城市軌道交通運營安全評價的現狀與展望

孟亞東 賈崇強 韓寶明 付燕榮

(1.天津職業技術師范大學汽車與交通學院 天津300222;2.北京交通大學交通運輸學院 北京100044)

城市軌道交通涉及多種技術領域，是由土木工程、軌道車輛、機電設備、計算機系統、通信信號系統等組成的復雜交通系統。我國城市軌道交通呈現高速發展的態勢，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、客流量大且來源復雜、設施設備科技含量高、乘客自助乘車、應急疏散難度大等特點，一旦發生危險，不僅造成設備設施的損壞，而且會直接或間接地造成乘客的傷亡，產生不良的社會影響。因此，保證安全是城市軌道交通運營企業的首要任務。

安全評價在城市軌道交通運營工作中占據重要的地位。目前，香港地鐵每年都對運營系統進行綜合現狀評價，從中找出薄弱環節加以改進和控制;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。筆者主要研究已經交付使用的城市軌道交通的運營安全問題，即安全現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、評價結論3個關鍵點進行研究。這3個方面的質量決定著安全評價的質量，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。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成了安全評價的指標體系，包括復雜機電自動化設備系統、通信信號系統、計算機系統、運營管理人員的協調組織、大流量客流，另外還涉及社會的安全現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的某部門或者某個子系統，就不能完整、真實地反映城市軌道交通系統運營安全的狀態。

同濟大學的學者較早地將城市軌道交通運營安全作為一個系統問題進行研究，趙惠祥、劉天順等首次提出城市軌道交通系統是一個牽涉到多種技術領域，由多種設備、多種硬軟件、多種設施組成的復雜系統，從系統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，采用系統的觀點、普遍聯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

關于安全評價指標體系的研究，最普遍的是從“人-機-環-管”4個方面出發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，隨后的研究也體現了這一點;王卓以“人-機-環-管”4個方面為基礎，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構模型，并對各種危險因素進行權重計算，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，如代寶乾等從系統外部因素、系統指揮因素、設備設施因素、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，出現按專業指標體系進行分類的研究，如于和平將現狀評價指標構成分為3類，即風險指標、事故指標和隱患指標［7］。各指標的定義不同，其指標體系的構成與處理對象也不同，又增加安全事件歷史數據庫作為處理對象。該種研究具有一定難度，主要在于安全事件歷史數據庫仍有待完善。

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-管”范疇，它將地鐵分為14個系統，每個系統再細化分類，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:采用固定權重的加權求和方法，求得基礎安全風險水平的定性評價結果，往往固定權重、隸屬度的確定被認為不恰當，并非能真實反映實際的風險水平;依據年度事故發生率，求得事故風險水平的定性評價結果，往往缺乏歷史數據，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。

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建密切結合，在指標體系的構建過程中提出相關要求。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的主要評價理論與方法。

2.1 多種方法結合

層次分析法及模糊法在安全評價中有單獨應用的案例［3-4，6，8］，但更多的還是兩種方法的綜合應用。毫無疑問，層次分析法在目標結構復雜而且缺乏必要數據的情況下具有天然的優勢，而模糊法針對不確定問題具有模糊處理的優勢，兩者的結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合的方法，從運營管理、設施設備、從業人員及外部條件等4方面，建立了層次結構的評價指標，采用層次分析法確定各項評價指標的權重，采用模糊數學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合到一起，是目前比較成熟完善的評價方法。

此外，吳海超結合層次分析法(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構分析，最后討論差異度系數對評價結果的影響程度［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，得到的結果也越理想，因此需要有豐富經驗的專家評估組。模糊法克服了傳統評價方法的缺陷，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果的準確程度;另外，安全事件歷史數據庫的完善程度也會影響該方法的最終效果。

2.2 數理統計方法

數理統計方法針對已有的數據進行統計分析研究，采用概率、頻率、穩定性等方法進行研究，例如，張娣等參照現有的安全性指標基礎，利用數理統計方法，提出事故后果嚴重程度、事故發生頻率、系統穩定性等指標，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，分析系統的穩定性，論述系統整體網絡的安全性強弱。但在實際應用中，如果安全事件歷史數據庫不完善，將會導致統計結果有偏差。

