張娣 何杰 張曉輝

(東南大學(xué)交通學(xué)院,210096,南京∥第一作者,碩士研究生)

城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全性指標(biāo)研究

張娣 何杰 張曉輝

(東南大學(xué)交通學(xué)院,210096,南京∥第一作者,碩士研究生)

從城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全性出發(fā),針對(duì)目前評(píng)價(jià)軌道交通安全性缺乏量化指標(biāo)的問題,根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)的組成及運(yùn)行特點(diǎn),在參照目前研究得到的安全性定性指標(biāo)基礎(chǔ)上,利用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法提出事故后果嚴(yán)重程度、事故發(fā)生頻率、系統(tǒng)的穩(wěn)定性等指標(biāo),由此分析得出較為系統(tǒng)的軌道交通安全性指標(biāo)。該指標(biāo)體系能夠定量表述事故后果嚴(yán)重程度,分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性,論述系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)的安全性強(qiáng)弱,在實(shí)際應(yīng)用中,指標(biāo)體系中的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)均可獲得,可操作性較強(qiáng)。

城市軌道交通系統(tǒng);運(yùn)營(yíng)安全性;數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法;安全性指標(biāo)

First-author's addressTransportation College,Southeast University,210096 Nanjing,China

城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全性,是指在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)過程中,保障乘客和員工不受傷害以及設(shè)備不遭破壞的能力。安全性研究中對(duì)事故的研究比較成熟,因此文獻(xiàn)[1]中為衡量事故對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響程度,參考可靠性理論,利用事故的頻率及嚴(yán)重程度,提出一些城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全性指標(biāo),但只是局限于事故層面加以分析,沒有從系統(tǒng)的角度深入研究。文獻(xiàn)[2]定性地分析影響地鐵運(yùn)營(yíng)安全的危害因素并找出影響城市地鐵系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全的薄弱環(huán)節(jié)和關(guān)鍵性因素,但沒有論述可行的軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全性的定量指標(biāo)。

在軌道交通安全性指標(biāo)研究中,對(duì)事故后果嚴(yán)重程度行為指標(biāo)的定義和應(yīng)用已經(jīng)比較成熟。但是由于對(duì)軌道交通安全分析的研究才開始不久,加之不同的軌道交通的諸多特點(diǎn),因此,目前還沒有提出較為實(shí)用和有效的安全性指標(biāo)。

1 現(xiàn)有安全評(píng)價(jià)指標(biāo)分析

由于城市軌道交通系統(tǒng)與道路交通系統(tǒng)有一定的相通之處,而道路交通安全定量評(píng)價(jià)指標(biāo)已經(jīng)比較成熟[3],因此,根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)特性,評(píng)價(jià)其安全性的絕對(duì)指標(biāo)包括:事故次數(shù)、死亡人數(shù)、受傷人數(shù)和經(jīng)濟(jì)損失。

“保障乘客和員工不受傷害以及設(shè)備財(cái)產(chǎn)不遭破壞的能力”是城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全性宏觀指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上,文獻(xiàn)[1]提出了軌道交通安全性的定量指標(biāo),包括運(yùn)營(yíng)安全度、運(yùn)營(yíng)事故間隔時(shí)間、運(yùn)營(yíng)事故分布函數(shù)、運(yùn)營(yíng)事故、運(yùn)營(yíng)事故率、平均運(yùn)營(yíng)事故間隔時(shí)間。分析這些指標(biāo)不難發(fā)現(xiàn):事故次數(shù)、運(yùn)營(yíng)安全度、運(yùn)營(yíng)事故間隔時(shí)間、運(yùn)營(yíng)事故分布函數(shù)、運(yùn)營(yíng)事故率、平均運(yùn)營(yíng)事故間隔時(shí)間等定量評(píng)價(jià)指標(biāo)的實(shí)質(zhì),都是從不同角度對(duì)事故發(fā)生頻率評(píng)價(jià);死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、經(jīng)濟(jì)損失等定量評(píng)價(jià)指標(biāo),是從不同角度對(duì)事故的嚴(yán)重程度評(píng)價(jià)。這些評(píng)價(jià)指標(biāo)沒有從系統(tǒng)工程的角度分析軌道交通安全性。

根據(jù)城市軌道交通系統(tǒng)的組成及運(yùn)行特點(diǎn)[4],在參照目前研究得到的安全性定量指標(biāo)基礎(chǔ)上,本文提出了較為系統(tǒng)的軌道交通安全性指標(biāo)。該指標(biāo)體系能夠定量地表述事故后果嚴(yán)重程度,分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性,描述系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)的安全性強(qiáng)弱。

2 運(yùn)營(yíng)安全性指標(biāo)

2.1 事故后果嚴(yán)重程度指標(biāo)

