俞名揚，朱 琳，劉志鋼

（上海工程技術大學 城市軌道交通學院，上海 201620）

0 引 言

截止2021 年6 月底，上海地鐵運營里程達到772 公里，運營線路20 條（含磁?。?，形成了超大規(guī)模的世界級地鐵運營網(wǎng)絡。在網(wǎng)絡化運營的過程中，地鐵內(nèi)部各系統(tǒng)之間分工更加明確，協(xié)作更加緊密，信息更加流暢，極大提升了運營效率和服務質(zhì)量，但是在網(wǎng)絡化運營環(huán)境下，運營事故（事件） 發(fā)生的可能性也極大提高。在日常運營過程中，人員技能不熟、設備故障或缺陷、極端環(huán)境、管理存在漏洞等風險因素一直制約著網(wǎng)絡化運營安全，不論是生產(chǎn)過程暴露出單個風險因素，還是多個風險因素出現(xiàn)耦合狀況，并超過了系統(tǒng)能夠承受的安全閾值范圍就會導致運營事故（事件） 的發(fā)生。

目前，學者們的研究主要集中在風險耦合機理研究、風險耦合方法探索以及基于風險耦合模型進行系統(tǒng)風險評估等。黃文成等[1]利用N-K 模型從人、機、物、環(huán)、管五個子系統(tǒng)對鐵路危險品運輸系統(tǒng)耦合風險的形成機理展開研究；王煥新、劉正江[2]為定量分析海上交通安全風險因素間的影響關系，運用N-K 模型構(gòu)建了海上交通安全風險耦合度量模型，分析了人、船、環(huán)境、管理等風險因素間的耦合關系；高僮等[3]針對列控系統(tǒng)的復雜交互行為導致的風險耦合問題，提出一種基于STPA 與時間自動機的列控運營場景風險耦合路徑自動搜索方法；涂圣文等[4]采用云化物元耦合模型對巖質(zhì)高邊坡工程爆破施工安全風險進行評估；岳仁田等[5]基于航空運輸系統(tǒng)脆弱性影響因素，構(gòu)建了可量化的N-K 模型；于秀珍等[6]為降低高速鐵路行車安全風險，建立行車調(diào)度系統(tǒng)風險指標體系，估算指標值，確定指標權重，構(gòu)建風險耦合模型。

既有學者的研究主要集中在建筑施工、物流倉儲、鐵路運輸、海上交通、航空運輸?shù)阮I域，對地鐵運營安全風險耦合的研究較少，根據(jù)國內(nèi)地鐵運營實際情況進行的相關研究更少?；谏虾５罔F實際運營過程中發(fā)生的風險事件，利用風險耦合理論對地鐵運營安全風險耦合機理進行分析，構(gòu)建N-K 模型定量反映不同耦合方式的耦合值，并提出減少風險耦合概率的應對措施，為上海地鐵網(wǎng)絡化運營安全提供保障。

1 地鐵運營安全風險耦合機理分析

1.1 地鐵運營安全風險因素。系統(tǒng)論事故致因模型的“人—機—環(huán)—管”理論認為產(chǎn)生事故的風險因素來自人、機、環(huán)、管四個方面。城市軌道交通日常生產(chǎn)組織是在運營、車輛、工務、供電、通號等多專業(yè)、多工種緊密配合、共同協(xié)作下完成的，整個生產(chǎn)組織架構(gòu)龐大且復雜。在對影響地鐵運營安全的風險因素進行分析時，從系統(tǒng)論的角度出發(fā)，對影響地鐵運營安全的人員因素、設備因素、環(huán)境因素、管理因素進行分析。

（1） 人員因素。在地鐵生產(chǎn)組織的每個過程中都有人員的參與，人員因素是最活躍的風險因素[7]，同時人本身具有不確定性，就導致其產(chǎn)生的風險也存在很大的不確定性。由于人的原因而導致風險產(chǎn)生主要體現(xiàn)在：安全意識薄弱，生理、心理狀況差，業(yè)務技能不熟等。人員的安全意識薄弱，就會導致其在工作中安全生產(chǎn)責任心不強，不遵守安全生產(chǎn)規(guī)章制度，導致風險發(fā)生；人員的生理、心理狀況差，在生產(chǎn)組織過程中注意力不集中、容易產(chǎn)生緊張情緒，則會增加風險發(fā)生可能性；人員業(yè)務技能不熟，在突發(fā)情況下會不知所措，造成故障處置時間進一步延長，加劇運營延誤帶來的影響。

