基于预警理论的铁路罐车危险货物运输风险管理

特别策划·铁路科技保安全
基于预警理论的铁路罐车
危险货物运输风险管理
郝竟涵1，郭湛2，李利军3，李艳丽1
（1.石家庄铁道大学管理学院，河北石家庄050043；
2.中国铁道科学研究院集团有限公司铁道科学技术研究发展中心，北京100081；
3.石家庄铁道大学经济与法律学院，河北石家庄050043）
摘要：随着危险货物运输需求量增长，铁路罐车作为危险品运输工具发挥着越来越重要的作用，由于铁路罐车危险性极为复杂，提升其运输安全成为铁路愈发重视的问题。

结合铁路危险货物运输的规范化要求，将预警理论引入铁路罐车危险货物运输领域，根据铁路罐车危险货物运输的安全风险来源建立预警指标，设置预警评价区间，进而借助层次分析法进行预警指标权重的计算，根据模糊综合评价法确定最终铁路罐车危险货物运输的预警等级，对可能出现的警情进行预报。

结合企业案例，分析找出可能存在的风险，提出相应管理建议，推进实现危险货物领域铁路罐车安全运输的目标。

关键词：预警理论；铁路罐车；危险货物；风险评价
中图分类号：U298 文献标识码：A 文章编号：1001-683X（2023）10-0114-08 DOI：10.19549/j.issn.1001-683x.2023.05.24.001
0 引言
2020年4月，国务院安全生产委员会印发了《全国安全生产专项整治三年行动计划》（安委〔2020〕3号），明确提出要强化危险化学品运输、使用和废弃处置安全管理，强化托运、承运、装卸、车辆运行等危险货物运输全链条安全监管。

铁路危险货物运输的安全治理和风险控制已然在国家层面得到极大重视，在这种背景下，开展相关研究具有重要的现实意义。

危险货物罐车运输是铁路运输危险货物的重要方式，而罐车运输涉及环节多、要求高，其运输过程具有很强的专业性和技术性，因此要采用科学的管理手段来
基金项目：中国国家铁路集团有限公司科技研究开发计划项目（FYF2022SJ005）
第一作者：郝竟涵（2000—），男，硕士研究生。

E-mail：*****************
保障运输安全。

基于预警理论、层次分析法和模糊评价法，判断运输系统目前所处安全状态，进而对相应各预警指标提出管理措施建议。

1 基于预警理论确定指标和评价区间
1.1　相关概念界定　
铁路罐车危险货物运输风险：指在铁路罐车运输危险货物的过程中，可能发生的损害、伤亡或财产损失的概率和程度。

这种风险可能源于危险品物质自身的特性、承载运输的罐车、装载环节存在的安全隐患和操作人员的不当行为等多种因素，并且这些因素之间可能相互作用，能够加剧或减缓风险的程度。

安全预警理论：指通过分析客观事实和主观因素，对潜在的风险进行全面、科学、量化的评估，以提前发现和预警潜在风险，降低可能的危害后果。

安全预警理论将不确定性因素纳入系统，利用多种信息源对风险进行动态监测、分析、研判和预测，进而实现隐患的精确定位和有效管控。

安全预警主要包括以下3个阶段：第一，警情分析阶段汇总安全信息，对系统安全稳定性进行评价；第二，警情识别阶段依据指标评价结果对警情进行识别，判断系统处于无警、轻警、中警、重警中的哪种状态；第三，根据警情识别结果的评定，针对性地找出警情发生背后的原因，继而结合现阶段系统环境状况制定行之有效的风险管理措施，将安全事故控制在萌芽状态，提高整体系统的安全水平［1］。

1.2　建立预警指标　
铁路罐车危险货物运输处于动态环境系统当中，其运输安全受多种因素共同影响，包括人、危险货物、罐车以及运输的外部环境。

针对这种特殊且运输环境相对复杂的运输物品，将影响其运输安全的因素归纳为危险货物种类属性、人员水平、危险货物罐车质量、外部环境因素4类，并由此建立预警指标（见图1）。

