第一章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
高速铁路凭借其载客量大，速度快，安全性，舒适性和便利性高的优点成为当今社会中备受人们关注的一种出行方式。截至 2016 年底，中国高铁里程达到 22,000 公里。2016 年和 2017 年，高铁（城际除外）新增营业里程逐年增加，总营业里程累计增速达到 13.5％。根据最新的《铁路网络的中长期规划》，到 2020 年，铁路网络将达到 15 万公里，其中高铁里程占据 20%，将覆盖超过 80%的大城市，这一现状也符合 2016 年上半年发布的“十三五”规划的目标，根据此计算，高铁运营里程在“十三五”期间的总体增长率为 9.57％[1]。目前，不论是高铁在建规模、已有运营里程，还是高铁技术水平，中国都已位居世界前列。随着中国高铁的飞速发展，人们对高铁列车运行安全性的关注也在日益增加。高铁运营是一个庞大而复杂的系统，在高铁运营期间，不同部门和子系统必须保持紧密联系，相互协调、配合，如果其中一个工作环节出现问题，就很有可能出现连锁反应，带动与其相关的作业部门或系统产生故障，甚至可能会发生行车事故，且高铁列车运行速度很快，一旦发生事故将会造成严重的人员伤亡和财产损失。在保障高铁运营安全这一部分，我国给予了高度重视，通过加大对高铁安全的检查来加强铁路安全并促进高铁安全的发展。根据研究期间收集的数据与调研的资料表明往往工务系统安全隐患最为严重，工务系统主要负责与高铁正常运行密切相关的线路和桥梁隧道的设备的检查、维修、养护，担负着保障高铁列车安全运行的重要任务。因此，对于高铁工务系统安全的研究很有必要。
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1.2 高铁工务安全国内外研究现状
1.2.1 国外研究现状
国外学者针对高铁工务安全系统性的研究较少，大多从线路基础设施、行车设备方面的可靠性进行研究，以此保障列车行车安全。或从铁路运营安全的角度进行研究以减少铁路事故的发生。Sasaki K 等[1]通过建立高速铁路列车与轨道相互作用的结构动力学模型，研究分析列车在高速行驶的条件下车轮与钢轨的接触状态及相互作用的变化规律。
Teixeira P F[2-3]等为进一步提高高速铁路列车行车安全性，通过对高铁整个运行过程进行风险因素识别与分析，对列车运行的牵引与制动、线路以及桥隧问题等基础设施原理进行了研究。文献[4]基于无线干扰的早期检测技术，着眼于高铁运营过程中存在的安全问题，建立了一种高铁安全运营监测控制系统。WuX[5]等针对架空接触网系统（OCS）中鸟巢的存在可能会危及高速铁路的安全这一问题，基于视觉的智能检测系统，讨论了OCS 图像对的鸟巢自动识别，帮助铁路能够自动检测建立的鸟巢。
Naoyuki OTA[6]为解决日本的铁路因每年都会遇到降雨而引起斜坡倒塌灾害的问题。描述了引起这些灾害的短时暴雨事件的年度数量呈上升趋势并分析了日本铁路一年内发生的边坡坍塌灾害数量的转变。最后列出了日本铁路在防灾中要解决的问题，并分别介绍了 RTR1 促进防灾的技术发展。
Osman Ghanem 等[7]考虑铁路行业面临不断上升的竞争和成本压力、运行效率和铁路安全方面需要进行重大改进这一现状。通过使用数据包络分析模型对土耳其的铁路安全进行了评估。进行了一部分以输入为导向的分析，并以两种不同的方式对效率得分进行排名，以验证不同的铁路参数，以最大程度地减少铁路事故的数量和事故中的死亡人数。
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第二章 高铁工务岗位风险辨识
2.1 高铁工务岗位划分
高速铁路轨道有有砟轨道与无砟轨道之分。各有优点及缺点，有砟轨道的优点是建设周期短、成本低、收效快。但是随着高速铁路的快速发展，很多国家及城市对高速铁路的使用日渐普及，发车密度高，因此有砟轨道的道砟粉化严重，给运营和维护带来了很大的压力和较高的成本，例如法国早起修建的大西洋线，使用不到十年就要重新更换道砟，维护成本惊人，因此有砟轨道适用于车流相对较小的线路。无砟轨道适用于人口密集车流量大的线路，无砟轨道的缺点是修建成本较高，但是维护的成本很低，所以世界上大多数高铁使用无砟轨道技术。我国结合国内实际情况，在建设高速铁路时采用无砟轨道较多，所以本研究选取铺设无砟轨道的高铁工务系统作为研究对象。
高铁工务负责高速铁路轨道线路维修管理、高速铁路安全生产的管理，根据铁路局有关规定制定年度和月度线路检查及维修计划，并为确保线路设备质量和稳定性，建立相应的考核机制。车间负责组织和实施高速铁路线路维修工作，并根据工务段安排和相关规定制定线路检查及周、日作业计划。工区负责计划的实施以及作业配合、日常值守和设备故障的应急处理等工作。结合文献阅读和对中国铁路某局集团有限公司某高铁工务段实际调研，根据高速铁路无砟轨道的有关作业将高铁工务划分为以下岗位环节，线路设备设施、沿线外部环境、安全联络、防灾安全监控、数据管理，并对高铁工务岗位进行安全风险辨识。
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2.2 线路设备设施岗位风险辨识
常用的风险辨识方法有安全检查表法、专家评议法、作业条件危险性评价法等，在国际上较为通用的有事件树分析、故障树分析、故障模式与影响分析、隐患辨识等，现有通用的方法中主观性较高，所需数据量较少，与此同时后续操作性不高，为实际工作指导可行性低，因此工务部门不能通过分析结果精确的预测和掌控系统的整体运行状态。
