將商品移交海關(guān)進行特別處理，則申請人需要向海關(guān)申請擔保放行，只有得到海關(guān)的許可后，方可放行。這就導致在這2個環(huán)節(jié)上有可能影響通關(guān)時間。

②換軌時間風險

我國鐵路與國外鐵路在軌距、車輛規(guī)格、運輸規(guī)范等方面不盡相同。在列車運行過程中可能要經(jīng)過多次換軌，而由于車輛載重規(guī)格不一致，可能會在換裝時發(fā)生短、溢裝和甩貨，嚴重影響運輸?shù)臅r間和效率。此外，換軌的設(shè)備情況及換軌時工作人員的工作效率都會對換軌時間產(chǎn)生影響。

③運行時間風險

由于目前大部分班列運行線路的中間部分路段設(shè)施相對落后，使得列車在出發(fā)和到達路段的平均運行速度大于列車在中間路段的平均行駛速度。例如列車行駛出阿拉山關(guān)口之后，速度有明顯下降，一直到進入波蘭列車速度才再度提升。此外，由于運行線路中間路段的設(shè)施落后，單線鐵路局數(shù)量眾多，國際貨物運輸還經(jīng)常停裝、現(xiàn)裝，嚴重影響了運行時間。

4) 其他運營風險

中歐班列運營風險除了包括以上介紹的3大類之外，還有一些其他潛在風險，例如地緣政治風險。中歐班列沿線經(jīng)過蒙古、哈薩克斯坦、俄羅斯、土耳其、吉爾吉斯斯坦、德國、波蘭等眾多國家，沿線東道國政策的限制就可能對中歐班列運營產(chǎn)生不良影響。例如俄羅斯的“灰色清關(guān)”，要求進出口商按照俄方規(guī)定進行貨物運輸，雖然這一過程根據(jù)不同政策針對不同貨物，但所有情況都需提供大量證明材料，嚴重延長了通關(guān)時間。此外，東道國的單方面違約也可能造成中歐班列運營的嚴重損失。另一方面，自然環(huán)境對中歐班列運營也會產(chǎn)生一定影響。班列運行中不免經(jīng)過山區(qū)、河流等地勢環(huán)境復雜的地段，貨物安全存在受泥石流、山體滑坡、洪水等自然災害影響的可能。雖然鐵路相對海運、空運等運輸方式受天氣影響較小，但在一定程度也會影響貨物安全，如遭遇暴雪、暴雨等天氣時，如若貨箱密封程度不夠，貨物會被雪水、雨水等浸泡造成損失。此外，中歐班列目前開通的線路及規(guī)劃線路沿途經(jīng)過的國家和地區(qū)眾多，不同國家和地區(qū)的體制、文化以及經(jīng)濟環(huán)境各不相同，另外還有個別國家的政治環(huán)境長期動蕩不安，還要遭受大國博弈的波及。例如中歐班列目前正在規(guī)劃中的西2和西3通道均需經(jīng)過中東地區(qū)，而中東地區(qū)多年來飽受民族沖突和恐怖主義困擾，致使中歐班列貨物安全存在潛在風險。

1.2 構(gòu)建風險結(jié)構(gòu)示意圖

基于以上分析，可以構(gòu)畫中歐班列風險結(jié)構(gòu)示意圖。此處以中歐班列通關(guān)時間風險為例。

1.3 構(gòu)建風險評估故障樹

基于風險結(jié)構(gòu)示意圖1，可以構(gòu)建相應的中歐班列運營風險評估故障樹。構(gòu)建過程如下。

圖1 通關(guān)時間風險結(jié)構(gòu)圖

構(gòu)建中歐班列運營風險評估故障樹(，，)。設(shè)中歐班列運營風險評估故障樹共有個事件，分為層，第層共有個事件。那么有：

5)X之間的邏輯關(guān)系只有“與”、“或”、“非”3種。

6) 中歐班列運營風險評估過程是單調(diào)關(guān)聯(lián)的。

1.4 轉(zhuǎn)化故障樹為二元決策圖(BDD)

1.5 中歐班列運營風險評估

本文對中歐班列運營風險評估的主要目的是為了得到對中歐班列運營影響最大的基本事件，從而采取相應措施應對。

Birnbaum測度在描述事件重要度方面有著廣泛應用。在本文構(gòu)建的模型中，事件的Birnbaum測度值越大，則說明該事件對頂事件的影響程度就越大。鐵路運營管理人員可以通過量化各個底事件對頂事件的重要程度，得到影響中歐班列運營的關(guān)鍵因素。

定義1.1 當頂事件涉及個底事件時，第個底事件的Birnbaum測度可定義如下：

本文引入BDD分析方法，通過遍歷BDD結(jié)構(gòu)來計算底事件的重要度值，上述Birnbaum測度可進一步表示如下：

運用BDD分析方法計算底事件的Birnbaum測度值的過程可用式(3)描述。

2 實例應用

通關(guān)是中歐班列經(jīng)過口岸站時作業(yè)環(huán)節(jié)中最為重要的一個，通關(guān)效率直接影響中歐班列的運行效率，從而影響中歐班列的運營狀況。本文選擇中歐班列運營風險中通關(guān)時間風險部分為例對以上模型算法進行說明。

