城市軌道交通運營風險主動防控平臺設計與實現

王艷輝，蘇宏明，李 曼，賈利民，李宇杰，楚柏青

（1.北京交通大學 軌道交通控制與安全國家重點實驗室，北京 100044；2.北京交通大學 交通運輸學院，北京 100044；3.中交星宇科技有限公司 科技研發中心，北京 100088；4.北京市地鐵運營有限公司 技術部，北京 100088）

隨著城市軌道交通運營規模的不斷擴大，安全風險問題日益突顯。城市軌道交通運營環境密閉性強，設施、設備的人員布設密度高，一旦發生局部故障或突發事件，很可能影響整個運營系統，處置不當將會造成重大的人身財產損失［1］。因此國家層面對城軌運營安全提出非常高的要求，相繼印發《風險分級管控和隱患排查治理》［2］《城市軌道交通運營期間安全技術規范》［3］等政策文件，著重提倡風險的主動防控治理，堅持超前防范、關口前移，從而最大限度地避免運營安全事故的發生。

近些年，在城軌行業逐步興起的風險防控信息化平臺是一種以規范、高效、科學的風險管控理念為基礎，結合互聯網技術對業務流程進行優化的管理新方法，能夠及時發現并治理運營中存在的風險?，F階段，如何運用信息化平臺實現運營安全保障，是國內各家城軌運營公司普遍重點關注的問題之一［4］。廈門地鐵針對供電系統引進安全管理平臺，保障了供電運行和檢修的工作效率［5］。哈爾濱地鐵提出，利用高集成手段建設智能監控、報警防災、智能電力系統全面融合的信息化平臺，全面提升地鐵運營預警預報功能，實現高效聯動與快速反應［6］。福州地鐵針對地鐵施工過程，設計開發了基于B/S 模式的城市軌道交通安全管控信息平臺，實現了風險巡查、風險響應等施工操作的信息化管理［7］。烏魯木齊地鐵針對人員安全和治安防護設計地鐵安防集成平臺，實現了地鐵全線安防子系統的綜合管理［8］。南京地鐵設計了安全管理一體化信息系統，實現了不同部門之間的信息化統籌管理為管理者提供了及時的決策輔助［9］。

現行的信息平臺在城軌運營安全保障中發揮了極大作用，但仍然存在一定優化空間，主要體現為：以各部門下獨自運行的信息平臺為主，缺乏全局級別的城軌運營風險信息一體化平臺，信息難以集成和共享，易造成信息孤島現象；以應用于施工過程的安全管理平臺為主，缺乏針對運營過程的風險管理信息系統，且系統不能實現自由配置，靈活性差；以基于被動安全的運營安全平臺為主，多僅針對發生的故障進行安全信息統計分析，易造成“小故障、大影響”現象，缺乏主動開展風險防控，防患于未然。

從超前防范故障和事故的角度出發，本文將風險主動防控的核心理念歸納為風險辨識、風險分析、風險治理和風險監督反饋4 個環節構成的閉環管理過程，并分別確立各環節的具體操作流程；在此基礎上設計風險主動防控平臺，明確平臺的邏輯架構、功能架構、業務流程和數據關系；最后將平臺應用于實踐，采取端-邊-云一體化和微服務系統架構進行開發，基于北京城市軌道交通路網數據進行部署應用，證實平臺的應用效果。

1 風險主動防控理念

風險是發生不幸事件的概率，是一種不良后果的可能性與嚴重程度的組合［10］。風險管理是安全管理的高級階段，是將風險造成的影響降到最低的管理過程。作為風險管理的最終目的，風險主動防控通過事前主動性的管理和預防，提前辨識并判斷風險的狀態，進而治理風險關鍵節點并阻斷其可能傳播路徑，從源頭處防范風險。

如圖1 所示，風險主動防控的核心理念可歸納為風險辨識、風險分析、風險治理和風險監督反饋4個環節構成的閉環管理過程，4個環節環環相扣、相互依托，共同完成風險主動防控工作，并經過不斷反饋學習，提高整體的風險主動防控能力。事實上，將風險主動防控閉環管理理念引入城軌運營安全管理信息平臺，建立規范的業務管理流程，已被認為是實現運營零事故最好的方法。

