城市軌道交通運營安全評價的現(xiàn)狀與展望

孟亞東 賈崇強 韓寶明 付燕榮

(1.天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)汽車與交通學(xué)院 天津300222;2.北京交通大學(xué)交通運輸學(xué)院 北京100044)

城市軌道交通涉及多種技術(shù)領(lǐng)域，是由土木工程、軌道車輛、機電設(shè)備、計算機系統(tǒng)、通信信號系統(tǒng)等組成的復(fù)雜交通系統(tǒng)。我國城市軌道交通呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢，截至2013年12月，全國運營里程已達2 500余km。城市軌道交通大都建于地下，具有封閉性強、運行速度高、起停頻繁、客流量大且來源復(fù)雜、設(shè)施設(shè)備科技含量高、乘客自助乘車、應(yīng)急疏散難度大等特點，一旦發(fā)生危險，不僅造成設(shè)備設(shè)施的損壞，而且會直接或間接地造成乘客的傷亡，產(chǎn)生不良的社會影響。因此，保證安全是城市軌道交通運營企業(yè)的首要任務(wù)。

安全評價在城市軌道交通運營工作中占據(jù)重要的地位。目前，香港地鐵每年都對運營系統(tǒng)進行綜合現(xiàn)狀評價，從中找出薄弱環(huán)節(jié)加以改進和控制;北京、上海、廣州、天津等城市的地鐵公司每年或隔年開展一次安全評價工作。筆者主要研究已經(jīng)交付使用的城市軌道交通的運營安全問題，即安全現(xiàn)狀綜合評價和專項安全評價，按照指標體系、評價理論與方法、評價結(jié)論3個關(guān)鍵點進行研究。這3個方面的質(zhì)量決定著安全評價的質(zhì)量，直接影響安全評價的效果。

1 指標體系

安全評價指標體系的建立是安全評價的首要工作，是安全評價實施的基礎(chǔ)。以下從運營安全的影響因素、指標體系的研究歷程以及國家標準《地鐵運營安全評價標準》3個方面進行論述。

1.1 運營安全的影響因素

一般來講，影響城市軌道交通運營安全的因素構(gòu)成了安全評價的指標體系，包括復(fù)雜機電自動化設(shè)備系統(tǒng)、通信信號系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、運營管理人員的協(xié)調(diào)組織、大流量客流，另外還涉及社會的安全現(xiàn)狀與各種大型活動的舉辦等。因而，針對城市軌道交通運營安全的問題，如果只單獨研究城市軌道交通系統(tǒng)的某部門或者某個子系統(tǒng)，就不能完整、真實地反映城市軌道交通系統(tǒng)運營安全的狀態(tài)。

同濟大學(xué)的學(xué)者較早地將城市軌道交通運營安全作為一個系統(tǒng)問題進行研究，趙惠祥、劉天順等首次提出城市軌道交通系統(tǒng)是一個牽涉到多種技術(shù)領(lǐng)域，由多種設(shè)備、多種硬軟件、多種設(shè)施組成的復(fù)雜系統(tǒng)，從系統(tǒng)工程角度探索了城市軌道交通的安全問題［1-2］。通常，將可能影響城市軌道交通的安全因素綜合考慮，采用系統(tǒng)的觀點、普遍聯(lián)系的觀點進行分析研究，進而建立城市軌道交通運營安全評價指標體系。

1.2 指標體系的研究歷程

關(guān)于安全評價指標體系的研究，最普遍的是從“人-機-環(huán)-管”4個方面出發(fā)來建立安全評價指標體系，王山、張耀軍等建立的指標體系［3-4］直觀易懂，但是各方面仍需進一步細化來分類研究，隨后的研究也體現(xiàn)了這一點;王卓以“人-機-環(huán)-管”4個方面為基礎(chǔ)，分析城市軌道交通在運營過程中存在的各種危險因素，運用層次分析法建立了城市軌道交通危險因素遞階層次結(jié)構(gòu)模型，并對各種危險因素進行權(quán)重計算，得出各危險因素的排序［5］。類似地，還有從安全問題的起因進行深入研究，如代寶乾等從系統(tǒng)外部因素、系統(tǒng)指揮因素、設(shè)備設(shè)施因素、運營管理因素4個方面著手，確立安全評價指標體系［6］。

隨著安全評價指標體系研究的深入，出現(xiàn)按專業(yè)指標體系進行分類的研究，如于和平將現(xiàn)狀評價指標構(gòu)成分為3類，即風(fēng)險指標、事故指標和隱患指標［7］。各指標的定義不同，其指標體系的構(gòu)成與處理對象也不同，又增加安全事件歷史數(shù)據(jù)庫作為處理對象。該種研究具有一定難度，主要在于安全事件歷史數(shù)據(jù)庫仍有待完善。

