地鐵運營安全風險評價研究*
——以沈陽地鐵一號線為例

秦 毅， 王仁祥， 魏士凱， 姜鈞譯

(1.武漢理工大學 經濟學院， 武漢 430070； 2.沈陽工業大學 管理學院， 沈陽 110870； 3.東北煤田地質局 沈陽測試中心， 沈陽 110023)

地鐵運營安全風險評價研究*
——以沈陽地鐵一號線為例

秦 毅1，2， 王仁祥1， 魏士凱3， 姜鈞譯2

(1.武漢理工大學 經濟學院， 武漢 430070； 2.沈陽工業大學 管理學院， 沈陽 110870； 3.東北煤田地質局 沈陽測試中心， 沈陽 110023)

分析我國地鐵運營安全風險研究現狀，構建安全風險評價指標體系和評價模型，指出沈陽地鐵運營安全狀況及特征，并運用層次分析法和云模型對沈陽地鐵一號線運營安全現狀進行實證分析，確定其運營風險級別。從排除沈陽地鐵安全隱患著手，提出相應的管理方案和防御措施，為今后我國其他地區的地鐵運營風險評價提供進一步的理論依據。

地鐵運營； 安全風險； 運營風險； 風險分析； 層次分析法； 云模型； 沈陽地鐵

隨著生活水平的不斷提升，發達城市的汽車需求量越來越大，城市路面交通的使用面積已經無法承載市民們日益增長的出行量，因而城市地鐵應時而生。地鐵是一種敏捷、安適、高效的城市公共運輸工具，與其他交通運輸工具相比具有得天獨厚的優勢。然而，正是因為城市地鐵這種獨特的優勢，使其一旦發生安全事故往往產生的危害更大，因此城市地鐵運營安全受到世界各國的高度重視，能否對地鐵安全進行客觀科學的評價，從而及時地采取相應的防御措施以排除安全隱患就成為關鍵所在。地鐵運營風險評價作為城市地鐵管理過程中的重要階段，具有以評促建的作用，評價過程能否做到真實可靠，關鍵在于構建一套完善的地鐵運營安全風險評價指標體系并選取適當的評價方法。常用的安全評價方法包括事故率法、系統分析法、灰色聚類評價法以及云模型評價法等，考慮地鐵安全評價問題涉及的影響因素繁多且復雜，本文選用云模型方法對地鐵運營的安全狀況進行評價[1]。

一、文獻述評

近年來，一些國內外學者對城市軌道交通進行了深入研究并取得了一定成果。Marek Sitarz認為，地鐵系統的安全監控活動不是一成不變的，因此在確定安全風險評價準則時要斟酌所處的發展時代和社會背景。他主張除了對地鐵運營階段實施安全監控活動外，還應包含地鐵的建設過程和設備保養修理的環節，并依據不同環節的安全監控目標制定詳細的管理措施[1]。Chris J.Baker通過研究地鐵體系安全水平的評價方法，指出了傳統方法的缺陷，建立了基于三角模糊數的層次分析法模型以確定地鐵各子系統的影響權重，并運用指標系數來避免主觀因素對評價結果的影響，從而使評價結果更加準確[2]。

在國內，潘科(2011)考慮目前有關地鐵運營安全風險評價方法的不足，構建了基于可擴法的地鐵運營風險的多級可擴評價模型[3]。馬一太等人(2006)建立了模糊綜合評價模型，并將其運用于地鐵火災風險評價中[4]。王小潔(2012)將基于云模型的模糊綜合評價方法應用于海運航線安全的評價，利用不確定性人工智能，最大限度地保留了安全評價固有的模糊性和不確定性，使其綜合評判結果更貼近實際[5]。

二、地鐵運營安全風險評價指標體系的構建

依據國家安全生產監督管理總局和交通部頒布的《城市軌道交通安全預評價細則》和《地鐵運營安全評價標準》，參考我國地鐵實際運營情況，確定影響地鐵運營安全的主要因素為設備與設施體系、人員管理體系、組織管理體系和外界環境體系，指標詮釋如表1所示。該指標體系能夠全面客觀地反映制約地鐵運營安全風險的主要成分，同時也能夠體現地鐵乘客對地鐵運營安全狀況的外在要求[6]。

表1 地鐵運營安全風險評價指標詮釋

三、安全風險評價模型的確立

1.云模型的相關概念

李得毅院士于1995年首次提出一種不確定性的定性與定量的轉換模型——云模型[7]。該模型能很好地解決地鐵運營安全風險評價中定量指標和定性指標混雜的問題，并且能夠在不同指標間進行標桿分析[8-9]，具有以下的數字特征:

