HAZOP_偏离度在铁路安全风险分析中的应用_周帅
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－ + e max ］ 。 为［e max ， 这里， 单一参数的偏离度 r 计算公式记为：
。
铁路运营是一个多专业、 多要素、 多环境的复杂 系统， 但目前在铁路运营安全风险因素识别和分析 过程中， 主要采用安全检查表法， 缺乏系统性， 也未 ［2 ］ 。 实现定量化 如张羽等 为探索动态条件对高风 将动态成本因素 险系统安全合作行为效率的影响， 构建一类主观博弈模型； 周 引入演化博弈分析过程， 根据风险理论， 构建地铁既有线路运营风 险量化分级模型。这些研究虽为铁路安全风险分析 扬凡等 提供了很好的思路， 但仍需要一种操作性强， 且易于 推广的方法。 危险与可操作性分析法 （ hazard ＆ operability aHAZOP） 以其分析全面、 nalysis， 系统、 连贯、 细致等 优点， 已成为危险性分析方面的主要方法之一 ， 并成 ［6 ］ 熟地运用于石油化工等行业。 Dunj O J 首次 对 HAZOP 法的相关研究进行了详细的 综 述， 付建民 等 研 究 了 HAZOP 在 石 油 化 工 装 置 中 的 应 用， WANG Hangzhou［8］、 Johnson Ｒ W［9］ 等则将 HAZOP 法与其他方法结合使用。 为此， 笔者将把该方法应 用于铁路运营安全风险分析中， 并通过引入描述偏 差程度的新参数偏离度， 使 HAZOP 法能定量分析 铁路运营中安全技术要素的偏差 。以期有助于企业 及时掌握铁路运营中各安全技术要素的偏差动态 ， 及早发现偏差过大的技术要素， 作出合理判断， 明确 运营中需具体调整的方向， 降低安全管理成本， 提高 事故预防能力。
－e × e
－ )2 max － max
= 1 －
+ e max － e max
（ 3） 0， 1］ 。 对于定量参数， 偏离度的合理范围为： ［ 对于单一定量参数， 若 r = 0， 即无偏差； 若 r = 1 ， 已 “超限” 。 达到最大容许偏差； 若 r ＞ 1 ， 判定为参数 而对于定性参数， 其偏离度以模糊数学隶属度 来判定， 分为 4 个级别， 对应偏离度 r 分别为： ［ 状态 0. 3 ， 0. 6 ， 0. 8 ， 优， 状 态 良， 状 态 可， 状 态 差］≤ ［ 1. 0 ］ 。 2． 2 — —耦合偏离度 多参数偏离度— 对于多个参数， 提出将单一参数的偏离度按照 各自的权重进行耦合， 得到多参数的偏离度， 即耦合 记为 Ｒ ， 其含义为同一分析段风险控制的综 偏离度， 合偏差度量。 Ｒ = r 1 α1 + r 2 α2 + … + r i α i （ 4） 2， …， n ） 为 各 单 一 参 数 的 偏 离 度； 式中： r i （ i = 1 ， 2， …， n） 为对应权重系数。 αi （ i = 1 ，
Abstract： In order to improve the accuracy， system performance and availability of railway operation safety risk analysis，HAZOP method and quantitative benchmark " deviation degree" were combined and used for doing safety risk analysis for railway operations． The complexity of railway operation safety risk and its status were studied． The process of HAZOP was explained on basis of taking railway engineering affairs as an example． The process resolves itselves into six steps such as units division，guide words selection and deviation analysis． Introducing a new parameter of deviation degree to HAZOP makes it can be uesed to analyse quantitatively deviations of safety technical elements from the specifications． In order to improve the efficiency of HAZOP method，an auxiliary system was established for it． An application of HAZOP method was made to a acertain special railway line