基于解釋結構模型的地鐵脆弱性因素研究

竇元辰

（北京交通大學經濟管理學院，100000）

基于解釋結構模型的地鐵脆弱性因素研究

竇元辰

（北京交通大學經濟管理學院，100000）

地鐵的脆弱性是客觀存在的，它會隨著時間、空間的變化而變化。正確的分析和評價地鐵車站的脆弱性對地鐵車站的設計規劃，日常管理乃至應急管理都有重要的意義。本文通過運用解釋結構模型分析法，分析地鐵近幾年運營事故，運用安全科學軌跡交叉理論確定事故發生的因素，并通過實地考察與專家合作，利用矩陣分析法確立個因素之間相互關系，最后用ISM法得出脆弱性因素模型，為地鐵的安全運營提供參考價值。

城市軌道交通；脆弱性；解釋結構模型法；地鐵運營安全

隨著我國交通建設與經濟的飛速發展，對城市軌道交通愈加關注，全國各地紛紛開展城市軌道交通的建設與運營，除港澳臺三地，截至2015年2月，我國現階段正式實施地鐵運營的城市已達到20座。地鐵站由于其管理的復雜性與特殊性，導致其災難一旦發生，會造成較嚴重的后果。當前，我國城市軌道交通處于起步階段，一些早期地鐵建設并不能滿足當下客流的需求，因而在早晚高峰期間不能滿足相應的服務，在這種情況下，候車乘客過長，車廂極度擁擠，運營延誤的現象便顯現出來。由于城市軌道交通的不斷發展與完善，人們越來越傾向于選擇地鐵作為中遠距離出行的首選。在這樣的大環境下，開展城市軌道交通安全運營的研究將是日后管理發展的重點。

1 地鐵脆弱性影響因素模型構建

為了建立事故鏈的概念，危險分析與風險控制理論應以危險和隱患作為研究對象。其理論的基礎是對事故因果性的認識，以及對危險和隱患事件鏈過程的確認。有在確立危險及隱患所對應的事故后果的關系，就可以形成一套完整的事故關聯體系。在這以分析過程中，確認了人—機—環境—管理事故綜合要素，逐個分析每一方面在事故分析中的特點，形成超前防范和預先評價的概念和思路。地鐵脆弱性影響因素也將根據風險控制理論中的事故致因理論進行分析，以地鐵系統的脆弱點作為研究對象，以地鐵脆弱性概念為分析依據，具體以軌跡交叉論中人的不安全動作和物的不安全狀態為分析點進行研究。

1.1 主要影響因素

1) 人員因素

研究地鐵系統的脆弱性的根本目的就是避免人員的傷亡。由于地鐵承載著城市主要的交通運輸負荷，每天尤其在早晚高峰將形成人員的聚集，同時由于地鐵自身的封閉性，事故發生對人員的影響較大。同時，地鐵的脆弱性一部分是由于人的群體行為放映的。因此，探討人的脆弱性，既是由于地鐵系統是脆弱性研究的重要組成部分，同時在研究人員的脆弱性問題也對安全學、人類可持續發展研究具有深遠意義。在地鐵車站中，人員主要包括站內的工作人員和乘客。

2) 設備因素

地鐵系統中的設備是事故的發生的最直接的載體和基礎，事故的發生離不開設備的影響。設備的可靠性不僅反映系統對外界擾動的適應能力，同時一定程度放映其對地鐵安全運營的影響。因此，探討設備的脆弱性，既是地鐵系統脆弱性研究的重要組成部分，也對安全學、人類可持續發展研究具有深遠意義。設備包括機電設備、信號與控制系統、乘客通行設備等。

3) 環境的素

地鐵系統中的環境是地鐵安全運行的支持，是影響地鐵脆弱性的一大因素。環境因素能夠直接或間接對地鐵帶來影響，形成某些特定擾動。因此，研究環境的因素具有重要意義。環境包括車站內部包括通道、站臺、出入口以及站內外與自然環境相關的排水、防風、防冰雪雷電等。

表1 地鐵脆弱性影響初始因素

本文將從從人員、設備和環境三個層面分析北京地鐵2010年-2011年的41起運營事故，深入剖析事故發生原因，綜合人員、設備和環境對地鐵脆弱性影響的前期實地調研和研究成果，總結出影響地鐵脆弱性的初始因素見表1所示。

2 基于解釋結構模型的地鐵脆弱性因素建模

2.1 解釋結構模型（lSM）的工作程序

（1）組織實施ISM的小組。小組成員的人數為10人，小組成員對所要解決的地鐵脆弱性影響因素都持關心的態度，并且成員的專業基礎和背景不同，小組中明確一個能及時做出決策的負責人。