城市軌道交通運(yùn)營(yíng)事故可以分為輕傷、重傷、重大傷亡及特大傷亡事故4個(gè)級(jí)別[1](見表1)。

為了把事故嚴(yán)重程度量化,參照道路交通安全有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)安全標(biāo)準(zhǔn),再按照事故等級(jí)給予賦值(見表2)。

表1 運(yùn)營(yíng)事故級(jí)別分類

表2 運(yùn)營(yíng)事故賦值表

設(shè)M為評(píng)價(jià)周期(如1年),Ni為第i類事故在評(píng)價(jià)周期M內(nèi)發(fā)生的次數(shù),Ci為第i類事故對(duì)應(yīng)嚴(yán)重程度的參照分值。則:

式中:

I——平均事故嚴(yán)重程度;

i——運(yùn)營(yíng)事故級(jí)別;

Tij——第i類事故第j次發(fā)生的持續(xù)時(shí)間。

由式(1)可以看出,I是在評(píng)價(jià)周期中,軌道交通系統(tǒng)中所發(fā)生的所有事故嚴(yán)重程度的期望值,它反應(yīng)了所有事故可能給軌道交通系統(tǒng)帶來不利影響的平均值大小。

2.2 事故發(fā)生頻率指標(biāo)

系統(tǒng)的安全性與系統(tǒng)發(fā)生事故的頻率存在一定的關(guān)系,可用事故發(fā)生的時(shí)間間隔來表示事故發(fā)生的頻率。所謂運(yùn)營(yíng)事故間隔時(shí)間是指在軌道交通運(yùn)營(yíng)中,兩次運(yùn)營(yíng)事故間隔的時(shí)間。

由于事故的等級(jí)不同,造成后果不同,對(duì)軌道交通穩(wěn)定性的影響也不相同,因此在考慮運(yùn)營(yíng)事故時(shí)間的同時(shí)要考慮事故的等級(jí)。參照前文的事故等級(jí)賦值表,定義不同等級(jí)事故運(yùn)營(yíng)時(shí)間間隔的權(quán)重。若定義λi為第i類事故的間隔時(shí)間權(quán)重,則有[5]:

式中:

λi——第i類事故的時(shí)間間隔權(quán)重;

tij——第i類事故,發(fā)生第 j次的時(shí)間間隔;其余符號(hào)同前。

由式(2)中可以看出,t為在評(píng)價(jià)周期內(nèi),基于事故嚴(yán)重等級(jí)的所有事故的時(shí)間間隔的期望值。其中第j次運(yùn)營(yíng)事故間隔時(shí)間tj的性質(zhì)由第(j+1)次運(yùn)營(yíng)事故的性質(zhì)決定,即tij中i的取值與第(j+1)次運(yùn)營(yíng)事故的級(jí)別i的取值相同。

2.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)

如果系統(tǒng)中每一個(gè)可能的偶然事故發(fā)生后,均可以通過代價(jià)不大的操作,及時(shí)恢復(fù)整個(gè)系統(tǒng)的安全性,那么就可以認(rèn)為該系統(tǒng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性[6]。城市軌道交通系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜的關(guān)聯(lián)系統(tǒng),某一線路中某個(gè)子系統(tǒng)可能發(fā)生的任何一個(gè)故障都有可能對(duì)其他子系統(tǒng)產(chǎn)生影響,從而影響整個(gè)軌道交通網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)安全性。如果在發(fā)生某一偶然事故后,均可以及時(shí)通過某種操作盡量減小或不影響其他子系統(tǒng)的運(yùn)作,那么就可以認(rèn)為該軌道交通系統(tǒng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。

然而更實(shí)際情況是:在城市軌道交通系統(tǒng)所有可能的偶然事故中,存在能夠及時(shí)處理但同時(shí)后果嚴(yán)重的事故,也存在不能夠及時(shí)處理但后果嚴(yán)重程度卻較低的事故。此時(shí)并不能簡(jiǎn)單的通過處理事故及時(shí)就認(rèn)為前者的穩(wěn)定性比后者強(qiáng)。

由此,應(yīng)同時(shí)考慮事故持續(xù)的時(shí)間(即排除事故的時(shí)間)T,從事故發(fā)生后到事故排除前沒有受到影響的運(yùn)營(yíng)班次數(shù)K,從事故發(fā)生后到事故排除前受到影響的班次數(shù)K',及事故后果的嚴(yán)重程度C。定義G為評(píng)價(jià)周期內(nèi)軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性參數(shù),則:

式中:

Kij——第i類事故第j次發(fā)生的事故在持續(xù)時(shí)間內(nèi)沒有受到影響的運(yùn)營(yíng)班次數(shù);

K′ij——第 i類事故第j次發(fā)生的事故在持續(xù)時(shí)間內(nèi)受到影響的運(yùn)營(yíng)班次數(shù);