各预警指标影响要素含义如下：
（1）危险货物种类属性：由易燃易爆性、酸碱性及腐蚀性、毒性及放射性3种构成。

易燃易爆性物质有汽油、己烷、丙烯酸乙酯、液化石油气、梯恩梯、黑索金等，具有火灾和爆炸危险性，危险系数较高，在不规范操作下遇到明火容易发生燃烧，同时燃烧往往伴随着爆炸发生，使事故范围和危险性增加［2］；酸碱性腐蚀性物质有盐酸、乙酸酐、液碱、氢氧化钠、硝酸、硫酸等，具有腐蚀性，对装卸设备、罐体设备和人体都会产生腐蚀，会造成皮肤和设备的损坏；毒性及放射性物质有敌敌畏、敌百虫、二硝基甲苯（液）、八氧化三铀等，具有毒害性和放射性，这些货物泄漏或损坏，可能会直接对工作人员和周围生态环境造成损害，同时某些毒性和放射性物质在特定条件下可能会引发火灾或爆炸。

（2）人员水平因素：由违规操作率指标、人员业务态度考核分数和安全运输业务培训构成。

违规操作率指员工的业务水平考核以及对待工作的态度，通过监管人员的每月考核评价和不定期突击考核反映；业务态度考核分数指员工按照规章制度进行相应作业发生违规操作情况的概率，通过管理人员定期自查罐车设备风险和各环节操作的评价反映；安全运输业务培训是指管理部门是否对铁路罐车运输的各个环节都进行了详细规定，各部门是否能根据自身特点对业务人员定期开展业务培训和安全制度宣传教育，以及业务培训对员工的业务能力提升是否起到效果［3］。

（3）危险货物罐车质量：由罐车安全附件、罐体安全风险和罐车装卸设备构成。

罐车的安全状态可以用罐车在运输过程中安全附件故障的发生率衡量，故障发生率越高，货物越不安全；罐体安全风险是指长期运输危险货物会对罐体造成腐蚀进而引发跑、冒、滴、漏等问题，还包括罐体砂眼、焊缝开焊、罐体破裂等安全问题，增加危险货物泄漏和爆炸的风险；罐车装卸设备指危险货物进行装卸作业时用到的设备，如接口和连接设备，它们能够使罐车与装卸设备之间进行连接，连接位置包括液体或气体的接头、管道、阀门等，如果这些位置存在泄漏、阀门故障或连接松动等问题，可能会导致货物泄漏或溢出，影响运输安全［4］。

（4）外部环境因素：包括运输线路状况、自然气候条件和飘浮物及动植物侵限。

运输线路状况指运输途中存在人为非法干扰的隐患以及沿途设施倒落的隐
患，对铁路罐车行驶造成威胁，进而影响危险货物的安全；自然气候条件指在高温、低温、雨雪、大风等极端天气条件下威胁运输安全，例如某些危险货物对温度敏感，在高温条件下可能会增加火灾或爆炸的风险，以及高湿度或大量降水可能会导致容器腐蚀泄漏，
甚至引发危险物质的化学反应［5］；飘浮物及动植物侵限是指轻飘浮物侵入接触网安全限界、硬飘浮物侵入线路造成相撞事故或者侵入接触网安全限界以及沿线动植物侵入铁路线路，都会对行车安全造成威胁，进而影响危险货物的安全运输［6］。

1.3　设置预警评价区间　
基于预警理论，在铁路罐车危险货物运输的安全预警分析过程中，可针对本次运输存在的不同安全风险程度，将铁路罐车危险货物运输的安全风险进行等级分级［7］。

因此，将易燃易爆性、酸碱性及腐蚀性、毒性及放射性、业务态度考核分数、安全运输业务培训、罐体安全风险、罐车装卸设备、自然气候条件指标按分数值划分级别区间，0分为初始
分，9分为最高分值，分数越高表示安全性越高。