1.3 《地鐵運營安全評價標準》的實施

2005年6月，建設(shè)部組織北京地鐵等6家單位編寫GB/T 50438—2007《地鐵運營安全評價標準》，自2008年5月1日起實施，適用于正式運營1年以上的地鐵。標準中的指標體系從廣義上說仍屬于“人-機-環(huán)-管”范疇，它將地鐵分為14個系統(tǒng)，每個系統(tǒng)再細化分類，按項目打分方法實施評價。

《地鐵運營安全評價標準》自發(fā)布以來，對我國的城市軌道交通運營安全評價工作起到了推動作用，但在實際使用中有如下問題:采用固定權(quán)重的加權(quán)求和方法，求得基礎(chǔ)安全風(fēng)險水平的定性評價結(jié)果，往往固定權(quán)重、隸屬度的確定被認為不恰當，并非能真實反映實際的風(fēng)險水平;依據(jù)年度事故發(fā)生率，求得事故風(fēng)險水平的定性評價結(jié)果，往往缺乏歷史數(shù)據(jù)，或者運營年限過短，實施意義不大。因此，隨后針對地鐵運營安全評價進行的研究大量涌現(xiàn)。

2 評價理論與方法

針對城市軌道交通運營安全評價，評價理論與方法是第二個關(guān)鍵點，同時也是安全評價工作的主體過程。該過程與指標體系的構(gòu)建密切結(jié)合，在指標體系的構(gòu)建過程中提出相關(guān)要求。但更通用的是，相同的指標體系采用不同的評價理論或評價方法，下面簡要介紹近年來出現(xiàn)的主要評價理論與方法。

2.1 多種方法結(jié)合

層次分析法及模糊法在安全評價中有單獨應(yīng)用的案例［3-4，6，8］，但更多的還是兩種方法的綜合應(yīng)用。毫無疑問，層次分析法在目標結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下具有天然的優(yōu)勢，而模糊法針對不確定問題具有模糊處理的優(yōu)勢，兩者的結(jié)合使安全評價方法進一步完善。李晉、趙丹婷等采用定性與定量相結(jié)合的方法，從運營管理、設(shè)施設(shè)備、從業(yè)人員及外部條件等4方面，建立了層次結(jié)構(gòu)的評價指標，采用層次分析法確定各項評價指標的權(quán)重，采用模糊數(shù)學(xué)方法建立安全性評價的二級模糊綜合評價模型［9-10］。這些研究將層次分析法與模糊法比較完美地結(jié)合到一起，是目前比較成熟完善的評價方法。

此外，吳海超結(jié)合層次分析法(AHP)和逼近理想求解排序法(TOPSIS)，對軌道交通安全性評價進行建模。采用AHP確定評價指標的權(quán)重，利用逼近理想求解排序法計算其正、負理想解和接近度，依據(jù)接近度對軌道交通安全性評價指標進行比較［11］。王洪德等提出基于集對分析的地鐵運營安全評價，采用層次分析法確定評價指標權(quán)重，基于集對分析原理，從總體和局部層面，分別對某地鐵運營進行同異反結(jié)構(gòu)分析，最后討論差異度系數(shù)對評價結(jié)果的影響程度［12］。該方法綜合確定及不確定因素，能有效克服一些片面性，既能分析整體安全狀況，又能充分了解系統(tǒng)運營不安全的具體影響因素，但目前只有評價理論的研究。

在層次分析法中，判斷矩陣數(shù)值的選取具有一定的敏感性，信息來源的可靠性越高，得到的結(jié)果也越理想，因此需要有豐富經(jīng)驗的專家評估組。模糊法克服了傳統(tǒng)評價方法的缺陷，提高了安全評價的可靠度和可信度。用TOPSIS替代模糊法，解決模糊不確定的問題。在安全評價過程中，安全信息的完善程度直接影響著安全評價結(jié)果的準確程度;另外，安全事件歷史數(shù)據(jù)庫的完善程度也會影響該方法的最終效果。

2.2 數(shù)理統(tǒng)計方法

數(shù)理統(tǒng)計方法針對已有的數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析研究，采用概率、頻率、穩(wěn)定性等方法進行研究，例如，張娣等參照現(xiàn)有的安全性指標基礎(chǔ)，利用數(shù)理統(tǒng)計方法，提出事故后果嚴重程度、事故發(fā)生頻率、系統(tǒng)穩(wěn)定性等指標，由此分析得出軌道交通安全性指標［13］。該指標體系能夠定量描述事故后果的嚴重程度，分析系統(tǒng)的穩(wěn)定性，論述系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)的安全性強弱。但在實際應(yīng)用中，如果安全事件歷史數(shù)據(jù)庫不完善，將會導(dǎo)致統(tǒng)計結(jié)果有偏差。

