城市轨道交通设备安全防护等级划分策略研究.pdf

189交通科技与管理理论研究0引言城市轨道交通是一个庞大而复杂的综合技术系统，涵盖了地铁车辆、通信、信号、供电、轨道、房建、桥隧、综合监控、通风空调、自动售检票等二十多个专业1。根据城市轨道交通设施设备分类与代码（GB/T374862019）标准中有关设备资产的分类，轨道交通设备类别已超千余种，包含业务系统、通用软件、IT 设备、电气设备、自动化设备、信息安全设备、结构设施等多种特性各异的设备资产，具有种类多、专业性强、价值高、地点分散、资金比重大、管理难度大等特点2。如何在多种多样的轨道交通设备中识别运维管理的重点，加强对核心设备资产的安全管理，对于地铁线路运营安全具有重要的指导意义。1影响设备定级的要素城市轨道交通中各类设备承担了不同的业务职能。不同专业设备的重要程度、与运营安全的相关性以及设备本身固有的脆弱度是截然不同的。设备的重要程度采用资产重要度这一要素，用于反映设备在轨道交通运营生产过程中承担业务的重要性。一般可用设备所属领域和设备资产价值来定义，其中设备资产价值包括设备资产获取价值以及其产生的生产作用价值。与运营安全的相关性可采用故障影响度这一要素，用于反映设备故障后产生的直接损失和间接损失。设备故障的影响一般包括：对设备本体及其所属业务系统的直接影响；对行车安全的影响；对乘客、工作人员人身安全的影响；对环境安全、社会秩序、公共利益等其他对象的影响。设备本身固有的脆弱度可采用潜在威胁度这一要素，用于反映设备本身在运行环境中可能面临的威胁和强度。一种设备的潜在威胁度需要根据设备特性以及轨道交通行业固有的脆弱性，分析潜在威胁的来源和强度。2资产重要度资产重要度是轨道交通设备定级要素之一，由设备所属领域和设备资产价值确定。其中，设备资产价值包括其获取价值和作用价值。设备资产重要度特征值设定为 5 级，特征值越高则反映设备资产重要度越高，反之亦然，取值原则见表 1。表 1资产重要度特征值资产重要度设备所属领域一般领域重点领域关键领域资产价值获取价值很高或作用价值一般123作用价值中等234作用价值很高3452.1设备资产作用价值评价设备资产作用价值需考虑其承担的业务职能以及行车业务对其依赖的程度。可按条件划分为资产作用价值很高、中等、一般三个级别。其中：（1）资产作用价值很高的设备至少有一项符合以下特点：承担轨道交通运输生产的关键业务；设备属于核心生产系统，其功能受损时会导致线路部分区段或全线运营中断；运输生产业务高度依赖的设备，其功能受损时会发生危险，且短时内无法人工现场操作恢复其正常功能；设备资产所属系统的生产总值很高。（2）资产作用价值中等的设备至少有一项符合以下特点：承担轨道交通运输生产的重要业务；设备属于重要生产系统，其功能受损时会导致单个车站运营中断；运输生产业务中度依赖的设备，其功能受损时运营业务不能正常开展但不会发生危险，较短时间内可通过人工现场操作辅助恢复运行；设备资产所属系统的生产总值中等。（3）资产作用价值一般的设备至少有一项符合以下收稿日期：2023-08-07作者简介：温彤（1987）,男,硕士研究生,工程师,从事轨道交通自动化系统及设备管理方面的研究工作。城市轨道交通设备安全防护等级划分策略研究温彤（上海申通地铁集团有限公司,上海 201103）摘要文章以城市轨道交通设备资产为分析对象，研究安全防护等级划分的方法策略，提出以资产重要度、故障影响度、潜在威胁度作为三类定级要素，通过制定三类要素的特征值取值策略与函数叠加关系，建立轨道交通设备资产定级划分的模型，以期解决在多种多样的轨道交通设备中无法识别运维管理重点以及无法加强核心设备安全管理的难题。关键词资产重要度；故障影响度；潜在威胁度；设备定级中图分类号U239.5文献标识码A文章编号2096-8949（2023）18-0189-032023 年第 4 卷第 18 期190交通科技与管理理论研究特点：承担轨道交通运输生产的一般业务；设备属于生产辅助系统，功能受损时不会导致运营业务中断；运输生产业务低度依赖的设备，功能受损时不会发生危险，可通过人工操作维持正常运行；其所属系统的生产总值一般。2.2设备资产获取价值设备资产的获取价值一般包括设备采购建设成本和更新改造成本，可按条件划分为资产获取价值很高、一般二个级别。