将违规操作率、罐车安全附件、运输线路状况、飘浮物及动植物侵限指标比照历史发生数量，并通过现实摸排检查，预测其可能发生危险的概率区间，概率越低代表安全性越高。

最终设置评语集V =｛V 1，V 2，V 3，V 4｝=｛无警，轻警，中警，重警｝，并对各等级具体到各指标的含义进行量化［8］，最终设置预警评价区间见表1。

2 基于预警理论的铁路罐车危险货物运输风险
评价分析
2.1　基于层次分析法确定指标权重　
2.1.1　建立预警指标的判断矩阵　
层次分析法（AHP ）本质上是一种思维方式，通过因素之间两两比较得出相对重要度的排序，最终确
定最优决策方案，整个过程体现了人类决策思维的基本特征，克服了其他方法回避决策者主观判断的缺点，因此选用层次分析法来确定预警指标权重。

以河北某企业液化石油气（LPG ）铁路罐车运输为例，LPG 是无色液化气体，自身价值较高，但其自身化学性质特殊且具有低毒，危害性较大，对罐车运输装卸流程以及
图1　铁路罐车危险货物运输安全预警指标
表1　预警评价区间
安全附件有着较高要求，因其随着罐内压力和温度升高，可能产生物理性爆炸，业务人员需时刻关注罐内LPG 的温度和压力，对业务人员的业务操作水平也具有较高要求［9］。

对于该企业LPG 罐车运输安全的一级预警指标，根据10位相关专家打分评估，综合各专家意见取平均值，形成各指标之间相对重要程度的数据，数字代表指标之间的相对重要性，数字越大代表前因子比后因子的相对重要性越强（见表2）。

由此建立计算预警指标权重向量所需的判断矩阵N 。

矩阵N 斜对角线一定为1，表示指标与自身的重要性完全相等，右上角和左下角数据呈现互为倒数对称的格式。

判断矩阵N 如下：
N =æè
çççççö
ø
÷÷÷÷÷ 11/41/31/241233
1/21221/3
1/2
1 。

2.1.2　计算权重　
特征根的求解方法很多，如和法、最小二乘法、方根法等，由于方根法较为简便易行，以下将采用方根法进行计算。

方根法计算矩阵的最大特征根及相应特征根向量的主要计算步骤如下：
（1）将矩阵的每一行元素相乘，然后开4次方根，得到W i ，具体过程如下：
N ⇒ æèçç
ççç
öø÷÷÷÷÷ 1/242431/3 ⇒ æèçççççöø
÷÷÷÷÷0.4522.2131.3160.760 。

（2）对W i 进行归一化处理，得到判断矩阵的特征向量w i ：
w i =
W i
∑1
4W
i。

（1）
归一化计算后得出判断矩阵的特征向量，即各预
警指标的权重系数，结果如下：
w =æèçççççöø÷÷÷÷÷w 1w 2w 3w 4=æèççççç
ö
ø
÷÷÷÷÷0.0950.4670.2780.160 。

（3）根据式（2）计算判断矩阵N 的最大特
征值λmax ：
λmax
=14∑i =14(N w )i w i。

（2）
从上述步骤计算可知，针对该企业LPG 罐车运输安全的一级预警指标总共4项，构建4阶判断矩阵，运用方根法进行层次法分析，结合特征向量最终计算出最大特征根为4.031，再利用式（3）计算得到CI 值为0.01，CI 值用于下述一致性检验计算。

CI =
最大特征根-n
n -1。

（3）
2.1.3　一致性检验结果　
经计算已得出CI 值，RI 值可对应表3进行查询得
出，判断矩阵为4阶，查询得到一致性RI 值为0.89，RI 值用于下述一致性检验计算，最终CR 值可用式（4）计算得出。

CR =
CI
RI。

（4）CR 值越小，说明判断矩阵一致性越好，一般情况
下CR 值小于0.1，则判断矩阵满足一致性检验；如果CR 值大于0.1，则说明不具有一致性，应该对判断矩阵
进行适当调整之后再次进行分析。

