盧立紅

（山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟南 250031）

引言

城市軌道交通具有準時、快速、大容量的特性，已逐漸成為各大城市解決交通供需矛盾的首選方略。但隨著線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，運營面臨的挑戰(zhàn)也越來越多，因此，需要隨時掌握設(shè)備狀態(tài)、運營情況，提高風(fēng)險管理與決策的水平[1-2]。

國內(nèi)外眾多專家學(xué)者在城市軌道交通運營安全領(lǐng)域進行了深入研究，盛伊琳[3]分析了現(xiàn)有城市軌道交通運營安全評價的方法和適用性；段海洋等[4]運用層次分析法對城軌運營安全進行評價；劉大海等[5]采用層析分析法（AHP）與熵權(quán)法對評價指標權(quán)重進行確定；高鵬等[6]采用熵值法對運營設(shè)備指標進行客觀賦值，通過梯形模糊數(shù)理論對供電設(shè)備進行風(fēng)險評估?；贗SM 模型對事故致因因素進行梳理，然后運用AHP 法構(gòu)建城市軌道交通運營安全評估體系，從主客觀角度出發(fā)對運營系統(tǒng)內(nèi)的各指標進行評價，從而使相關(guān)部門了解地鐵運營的現(xiàn)狀，有針對性的對系統(tǒng)中存在的隱患進行把控，為網(wǎng)絡(luò)化運營提供支持。

1 影響城市軌道交通運營安全的因素

事故的發(fā)生不是由孤立因素導(dǎo)致的，而像多米諾骨牌一樣，往往是一連串的因素前后依次發(fā)生。雖然導(dǎo)致事故發(fā)生的原因復(fù)雜多樣，卻有規(guī)律可循，無外乎人-機-環(huán)境-管理四個要素[7]?！叭恕笔歉黜椈顒拥闹黧w；“機”包括設(shè)備設(shè)施在內(nèi)的人所控制的一切對象的總稱；“環(huán)境”由內(nèi)環(huán)境和外環(huán)境構(gòu)成的人、機共處的工作條件；“管理”指用來協(xié)調(diào)控制人、機、環(huán)境之間相互關(guān)系的規(guī)章制度、法律典范?！叭?機-環(huán)境-管理”中的任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)異常都足以引起事故的發(fā)生，各要素之間互為因果，共同誘發(fā)運營事故。

2 基于ISM 模型的事故致因機理分析

針對事故致因因素間的關(guān)系，運用解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）對影響城市軌道交通運營安全的因素進行層次梳理。

2.1 解釋結(jié)構(gòu)模型法

（1）從人-機-環(huán)境-管理四個方面出發(fā)，根據(jù)實際研究選擇事故致因因素。（2）建立鄰接矩陣：如果兩個致因因素間是直接影響關(guān)系，記為“1”，否則，記為“0”，形成鄰接矩陣A。（3）基于布爾運算規(guī)律，進行可達矩陣計算，其中I 為n 階單位矩陣。

（4）可達矩陣分解：得到可達集R（Si）、前因集A（Sj）以及可達集與前因集的交集，然后進行層次劃分和分部劃分，得出各因素間的階梯關(guān)系。①層次劃分：若Si是最上一級節(jié)點，則必須滿足：R（Si）∩A（Sj）=R（Si）。② 分部劃分：若 R（Si）∩A（Sj）=，則Si與Sj不在同一部分；若 R（Si）∩A（Sj）≠，則Si與Sj在同一部分。

2.2 基于ISM 模型的城軌事故致因因素分析

選取人員、環(huán)境、管理、工務(wù)系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、通風(fēng)排煙、給排水、服務(wù)設(shè)施11 個因素進行分析，得到致因因素間的階梯關(guān)系，見表1。

表1 致因因素間的階梯關(guān)系

結(jié)果分析：ISM 模型將事故致因因素劃分為五個層次，從下往上依次為導(dǎo)致城軌運營事故的深層次原因，間接原因，直接原因。（1）頂層是運營的最終目標：安全。（2）第二層包括車輛、服務(wù)設(shè)施、環(huán)境，該層因素往往會直接導(dǎo)致事故發(fā)生或運營中斷，是造成運營事故的直接原因。（3）第三層包括工務(wù)、供電、通信、信號、通風(fēng)排煙、給排水6 個致因因素，是導(dǎo)致第二層因素出現(xiàn)故障的直接因素，是事故發(fā)生的間接因素。（4）第四層是人為因素，是設(shè)備的直接操作者、管理者和設(shè)計者，是導(dǎo)致第三層發(fā)生故障的直接原因。（5）底層是管理因素，是貫穿全局的深層次原因，協(xié)調(diào)、控制著人-機-環(huán)境，是整治的關(guān)鍵。

3 多指標綜合評價體系

3.1 評價指標體系的建立

依據(jù)指標選取原則，應(yīng)用AHP 法構(gòu)建城市軌道交通運營安全評價指標體系，共包括3 個層次，見表2。

表2 城市軌道交通運營安全評價指標體系

3.2 綜合權(quán)重的確定

3.2.1 層次分析法確定權(quán)重

根據(jù)9 標度法比較因素間的相對重要性，建立判斷矩陣B。見表3。

表3 9 標度法含義解釋

運用層次分析法權(quán)重確定，計算判斷矩陣B 的最大特征值λmax 和對應(yīng)的特征向量w：

進行一致性檢驗，當(dāng)CR＜0.1 時，滿足一致性要求，可繼續(xù)計算。

其中，RI 為隨機一致性指標，取值見表4。

表4 隨機一致性指標RI 取值

3.2.2 熵權(quán)法確定權(quán)重

（1）構(gòu)建數(shù)據(jù)矩陣

數(shù)據(jù)矩陣若包括m 個待評價對象，n 個評價指標，則構(gòu)建的指標體系：

（2）歸一化處理

（3）計算指標j 的熵值ej和差異性因數(shù)gj

（4）計算指標熵權(quán)