圖1 風險主動防控閉環管控理念

1.1 風險辨識

城軌組分節點是指參與運營過程中的各個組成成分，為了便于統計分析，對城軌組分節點按照“人”“機”“環”“管”合理抽象并歸類。其中：“人”類組分節點指的是參與城市軌道交通系統運營的所有人員，人的不安全行為是造成城軌運營事故的重要原因；“機”類組分節點是城軌運營系統內部的組分節點，主要包括參與運營過程的所有設備設施；“環”類組分節點是城軌運營系統外部的組分節點，主要包括會對運營過程產生影響的所有因素；“管”類組分節點是指城軌運營過程中影響城軌正常運行的規章制度、政策法規和調度管理等。

風險辨識是風險主動防控閉環管理的第一步。城軌運營中的風險辨識可表現為按照一定方法直觀地發現那些可能產生和傳播風險、且具有較大風險因素的組分節點辨識為風險點，并將其列為重點監測對象。風險點的辨識示意圖如圖2 所示。圖中：下層結構表示城軌運營組成成分節點；上層結構表示從組分節點中辨識出的風險點。并不是所有的組分節點都可能產生和傳播風險，故風險點數量必然少于組分節點數量。

圖2 風險點辨識示意圖

為了更全面地辨識風險點，需要從風險管理角度對城軌公司工作人員的安全排查工作（如工作人員對設施設備的每日巡檢等）進行完善，在充分調研城軌運營公司日常設施設備排查記錄、歷史事故等數據的基礎上，主觀和客觀相結合地進行風險點辨識。以如下3類組分節點作為重點考察對象，并將其辨識為需要日常重點監測的風險點。

1）曾造成過事故的組分節點

梳理歷史事故報告，為避免類似事故/事件再次發生，將報告中出現過的組分節點判斷為風險點，即

式中：m為統計得到的事故記錄總數；si為0-1 變量，當遍歷的第i個事故記錄中存在當前正在辨識的組分節點pk（k為組分節點編號，k=1,2,…,n，其中n為辨識過程中所統計的組分節點總數）時取值為1，反之取值為0。

2）故障次數較高的組分節點

梳理歷史維修記錄，識別在維修過程中故障次數較高的組分節點，將記錄中大于統計故障次數平均值的組分節點判斷為風險點，即

3）關聯度較高的組分節點

重點關注運營過程中與其他組分關聯度較高、極易造成/受到影響導致狀態改變的組分節點，根據在實際運營過程中對周圍組分造成/受到影響的次數，將造成/受到影響次數大于平均的節點判斷為風險點，即

1.2 風險分析

可認為，風險點處于異常狀態時，能量的意外釋放及相互傳播影響會造成事故的發生。因此風險點擁有穩定及不穩定2 種狀態?；谀芰恳馔忉尫诺娘L險點狀態轉移機制如圖3所示，當施加能量超過風險點可承受閾值/受到超過其承受閾值的其他風險點的能量傳遞時，則認為此時風險點的安全屏障失效，能量將失去控制，導致風險點轉化為不穩定狀態［11］。

圖3 風險點狀態轉移機制

針對風險點狀態改變閾值，認為風險點狀態值越大其內部能量越混亂，越容易向其他風險點傳播風險，由此提出風險點狀態值計算方法，不穩定狀態和穩定狀態可分別按照式（4）和式（5）計算。

風險點之間存在著相互作用關系，當風險點處于不穩定狀態時，即觸發風險點狀態轉移機制，從而須對與其關聯的風險點狀態進行再次評估。抽象得到風險傳播模型如圖4所示。

圖4 風險傳播模型

根據圖4 揭示的源風險點傳播內在影響機理，當需要再次評估風險狀態時，可結合傳播過程中影響的范圍和觸發的風險點重要度不同，重新評估風險狀態的級別。

1.3 風險治理

風險分析結果不僅可用于了解風險傳播路徑，還能指導風險治理。風險治理包括根因風險治理和可控風險治理，前者指對源風險點進行維修、更替等，后者指對傳播路徑或預測出傳播路徑上功能重要的關鍵節點進行治理。

先根據風險點的傳播范圍對城軌運營系統全局風險進行分級，再按照對應等級制定相應的治理調控策略，指導源頭處和傳播路徑處開展針對性風險治理，從而有效避免重大事故的發生。整理得到風險分析結果對應治理策略見表1。