2.1 構(gòu)建故障樹

根據(jù)圖1構(gòu)畫中歐班列通關(guān)時間風險的風險評估故障圖。如圖2所示。

圖2 通關(guān)時間風險故障樹

符號說明：

：通關(guān)時間風險(頂事件)；

11：報關(guān)延時風險(中間事件)，12：審單延時風險(中間事件)，13：檢驗檢疫延時風險(中間事件)，14：結(jié)關(guān)延時風險(中間事件)；

21：報關(guān)(中間事件)，22：審單(中間事件)，23：檢驗人員工作效率低(中間事件)，24：貨物不符當?shù)匾?guī)定(中間事件)，25：貨物稅費未及時繳納(中間事件)，26：貨物擔保不合格(中間事件)；

1：報關(guān)不及時(底事件)，2：提交單證不及時(底事件)，3：單證數(shù)據(jù)不準確(底事件)，4：海關(guān)自動化程度低(底事件)，5：關(guān)員工作效率低(底事件)，6：單證丟失(底事件)，7：需查驗貨物(底事件)，8：檢驗人員業(yè)務素質(zhì)低(底事件)，9：貨物違規(guī)未通過查驗(底事件)，10：需要交稅(底事件)，11：未及時交稅(底事件)，12：貨物需交海關(guān)特殊處理(底事件)，13：擔保無效(底事件)。

2.2 轉(zhuǎn)化故障樹為BDD

圖2中，通關(guān)時間風險故障樹對應的邏輯表達式為：

其中：“+”和“?”分別對應著“或”運算和“與”運算。轉(zhuǎn)化為BDD結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2.3 底事件重要度分析

根據(jù)式(2)和式(3)，遍歷圖3的BDD結(jié)構(gòu)可以得到各底事件的Birnbaum測度。由于公式是遞歸形式，整個計算過程可以很容易地借助C語言編程實現(xiàn)。計算結(jié)果如表1所示。

圖3 通關(guān)時間風險二元決策圖

表1 通關(guān)時間風險的底事件重要度

通過構(gòu)建相應故障樹及二元決策圖，運用以上方法，可以得到對中歐班列運營影響較大的底事件，這里不再重復過程。得到的結(jié)果為“貨源不足”、“中間路段設(shè)施落后”、“裝卸次數(shù)過多”、“包裝不當”、“報關(guān)不及時”、“海關(guān)自動化程度低”和“需查驗貨物”排位靠前，故而各部門應著重控制以上事件的發(fā)生，并采取相應的風險預防和處置措施。

3 結(jié)論

1) 中歐班列運營的各個底事件的重要度能夠用Birnbaum測度表示。Birnbaum測度值越大，則說明該事件對中歐班列運營狀況的影響程度就越大。中歐班列運營管理人員可以通過分析底事件的重要度得到影響中歐班列運營的關(guān)鍵因素，從而采取相應措施。

2) 在構(gòu)建中歐班列運營故障樹后，利用Shannon分解定理來構(gòu)建相應的BDD，并通過遍歷BDD結(jié)構(gòu)得到各底事件的重要度?；贐DD故障樹的中歐班列運營風險評估方法能量化中歐班列運營過程中個底事件的重要度，從而直觀得到對頂事件影響程度最大的底事件。

3) 通過與傳統(tǒng)故障樹(FTA)技術(shù)求得的結(jié)果進行對比，證明引入BDD分析方法的故障樹分析法能更加精確迅速地得到底事件的重要度，有效避免了在傳統(tǒng)故障樹方法計算過程中的邏輯組合爆炸、運算復雜等問題，有效減少了人工分析的工作量。

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(編輯 蔣學東)

Risk evaluation for operational requirements of CR express with BDD-based method

FENG Fenling, NIU Tiancong

(School of Traffic and Transportation Engineering, Central South University, Changsha 410075, China)

The paper presents a structured approach for risk evaluation and describes a Binary Decision Diagrams (BDD) based on fault tree tool for assessing risks in operational requirements of CR express to qualitatively irregular risks. After the fault tree was built, the BDD was constructed by Shannon decomposition theorem, and was calculated with BDD traversal. The manager of the CR express could make use of the important values to analyze the importance of events, and find out the most important event to reduce losses and ensure the operational requirements of CR express.

CR express; risk evaluation; fault tree; binary decision diagrams (BDD); importance value

10.19713/j.cnki.43?1423/u.2018.12.034

U-9

A

1672 ? 7029(2018)12 ? 3281 ? 07

2017?09?19

國家社會科學基金資助項目(18BJY169)；國家鐵路局資助項目

馮芬玲(1973?)，女，河北邯鄲人，副教授，博士，從事交通運輸規(guī)劃與管理研究；E?mail：FFL0731@163.com