3.2.3 綜合集成賦權(quán)法

運用加法綜合集成法，對主觀AHP 法和客觀熵權(quán)法計算的權(quán)重進行整合。

式中：αi—AHP 法確定的第i 個指標權(quán)重；βi—熵權(quán)法確定的第i 個指標權(quán)重；μ∈［0，1］，為主客觀權(quán)重所占比例，可根據(jù)實際情況進行取值。

3.3 建立評價集

參考相關(guān)文獻與標準，將風(fēng)險等級劃分為五個層次，見表5。

表5 城市軌道交通風(fēng)險等級劃分

對各準則層評價完成后，將實際得分值與風(fēng)險等級表進行對照，確定各準則層的風(fēng)險等級，從而進行合理控制。

3.4 多指標綜合評價

根據(jù)建立的評價指標體系選取指標集；確定各評價因子的分數(shù) gk,j；基于AHP-熵權(quán)法計算權(quán)重 wk,j；運用加權(quán)線性和法得到各因素的綜合得分gk，并確定系統(tǒng)風(fēng)險等級。

基于評估結(jié)果，對系統(tǒng)中的隱患和薄弱環(huán)節(jié)進行全面把握與掌控，制定針對性的措施。

4 案例分析

4.1 背景概述

應(yīng)用構(gòu)建的城市軌道交通運營安全評估體系對北京地鐵進行風(fēng)險評估。截止2019 年12 月，北京地鐵共23 條運營線路，運營里程699.3 km，車站405座。

4.2 評價指標權(quán)重確定

4.2.1 層次分析法確定權(quán)重

應(yīng)用MATLAB 軟件求得λmax=4.087 5，對應(yīng)的特征向量W=（0.807 2,0.478 5,0.150 6,0.311 0 ），并且CR=0.032＜0.1，符合一致性要求。因此，經(jīng)歸一化處理后得到w=（0.46,0.27,0.09,0.18）。

4.2.2 熵權(quán)法確定權(quán)重

運用MATLAB 得出熵值ej=（0.544 6,0.849 4,0.950 2,0.858 6），差異性因數(shù)gj=（0.455 4,0.150 6,0.049 8,0.141 4），因此，權(quán)重w=（0.571 2,0.188 9,0.662 5,0.177 3）。

4.2.3 綜合集成法確定權(quán)重

綜合集成得到準則層各指標最終權(quán)重，見表6。

表6 準則層的指標權(quán)重

4.3 綜合評價

根據(jù)地鐵實際運營情況，對各影響因素進行評價打分，平均加權(quán)統(tǒng)計后得到子準則層風(fēng)險因素得分情況，見表7。

表7 子準則層風(fēng)險因素評價得分

基于各指標權(quán)重和評價得分，計算準則層指標得分情況以及系統(tǒng)整體安全風(fēng)險水平。

（1）管理準則層得分G1

（2）車輛準則層得分G2

（3）環(huán)境準則層得分G3

（4）服務(wù)設(shè)施準則層得分G4

（5）加權(quán)線性和法計算系統(tǒng)綜合得分G

可以看出，北京地鐵綜合評價得分85.79 分，風(fēng)險等級為Ⅱ級，“比較安全”。其中，管理體系評價得分87.13 分，車輛體系評價得分85.26 分，環(huán)境體系評價得分82.89 分，服務(wù)設(shè)施體系評價得分84.41 分，風(fēng)險等級均為Ⅱ級，“較安全”。由此可得，北京地鐵的環(huán)境體系和車輛體系的安全等級較其他兩個體系而言略低，這與實際情況相符。

由于對地鐵核心技術(shù)的掌握略有欠缺，事故致因大多數(shù)是車輛層指標，特別是信號系統(tǒng)、車體和電纜防護。因此，需要對車輛層的各設(shè)施設(shè)備例如ATC 車載設(shè)備、車體轉(zhuǎn)向架、牽引裝置、制動裝置和控制中心設(shè)備等進行定期檢查控制，開展緊急演練，防止設(shè)備隱患從量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)化。

針對濃霧、暴雨、暴雪等不受人為控制的自然環(huán)境，需要在災(zāi)害來臨前做好防御，將損失降到最低。（1）交通管理部門應(yīng)跟氣象、水務(wù)等部門取得聯(lián)系，跟蹤了解暴雨、暴雪、濃霧等極端天氣的信息，及早采取應(yīng)對措施。（2）根據(jù)以往經(jīng)驗、天氣情況和實際需求做好應(yīng)急預(yù)案，有條件時可與公安、消防、城建、水務(wù)、氣候等部門開展應(yīng)急聯(lián)動機制模擬演練。

4 結(jié)語

（1）通過ISM 模型得出影響運營安全的直接因素是車輛、環(huán)境、服務(wù)設(shè)施；間接因素是信號、給排水、工務(wù)、通信、通風(fēng)排煙；管理因素是潛在深層次因素，是控制整改的關(guān)鍵。（2）基于事故致因機理，構(gòu)建了城市軌道交通運營安全評估體系，從主觀和客觀角度出發(fā)對運營系統(tǒng)進行綜合評估，為運營管理者提供動態(tài)運營信息，及時根據(jù)實際情況做出決策，防患于未然。