2.3 故障模式及影響分析

蘇旭明等采用故障模式及影響分析(FMEA)的改進方法［14］。FMEA是一種事前預(yù)防的可靠性分析和安全評估技術(shù)，用簡單計算綜合評價總值來確定風(fēng)險等級，其運營安全評價指標體系仍然以“人-機-環(huán)-管”4個方面為基礎(chǔ)建立，但采用模糊綜合評判和序關(guān)系分析法替代簡單計算綜合評價總值。

2.4 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法

張正貴建立基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的地鐵運營安全網(wǎng)絡(luò)模型［15］。BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)輸入特征指標參數(shù)自動建立動態(tài)模型，對于評價系統(tǒng)具有很好的跟蹤能力，可以有效克服傳統(tǒng)分析方法在指標權(quán)重確定過程中所受到的個體知識結(jié)構(gòu)、評判水平和個人偏好等眾多因素的影響，使可靠性評價模式更為合理。但BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)不但需要大量的樣本，在訓(xùn)練時也需要考慮輸入的各個樣本的安全度，所以該方法需要進一步應(yīng)用研究。

2.5 模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)

為了量化地鐵運營安全風(fēng)險并識別相關(guān)風(fēng)險的關(guān)鍵事件，陸瑩等從組織、人因錯誤的角度出發(fā)，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了事故的致因關(guān)系。同時，基于模糊集理論，利用模糊語義及積分值法，量化基本事件的條件概率。由于組織、人因錯誤概率的模糊性和不確定性，使傳統(tǒng)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法無法獲得先驗概率及條件概率，所以引入模糊集理論，從宏觀的角度分別給出模糊概率值的語言描述，并用語言變量表示，使專家的評判更直觀［16］。該研究改進了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)方法，又結(jié)合了模糊集理論，但同樣帶來應(yīng)用難度加大的問題。

2.6 多級可拓法

潘科等建立以可拓法為核心的地鐵運營安全的多級可拓評價模型［17］。該模型以體系中的一級指標和二級指標作為評價的出發(fā)點，對地鐵運營安全的各個子系統(tǒng)進行系統(tǒng)的分析，計算這些子系統(tǒng)與各風(fēng)險等級的關(guān)聯(lián)度，確定地鐵運營系統(tǒng)的總體風(fēng)險水平。該方法應(yīng)用簡便，但在解決評價具有的模糊性問題上還有待進一步提高。

2.7 事故理論法

代寶乾等考慮到城市軌道交通各個系統(tǒng)的可靠性、運營過程的安全性以及處理事故和故障的復(fù)雜性，從事故的角度著手，根據(jù)歷史事故案例，在分析我國其他行業(yè)事故分類的基礎(chǔ)上，確定城市軌道交通事故分類標準，即重大事故、大事故、險性事故和一般事故;將不同事故分類情況及專家判斷評分，按事故的大小換算成可以計算的尺度;根據(jù)事故種類不同，計算出事故折算因子;根據(jù)風(fēng)險理論的評價方法，建立了地鐵風(fēng)險評價模型;對地鐵的危險性進行量化定級，并通過具體實例進行綜合分析評價［18］。該方法簡單便捷，但是整個評價過程依賴于風(fēng)險評價模型中事故等級和事故折算因子的確定，而這些又需要全面完善的安全事件歷史數(shù)據(jù)庫作為支撐。

2.8 其他方法

除以上評價方法外，目前還有學(xué)者運用其他方法對城市軌道交通運營安全評價進行研究。例如，潘科等引入變權(quán)理論和相對差異函數(shù)，建立了地鐵運營火災(zāi)風(fēng)險評價指標體系及其指標分值，用變權(quán)方法對常權(quán)重進行調(diào)節(jié)［19］，使得評價結(jié)果更為客觀，但該方法缺少針對整個城市軌道交通運營安全評價的應(yīng)用研究。朱昌峰利用信息熵分析和優(yōu)化城市軌道交通運營安全評價指標體系，建立了基于數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(DEA)的城市軌道交通運營安全評價的C2R模型［20］;由于運營過程中的不確定因素較多，會影響運營安全及運營的可靠性，故各決策單元的相對安全效率指數(shù)也在不斷發(fā)生變化，參數(shù)選擇困難，這使得該方法的應(yīng)用難度加大。肖雪梅等基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)和熵理論，構(gòu)建了一個能夠描述安全要素耦合作用關(guān)系的城市軌道交通線網(wǎng)運營安全層次化網(wǎng)絡(luò)模型［21］，認為運營安全是由安全要素自底向上相互作用涌現(xiàn)出來的一種行為，該研究尚處于理論階段。