其中：（1）资产获取价值很高的设备至少有一项符合以下特点：采购建设成本很高，或者其影响范围内设备的资产价值很高，具有一定的稀缺性；更新改造成本很高，或者功能丧失后导致运营业务中断而付出的成本很高。（2）资产获取价值一般的设备应符合下列条件之一：采购建设成本一般，或者其影响范围内设备的资产价值一般；更新改造成本一般，或者功能丧失后对运运营业务影响有限，付出的成本一般。2.3设备所属领域轨道交通设备可根据所承担的业务属性与特征划分成以下三个领域：（1）关键领域：直接影响行车安全、人身安全的关键设备。（2）重点领域：直接影响行车效率、车站运营效率的设备。（3）一般领域：除上述领域之外的其他设备。3故障影响度故障影响度受故障范围和损害程度共同影响。当设备本体故障后，一般会出现性能下降、部分功能损失或整体可用性丧失等事件，将会对车站运营业务、线路行车业务的效率或安全造成影响，甚至对社会秩序、公共安全造成影响。故障范围的划分应分析设备故障本体及其附属设备和关联的业务系统的综合影响，可划分为车站业务、行车业务和社会秩序三类。损害程度包括设备本体损伤情况和由此造成的关联事件影响后果，选取其中影响最恶劣的后果作为损害程度。损害程度可根据轨道交通管理主体的接受程度划分为一般损害、严重损害和特别严重损害三级。故障影响度特征值设定为 5 级，特征值越高则反映故障影响度越高，反之亦然，取值原则见表 2。表 2故障影响度特征值故障影响度损害程度一般损害严重损害特别严重损害故障范围车站业务123行车业务234社会秩序3454潜在威胁度设备潜在威胁度由设备本身可能受到的潜在威胁和由此导致的安全事件可能性共同确定。考虑到轨道交通各专业领域对潜在威胁的敏感度是不同的，安全事件发生可能性的评判应根据不用专业领域的诉求有所不同。轨道交通设备面临的潜在威胁是多种多样的，但由此导致安全事件发生的可能性差异巨大，应参考轨道交通行业内曾发生过的安全事件评判其发生可能性的高、低情况，对已识别的潜在威胁来源进行取舍，保留安全事件发生的可能性较高的威胁来源作为重点防御项目，并由此确定该设备潜在威胁度的特征值。设备面临的潜在威胁分析需要考量威胁来源、威胁形式两个因素。（1）威胁来源一般包括意外情况、故意破坏和环境破坏三大类：意外情况，包括人为非恶意和其他技术因素导致的设备损坏情况，如人工误操作、硬件缺陷、软件缺陷、材料缺陷等；故意破坏，包括人为恶意的直接或间接损害设备的情况，如打砸、黑客入侵、通信干扰等；环境破坏，是指影响城市轨道交通的气象灾害，包括雨灾、风灾、雪灾、雾灾、雷电冰雹灾害、温度变化灾害等3。（2）威胁形式，是潜在威胁对设备的影响形式，通常造成设备作用价值、经济价值的损失。常见形式如下：物理损伤，设备本体损坏导致业务系统部分、甚至整体功能的不可用；软件篡改，破坏软件系统的既有功能，导致系统性能下降或不可用，甚至发生超预期的操作风险。通过分析设备潜在威胁来源和威胁表现形式，确定其潜在威胁度，特征值设定为 4 级，特征值越高则反映需要防御的潜在威胁度越高，反之亦然，取值原则见表 3。表 3潜在威胁度特征值潜在威胁度严重程度一般严重特别严重威胁来源意外情况123故意破坏234环境破坏3445设备定级策略资产重要度、故障影响度和潜在威胁度三个定级要素既相对独立，又具备一定的叠加关联效应。独立性是指三个定级要素可根据规则独立分析并赋予特征值，叠加关联效应体现在设备资产重要度越高时，对其潜在威胁度敏感性也越高，其故障影响度的范围和损害程度也就愈加严重，反之亦然。基于以上特点，该研究通过制定三类要素的特征值取值策略与函数叠加关系，实现综合评价和定级。轨道交通设备定级模型的函数关系如下：Y=f(A,Na),(B,Nb),(C,Nc)（1）191交通科技与管理理论研究表 4轨道交通设备定级对照表资产重要度特征值故障影响度特征值潜在威胁度特征值123411Y=1 第一级Y=2 第一级Y=3 第一级Y=4 第二级21Y=2 第一级Y=3 第一级Y=4 第二级Y=5 第二级31Y=3 第一级Y=4 第二级Y=5 第二级Y=6 第二级41Y=4 第二级Y=5 第二级Y=6 第二级Y=7 第三级51Y=5 第二级Y=6 第二级Y=7 第三级Y=8 第三级12Y=2 第一级Y=3 第一级Y=4 第二级Y=5 第二级22Y=3 第一级Y=4 第二级Y=5 第二级Y=6 第二级32Y=4 