（2）設定問題。本次研究的問題是對前一節得出的地鐵脆弱性影響因素進行分析，建立定性分析結構模型，將地鐵脆弱性影響因素系統構造成一個多級遞階的結構模型。

（3）選擇構成系統的要素。小組成員根據專家確定的地鐵脆弱性影響因素，進行討論和研究，并據此制定要素明細表備用。

（4）根據要素明細表構思模型，分析討論要素之間的關系，并建立鄰接矩陣和可達矩陣。

（5）對可達矩陣進行分解后建立結構模型。

（6）根據結構模型建立解釋結構模型。

2.2 解釋結構模型的分析

構思模型的建立采用德爾菲法，10位小組成員根據實際經驗，對系統結構中要素的關系進行分析，回答要素Si是否與Sj有關系。所謂有無關系，可以根據不同對象系統等有不同的含義。要素間的邏輯關系用v、a、x表示，其中v表示方格圖中的行要素影響列要素，a表示列要素影響行要素，x表示行和列要素相互影響。小組成員按照管理理論中的70%法則，經過多次討論分析，確立了影響地鐵脆弱性的21個要素。

2.3 建立可達矩陣

根據地鐵脆弱性因素意識模型中的相互影響關系建立地鐵脆弱性因素有向連接圖；根據鄰接矩陣的建立過程，建立地鐵脆弱性因素有向連接圖的鄰接矩陣A。用鄰接矩陣A加上單位矩陣I，經過一定的演算后，可得節點間長度不大于1的可達矩陣A1；接著，設矩陣A2=（A+I）2，也即將A1平方，并用布爾代數運算規則進行運算后，可得矩陣A2，該矩陣描述了各節點間經過長度不大于2的通路后的可達程度。

由可達矩陣可知，該系統包括三個子系統，因素1和因素2是兩個獨立的子系統，剩余的19個因素是一個子系統，即暴露時間和暴露地點獨立于系統之內。第三個是主要的子系統。用A（ni）表示變量i能達到的變量的集合，即可達集；R（ni）表示能達到變量i的變量的集合，即先行集。由可達矩陣R可知其通達性如表3所示。

表2 矩陣可達集與先行集表

由表3矩陣可達集合先行集分析可知，可達矩陣可以分解為九級，分別為L1={3,4,14,16}，L2={5}，L3={6}，L4={7}，L5={8,9}，L6={10,18,19,20,21}，L7={17,15}，L8={11,12}，L9={13}，縮減后的骨架矩陣如下M所示。對骨架矩陣進行層級分解，得到原因優先的遞階結構，得到影響地鐵脆弱性因素的解釋結構模型，如圖所示。

3 結論

1)從圖3可以看出，21個影響地鐵脆弱性的主要因素可分為三類九級。其中第1級因素是客流密度、人口比例、設備冗余度和誤操作恢復能力，客流密度影響設備負荷、人口比例直接影響生理素質、設備冗余度影響設備性能完備性、誤操作恢復能力影響設備穩定性；第2級因素是生理素質， 生理素質影響心理素質；第3級因素是心理素質，心理素質影響業務素質；第4級因素是業務素質，業務素質影響安全關注度和設備位置；第5級因素安全關注度和設備位置，安全關注度影響設備負荷、設計合理性、標志功效性、設施合理性和材料耐火性，設備位置影響設施合理性和設備穩定性；第6級因素是設備負荷、設計合理性、標志功效性、設施合理和材料耐火性，設備負荷影響環境暢通性，設計合理性影響設備穩定性；第7級因素是環境暢通性和設計合理性，環境暢通性影響帶病設備數量和待修設備數量；第8級因素是帶病設備數量和待修設備數量，帶病設備數量影響設備性能完備性；第9級因素是設備性能完備性。第1級因素是影響地鐵脆弱性的最基本的因素，其他8級因素依次是影響地鐵脆弱性的次要原因。

2)第I類因素是人的因素，反映了人是地鐵事故中的最直接受害者和最重要承災體，事故對人的破壞性影響是事故本身和人的脆弱性共同作用的結果；第II類因素是設備的因素，是影響地鐵脆弱性的外在因素，與第一類因素息息相關，是人的脆弱性評估的輔助因素；第III類因素為環境因素，是地鐵脆弱性的依存點，是地鐵脆弱性評估的“硬支撐”。這三類因素相互關聯、相互促進，構成了對地鐵脆弱性影響的遞解結構關系，為地鐵安全管理和風險管理決策提供了邏輯思路。

圖1 地鐵脆弱性因素解釋結構模型

[1] 熊義.城市軌道交通運營安全人因風險評價研究[D].北京交通大學.2012

[2] 李曉爭.基于解釋結構模型的鐵路智能運輸系統體系結構研究[D].北京交通大學.2007

Research on the Subway vulnerability Factors Based on Interpretative Structural Modeling Method

Dou Yuanchen
（Beijing Jiaotong University,100000）

The vulnerability of the subway is an objective reality,it will changes with time and space. It has important significance to daily and emergency management that The vulnerability of the subway station is properly analyzed and evaluated.Based on interpretative structural modeling analysis,operational analysis subway accidents in recent years,the use of cross-track safety science theory to identify factors of the accident,through field visits and experts to establish the relationship between factors using matrix analysis,and finally get a vulnerability factor model,provide reference value for the safe operation of the subway.

Urban railway system;Vulnerability;Interpretative structural modeling method;Subway operation safety

文獻標志碼：A