in China． The results show that HAZOP method and its auxiliary system make enterprise to be able to take more effective coutermeasures to be able to take more effective coutermeasures to deal with deviations of safety technical elements from the specifications． Key words： hazard ＆ operability analysis （ HAZOP ） ； deviation degree； risk sensitive factor； quantitative benchmark； aided system 但不断出现的脱轨掉道、 追尾、 冲撞等交通事故， 不 仅造成重大人员伤亡和财产损失， 而且严重影响铁 路运输的公信力， 影响铁路发展。如 1998 年德国艾
1
HAZOP 法铁路应用涵义阐释
将传统 HAZOP 法应用于铁路中， 对其涵义应 危 进行重新阐释： 它是一种用于辨识铁路技术缺陷 、 险及操作性问题的结构化分析方法， 其本质是通过 科学的标准对评价对象进行分析， 并且在分析过程 中， 以确定的安全标准， 研究每一个单元的参数， 分 析偏差所导致的危险和可操作性问题 。
2
HAZOP 法应用的量化基准
在对铁路进行 安 全 风 险 分 析 时 ， 为了将定性
· 94·
中 国 安 全 科 学 China Safety Science
学 报 Journal 表1 HAZOP 法工务分析单元划分
第 24 卷 2014 年
权重系数的确定是按照各技术参数风险度 （ 即 引发事故的概率与其后果的积 ） 统计数据， 并综合 专家诊断意见获得。例如， 在直股钢轨部分， 有下列 Ⅳ组参数： 轨道几何尺寸、 钢轨、 接头及连接状态。 对应于各组的技术参数： ① 轨道几何尺寸： 轨距、 水 高低、 轨向； ② 钢轨： 钢轨质量 （ 伤损 ） ； ③ 接头： 平、 鱼尾板质量（ 伤损） 、 螺栓质量（ 伤损 ） 、 轨缝； ④ 轨枕 连接、 轨间连接、 轨距锁定。 则Ⅲ级单元轨道几何尺寸的耦合偏离度为 ： Ｒ = r 1 α1 + r 2 α2 + r 3 α3 + r 4 α4 = 0 ． 2 r 1 + 0 ． 3 r2 + 0 ． 2 r3 + 0 ． 3 r4 （ 5）
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引
言
铁路一直是公认的安全程度较高的交通工具，
*
文章编号： 1003 － 3033 （ 2014 ） 08 － 0092 － 05 ；
收稿日期： 2014 － 05 － 20 ；
修稿日期： 2014 － 06 － 28
第8 期
周 帅 等： HAZOP -偏 离 度 在 铁 路 安 全 风 险 分 析 中 的 应 用
第 2 4 卷 第 8 期 2 0 1 4 年 8 月
中 国 China
安 全 Safety
科 学 Science
学 报 Journal
Vol ． 2 4 No ． 8 Aug ． 2 0 1 4
HAZOP-偏离度在铁路安全风险分析中的应用
周 帅
1
*
教授级高工 柴 俭 高级工程师 （ 1 西南交通大学 机械工程学院， 四川 成都 610031 2 四川省安全科学技术研究院， 四川 成都 610045 ）
HAZOPbased safety risk analysis technology for railway operation
2 ZHOU Shuai1 SHI Fuqiang1， CHAI Jian1 （ 1 Mechanical Engineering College，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichua 610031 ， China 2 Sichuan Academy of Safety Science ＆ Technology，Chengdu Sichua 610045 ， China）
［7 ］ ［5 ］
r =
f －s + － e max －s 为标准参数值； 为风险敏 感因子。 0， 1］ 风险敏感因子 是一个将偏差转化到［ 范 围的敏感因子， 它表明了不同方向偏差值对风险的 敏感程度。结合铁路特点， 提出一种考虑包含正、 负 如下。 偏差 2 种情况风险敏感因子的计算方法 ，
学科分类与代码： 6203070 （ 安全系统工程） 资助项目： 四川省安全生产科技专项项目（ 2011 － 10 ） 。 中图分类号： X913． 4 文献标志码： A
施富强
1， 2
1