本研究针对高铁工务系统中线路设备设施岗位环节的复杂性，引入危险与可操作性分析法（HAZOP），HAZOP 在工务系统中的应用可以重新理解为：是一种针对高速铁路线路设备设施中的轨道、路桥等存在的病害，进行科学、有效的风险识别分析方法，通过对其进行精确诊断，提出解决方案，HAZOP 分析过程如图 2.1 所示[28]。
图 2.1 线路设备设施岗位环节风险辨识 HAZOP 分析过程
第三章 高铁工务岗位及安全影响因子间影响关系分析....................................17
3.1 高铁工务岗位安全风险因素约简............................. 17
3.2 高铁工务岗位及安全影响因子间影响关系分析...................... 20
第四章 高铁工务岗位安全链条模型构建......................27
4.1 高铁工务岗位安全链条定义............................. 27
4.2 高铁工务岗位安全链条静态模型构建............................. 27
第五章 高铁工务岗位安全链条模型应用.................................45
5.1 某工务段岗位安全预测............................... 45
5.2 安全风险防控对策....................... 49
第五章 高铁工务岗位安全链条模型应用
5.1 某工务段岗位安全预测
为实现高铁工务岗位安全链条 SD 模型的动态呈现，现以该工务段为例，通过改变模型边界变量取值预测某年 6 月-12 月各岗位安全影响因子变化趋势，进而判断该工务段岗位环节安全运行状态。
根据模型可得模型边界变量有自然环境、领导监督、异物侵限、人员心理素质、人员生理素质、非法侵限。根据该工务段所处地理位置，从气象数据资料看出，夏季平均气温超过 38℃，最高温度可能超过 40℃，甚至会出现 7 月底和 8 月底气温持续 40℃以上的天气情况。夏季降水量占全年降水量的 30%，从 6 月至 7 月上旬属于梅雨季节，忽晴忽雨，8 月底到 9月属台风多发季节，会伴有瓢泼大雨。根据实际调查情况及前文确定的变量方程和参数，对高铁工务系统岗位安全链条 SD 模型的边界变量进行赋值。其中，将 6 月-9 月份自然环境这一变量赋值为 1，异物侵限这一变量赋值为 1，异物监测误报这一变量赋值为 3，非法侵限这一变量赋值为 1，领导监督这一变量赋值为 1，人员心理素质变量赋值为 3和人员生理素质变量赋值 3。模型根据最新赋值进行仿真运算，得到某年 6 月-9 月、9月-12 月各岗位安全影响因子的变化趋势预测如下图 5.1-5.4 所示。
图 5.1 6 月-9 月线路设备设施安全影响因子变化趋势预测
第六章 结论与展望
6.1 结论
本研究通过对中国铁路某局集团有限公司某高铁工务段实际调研，基于岗位安全风险分析，以及高铁工务岗位及核心安全影响因子间影响关系研究，尝试构建了高铁工务系统岗位安全链条模型并进行实例应用，主要研究结论如下：
（1）本研究基于文献研究和调研分析对高铁工务系统划分岗位环节为线路设备设施岗位、沿线外部环境岗位、安全联络岗位、防灾安全监控岗位、数据管理岗位；对沿线外部环境、安全联络、防灾安全监控、数据管理四个岗位环节进行了安全风险分析，考虑到线路设备设施岗位的复杂性，运用 HAZOP 对其进行了安全风险辨识，对五个岗位环节共辨识出 34 个岗位安全风险因素。
（2）运用粗集理论对辨识出的高铁工务系统各岗位环节安全风险因素进行属性约简后得到了 24 个关键性安全影响因子；然后，运用 DEMATEL 方法对划分的高铁工务岗位及约简后的安全影响因子间相互作用进行了分析，分析得到：线路设备设施在影响高铁工务安全的五个岗位环节中重要程度最高；当原因度为正时表示其对其他岗位影响程度明显，称为原因因素，当原因度为负时表示受其他岗位影响程度大，称为结果因素，其中沿线外部环境、安全联络、防灾安全监控为原因因素，线路设备设施和数据管理为结果因素；岗位安全影响因子中，自然环境原因度为正值且最大，是关键原因因素，对其他岗位安全影响因子的出现有着较大的牵引作用。轨道板上拱的原因度为负值且最大为关键结果因素，受其他安全影响因子的作用最大，并确定了其余结果因素 13 个；最后构建了高铁工务岗位及安全影响因子间关系图。
（3）定义了高铁工务岗位安全链条，结合普适安全理论对前文的高铁工务岗位及安全影响因子间关系进行了优化，分析了高铁工务各岗位环节间安全衔接过程，引入了领导监督、高铁工务安全、规章制度三个新的影响要素，构建了高铁工务岗位安全链条静态模型；然后，运用系统动力学方法，对高铁工务岗位安全链条静态模型进行了优化，通过系统动力学仿真软件构建高铁工务系统岗位安全链条因果关系图并确定了复杂因果关系链中的正反馈回路和负反馈回路；最后，基于系统动力学理论基础和本研究实际研究内容，确定系统边界及目的、变量、流图、变量方程及参数，结合前文 DEMATEL分析得到的数据作为变量方程系数及状态变量初值，构建了高铁工务岗位安全链条 SD模型构建，将模型仿真结果对比现场实际进行分析，证明了该模型的有效性。
参考文献（略）