针对4阶判断矩阵，计算得到CI 值为0.01，RI 值经查表得出为0.89，因此计算得到CR 值为0.011<0.1，满足一致性检验。

2.1.4　确定二级指标权重　
上述判断矩阵满足一致性检验，意味着权重具有一致性，同理计算一级指标下分的各二级指标权重，均满足一致性检验，汇总权重见表4—表7。

表2
　一级指标间重要程度
表3　随机一致性RI
值
2.2　基于模糊评价法确定预警等级　
模糊评价指标体系是通过对决策问题进行分析和抽象，将具有不同权重和意义的因素转化为一组评价指标，将评价指标的模糊信息进行量化和加权，以得出总体评价结果。

针对前文已确定的预警指标权重，运用模糊评价法开展定量评价，确定最终的预警等级结果。

2.2.1　构建权重向量矩阵　
基于上文对某企业LPG 运输的各级预警指标权重的计算结果，相乘汇总得出二级指标的总权重值，进
而构建二级指标总权重向量矩阵A ：A =æèç
çççççççççççççççççççççççççççççççççççö
ø
÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷0.0520.0280.0150.2520.1390.0760.1500.0830.0450.0410.1020.017 。

2.2.2　构造权重判断矩阵　
为保证取值科学合理，采用问卷调查法邀请10位以上在该领域具有一定建树的专家组成评审组，查阅企业过往相关资料，并进行现场设施查看，询问企业管理人员及相关业务人员，在LPG 运输前，针对现场状况进行预警打分，最终进行综合评估，并将预警指标
属于某等级的专家人数占评价总人数的比例值作为12个指标的评价值，最终得到各指标的评价隶属度，基于汇总信息，得出各指标风险等级评价值见表8。

最终构建出该企业4×12权重判断矩阵R 如下：R =æè
çççççö
ø
÷÷÷
÷÷00.600.20.40.50.50.40.70.40.10.50.40.410.70.60.50.50.60.30.40.60.50.6
000.1000000.20.3000
0 。

2.2.3　评价结果　
利用式（5）可计算出4个预警等级最终的预警评价权重值，从中选取最高权重值，结合最大隶属度法则可知最终评价结果。

S =A ∙R 。

（5）
由上述计算分析得出该企业在本次LPG 运输前的预
警评价权重值计算结果：评估结果为轻警，较为符合运输要求，但仍存在一定风险，企业安全管理还存在优化空间。

S =æèçç
çççöø
÷÷÷÷÷0.3360.5690.0950 。

表4
　二级指标危险货物种类属性权重
表5
　二级指标人员水平因素权重
表6
　二级指标危险货物罐车质量权重
表7
　二级指标外部环境因素权重
表8
　各指标风险等级评价值
3 对策建议
针对安全预警3个阶段，上文LPG运输的预警已完成前2个阶段，之后将根据警情结果，针对性地找出警情发生背后的原因，继而制定风险管理措施。

该企业运输预警评估等级为轻警，根据各预警指标的评价值来看，权重较大的人员违规操作率、业务态度考核、罐车安全附件和罐体安全指标评估值大多处于轻警，结合实际情况来看，原因在于该企业成立时间较长，在人员管理方面存在松懈问题，部分管理制度落实不到位，导致人员安全意识不够，在罐车安全检查制度上也存在优化空间，致使安全附件以及罐体仍存在较大隐患，即企业可加强业务人员的管理和完善罐车安全附件、罐体等设备设施的风险排查制度。

根据上述针对该企业LPG运输的预警分析，结合铁路罐车运输的现有环境状况，从以下3方面提出建议，对目前铁路罐车危险货物运输领域的安全风险管理提供参考。

3.1　强化业务人员运输安全意识　
根据上文指标权重计算结果可知，业务人员的违规操作率和业务态度考核分数指标权重都较大，可见强化人员安全意识，提高人员业务能力，对于提高运输的安全性具有很大意义。

一方面要完善员工业务奖惩制度。

在铁路罐车运输作业时，实行押运人员负责制，押运人务必全程跟车押运，押运人员对于罐车的安全负全责。

同时业务人员要进行得分考核，根据监管评价，对业务人员进行打分，对于得分高者可分级奖励，对于由于操作失误而导致运输异常的人员，采取惩罚措施［10］；另一方面要完善员工业务监管制度。