（2） 設備因素。地鐵系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)離不開各種各樣設備的支持，大到地鐵車輛、信號控制系統(tǒng)，小到閘機、扶梯等。設備因素帶來風險首先就體現(xiàn)在設備的設計缺陷，這類風險一般短時間內(nèi)無法顯現(xiàn)出來，但是一旦出現(xiàn)勢必會造成一定程度的影響；然后是設備的突發(fā)故障，在上海地鐵高強度的客流量下，設備每天承擔的工作負荷較大，長時間的運轉(zhuǎn)極易造成設備突發(fā)故障，這類風險是影響上海地鐵運營安全的最主要原因；最后，設備的日常維護工作決定著設備運行的穩(wěn)定性，設備設施的日常維護不到位會形成嚴重的風險隱患，直接影響到運營安全。

（3） 環(huán)境因素。一般情況下，環(huán)境因素不會主導運營事故的發(fā)生，只有和其它因素共同作用下才會造成事故，由于其疊加了其它因素的影響，事故產(chǎn)生的后果都較為嚴重。環(huán)境因素分為自然環(huán)境和社會環(huán)境，自然環(huán)境是指暴雨、臺風、雷電、暴雪、霜凍等惡劣天氣，雖然惡劣天氣可以預測，但是對地鐵運營產(chǎn)生的影響很大程度上不可改變；社會環(huán)境是指大型活動帶來的突發(fā)大客流、客流集聚等情況，大客流風險是每個城市地鐵運營企業(yè)都高度重視的風險之一。

（4） 管理因素。企業(yè)的安全高效運轉(zhuǎn)離不開科學的生產(chǎn)管理體系，管理因素很大程度上能夠抑制其它風險因素對事故的影響，但是管理體系一旦存在漏洞，必然會導致事故的發(fā)生。管理因素對事故的影響主要體現(xiàn)在安全管理規(guī)定的制定情況，安全管理規(guī)定的執(zhí)行力度，安全管理規(guī)定的科學性等方面。只有完善的規(guī)章制度體系，人員操作和設備狀態(tài)的安全性才能體現(xiàn)出來，才能規(guī)范操作人員的行為、管控設施設備的狀態(tài)；但是，規(guī)章制度只停留在制定階段，沒有嚴格的執(zhí)行力度，對違反安全生產(chǎn)管理規(guī)定的行為沒有懲罰措施，會加大風險發(fā)生的可能性；同時，安全管理規(guī)定應該隨著技術的更新迭代而不斷更替，和實際生產(chǎn)不相符的規(guī)定也要進行更改，這樣才能有效遏制風險的發(fā)生。

1.2 地鐵運營安全風險耦合機理。耦合來源于物理學中的概念，是指兩個（或兩個以上） 系統(tǒng)或者運動形式通過各種相互作用而彼此影響的現(xiàn)象[8]。風險耦合是指不同種類的風險因子在復雜系統(tǒng)中存在的相互作用及相互影響的關系[9]。任何一個系統(tǒng)都存在影響系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)的風險因素，但是一般而言單個因素對系統(tǒng)的作用是有限的，只有兩種或兩種以上的風險因素相互作用，因素之間產(chǎn)生了一定的依賴性，導致系統(tǒng)風險值升高，當突破系統(tǒng)所能承載的安全閾值就會導致風險的發(fā)生。風險因素之間的依賴性越強，因素間的耦合程度就越高，造成事故發(fā)生的可能性就越大。

地鐵運營安全風險耦合就是影響地鐵運營安全的各種風險因素之間相互作用的結(jié)果，這種相互作用關系的表現(xiàn)之一就是正向促進作用[10]。在地鐵運營過程中，人的不安全行為、設備的不安全狀態(tài)、環(huán)境的不安全條件以及管理缺陷[11]都會導致風險的發(fā)生，當某一類風險因素出現(xiàn)，并且在可能導致發(fā)生的事故致因鏈上傳播，此時若和其它類型的風險因素耦合，就會形成耦合風險，大大提升系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。隨著耦合風險的發(fā)展，當超出了系統(tǒng)的風險閾值就會使系統(tǒng)瞬間失去穩(wěn)定狀態(tài)，導致事故的發(fā)生。

