朱紅霞

(武漢地鐵集團(tuán)有限公司，武漢　430030)

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基于案例推理的地鐵工程應(yīng)急管理研究

朱紅霞

(武漢地鐵集團(tuán)有限公司，武漢430030)

【摘要】針對(duì)傳統(tǒng)地鐵工程應(yīng)急管理混亂、低效等問(wèn)題，本文首先分析了應(yīng)急管理的三要素：應(yīng)急組織、應(yīng)急物資、應(yīng)急預(yù)案，搭建了地鐵工程應(yīng)急組織架構(gòu)，提出了應(yīng)急物資和應(yīng)急預(yù)案的管理對(duì)策。其次，針對(duì)地鐵工程應(yīng)急管理信息化程度不高、存在“信息孤島”等問(wèn)題，設(shè)計(jì)了應(yīng)急管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急信息的集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、可視化，提升了應(yīng)急管理的效率。最后，針對(duì)紙質(zhì)形式預(yù)案管理方式對(duì)事故發(fā)生時(shí)救援工作的指導(dǎo)不夠精確、難以制定有效救援方案的問(wèn)題，構(gòu)建了基于案例推理的地鐵工程應(yīng)急預(yù)案管理模型，實(shí)踐結(jié)果表明，該模型提高了應(yīng)急預(yù)案檢索的科學(xué)性和有效性，為開展應(yīng)急救援活動(dòng)提供決策支持。

【關(guān)鍵詞】地鐵工程；應(yīng)急管理；應(yīng)急預(yù)案；案例推理

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.02.17

引言

當(dāng)前，我國(guó)地鐵的建設(shè)正處于大規(guī)模迅猛發(fā)展時(shí)期，發(fā)展速度超出了世界上任何國(guó)家的高峰期。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截止2014年末，我國(guó)城軌交通在建線路4 073km，其中地鐵3 154km，占77.4%，規(guī)模之大，速度之快[1]。與此同時(shí)，地鐵施工涉及眾多技術(shù)領(lǐng)域，其多技術(shù)的交叉性、復(fù)雜性和施工環(huán)境的特殊性決定了地鐵建設(shè)項(xiàng)目的高風(fēng)險(xiǎn)性，國(guó)內(nèi)外地鐵建設(shè)事故已經(jīng)屢見不鮮。由此，事故發(fā)生后的應(yīng)急管理工作顯得尤其重要，快速的應(yīng)急響應(yīng)、工程搶險(xiǎn)、人員救護(hù)等工作對(duì)減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失極為關(guān)鍵。

本文設(shè)計(jì)了應(yīng)急管理系統(tǒng)，將應(yīng)急組織、應(yīng)急物資、應(yīng)急預(yù)案信息集成在系統(tǒng)上，為快速高效處置突發(fā)事故提供決策支持。同時(shí)，針對(duì)如何快速檢索應(yīng)急預(yù)案問(wèn)題，本文引入案例推理，構(gòu)建了基于案例推理的地鐵工程應(yīng)急決策模型，利用XML技術(shù)來(lái)表示案例和構(gòu)造案例庫(kù)，采用兩兩比較打分法和全局相似度算法，對(duì)已有應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行檢索與匹配，最終實(shí)現(xiàn)預(yù)案管理的信息化和智能化。

1應(yīng)急管理要素分析

2003年非典事件之后，我國(guó)開始應(yīng)急管理體系建設(shè)，其核心的內(nèi)容簡(jiǎn)要概括為“一案三制”，一案即是應(yīng)急預(yù)案，三制包括應(yīng)急管理體制、機(jī)制、法制[2]。地鐵工程應(yīng)急管理是指地鐵工程建設(shè)的管理主體，在突發(fā)事件的事前預(yù)警、事發(fā)響應(yīng)、事中處置及事后恢復(fù)過(guò)程中，采取一系列保障人員生命和財(cái)產(chǎn)安全的計(jì)劃、組織、協(xié)調(diào)和控制活動(dòng)。應(yīng)急管理信息化是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、空間信息技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)，為應(yīng)急管理與決策提供輔助支持，提高突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)與處置的效率[3]。由此，加強(qiáng)對(duì)突發(fā)事件應(yīng)急管理的三大要素：應(yīng)急組織、應(yīng)急物資、應(yīng)急預(yù)案的信息化管理尤為重要。