【摘 要】 为提高铁路运营安全风险分析的准确性、 系统性及可用性， 将危险与可操作性分析法 （ HAZOP） 与量化基准偏离度组合应用于铁路运营安全风险分析 。在研究铁路运营安全风险复杂性 及其现状的基础上， 以铁路工务专业为例， 阐述 HAZOP 法的分析过程， 主要包括单元划分、 引导词 选定及偏差分析等 6 个步骤。引入描述偏差程度的新参数偏离度， 使 HAZOP 法能定量分析铁路运 营中安全技术要素的偏差。为提高 HAZOP 法的效率， 将专家诊断数据库等纳入开发的 HAZOP 辅 HAZOP 法及其辅助系统 助系统中。将 HAZOP 法应用于同煤集团重载铁路专用线 。应用效果表明， ， 。 可使企业针对各安全技术要素的偏差动态 采取更明确的调整对策 【关键词】 危险与可操作性分析法（ HAZOP） ； 偏离度； 风险敏感因子； 量化基准； 分析辅助系统
［3 － 4 ］
和定量参 数 的 偏 差 程 度 统 一 到 同 一 个 基 准 上 来 讨论 、 衡量 ， 且 便 于 数 据 的 统 计、 分 析， 提出一个 — —偏 离 度 。 它 表 示 实 际 测 铁路 风 险 控 制 指 标 — 量参数 值 偏 离 标 准 参 数 值 的 偏 差 程 度 。 提 出 偏 离 度， 为 铁 路 安 全 风 险 分 析 提 供 量 化 基 准， 有助 综 合 诊 断、 逐级定量的安全 于 构 建 集 系 统 分 析、 评估体 系 。 下 面 分 别 针 对 单 一 参 数 和 多 参 数 的 并将之集成至 HAZOP 偏离度计算模型进行阐述 ， 辅助系统中 。 2． 1 单一参数偏离度 对于定量参数， 设某单一参数最大容许正偏差 + － 记为 e max ， 最大容许负偏差为 e max ， 则容许偏差范围
· 93·
88 人受伤［1］， 雪德列车出轨事故造成 101 人死亡、 2011 年 “ 7 ·23 ” 中国甬温线特别重大铁路事故造成 40 人死亡、 172 人受伤［2］。 这些事故都为加强预防 铁路运营事故， 控制安全风险敲响了警钟。 而识别 和分析安全风险因素是安全风险管理的关键环节 ， 研究铁路运营各安全技术要素偏差的动态监管手 段， 有助于提出预防事故的适应对策以及突发事故 的应急救援措施
。
铁路运营是一个多专业、 多要素、 多环境的复杂 系统， 但目前在铁路运营安全风险因素识别和分析 过程中， 主要采用安全检查表法， 缺乏系统性， 也未 ［2 ］ 。 实现定量化 如张羽等 为探索动态条件对高风 将动态成本因素 险系统安全合作行为效率的影响， 构建一类主观博弈模型； 周 引入演化博弈分析过程， 根据风险理论， 构建地铁既有线路运营风 险量化分级模型。这些研究虽为铁路安全风险分析 扬凡等 提供了很好的思路， 但仍需要一种操作性强， 且易于 推广的方法。 危险与可操作性分析法 （ hazard ＆ operability aHAZOP） 以其分析全面、 nalysis， 系统、 连贯、 细致等 优点， 已成为危险性分析方面的主要方法之一 ， 并成 ［6 ］ 熟地运用于石油化工等行业。 Dunj O J 首次 对 HAZOP 法的相关研究进行了详细的 综 述， 付建民 等 研 究 了 HAZOP 在 石 油 化 工 装 置 中 的 应 用， WANG Hangzhou［8］、 Johnson Ｒ W［9］ 等则将 HAZOP 法与其他方法结合使用。 为此， 笔者将把该方法应 用于铁路运营安全风险分析中， 并通过引入描述偏 差程度的新参数偏离度， 使 HAZOP 法能定量分析 铁路运营中安全技术要素的偏差 。以期有助于企业 及时掌握铁路运营中各安全技术要素的偏差动态 ， 及早发现偏差过大的技术要素， 作出合理判断， 明确 运营中需具体调整的方向， 降低安全管理成本， 提高 事故预防能力。
－e × e
－ )2 max － max
= 1 －
+ e max － e max
（ 3） 0， 1］ 。 对于定量参数， 偏离度的合理范围为： ［ 对于单一定量参数， 若 r = 0， 即无偏差； 若 r = 1 ， 已 “超限” 。 达到最大容许偏差； 若 r ＞ 1 ， 判定为参数 而对于定性参数， 其偏离度以模糊数学隶属度 来判定， 分为 4 个级别， 对应偏离度 r 分别为： ［ 状态 0. 3 ， 0. 6 ， 0. 8 ， 优， 状 态 良， 状 态 可， 状 态 差］≤ ［ 1. 0 ］ 。 2． 2 — —耦合偏离度 多参数偏离度— 对于多个参数， 提出将单一参数的偏离度按照 各自的权重进行耦合， 得到多参数的偏离度， 即耦合 记为 Ｒ ， 其含义为同一分析段风险控制的综 偏离度， 合偏差度量。 Ｒ = r 1 α1 + r 2 α2 + … + r i α i （ 4） 2， …， n ） 为 各 单 一 参 数 的 偏 离 度； 式中： r i （ i = 1 ， 2， …， n） 为对应权重系数。 αi （ i = 1 ，