2 基于N-K 模型的地鐵運營安全風險耦合分析

Kauffman 在1993 年進行進化生物學方面發(fā)展理論研究時，研究了復雜系統(tǒng)的相互依賴作用，并因此提出了N-K 模型[12]。N-K 模型主要有兩個重要參數(shù)，其中N 代表組成系統(tǒng)的要素數(shù)量，若每個要素有n 種狀態(tài)，則整個系統(tǒng)中存在nN種組合方式；K 代表系統(tǒng)要素之間具有相互依賴關系的個數(shù)，取值范圍為[0,N-]1 。在模型中，用0～1 變量定義系統(tǒng)影響因素的狀態(tài)，0 代表影響因素存在缺陷，但對于風險的產(chǎn)生不起決定性作用；1 代表影響因素存在重大缺陷，直接導致風險的產(chǎn)生。為了定量表示不同耦合方式的風險耦合值（又稱為T 值），利用交互公式進行計算，如公式（1） 所示：

2.1 單因素耦合風險。地鐵運營過程中受到四種不同類型風險因素的影響，其中同類型的風險因素又表現(xiàn)為不同的方面，單因素耦合風險就是同類型但不同方面風險因素相互作用的結(jié)果。以人員因素為例，人的不安全行為可細分為安全意識薄弱，生理、心理狀況差，業(yè)務技能不熟等多個方面，新入職的員工在本身業(yè)務技能不熟練的情況下，應對突發(fā)事件的心理素質(zhì)不高，容易產(chǎn)生緊張情緒，從而引發(fā)應急處置不及時或操作不當導致事故升級等問題，形成人員因素的耦合風險。除人員—人員耦合風險外，設備—設備耦合風險、環(huán)境—環(huán)境耦合風險、管理—管理耦合風險都屬于單因素耦合風險，T 值可以分別表示為T1(a )、T1(b )、T1(c )、T1(d )。

2.2 雙因素耦合風險。雙因素耦合風險是指地鐵在運營過程中，兩種不同類型的風險因素之間相互影響、相互作用，引發(fā)風險事件。以人員—設備因素耦合為例，在信號設備出現(xiàn)故障的情況下，司機在作業(yè)過程中如果疏于瞭望，將會導致列車擠岔、沖突、顛覆等風險事件的發(fā)生。雙因素耦合包括人員—設備耦合、人員—環(huán)境耦合、人員—管理耦合、設備—環(huán)境耦合、設備—管理耦合、環(huán)境—管理耦合等六種耦合方式，從而形成六種耦合風險，雙因素耦合風險的T 值可分別表示為T2(a,b )、T2(a,c )、T2(a,d )、T2(b,c )、T2(b,d )、T2(c,d )。以T2(a,b )為例，T 值計算如公式（2） 所示：

3 實例分析

3.1 數(shù)據(jù)來源。通過統(tǒng)計上海地鐵2013—2020 年間發(fā)生的造成運營延誤時間較長、社會影響較大的運營事故（事件），共得到186 起事件。將統(tǒng)計到的案例按照時間、地點、事件原因、事件直接責任和間接責任單位（運營、車輛、工務、供電、通號）、事件原因分類（人員、設備、環(huán)境、管理） 等展開分析，根據(jù)分析得到的事件影響因素個數(shù)，將事件分為單因素事件、雙因素事件和多因素事件三類，最終得到事件的主要影響因素、發(fā)生數(shù)量及發(fā)生頻率統(tǒng)計表（結(jié)果如表1 所示）。

表1 上海地鐵運營事故（事件） 統(tǒng)計分析表

單因素事件中，0000 代表人員、設備、環(huán)境、管理因素的缺陷均不能決定風險事件的發(fā)生，此類事件歷史從未發(fā)生過；雙因素事件中，1100 代表人員和設備因素存在重大缺陷，且兩種因素發(fā)生耦合效應并造成風險事件的發(fā)生，該類事件歷史發(fā)生30 件，事件發(fā)生頻率為0.1613；多因素事件中，1110 代表人員、設備、環(huán)境三種存在重大缺陷的風險因素發(fā)生耦合作用，共同造成了風險事件的發(fā)生。