表1 風險分析結果對應治理策略

1.4 風險監督反饋

在城軌運營公司中，一般由安全管理部門實時監督整個風險主動防控工作，查看相關員工具體負責的風險點狀態和風險巡檢、處置的執行情況、總體完成率等。由此，建立風險監督反饋機制如圖5所示?；趯v史事故和未遂事件的學習反饋，建立得到風險管控檔案；風險點數據庫根據管控檔案及時更新，并將風險點位置、負責人等基礎信息及時反饋于管控檔案；風險點治理策略根據風險點數據庫識別得到的關鍵風險點信息及時更新，并將風險點歷史治理維護信息反饋于數據庫；管控檔案、風險點數據庫、風險點治理策略三者形成閉環管理，能夠有效避免重大事故的發生；另外，還可根據實際不斷對業務流程進行重組，修訂公司風險點管控策略，摒棄冗余的流程，優化得到最直接有效的操作流程。

圖5 風險監督反饋機制示意圖

2 風險主動防控平臺設計

1）平臺邏輯架構

設計風險主動防控平臺時，為實現全部組分和業務流程的自由配置，采用“1+1+1”模式，將整體平臺劃分為“基礎平臺+風險防控平臺+大數據中心”，構建得到的平臺邏輯架構如圖6 所示。平臺采取分層模式，從下到上依次是基礎層、應用層、模型層和展示層，共4層；基礎平臺對應邏輯架構基礎層，可實現不同運營公司基礎信息的自由靈活配置，增強了平臺的可移植性；應用層、模型層和展示層共同組成風險防控平臺，可實現城軌風險主動防控的各項功能和圖形界面展示；城軌大數據中心則負責接入管理平臺運算所需的各種數據。

圖6 “1+1+1”模式風險主動防控平臺邏輯架構

對平臺邏輯架構中的各層詳細說明如下。

（1）基礎層針對我國不同城軌運營公司的不同組織架構、部門職能、崗位信息、員工配置、線路站點和設施設備等，采取完全自由配置的模式，可以實現平臺在不同公司下的靈活通用。

（2）應用層主要包括對風險點、風險傳播、風險預案、業務流程和歷史事故的管理。其中：風險點由基礎層的組分配置管理按照一定的規則模型辨識提取而來；應用層最核心的功能是對風險傳播分析的管理和基于經驗的風險預案的觸發，執行對應的業務流程，并通過下發工單將風險處置責任落實到個人；總結分析歷史事故，進而補充完善風險點，實現風險主動防控的閉環管理。

（3）模型層提供包括風險點識別模型、風險傳播模型、系統綜合評估模型和事故反演模型，為應用層提供模型和算法的支撐。

（4）展示層提供圖形化展示，包括：基礎層形成的組分間的拓撲網絡、應用層的風險傳播預測路線、業務處置的流程圖、個人工單的執行首頁、系統全局風險狀態和處置結果分析等。

主動防控平臺是多部門、多業務、多應用的模式，為了更好地融合、集成和應用多源異構數據，構建元數據標準體系，形成管理接口和數據互操作技術體系，完成對數據的接入、解析、清洗轉化、存儲及數據安全分區管理。通過大數據中心，平臺實現對各個監測點（包括供電系統、工務、機電系統、車輛、線路、橋梁、隧道、行車調度、通信信號和運營環境等）的全部安全數據接入，實現了整個風險主動防控平臺的數據保障。

2）平臺功能架構

為使平臺閉環管理整個風險防控業務，滿足運營公司風險管理和工作人員不同功能需求，平臺設計采取開放式、模塊式、集成化的思路，得到10個功能模塊如圖7 所示。其中：為了實現平臺的自由靈活性，將基礎平臺設計為4個功能模塊，實現具體的線路、站點、車輛、設施設備、機構和人員等配置；風險防控平臺則通過配置合理的業務流程，實現風險辨識、傳播分析、治理和事故統計一系列功能的集成。

圖7 城軌運營風險主動防控平臺功能架構

3）平臺業務流程

既往許多城軌運營事故都是由于管理上的疏忽或者員工的不規范操作造成的，面對這一情況，如今多數企業采取了加強人員安全管理的培訓或罰款等措施，這顯然是不合理的［12］。只有建立標準的業務流程，將安全管理連接到每一個具體組分和每一個負責的工作人員，組織所有的員工全程參與風險主動防控管理，創造一個規范化、信息化的風險管理環境和團隊，這樣才能將事故的發生的概率降為最低［13］?；谶@一思路，重新描述運營風險主動防控的業務流程，將用戶分為安全管理部門和現場執行部門2 個用戶群，其中前者只需要對管控過程進行任務下達和監督，后者只需要進行任務執行和上報，通過兩者分工協作，完成整個風險辨識、風險分析、風險治理和風險監督反饋業務流程。平臺詳細平臺業務流程如圖8所示。圖中：實線和虛線分別表示平臺的正向業務流程和負向業務反饋。圖8 體現了不同功能下對應用戶需要執行的操作（其中管控平臺指系統自行操作）。這一業務流程設計旨在將基礎理論落實到公司風險管控實際中，最終實現流程的標準化，并為平臺的設計提供技術支撐。