3 評價結(jié)論

評價結(jié)論是整個安全評價工作的結(jié)果，又是安全工作的階段性標志和指標。當前，針對評價結(jié)論的研究十分匱乏。公認的打分方法的最終結(jié)果是一個分數(shù)值，很難反映系統(tǒng)安全水平的現(xiàn)狀，現(xiàn)有的評價結(jié)論全是將分數(shù)轉(zhuǎn)化為定性指標，得出一個定性的描述?！兜罔F運營安全評價標準》的評價結(jié)果具有代表性，下面簡要介紹其評價過程。

《地鐵運營安全評價標準》的評價體系包括“基礎(chǔ)安全評價”和“事故風(fēng)險評價”兩部分［22］?；A(chǔ)安全評價是各項目按固定權(quán)重計算出加權(quán)求和值，并將分數(shù)與設(shè)定的可接受、不可接受、可忽略3個分數(shù)區(qū)段進行比較，得出基礎(chǔ)安全風(fēng)險水平的定性評價結(jié)果;事故風(fēng)險評價主要依據(jù)年度事故發(fā)生率，按給定的折算因子，計算出年度百萬車公里等效事故率，再與設(shè)定的可接受、不可接受、可忽略3個分數(shù)區(qū)段進行比較，得出事故風(fēng)險水平的定性評價結(jié)果。由此可見，“基礎(chǔ)安全評價”和“事故風(fēng)險評價”這兩個重要評價的結(jié)論，都是可接受、不可接受、可忽略三者中的一個。為此，筆者認為安全評價的結(jié)論不必拘泥于一個結(jié)論或一句話，可以考慮將評價理論與方法的中間成果表達到結(jié)論中，得出一個評價分數(shù)表，或者是一個評價結(jié)論表，這樣更能全面反映安全現(xiàn)狀和評價結(jié)果。

4 結(jié)論與展望

國內(nèi)外許多學(xué)者就城市軌道交通運營安全評價已開展了多方面的研究，從指標體系的涵蓋范圍及其構(gòu)建方法，到各種安全評價理論與方法的應(yīng)用、改進等，覆蓋面廣，研究點較多。

在指標體系方面，已從最初的著重系統(tǒng)的物理分類和物理聯(lián)系發(fā)展到人因、管理因素的協(xié)調(diào)統(tǒng)一考慮等方面，已從簡單的分門別類發(fā)展到用層次分析法綜合歸納統(tǒng)計，并注重軟件、管理、人為因素以及人與設(shè)備的關(guān)系等，這是由于現(xiàn)代城市軌道交通設(shè)備、設(shè)施呈現(xiàn)出巨大的復(fù)雜性、關(guān)聯(lián)性造成的，而系統(tǒng)的觀點、普遍聯(lián)系的觀點將每一個可能發(fā)生影響作用的因果聯(lián)系都考慮進去，從而導(dǎo)致指標體系也逐漸復(fù)雜并互相聯(lián)系。

在評價理論與方法方面，主要包括層次分析與模糊法、數(shù)理統(tǒng)計法、FEMA法等，可謂百家爭鳴。但是，任何一種方法都會有這樣或那樣的缺點，很難找到一種包容百家之長、完美的評價理論和方法，這正是城市軌道交通系統(tǒng)——一個復(fù)雜巨系統(tǒng)的真實反映;系統(tǒng)內(nèi)部充滿了各種各樣的復(fù)雜致因關(guān)系，而現(xiàn)有的各種理論本身還在發(fā)展完善當中，無法奢求一種理論或方法就能夠完美地解釋、處理這樣一個復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部的普遍聯(lián)系或相互作用。隨著安全工程理論的發(fā)展，還會有更好的城市軌道交通運營安全評價理論和方法。

在評價結(jié)論方面，現(xiàn)有的形式單一，缺乏創(chuàng)新。從現(xiàn)有公開發(fā)表的文獻可以看到，各種安全評價研究工作都在追求一個準確性或可靠度的最終表達結(jié)果，而缺乏促進安全工作的研究。我國的城市軌道交通發(fā)展迅速，安全評價制度在立法、運行機制和技術(shù)支撐等方面難免存在不足，評價結(jié)論作為安全工作閉環(huán)系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，尚未真正起到反饋促進作用，安全評價結(jié)果并不是結(jié)束，而是安全工作又一個循環(huán)的開始。

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