Ex(期望值):最能代表云滴中的概念值，即期望值，量化后完全隸屬于該區間的定性概念值。

En(熵):又稱云滴方差，用來反映云滴定性的模糊程度，同時還表示定量數值能夠表示定性語言表述的概率，其大小表示語言被認同的定量邊界的大小，熵值越小則概念越具體。

He(超熵):又稱為云滴熵的熵，代表云滴的分散程度及不確定性的凝聚度。超熵越小，云滴的路數度越確切，此時云的厚度較小。

假設存在n個云滴xi(1≤i≤n)，則Ex、En、He的計算公式分別表示為式(1)～(3):

(1)

(2)

(3)

與普通子云相比綜合云級別更高，它是多個子云結合而成的產物，實際上是多個語言集的融合，即概念范圍的擴大。通過兩朵云Cloud1(Ex1，En1，He1)和Cloud2(Ex2，En2，He2)來演示綜合云模型的計算過程，倘若CT1(x)和CT2(x)為兩朵云的期望線，則E綜合云模型Yun(Ex，En，He)算法如式(4)～(6)所示:

(4)

En=En1+En2

(5)

(6)

2.云模型的評價步驟

(1) 建立被評價對象的影響因素集X=(x1，x2，…，xn)，構建評價指標體系。

(2) 確定影響因素指標權重W=(w1，w2，…，wn)，本文選用層次分析法。

(3) 建立評價語言集，區分論域中的定性概念。本文將論域分為5個等級:好、較好、一般、較差、差，對應的云模型如表2所示，其云圖如圖1所示。

表2 各評價等級對應的云模型

注:數據來自不確定性人工智能。

(4) 用具有不同參數的云模型中的元素表示評價語集和權重集，聘請專家通過雙邊約束法對每個影響因素進行最大值、最小值打分，并應用逆向發生器將打分數據轉化成云圖，為克服專家們的評價差異，打分需要進行2～4輪，通過逆向云發生器將打分轉化成云圖[10]。

(5) 多層次綜合評價，得到所有影響因素的云模型后，由指標體系最底層指標開始計算評語云，將結果與本層指標權重相乘，來計算上一層的綜合評價值云，以此類推最終實現對總目標的云評價[11-12]。

圖1 云模型云圖

四、沈陽地鐵一號線運營安全風險評價

1.沈陽地鐵一號線概況及安全現狀

沈陽作為東北第一大城市、中國十大城市之一，是東北的經濟命脈，歷史上一直也是東北各行業的發展中心，代表著該區域的先進發展水平，更是國家綜合交通、通信的樞紐。然而，沈陽市地鐵建設的時間卻較晚，目前還處于起步階段，各方面管理和運營機制尚不成熟。沈陽市現在僅有2條地鐵線路:沈陽地鐵一號線(以下簡稱“一號線”)，是我國東北三省開通的首條地鐵運營線路，目前全部處在城市地下，西起十三號街，東到黎明廣場。該項目從2005年11月開始實施，2010年9月開始試運營，全程達28公里，期間停22站，總投資達110多億，是沈陽近些年最大的工程項目。整條線路跨越沈陽市鐵西區、和平區、沈河區、大東區和東陵區5個市轄區，囊括了這些區域的重要位置，同時貫穿沈陽經濟開發區、鐵西工業區和沈陽站、太原街商業區以及中街商業區等城市密集區域，經濟意義突出。而沈陽地鐵二號線由于主體部分與沈陽的城市金廊走向基本一致，故被稱為“金廊線”，于2006年11月18日開始建設，并于2011年12月開始運營，北起航空航天大學站，南至全運路站，全程達27.16公里，全部為地下線路，運營控制中心與沈陽地鐵一號線合用。由此可見，沈陽交通運輸水平尚達不到市民的出行要求，這不僅制約著沈陽地鐵的健康發展，而且運營安全保障機制也得不到完善[13-14]。實際上，制約地鐵運營安全的因素有很多，主要涉及車輛、人員、管理和環境4個方面[15-16]。

目前沈陽地鐵的現狀引起政府多個管理部門的重視，他們提出并實施了多個改善方案。首先是增加物質投入，完善各方面防護設施；與此同時，普及地鐵安全知識、掃除盲點，加強乘客的安全防范意識；更重要的是從加大管理力度和提高管理效率著手，在人員密集區域增加監管人員數量，從而有利于出現緊急狀況時人員的疏散。