第二级Y=5 第二级Y=6 第二级Y=7 第三级42Y=5 第二级Y=6 第二级Y=7 第三级Y=8 第三级52Y=6 第二级Y=7 第三级Y=8 第三级Y=9 第三级13Y=3 第一级Y=4 第二级Y=5 第二级Y=6 第二级23Y=4 第二级Y=5 第二级Y=6 第二级Y=7 第三级33Y=5 第二级Y=6 第二级Y=7 第三级Y=8 第三级43Y=6 第二级Y=7 第三级Y=8 第三级Y=9 第三级53Y=7 第三级Y=8 第三级Y=9 第三级Y=10 第四级14Y=4 第二级Y=5 第二级Y=6 第二级Y=7 第三级24Y=5 第二级Y=6 第二级Y=7 第三级Y=8 第三级34Y=6 第二级Y=7 第三级Y=8 第三级Y=9 第三级44Y=7 第三级Y=8 第三级Y=9 第三级Y=10 第四级54Y=8 第三级Y=9 第三级Y=10 第四级Y=11 第四级15Y=5 第二级Y=6 第二级Y=7 第三级Y=8 第三级25Y=6 第二级Y=7 第三级Y=8 第三级Y=9 第三级35Y=7 第三级Y=8 第三级Y=9 第三级Y=10 第四级45Y=8 第三级Y=9 第三级Y=10 第四级Y=11 第四级55Y=9 第三级Y=10 第四级Y=11 第四级Y=12 第四级式中，Y 设备定级特征值；A 设备的资产重要度；Na设备资产重要度的特征值；B设备的故障影响度；Nb 设备的故障影响度的特征值；C 设备潜在威胁度；Nc 设备潜在威胁度的特征值。轨道交通设备定级特征值函数按照表 4 方法进行解析。设备定级特征值以 112 表示，划分为四个等级，第一级特征值范围 13；第二级范围 46；第三级范围 79；第四级范围 1012。特征值越高，则反映设备定级水平越高，设备重要性越高，也就愈加关键。6定级分析示例选取信号系统、自动扶梯作为分析对象，逐一分析并确定资产重要度、故障影响度和潜在威胁度的特征值。信号系统承担轨道交通运输生产的关键业务，其功能受损时会导致线路部分区段或全线运营中断，其资产作用价值很高；属于直接影响行车安全的关键领域。结合表 1 可知，其资产重要度特征值应确定为 5。轨道交通信号设备或系统在故障时会引发线路停运，可对行车业务、社会秩序造成特别严重损害。结合表 2 可知，其故障影响度特征值应确定为 5。潜在威胁度的分析以信号系统受外部干扰为例，上海地铁11号线曾因外部信号干扰导致轨旁信号设备通信中断，造成多列车晚点、多列次取消，持续影响长达数小时，严重影响了行车效率与安全。该威胁可来源于意外情况或故意破坏，造成特别严重后果。结合表 3 可知，潜在威胁度特征值应确定为 4。根据轨道交通设备定级模型的函数关系可知，信号系统定级的特征值为第四级（Y=12）。自动扶梯设备承担轨道交通运输生产的一般业务，功能受损时不会导致运营业务中断，其资产作用价值一般。考虑到近年来多有扶梯客伤事件，自动扶梯应归类于影响人身安全的关键领域。结合表 1 可知，其资产重要度特征值应确定为3。该类设备故障时曾引发乘客伤亡，对车站业务造成特别严重的损害，结合表 2 可知，其故障影响度特征值应确定为 3。自动扶梯面临的威胁可来源多为设备缺陷、人工误操作等意外情况，可造成特别严重后果，结合表 3 可知，潜在威胁度特征值应确定为 3。根据轨道交通设备定级模型的函数关系可知，自动扶梯设备定级的特征值为第三级（Y=7）。通过以上方法的分析，可实现轨道交通设备的量化定级，并通过定级的特征值反映不同设备资产对轨道交通运营安全的重要程度。7结论交通运输部印发的城市轨道交通运营安全风险分级管控和隐患排查治理管理办法，明确提出了城市轨道交通风险分级管控的策略要求。该文在延续此管理要求与思路的基础上，明确提出设备资产重要度、故障影响度和潜在威胁度对于设备分级的影响与关联关系，制定了一套适合轨道交通设备安全防护等级划分的策略，对于在日常运维中识别管理重点、核心设备、主要风险有一定的指导性，有助于落实分级管控的原则。参考文献1 张益端.轨道交通设施设备维保模式研究 J.科学技术创新,2020(14):165-166.2 张波,安文章,许有俊.城市轨道交通设备数字化分类和交付应用研究 J.价值工程,2022(3):130-132.3 耿凯亮.上海城市轨道交通气象风险的精细化管控策略 J.城市轨道交通研究,2022(3):86-90.