铁路监管局要指定专人分配到各地方车站，负责铁路罐车危险货物运输的监管工作，专业知识以及监管责任的培训不少于3个月，每年参加不少于2周的专业复训，对从事铁路罐车危险货物运输的相关业务人员的业务水平进行分级分类动态严格监管和进行重点抽查和突击检查。

在罐车具体作业过程中，监管人员要实时掌握本站各运输车辆的运行位置、监管货物状态以及作业人员的作业要求落实情况，实时读取信息，对本次货物运输作业人员工作情况给予评价，进行量化考核，每月根据量化考核分数考评，对分数较低的人员进行复训［11］。

3.2　加强罐车风险排查力度　
首先，要严格按照铁路部门要求执行罐车检修计划。

对于罐车罐体要严格执行铁路部门大修周期，每年进行1次中级维修，在货物充装前还要进行检查维修，高标准检查罐体的壁厚、焊缝、腐蚀情况等，确保罐体的结构完整和耐久性，同时可采用先进的无损检测技术，如超声波检测、磁粉检测等，对罐体和安全附件进行全面、准确的检测，以发现潜在的缺陷和问题。

其次，细化罐车安全附件风险排查表。

对各安全附件从外观检查、性能校验、功能试验3个方面进行详细排查，如果排查中发现问题，要立刻向管理人员记录报告，第一时间通知维修人员检修更换［12］。

例如对于紧急切断阀，重点观察应急切断阀门、管道、易熔塞等是否齐全，有无破损、松脱或漏气现象，试验远控系统设备是否正常运行，并结合罐体检验，检测应急切断阀与罐体的密封面是否存在泄漏现象；对于真空减压阀，需要确认真空减压阀是否外压≥0.021 MPa，是否在小于罐体设计外压下正确开启，并检查其防止易燃的介质阻火能力［13］。

最后，要对罐车罐体和安全附件进行定期维护和保养，包括清洁、涂漆、紧固件检查等，确保其状态良好，延长使用寿命。

3.3　加强沿线外部环境以及灾害天气的监测　
外部环境中自然气象条件指标的权重也较高，因此可与气象部门合作，建立天气预警系统，及时获取天气预报信息，当有灾害天气的预警发布时，可以提前做好相应安排，如改变运输计划、调整车速等，以应对不利气象条件。

可尽量避开大风雨雪天气和高温天气运输危险货物，避免不利气象条件给危险货物运输带来安全风险［14］。

同时在运输沿线重点区段可安装设置周界入侵报警系统，并加强对线路两侧情况的视频监控，一旦发生可能影响行车安全的事件及时通报，第一时间做出处理以应对突发
线路状况［15］。

线路两侧500 m范围内的废品收购站、露天垃圾消纳点以及防尘网、农用薄膜、反光膜、塑料大棚，其产权人或铁路运输危险货物的相关管理人员，要加强日常巡查维护，尽量避免飘浮物的侵限。

4 结束语
开展铁路罐装危险货物安全治理和风险控制的相关研究极具现实意义，通过创造性地将预警理论引入铁路罐车危险货物运输领域中，建立预警指标和预警评价区间，将层次分析法和模糊评价法结合起来，借助层次分析法确定预警指标权重，用模糊评价法评定罐车运输前的安全状态，可根据最终警情识别结果的评定，针对性地找出警情发生背后的原因，可将安全事故控制在萌芽状态，进而消除安全隐患，提高整体运输系统的安全状态。