Abstract： In order to improve the accuracy， system performance and availability of railway operation safety risk analysis，HAZOP method and quantitative benchmark " deviation degree" were combined and used for doing safety risk analysis for railway operations． The complexity of railway operation safety risk and its status were studied． The process of HAZOP was explained on basis of taking railway engineering affairs as an example． The process resolves itselves into six steps such as units division，guide words selection and deviation analysis． Introducing a new parameter of deviation degree to HAZOP makes it can be uesed to analyse quantitatively deviations of safety technical elements from the specifications． In order to improve the efficiency of HAZOP method，an auxiliary system was established for it． An application of HAZOP method was made to a acertain special railway line in China． The results show that HAZOP method and its auxiliary system make enterprise to be able to take more effective coutermeasures to be able to take more effective coutermeasures to deal with deviations of safety technical elements from the specifications． Key words： hazard ＆ operability analysis （ HAZOP ） ； deviation degree； risk sensitive factor； quantitative benchmark； aided system 但不断出现的脱轨掉道、 追尾、 冲撞等交通事故， 不 仅造成重大人员伤亡和财产损失， 而且严重影响铁 路运输的公信力， 影响铁路发展。如 1998 年德国艾
1
HAZOP 法铁路应用涵义阐释
将传统 HAZOP 法应用于铁路中， 对其涵义应 危 进行重新阐释： 它是一种用于辨识铁路技术缺陷 、 险及操作性问题的结构化分析方法， 其本质是通过 科学的标准对评价对象进行分析， 并且在分析过程 中， 以确定的安全标准， 研究每一个单元的参数， 分 析偏差所导致的危险和可操作性问题 。
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HAZOP 法应用的量化基准
在对铁路进行 安 全 风 险 分 析 时 ， 为了将定性
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中 国 安 全 科 学 China Safety Science
学 报 Journal 表1 HAZOP 法工务分析单元划分
第 24 卷 2014 年
权重系数的确定是按照各技术参数风险度 （ 即 引发事故的概率与其后果的积 ） 统计数据， 并综合 专家诊断意见获得。例如， 在直股钢轨部分， 有下列 Ⅳ组参数： 轨道几何尺寸、 钢轨、 接头及连接状态。 对应于各组的技术参数： ① 轨道几何尺寸： 轨距、 水 高低、 轨向； ② 钢轨： 钢轨质量 （ 伤损 ） ； ③ 接头： 平、 鱼尾板质量（ 伤损） 、 螺栓质量（ 伤损 ） 、 轨缝； ④ 轨枕 连接、 轨间连接、 轨距锁定。 则Ⅲ级单元轨道几何尺寸的耦合偏离度为 ： Ｒ = r 1 α1 + r 2 α2 + r 3 α3 + r 4 α4 = 0 ． 2 r 1 + 0 ． 3 r2 + 0 ． 2 r3 + 0 ． 3 r4 （ 5）
+ =
( (
1 －
－ + ( e+ － e－ )2 e max e max max max × = 1 － + + － × e max ( e+ － e－ ) e max e max max max
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（ 2）
－ =
1 －
e
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×