3.2 風險耦合值計算。根據(jù)交互公式可以發(fā)現(xiàn)，在計算風險的耦合值之前，必須先計算耦合風險的發(fā)生概率。

（1） 單因素耦合概率。單因素耦合概率就是在假設某種類型風險因素狀態(tài)確定的條件下，根據(jù)事故統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)計算風險發(fā)生的概率。以人員風險因素處于0 狀態(tài)為例，P0***=P0000+P0100+P0010+P0001+P0110+P0101+P0011+P0111，根據(jù)表1 的統(tǒng)計數(shù)據(jù)可得P0***=0.6505。

同理可求得P1***、P*0**、P*1**、P**0*、P**1*、P***0、P***1的概率，如表2 所示。

表2 單因素耦合風險發(fā)生概率

（2） 雙因素耦合概率。雙因素耦合概率就是在假設兩種類型風險因素狀態(tài)確定的條件下，根據(jù)事故統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)計算風險發(fā)生的概率。以人員風險因素和設備風險因素都處于0 狀態(tài)為例，P00**=P0000+P0010+P0001+P0011=0.0215，同理可求得其它雙因素耦合形式的風險發(fā)生概率，如表3 所示。

表3 雙因素耦合風險發(fā)生概率

（3） 多因素耦合概率。多因素耦合概率就是在假設三種及以上類型風險因素狀態(tài)確定的條件下，根據(jù)事故統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)計算風險發(fā)生的概率。以人員風險因素、設備風險因素以及環(huán)境風險因素都處于0 狀態(tài)為例，P000*=P0000+P0001=0.0108，同理可求得其它多因素耦合形式的風險發(fā)生概率，如表4 所示。

表4 多因素耦合風險發(fā)生概率

（4） 計算風險耦合值。根據(jù)交互公式（1），分別計算不同耦合方式下的風險耦合值（T 值），并按照T 值大小進行排序，計算結(jié)果如表5 所示。

表5 不同耦合方式下的風險耦合值

3.3 結(jié)果分析

通過對上海地鐵186 起運營事故（事件） 進行分析，得到不同耦合方式的發(fā)生概率和風險耦合值，分析數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)：

（1） 隨著耦合因素的增加，風險耦合值呈顯著上升趨勢，四因素耦合的風險值最大，三因素耦合的整體風險值高于雙因素耦合的風險值；

（2） 在風險耦合值的排序表中，人員—設備—管理、人員—設備—環(huán)境、人員—設備是三種風險耦合值較高的耦合方式，由于其中都包含了人員、設備因素，所以影響上海地鐵現(xiàn)階段運營安全的重要因素是人員因素和設備因素。

4 結(jié) 論

在搜集上海地鐵運營事故（事件） 的基礎上，對風險事件的影響因素進行深入分析，利用N-K 模型理論構(gòu)建上海地鐵運營安全風險耦合模型，計算單因素、雙因素及多因素耦合方式的發(fā)生概率及風險耦合值。系統(tǒng)的風險耦合值跟參與耦合的因素數(shù)量呈正相關，四因素耦合風險值明顯高于三因素耦合風險值，而三因素耦合風險值明顯高于雙因素耦合風險值；對上海地鐵運營安全影響較大的幾種風險耦合方式中，人員因素和設備因素都參與其中的耦合，是影響上海地鐵運營安全的重要因素。

隨著上海地鐵的網(wǎng)絡化運營規(guī)模逐漸擴大，推進雙重預防機制建設、安全生產(chǎn)三年整治行動，對各個專業(yè)系統(tǒng)、作業(yè)崗位、作業(yè)環(huán)節(jié)展開持續(xù)風險辨識和隱患治理工作，盡可能規(guī)避多種風險因素的相互聯(lián)系產(chǎn)生耦合效應，從而避免造成重大風險事件的發(fā)生；在充分吸取國內(nèi)外城市軌道交通行業(yè)事故教訓的基礎上，對作業(yè)人員開展安全警示教育和崗位培訓工作，加強突發(fā)事件應急演練組織工作，切實提高作業(yè)人員的應急處置能力；設備是保障地鐵系統(tǒng)高效運行的重要一環(huán)，必須不斷推進設備設施全生命周期管理，完善設備設施檢修規(guī)程，全力推進智慧運維體系建設，架構(gòu)設備設施狀態(tài)實時監(jiān)測平臺，提升設備的穩(wěn)定性、可靠性。