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是一種事前預防的可靠性分析和安全評估技術，用簡單計算綜合評價總值來確定風險等級，其運營安全評價指標體系仍然以“人-機-環-管”4個方面為基礎建立，但采用模糊綜合評判和序關系分析法替代簡單計算綜合評價總值。

2.4 BP神經網絡方法

張正貴建立基于BP神經網絡的地鐵運營安全網絡模型［15］。BP神經網絡根據輸入特征指標參數自動建立動態模型，對于評價系統具有很好的跟蹤能力，可以有效克服傳統分析方法在指標權重確定過程中所受到的個體知識結構、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神經網絡不但需要大量的樣本，在訓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用研究。

2.5 模糊貝葉斯網絡

為了量化地鐵運營安全風險并識別相關風險的關鍵事件，陸瑩等從組織、人因錯誤的角度出發，利用貝葉斯網絡構建了事故的致因關系。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，使傳統的貝葉斯網絡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絡方法，又結合了模糊集理論，但同樣帶來應用難度加大的問題。

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點，對地鐵運營安全的各個子系統進行系統的分析，計算這些子系統與各風險等級的關聯度，確定地鐵運營系統的總體風險水平。該方法應用簡便，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的可靠性、運營過程的安全性以及處理事故和故障的復雜性，從事故的角度著手，根據歷史事故案例，在分析我國其他行業事故分類的基礎上，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;根據事故種類不同，計算出事故折算因子;根據風險理論的評價方法，建立了地鐵風險評價模型;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據庫作為支撐。

2.8 其他方法

除以上評價方法外，目前還有學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，潘科等引入變權理論和相對差異函數，建立了地鐵運營火災風險評價指標體系及其指標分值，用變權方法對常權重進行調節［19］，使得評價結果更為客觀，但該方法缺少針對整個城市軌道交通運營安全評價的應用研究。朱昌峰利用信息熵分析和優化城市軌道交通運營安全評價指標體系，建立了基于數據包絡分析(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也在不斷發生變化，參數選擇困難，這使得該方法的應用難度加大。肖雪梅等基于復雜網絡和熵理論，構建了一個能夠描述安全要素耦合作用關系的城市軌道交通線網運營安全層次化網絡模型［21］，認為運營安全是由安全要素自底向上相互作用涌現出來的一種行為，該研究尚處于理論階段。

3 評價結論

評價結論是整個安全評價工作的結果，又是安全工作的階段性標志和指標。當前，針對評價結論的研究十分匱乏。公認的打分方法的最終結果是一個分數值，很難反映系統安全水平的現狀，現有的評價結論全是將分數轉化為定性指標，得出一個定性的描述。《地鐵運營安全評價標準》的評價結果具有代表性，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“基礎安全評價”和“事故風險評價”兩部分［22］。基礎安全評價是各項目按固定權重計算出加權求和值，并將分數與設定的可接受、不可接受、可忽略3個分數區段進行比較，得出基礎安全風險水平的定性評價結果;事故風險評價主要依據年度事故發生率，按給定的折算因子，計算出年度百萬車公里等效事故率，再與設定的可接受、不可接受、可忽略3個分數區段進行比較，得出事故風險水平的定性評價結果。由此可見，“基礎安全評價”和“事故風險評價”這兩個重要評價的結論，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論不必拘泥于一個結論或一句話，可以考慮將評價理論與方法的中間成果表達到結論中，得出一個評價分數表，或者是一個評價結論表，這樣更能全面反映安全現狀和評價結果。

4 結論與展望

國內外許多學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建方法，到各種安全評價理論與方法的應用、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的物理分類和物理聯系發展到人因、管理因素的協調統一考慮等方面，已從簡單的分門別類發展到用層次分析法綜合歸納統計，并注重軟件、管理、人為因素以及人與設備的關系等，這是由于現代城市軌道交通設備、設施呈現出巨大的復雜性、關聯性造成的，而系統的觀點、普遍聯系的觀點將每一個可能發生影響作用的因果聯系都考慮進去，從而導致指標體系也逐漸復雜并互相聯系。