1.1應(yīng)急組織

工程應(yīng)急組織既是實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)急管理目標(biāo)的主體，又是工程應(yīng)急管理重要的保障資源之一。良好的應(yīng)急組織需要具備如下的能力[4]：

1)資源整合能力：工程應(yīng)急組織需要整合包括參建單位以及社會(huì)支援力量等工程系統(tǒng)內(nèi)部與外部主體的相關(guān)資源，實(shí)現(xiàn)突發(fā)事故應(yīng)對(duì)的統(tǒng)一調(diào)度、協(xié)同處置；

2)動(dòng)態(tài)切換能力：將應(yīng)急預(yù)防作為工程建設(shè)組織的常態(tài)職能，而將應(yīng)急響應(yīng)作為非常態(tài)職能，根據(jù)需要進(jìn)行快速切換；

3)綜合協(xié)調(diào)能力：應(yīng)急管理組織在協(xié)調(diào)主體之間矛盾、化解主體之間的價(jià)值觀差異等方面要有更有效的機(jī)制。

為了滿足上述的能力需求，本文搭建了地鐵工程建設(shè)應(yīng)急管理組織結(jié)構(gòu)，以此來(lái)提升組織應(yīng)對(duì)突發(fā)事故的防范和控制能力。該組織體系主要包括應(yīng)急決策層、應(yīng)急處置層、應(yīng)急輔助決策層、外部救援力量四個(gè)部分，如圖1所示。

1.2應(yīng)急物資

應(yīng)急物資指在突發(fā)事件即將發(fā)生前用于控制突發(fā)事件發(fā)生，或突發(fā)事件發(fā)生后用于疏散、搶險(xiǎn)、搶救等應(yīng)急救援的工具、物品、設(shè)備、器材、裝備等一切相關(guān)物資。與普通物資相比，應(yīng)急物資有以下特點(diǎn)[5]：

1)不可確定性；

2)不可替代性；

3)滯后性；

4)時(shí)效性。

按照國(guó)家發(fā)改委公布的《應(yīng)急物資分類及產(chǎn)品名錄》將應(yīng)急物資分為13類，如圖2所示。

應(yīng)急資源是實(shí)施緊急救助、安置傷員的基礎(chǔ)和保障，是提高應(yīng)急綜合水平的關(guān)鍵，尤其對(duì)提高應(yīng)急救援能力具有十分重要的意義。為此，在地鐵工程建設(shè)物資管理過(guò)程中應(yīng)做好以下幾個(gè)工作：

1)各施工單位應(yīng)設(shè)立應(yīng)急物資倉(cāng)庫(kù)，明確責(zé)任人；

2)根據(jù)應(yīng)急需求合理進(jìn)行物資配備和采購(gòu)；

3)加強(qiáng)應(yīng)急物資的日常保管和保養(yǎng)；

4)監(jiān)理單位定期對(duì)應(yīng)急物資進(jìn)行檢查盤存；

5)嚴(yán)格規(guī)范應(yīng)急物資的調(diào)撥和使用。

1.3應(yīng)急預(yù)案

應(yīng)急預(yù)案作為突發(fā)事件的應(yīng)急管理、指揮及救援計(jì)劃，是應(yīng)急管理的核心和重要依據(jù)。應(yīng)急預(yù)案明確了突發(fā)事件發(fā)生之前、發(fā)生過(guò)程中以及結(jié)束之后，各個(gè)部門的職責(zé)以及相應(yīng)的策略等。應(yīng)急預(yù)案具有以下幾個(gè)特點(diǎn)[6]：

1)前瞻性；

2)科學(xué)性；

3)可操作性；

4)程序性；

5)權(quán)威性。

應(yīng)急預(yù)案是應(yīng)急救援準(zhǔn)備工作的核心內(nèi)容，加強(qiáng)地鐵工程建設(shè)應(yīng)急預(yù)案的管理，應(yīng)做好以下幾個(gè)方面的工作：