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e
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0
引
言
铁路一直是公认的安全程度较高的交通工具，
*
文章编号： 1003 － 3033 （ 2014 ） 08 － 0092 － 05 ；
收稿日期： 2014 － 05 － 20 ；
修稿日期： 2014 － 06 － 28
第8 期
周 帅 等： HAZOP -偏 离 度 在 铁 路 安 全 风 险 分 析 中 的 应 用
第 2 4 卷 第 8 期 2 0 1 4 年 8 月
中 国 China
安 全 Safety
科 学 Science
学 报 Journal
Vol ． 2 4 No ． 8 Aug ． 2 0 1 4
HAZOP-偏离度在铁路安全风险分析中的应用
周 帅
1
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教授级高工 柴 俭 高级工程师 （ 1 西南交通大学 机械工程学院， 四川 成都 610031 2 四川省安全科学技术研究院， 四川 成都 610045 ）
HAZOPbased safety risk analysis technology for railway operation
2 ZHOU Shuai1 SHI Fuqiang1， CHAI Jian1 （ 1 Mechanical Engineering College，Southwest Jiaotong University，Chengdu Sichua 610031 ， China 2 Sichuan Academy of Safety Science ＆ Technology，Chengdu Sichua 610045 ， China）
［7 ］ ［5 ］
r =
f －s + － e max －s 为标准参数值； 为风险敏 感因子。 0， 1］ 风险敏感因子 是一个将偏差转化到［ 范 围的敏感因子， 它表明了不同方向偏差值对风险的 敏感程度。结合铁路特点， 提出一种考虑包含正、 负 如下。 偏差 2 种情况风险敏感因子的计算方法 ，
学科分类与代码： 6203070 （ 安全系统工程） 资助项目： 四川省安全生产科技专项项目（ 2011 － 10 ） 。 中图分类号： X913． 4 文献标志码： A
施富强
1， 2
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【摘 要】 为提高铁路运营安全风险分析的准确性、 系统性及可用性， 将危险与可操作性分析法 （ HAZOP） 与量化基准偏离度组合应用于铁路运营安全风险分析 。在研究铁路运营安全风险复杂性 及其现状的基础上， 以铁路工务专业为例， 阐述 HAZOP 法的分析过程， 主要包括单元划分、 引导词 选定及偏差分析等 6 个步骤。引入描述偏差程度的新参数偏离度， 使 HAZOP 法能定量分析铁路运 营中安全技术要素的偏差。为提高 HAZOP 法的效率， 将专家诊断数据库等纳入开发的 HAZOP 辅 HAZOP 法及其辅助系统 助系统中。将 HAZOP 法应用于同煤集团重载铁路专用线 。应用效果表明， ， 。 可使企业针对各安全技术要素的偏差动态 采取更明确的调整对策 【关键词】 危险与可操作性分析法（ HAZOP） ； 偏离度； 风险敏感因子； 量化基准； 分析辅助系统
［3 － 4 ］
和定量参 数 的 偏 差 程 度 统 一 到 同 一 个 基 准 上 来 讨论 、 衡量 ， 且 便 于 数 据 的 统 计、 分 析， 提出一个 — —偏 离 度 。 它 表 示 实 际 测 铁路 风 险 控 制 指 标 — 量参数 值 偏 离 标 准 参 数 值 的 偏 差 程 度 。 提 出 偏 离 度， 为 铁 路 安 全 风 险 分 析 提 供 量 化 基 准， 有助 综 合 诊 断、 逐级定量的安全 于 构 建 集 系 统 分 析、 评估体 系 。 下 面 分 别 针 对 单 一 参 数 和 多 参 数 的 并将之集成至 HAZOP 偏离度计算模型进行阐述 ， 辅助系统中 。 2． 1 单一参数偏离度 对于定量参数， 设某单一参数最大容许正偏差 + － 记为 e max ， 最大容许负偏差为 e max ， 则容许偏差范围
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88 人受伤［1］， 雪德列车出轨事故造成 101 人死亡、 2011 年 “ 7 ·23 ” 中国甬温线特别重大铁路事故造成 40 人死亡、 172 人受伤［2］。 这些事故都为加强预防 铁路运营事故， 控制安全风险敲响了警钟。 而识别 和分析安全风险因素是安全风险管理的关键环节 ， 研究铁路运营各安全技术要素偏差的动态监管手 段， 有助于提出预防事故的适应对策以及突发事故 的应急救援措施