2.實例分析

以沈陽地鐵一號線為例，通過構建云模型對地鐵運營安全風險情況進行評價，評價指標為4個二級指標，即B1設備與設施體系、B2人員管理體系、B3組織管理體系、B4外景環境體系。基于云模型的評價步驟，首先確定評價指標的影響因子，本文選取在系統工程領域中一種較好的指標權重確定方法——層次分析法(AHP)來確定這4個指標的相對重要性。

應用MATLAB程序計算判斷矩陣，通過歸一化得到最終指標權重W=(0.503 8，0.249 5，0.192 7，0.054 0)，計算結果滿足一致性檢驗要求，因此權重結果可接受。

同時，本文邀請20位資深專家對每個指標進行打分，給出可以接受的最高分和最低分，其中有大學教授6名、地鐵管理高層2名、工程項目質量安全專家12名。將打分結果輸入到逆向云生成器中以計算每個指標的云模型，并生成云圖。專家打分統計結果、各指標的云模型以及對應的云圖分別如表3、4和圖2所示。

最后通過綜合評價(云計算第5步)計算出終極目標云模型，即(0.753，0.009，0.001)。依據表2規定的論域劃分標準，可以得出沈陽地鐵一號線運營安全風險評價的云模型期望為0.73，最接近表2中的Cloud2(0.691，0.064，0.008)，從圖2中也可以看出地鐵一號線運營安全情況云圖和Cloud2基本吻合，所以沈陽地鐵一號線運營安全風險評價結果為較好。

五、結果分析

通過表3可以看出，指標B1的最低云為0.45，而指標B4的最低云為0.65，說明專家們對設備與設施體系和外界環境體系的最低接受度存在分歧，也就是說，所有專家對沈陽地鐵運營的外界環境體系看法趨于一致，而對一號線的設備與設施體系現狀的態度不一，因此需進一步加強并完善設備與設施體系。通過表4可以看出，4項指標中安全等級得分最高的是組織管理體系，說明沈陽地鐵管理層通過科學分析制定了較為合理的車輛組織管理方案，相關投入也很到位，使地鐵一號線在組織管理方面具有較強的競爭力；而4項指標中得分較低的地鐵外界環境體系成為制約地鐵一號線運營安全發展的主要瓶頸。一號線完工時間目前不足3年，其周邊很多地方還處于施工狀態，相應的環境防護配套設施還有待完善，從而引發人們對一號線周邊環境安全的擔憂，因此，沈陽地鐵應該加強一號線周邊環境的安全保障工作，切實將乘客安全利益放在第一位。

表3 專家打分統計結果

表4 每個指標的云模型

圖2 沈陽地鐵一號線運營安全風險評價云圖

應用云模型對沈陽地鐵一號線進行運營安全風險評價不僅可以幫助城市地鐵高層管理人員認清自身優勢和存在的不足，還可為沈陽地鐵制定發展規劃和改進措施提供理論依據；同時，此方法不僅可以被應用于評價沈陽地鐵一號線的運營安全狀況，同樣適用于對我國其他地區地鐵運營安全情況的評價。此外，可以通過與其他地區地鐵運營情況的橫向比較找到沈陽地鐵一號線實際情況的差距，將其作為未來的重點研究內容之一。

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Researchonriskevaluationofoperationalsafetyofsubway:acaseofShenyangSubwayLineOne

QIN Yi1, 2, WANG Ren-xiang1, WEI Shi-kai3, JIANG Jun-yi2

(1.School of Economics, Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China; 2.School of Management, Shenyang University of Technology, Shenyang 110870, China; 3.Shenyang Testing Center, Northeast Coalfield Geological Bureau, Shenyang 110023, China)

The status quo of researches is analyzed on risk of operational safety of subways in China.The indicator system and evaluation model of risk and safety are established, and the operational safety situation and its features of Shenyang Subway are pointed out.Empirical study is produced on the status quo of operational safety of Shenyang Subway Line One by applying analytic hierarchy process (AHP) and cloud model to determine the level of its operational risk.From excluding the potential troubles of safety of Shenyang Subway, corresponding management alternativess and preventive measures are proposed, so as to provide further theoretical evidence for the risk evaluation of operational safety of subway in other regions of China in the future.

subway operation; safety risk; operational risk; risk analysis; analytic hierarchy process (AHP); cloud model; Shenyang Subway

2014-01-19

秦 毅(1963-)，男，遼寧寬甸人，教授，主要從事戰略管理與決策等方面的研究。

* 本文已于2014-05-20 16∶52在中國知網優先數字出版。 網絡出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/21.1558.C.20140525.1242.004.html

10.7688/j.issn.1674-0823.2014.03.11

C 939

A

1674-0823(2014)03-0258-05

(責任編輯:張 璐)