1)應(yīng)急預(yù)案編制：地鐵建設(shè)各參建方成立應(yīng)急預(yù)案編制小組開展應(yīng)急預(yù)案編制工作；

2)應(yīng)急預(yù)案培訓(xùn)：各預(yù)案編制單位組織本單位成員學(xué)習(xí)應(yīng)急預(yù)案的內(nèi)容；

3)應(yīng)急預(yù)案演練：根據(jù)應(yīng)急預(yù)案內(nèi)容定期組織模擬突發(fā)事件發(fā)生場(chǎng)景的排練活動(dòng)；

4)應(yīng)急預(yù)案評(píng)估：對(duì)應(yīng)急預(yù)案的合理性、科學(xué)性、實(shí)用性以及應(yīng)急預(yù)案培訓(xùn)、演練和實(shí)施的效果進(jìn)行衡量；

5)應(yīng)急預(yù)案修訂：對(duì)客觀因素發(fā)生變化以及在評(píng)估過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的應(yīng)急預(yù)案自身問(wèn)題而對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行修改和完善。

2應(yīng)急管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)原則

應(yīng)急管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、性能穩(wěn)定、節(jié)約成本的原則。并綜合考慮維護(hù)及操作因素，并將為今后的發(fā)展、擴(kuò)建、改造等因素留有擴(kuò)充的余地。應(yīng)遵循以下原則：

1)經(jīng)濟(jì)性與實(shí)用性；

2)擴(kuò)展性；

3)集成性；

4)可靠性。

2.2系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

平臺(tái)采取BS架構(gòu)，使用Java語(yǔ)言開發(fā)。本系統(tǒng)架構(gòu)分為四層，如圖3所示，自底向上依次為：數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、核心服務(wù)層和應(yīng)用層。平臺(tái)支持集群，具有高可用性、容錯(cuò)性和負(fù)載均衡，規(guī)模僅受硬件資源的限制。而且在發(fā)生設(shè)備故障時(shí)，能快速地切換到備用設(shè)備。

2.3系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

應(yīng)急管理系統(tǒng)主要包含安全地圖、應(yīng)急組織管理、應(yīng)急物資管理、應(yīng)急預(yù)案管理四大模塊，每個(gè)模塊根據(jù)需求分析單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1)應(yīng)急組織管理

應(yīng)急組織管理功能主要是查詢應(yīng)急領(lǐng)導(dǎo)小組、應(yīng)急工作小組和搶險(xiǎn)小組的成員的基本信息，明確了各自在發(fā)生事故后的責(zé)任。

2)應(yīng)急物資管理

應(yīng)急物資管理功能主要將施工單位各個(gè)工點(diǎn)和地鐵集團(tuán)倉(cāng)庫(kù)的應(yīng)急物資基本信息進(jìn)行匯總，強(qiáng)化物資審核與日常檢查管理，方便各級(jí)單位查詢。在應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的過(guò)程中，保障應(yīng)急所需的物資供應(yīng)。

3)應(yīng)急預(yù)案管理

應(yīng)急預(yù)案管理功能主要將施工單位各個(gè)工點(diǎn)和地鐵集團(tuán)的應(yīng)急預(yù)案基本信息進(jìn)行文檔化管理，強(qiáng)化預(yù)案編制審核工作，便于事故發(fā)生時(shí)預(yù)案的快速搜索和調(diào)用，保障救援行動(dòng)有序化進(jìn)行。

2.4應(yīng)急管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)以上相關(guān)設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)開發(fā)完成武漢地鐵工程應(yīng)急管理信息化系統(tǒng)，主要界面圖如圖4所示。該系統(tǒng)涵蓋了四大功能模塊，左側(cè)為功能模塊結(jié)構(gòu)圖，中間為安全地圖界面模塊，以琴臺(tái)站為例，顯示了琴臺(tái)站應(yīng)急組織、應(yīng)急物資、應(yīng)急預(yù)案詳情。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了應(yīng)急信息的科學(xué)化、標(biāo)準(zhǔn)化、集成化管理，搭建了信息共享平臺(tái)，有效提高了應(yīng)急管理工作的效率，為快速高效處置突發(fā)事故提供決策支持。