在評價理論與方法方面，主要包括層次分析與模糊法、數理統計法、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——一個復雜巨系統的真實反映;系統內部充滿了各種各樣的復雜致因關系，而現有的各種理論本身還在發展完善當中，無法奢求一種理論或方法就能夠完美地解釋、處理這樣一個復雜系統內部的普遍聯系或相互作用。隨著安全工程理論的發展，還會有更好的城市軌道交通運營安全評價理論和方法。

在評價結論方面，現有的形式單一，缺乏創新。從現有公開發表的文獻可以看到，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果，而缺乏促進安全工作的研究。我國的城市軌道交通發展迅速，安全評價制度在立法、運行機制和技術支撐等方面難免存在不足，評價結論作為安全工作閉環系統中的一個重要環節，尚未真正起到反饋促進作用，安全評價結果并不是結束，而是安全工作又一個循環的開始。

［1］趙惠祥，余世昌.城市軌道交通系統的安全性與可靠性［J］.城市軌道交通研究，2006，9(1):7-10.

［2］劉天順，朱效潔，徐瑞華.城市軌道交通系統運營安全和可靠性分析［J］.城市軌道交通研究，2006，9(1):15-17.

［3］王山，姚曉暉，汪彤.地鐵安全評價研究［J］.華北科技學院學報，2006，3(1):46-49.

［4］張耀軍.地鐵運營安全評價體系研究［J］.北方交通，2010(5):155-157.

［5］王卓，達瓦，賈利民，等.城市軌道交通危險因素分析與評價［J］.世界科技研究與發展，2009，31(5):901-903.

［6］代寶乾，汪彤，蔣玉琨.地鐵運營系統安全綜合評價指標體系研究［J］.地下空間與工程學報，2008，4(1):1-6.

［7］于和平.軌道交通系統安全評價指標體系研究［J］.世界軌道交通，2007(6):40-41.

［8］賈水庫，溫曉虎，林大建，等.基于層次分析法地鐵運營系統安全評價技術的研究［J］.中國安全科學學報，2008，18(5):137-141.

［9］李晉，宋瑞，蔣金亮.基于模糊綜合評價模型的軌道交通安全性評價［J］.交通科學與工程，2011，27(2):91-95.

［10］趙丹婷，羅鑫，漆祥.城市軌道交通安全性評價方法探究［J］.企業文化:下半月，2012(6):161-162.

［11］吳海超.基于層次分析法和逼近理想求解排序法的軌道交通安全性評價研究［J］.城市軌道交通研究，2012，15(10):32-35.

［12］王洪德，呂棟.基于集對分析原理的地鐵運營安全評價［J］.大連交通大學學報，2011，32(3):35-39.

［13］張娣，何杰，張曉輝.城市軌道交通系統運營安全性指標研究［J］.城市軌道交通研究，2010(3):35-37.

［14］蘇旭明，王艷輝，祝凌曦.改進的故障模式及影響分析在城市軌道交通運營安全評價中的應用［J］.城市軌道交通研究，2011，14(5):65-70.

［15］張正貴.BP神經網絡在地鐵運營安全評價中的應用［J］.現代城市軌道交通，2012(4):74-76.

［16］陸瑩，李啟明，周志鵬.基于模糊貝葉斯網絡的地鐵運營安全風險預測［J］.東南大學學報:自然科學版，2010，40(5):1110-1114.

［17］潘科，王洪德，石劍云.多級可拓評價方法在地鐵運營安全評價中的應用［J］.鐵道學報，2011，33(5):14-19.

［18］代寶乾，汪彤，秦躍平，等.基于事故理論的城市軌道交通風險評價模型研究［J］.中國安全科學學報，2007，10(10):156-159.

［19］潘科，石劍云.變權和相對差異函數在地鐵運營安全評價中的應用［J］.鐵道學報，2009，31(3):20-25.

［20］朱昌鋒.基于DEA的城市軌道交通運營安全評價與分析［J］.蘭州交通大學學報，2010，29(3):67-70.

［21］肖雪梅，王艷輝，賈利民.基于復雜網絡和熵的城軌路網運營安全評價模型［J］.中國安全科學學報，2011，21(11):41-48.

［22］GB/T 50438—2007地鐵運營安全評價標準［S］.北京:中國建筑工業出版社，2008.