圖8 風險主動防控業務流程圖

4）平臺數據關系

平臺數據關系如圖9 所示，展示了平臺業務功能間數據的傳遞關系。數據中心定時輸入2 類數據，分別為故障日志和節點狀態，再分別將這2 類數據保存到故障記錄表和節點狀態表中；狀態監測功能可以從節點狀態表中獲取數據，用以構建風險傳播鏈，將預測的結果保存到風險分級表中，并將異常狀態和處置策略展示給管控人員；故障記錄分析功能從記錄表里獲取故障記錄進行分析，得到分析結果并將其進行歸檔，以便反饋學習，不斷更新風險點，最終實現風險主動防控過程中數據流通的閉環。

圖9 平臺數據關系設計

3 風險主動防控平臺應用實現

3.1 平臺開發環境

考慮采取端-邊-云一體化進行平臺部署，架構如圖10 所示。其中：“端”指智能終端，即主動防控平臺業務的客戶端和手持端；“邊”指將計算擴展到靠近客戶端、設備端的地方，盡量避免網絡延時等問題［14］，由車站/車輛段和線路現場人員或傳感器上傳風險數據，員工通過平臺手持端或客戶端接收指令；“云”指云計算，通過云終端進行數據的處理。

圖10 端--邊--云協同架構

平臺采用便于開發維護、易于水平擴展、整體可用性強［15］的微服務架構進行設計。平臺部署需要的3 個服務器分別為：應用服務器，負責運行平臺的應用邏輯部分，完成平臺的接入處理，進行數據轉換等工作；網絡服務器，對必要的功能提供瀏覽器/服務器模式（B/S）的訪問；數據服務器，運行平臺需要的數據庫程序。

3.2 當前應用情況

平臺以北京市城市軌道交通路網為應用背景，已經在地鐵大廈3層調度指揮中心進行了成功部署，接入太平湖數據中心，完成了整體的調試與功能測試。平臺主界面如圖11所示。用戶可以通過主界面察覺整個路網的風險辨識、分析和治理情況，及時對各個子公司和部門出現的風險情況進行監督反饋管理，從而實現風險的閉環管理與主動防控。

圖11 主動防控平臺主界面

從應用范圍來看，平臺在北京地鐵運營一公司的15條線路和300余座車站試運行后，大大簡化了管理者和工作人員風險管控操作的流程，解決了城軌運營風險數據量大、機理復雜且實時性強等問題，且具有較高的安全性和穩定性，便于管理和維護。

從數據處理情況來看，平臺已經辨識并錄入的“人”“機”“環”“管”各類風險點共591 個，推演得到風險路徑58 條，有效提供風險處置預案268例，大大降低了因人為、技術和設備原因導致的安全事故潛在發生率。

4 結語

本文剖析了風險主動防控的理念，形成以風險辨識、風險分析、風險治理和風險監督反饋為閉環的風險防控4 個階段，設計并研發了以機構管理、組分管理、路網配置、風險點管理、業務流程管理、風險傳播管理、事故管理、風險評價和風險處置等功能為一體的風險主動防控平臺，完成了城軌運營風險主動防控閉環管理的信息化和智能化，為日常風險管控和決策提供支持。同時，針對國內城市軌道交通運營單位的安全管理工作基本處于各自為營的狀態，重復、低水平的投入現象較為普遍的問題，平臺建立了標準的業務流程和數據關系，讓風險預控的責任精確到每個崗位的每一個工作流程，同時讓每一個風險點都做到“標準清晰、責任清晰”。通過將傳統的巡檢工單、人工監察的安全作業方式與現代信息技術結合，讓安全預控管理更規范、更智能。經過部署測試，平臺具備較好的靈活性和安全性，預留的許多接口，還可支持未來更多業務的融合擴展，具有一定的應用價值和前景。