基于上述分析，研究认为当前对于铁路罐车危险货物运输需重点关注相关业务人员的专业性操作，防患于未然。

同时，建立的预警指标还可根据实际需求进一步丰富和完善，专家评价打分也存在着一定主观性，未来还需结合实践进行更全面深入的研究。

参考文献
［1］刘建伟.大秦铁路货物装运安全风险管理研究［D］.北京：中国铁道科学研究院，2020.
［2］李海江.LPG罐车罐体爆炸原因分析及事故处置［J］.中国应急救援，2021（1）：33-36.
［3］曹建.危化品槽罐车公路运输事故情景构建、演化模拟与安全控制研究［D］.湘潭：湖南科技大学，
2020.
［4］雷峥.基于云模型的铁路罐车运输安全评价研究［D］.兰州：兰州交通大学，2021.
［5］方亚林，李博洋，彭思宇，等.PHAST在LPG罐车泄漏爆炸事故分析中的应用［J］.石油化工安全环保
技术，2021，37（2）：30-33，6.
［6］王卓，马天明，杨嘉乐，等.易燃易爆危化品罐车实时监控系统及预警设计［J］.电气防爆，2020（6）：11-15.
［7］党志源，王猛，邓修权，等.基于风险元传递理论的高速铁路运行风险研究［J］.中国铁路，2023（1）：
17-21.
［8］ HOU S Y，LIU Y，WANG Z，et al.The potential for deflagration to detonation transition（DDT）-Les⁃sons from LPG tanker transportation accident［J］. Journal of Loss Preventionin the Process Indus⁃tries，2022.
［9］高思达，郝琳，朱振兴，等.液化石油气（LPG）泄漏事故定量风险分析［J］.化学工业与工程，2023，40（4）：78-85.
［10］梁沁宜，郭世杰，卢奎刚.危化品铁路罐车智能监测系统的研制［J］.科技创新与应用，2019（7）：
33-34.
［11］袁振江，白明明.铁路槽罐车智能监测系统的设计［J］.铁道通信信号，2020，56（5）：62-64.
［12］周伟明，曹广滨，肖学文，等.液化气体汽车罐车安全附件失效模式分析及结构优化［J］.压力容器，
2020，37（1）：62-67.
［13］郭依帛，姜春阳，强晔.常压液体危险货物罐车罐体定期检验内容探讨［J］.中国设备工程，
2022（20）：146-148.
［14］柳青红，关则彬，赵颖，等.高速铁路运营环境安全监测系统综述［J］.中国铁路，2023（4）：
40-47.
［15］宋贺.基于贝叶斯网络的道路危险货物罐车运输事故预测研究［D］.北京：北京交通大学，
2020.
责任编辑明芳
收稿日期 2023-05-24
Risk Management of Dangerous Goods Transported by Railway Tanker Based
on Early Warning Theory
HAO Jinghan 1, GUO Zhan 2, LI Lijun 3, LI Yanli 1
(1. School of Management, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang Hebei 050043, China;
2. Railway Science & Technology Research & Development Center, China Academy of Railway Sciences Corporation Limited,
Beijing 100081, China;
3. School of Economics and Law, Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang Hebei 050043, China)
Abstract: As the demand for dangerous goods transportation increases, railway tankers play an increasingly
important role as a means of transporting dangerous goods. Considering the extremely complex risks of railway tankers, improving their transportation safety has become an increasingly important issue for railways. In combination with the standardization requirements of railway transport of dangerous goods, this paper introduces the early warning theory into the field of transport of dangerous goods by railway tankers. According to the safety risk sources of transport of dangerous goods by railway tankers, early warning indicators are established, early warning evaluation intervals are set, and then the weight of early warning indicators is calculated with the help of analytic hierarchy process (AHP). According to the fuzzy comprehensive evaluation method, the final early warning level of transport of dangerous goods by railway tankers is determined, and the possible situation is predicted.
In combination with enterprise cases, this paper analyzes and finds out possible risks and puts forward corresponding management suggestions to promote the safe transportation of dangerous goods by railway tankers.
Keywords: early warning theory; railway tanker; dangerous goods; risk assessment
英国于1825年制造出机车1号。

曾用10 h 牵引53 t 煤炭从达灵顿到达斯托克，全程64 km 。

机车1号现保存在达灵顿市火车博物馆。

“中国画火车第一人”王忠良老师
火车钢笔画系列作品
——英国铁路机车1号。