其余符號(hào)同前。

由式(3)可以看出G反應(yīng)了在考慮事故嚴(yán)重程度以后,所對(duì)應(yīng)的軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性強(qiáng)弱。一方面,對(duì)于K值較大的偶然事故,如果它的后果較為嚴(yán)重,那么該K值對(duì)G指標(biāo)的正面影響也會(huì)因此而被削弱;如果系統(tǒng)中這樣的事故較多,則系統(tǒng)整體的運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)就不能認(rèn)為是強(qiáng)的,在G值上也會(huì)有所體現(xiàn)。公式中使用Kij+1,K′ij+1,是為了考慮K值為0的偶然事故對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。

對(duì)于規(guī)模較大的系統(tǒng),某些事故所對(duì)應(yīng)的不受事故影響的運(yùn)營(yíng)班次會(huì)很多(即K值會(huì)很大,可能不容易全部找到,即使全部找到也沒有太大的實(shí)際意義),因此需要制定K值的上限?？紤]軌道交通發(fā)生事故后果的影響,取K=300,超過300的按300處理。對(duì)于軌道交通系統(tǒng)癱瘓的事故,其K=0;對(duì)其他運(yùn)營(yíng)班次沒有影響的事故,其K′=0。

2.4 系統(tǒng)安全性指標(biāo)

不論是事故后果嚴(yán)重程度指標(biāo)、事故發(fā)生的頻率指標(biāo)還是系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)弱指標(biāo),都只反映了系統(tǒng)安全性的一個(gè)側(cè)面,目前需要有一種指標(biāo)能夠?qū)⑺鼈兘Y(jié)合起來,用以描述系統(tǒng)的整體安全性。為此,定義系統(tǒng)整體安全性指標(biāo)為:

式中:

S——評(píng)價(jià)周期內(nèi),軌道交通系統(tǒng)安全性指標(biāo);

t——評(píng)價(jià)周期內(nèi),軌道交通系統(tǒng)平均事故間隔時(shí)間;

G——評(píng)價(jià)周期內(nèi),軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性參數(shù);

I——評(píng)價(jià)周期內(nèi),軌道交通系統(tǒng)平均事故嚴(yán)重程度指標(biāo)。

由式(4)可見,S充分利用了事故后果嚴(yán)重程度指標(biāo)、事故間隔時(shí)間和軌道交通網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜關(guān)聯(lián)性,能夠更充分地從網(wǎng)絡(luò)的角度反映系統(tǒng)對(duì)突發(fā)性偶然事故的應(yīng)變能力,較為客觀地表征了軌道交通系統(tǒng)安全性的強(qiáng)弱。

某一時(shí)期內(nèi),在t,G指標(biāo)不變的情況下,各偶然事故對(duì)系統(tǒng)造成的后果嚴(yán)重程度I越小,則S值越大,表明系統(tǒng)安全性越高;在t,I不變的情況下,G指標(biāo)越大,S值也越大,表明系統(tǒng)安全性越高;在G,I不變的情況下,t指標(biāo)越大,S值也越大,也能表明系統(tǒng)安全性越高。需要注意的是,t、G與I指標(biāo)并不是互相孤立的,在實(shí)際運(yùn)行中,它們具有一定的內(nèi)在聯(lián)系:當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性越強(qiáng)(即G大),則事故間隔時(shí)間越大、事故可能造成的影響越小,導(dǎo)致t指標(biāo)越大,I指標(biāo)也比較小,最終體現(xiàn)的S指標(biāo)值越大。顯然,這樣的系統(tǒng)安全性也較高。這也是S指標(biāo)的意義所在。

3 結(jié)語

基于對(duì)軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全性定量評(píng)估的考慮,應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法,給出了包括事故嚴(yán)重程度指標(biāo)、事故發(fā)生頻率指標(biāo)、系統(tǒng)穩(wěn)定性指標(biāo)、系統(tǒng)安全性指標(biāo)等在內(nèi)的定量評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全的指標(biāo)體系;并對(duì)新指標(biāo)進(jìn)行了初步探討,驗(yàn)證了各評(píng)價(jià)指標(biāo)的確可以描述軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全性的不同特點(diǎn)。在實(shí)際應(yīng)用中,指標(biāo)體系中的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)均可獲得,可操作性較強(qiáng)。今后,將對(duì)各個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的重要性與敏感性進(jìn)行研究,逐步建立與各項(xiàng)指標(biāo)相適應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

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Operation Security Index of Urban Mass Transit System

Zhang Di,He Jie,Zhang Xiaohui

To analyze the operation security of urban mass transit system and to solve the quantitative index problem,based on former qualitative indexes,this paper introduces the index of severity fault,the frequency of fault and the strength of stability by using probability and mathematical statistics,then puts forward the holistic security index of the system,which can quantitatively describe the severity of fault,stability of system and security of holistic security,therefore can be the basic of static security analysis for the whole network.

urban mass transit system;operation security;mathematical statistics;security indexes

X 913:U 231

2009-01-04)