3基于案例推理的應(yīng)急預(yù)案決策模型研究

3.1案例推理方法

案例推理(Case-Based Reasoning，簡(jiǎn)稱CBR)是用以往案例的知識(shí)或信息對(duì)相似案例問(wèn)題進(jìn)行求解的方法，因此用CBR來(lái)對(duì)問(wèn)題求解之前，必須先建立一個(gè)案例庫(kù)[7]。目前案例推理已應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，如煤礦[8]、鐵路[9]、機(jī)場(chǎng)[10]、城市公共安全[11]等，但是在地鐵建設(shè)領(lǐng)域還未見有研究，因此本研究具有一定的前瞻性。CBR的主要流程如圖5所示。

1)案例表示

采用一定的表示方法描述當(dāng)前地鐵工程突發(fā)事件的狀況，形成目標(biāo)案例。

2)案例檢索與匹配

從案例庫(kù)中檢索出與當(dāng)前問(wèn)題在特征屬性上相似或?qū)Ξ?dāng)前事故有啟發(fā)和指導(dǎo)意義的案例，形成候選案例集；分別計(jì)算候選案例與當(dāng)前案例相似度，選出最有參考價(jià)值的案例作為檢索結(jié)果。

3)案例調(diào)整

為使檢索得到的案例能夠適合當(dāng)前事故的需要，根據(jù)兩者間的差異，對(duì)案例進(jìn)行有針對(duì)性的調(diào)整，最終得到有效預(yù)案。

4)案例學(xué)習(xí)

將當(dāng)前成功解決問(wèn)題的案例或處理失敗后經(jīng)過(guò)修改并有效評(píng)估的案例納入預(yù)案庫(kù)中，當(dāng)再次發(fā)生相似事故時(shí)就可直接調(diào)用。

3.2應(yīng)急預(yù)案表達(dá)

本文利用XML(可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言)進(jìn)行案例表達(dá)，發(fā)揮其在對(duì)象描述與可計(jì)算性方面的優(yōu)勢(shì)。XML是互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)合組織創(chuàng)建的一組規(guī)范，是一組語(yǔ)法的規(guī)則集，適用于描述數(shù)據(jù)。用XML描述的案例有兩部分組成，分別是描述研究領(lǐng)域的案例結(jié)構(gòu)和案例描述本身。案例的結(jié)構(gòu)文件定義了案例的結(jié)構(gòu)，而案例結(jié)構(gòu)文件給出了案例描述的結(jié)構(gòu)。

通過(guò)對(duì)地鐵工程事故特點(diǎn)進(jìn)行研究，得出案例表示的特征屬性包括應(yīng)急響應(yīng)等級(jí)、事故發(fā)生地點(diǎn)、事故原因類型、天氣環(huán)境。地鐵工程預(yù)案特征屬性的層次結(jié)構(gòu)如圖5所示。

3.3應(yīng)急預(yù)案檢索

3.3.1權(quán)重的確定

在案例的檢索中，都要基于案例屬性特征的權(quán)值，特征權(quán)值反映了特征的相對(duì)重要程度，因此賦予特征合適的權(quán)值是極其重要的。確定特征權(quán)值的方法有專家打分法、AHP方法、改進(jìn)的AHP法和ID3算法等，本文采用專家打分法進(jìn)行權(quán)重確定。

3.3.2相似度的計(jì)算

1)局部相似度

根據(jù)信息獲取算法將地鐵工程應(yīng)急預(yù)案的特征屬性分為3種類型：數(shù)值類型、文本類型和枚舉類型。

①數(shù)值類型：具有連續(xù)且確定的數(shù)值值域，可以精確地表示事件情況，如地鐵工程突發(fā)事故中的死亡人數(shù)、受傷人數(shù)、直接經(jīng)濟(jì)損失等。該類特征的局部相似度為

(1)

②文本類型：該特征類型是基于關(guān)鍵字匹配的原則，各特征屬性之間毫無(wú)關(guān)聯(lián)，如地鐵工程事故名稱、發(fā)生時(shí)間、發(fā)生地點(diǎn)、發(fā)生單位、預(yù)案類型等。該類特征的局部相似度計(jì)算為

(2)

當(dāng)目標(biāo)案例i的第r個(gè)屬性與案例庫(kù)中案例j的第r個(gè)屬性相同時(shí)，局部相似度取值為1，否則取值為0。

③枚舉類型：可根據(jù)事故的輕重緩急給出適當(dāng)?shù)脑u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。該類特征的局部相似度為

(3)

式中，N為該枚舉類型中特征屬性的最大取值。按照事故傷亡人數(shù)和直接經(jīng)濟(jì)損失，將事故分為四級(jí)、三級(jí)、二級(jí)、一級(jí)，分別定義為1， 2， 3， 4，此時(shí)N=4。

2)整體相似度

整體相似度是局部相似度與各特征屬性權(quán)值的乘積之和，計(jì)算方式為

(4)

3.4案例實(shí)現(xiàn)與應(yīng)用

根據(jù)上述設(shè)計(jì)思想，本文構(gòu)建了基于案例推理的應(yīng)急預(yù)案決策模型，并將該模型嵌入到應(yīng)急管理系統(tǒng)的應(yīng)急預(yù)案管理模塊中，實(shí)現(xiàn)了軟件系統(tǒng)的開發(fā)。該系統(tǒng)根據(jù)案例推理規(guī)則構(gòu)建了地鐵工程應(yīng)急預(yù)案庫(kù)，采用最近相鄰法法檢索匹配案例庫(kù)中的相似案例。以地鐵盾構(gòu)隧道發(fā)生3級(jí)塌方事故為例，應(yīng)急預(yù)案案例檢索如圖6所示，可查看預(yù)案詳細(xì)內(nèi)容，同時(shí)提供預(yù)案下載功能。實(shí)際結(jié)果表明，將案例推理引入地鐵工程應(yīng)急預(yù)案管理，并實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)開發(fā)是可行的，提高了預(yù)案檢索的精度和效率，為指導(dǎo)應(yīng)急救援提供決策支持。

4總結(jié)

當(dāng)前，我國(guó)的應(yīng)急管理體系建設(shè)剛剛起步，其各個(gè)領(lǐng)域也仍處于探索研究狀態(tài)。針對(duì)地鐵工程應(yīng)急管理信息化程度不高，信息分散、傳遞速度緩慢，導(dǎo)致應(yīng)急救援工作低效浪費(fèi)等問(wèn)題，本文搭建了應(yīng)急管理信息平臺(tái)。該平臺(tái)集成了應(yīng)急組織信息、應(yīng)急物資信息、應(yīng)急預(yù)案信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急管理信息集中存儲(chǔ)和共享，有效解決了“信息孤島問(wèn)題”，實(shí)現(xiàn)了信息的快速傳遞，提高了應(yīng)急管理水平和應(yīng)急決策的效率，從而保障了應(yīng)急救援科學(xué)、高效地開展。

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Research on Emergency Management of Metro Construction based on Case-based Reasoning

Zhu Hongxia

(WuhanMetroGroupCo.，Ltd.，Wuhan430030，China)

Key Words：Metro Construction; Emergency Management; Emergency Plan; Case Reasoning

Abstract:In order to solve the problems of chaos and inefficiency in traditional metro emergency management, this article firstly analyzes the elements of emergency management: organization, supplies and emergency plan. Secondly, emergency management system based on security map is established to handle the problem of low level of emergency information management in metro construction. The system successfully realizes the integration, standardization and visualization of emergency information. Finally, the article discusses that it is not accurate enough to use paper-form emergency plan to guide the rescue work when an accident happens. In order to improve the scientific soundness and effectiveness of the emergency plan, a metro emergency plan management model based on case-reasoning is constructed to provide decision support for emergency rescue activities.

【基金項(xiàng)目】地鐵施工安全風(fēng)險(xiǎn)時(shí)空耦合機(jī)理及實(shí)景仿真預(yù)警技術(shù)研究(編號(hào)：71471072)

【作者簡(jiǎn)介】朱紅霞(1971-)，男，高級(jí)工程師。主要研究方向：工程管理。

【中圖分類號(hào)】TU94

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1674-7461(2016)02-0109-06