基于FTA的快速公交系統(tǒng)運營風險研究

魯梓宏

摘要： 近年來，快速公交系統(tǒng)的建設(shè)速度及數(shù)量逐年遞增，為使其運營達到預期目標，需要找出導致運營失敗的關(guān)鍵因素。采用故障樹分析方法，根據(jù)快速公交系統(tǒng)的特點，建立快速公交系統(tǒng)運營風險因素模型，通過求解底事件的結(jié)構(gòu)重要度，確定各因素對運營失敗的影響程度，提出相應(yīng)的控制措施。結(jié)果可為其他準備建設(shè)快速公交系統(tǒng)的城市提供借鑒，對項目的成功運營具有一定指導意義。

Abstract： The construction speed and quantity of BRT increased in recent years. It was necessary to find the key factors causing the failure of operation to make sure the operation target of BRT would be achieved. According to the traits of BRT， the model of operational risk factors of BRT was built by fault tree analysis method. The factors' degree affecting the failure of operation was confirmed to solve the events' structural importance of fault tree. And corresponding control measures were proposed. The results could provide guidance for other cities which would introduce BRT. It also had some guiding significance for the successful operation.

關(guān)鍵詞： 故障樹分析法；運營風險因素；快速公交；結(jié)構(gòu)重要度

Key words： fault tree analysis method；operational risk factors；BRT；structural importance

中圖分類號：U12 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0033-03

0 引言

近年來，隨著我國城市化進程的加快，城市人口快速增長，交通擁堵、城市生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益嚴重。快速公交系統(tǒng)（BRT）作為一種新型大容量快速交通方式，為大中城市改善交通擁堵和環(huán)境污染問題提供了可持續(xù)發(fā)展的交通選擇方式[1]。快速公交系統(tǒng)具有承載運送能力高、建設(shè)維護經(jīng)費少和施工期短的優(yōu)點，受到越來越多政府機構(gòu)的重視[2]。當前，國內(nèi)已有28個城市先后建設(shè)運營了快速公交系統(tǒng)，這對快速公交系統(tǒng)的運營提出了更高的要求。因此，對國內(nèi)已建成投入使用的快速公交系統(tǒng)的運營狀況進行深入分析顯得尤為重要。本文運用故障樹法對快速公交類項目運營風險進行分析，旨在探尋引起運營失敗的原因及各因素的發(fā)生對運營失敗影響程度的大小，并根據(jù)分析結(jié)果給出相應(yīng)的控制措施。

1 故障樹分析方法

故障樹分析法是一種邏輯分解的演繹分析方法，本質(zhì)上是一個布爾邏輯模型，通過邏輯模型描述系統(tǒng)中各基本事件之間的關(guān)系。這些基本事件的不同組合最終導致頂上事件的發(fā)生。故障樹分析是綜合識別和度量風險的有力工具，其分析過程包括確定故障樹的頂上事件、定性分析和定量分析4個方面。

1.1 確定故障樹的頂上事件

頂上事件是故障樹分析的出發(fā)點和源頭，通常情況下，把最不希望發(fā)生的事件作為故障樹的頂事件。

1.2 建立故障樹

調(diào)查與事故有關(guān)的所有原因事件和各種因素，按建樹原則，從頂上事件起，逐層往下分析各自的直接原因事件。根據(jù)彼此間的邏輯關(guān)系，用“與”、“或”、“非”3種邏輯門連接上下層事件，直到所要求的分析深度，按照其邏輯關(guān)系，形成一株倒置的邏輯樹形圖，即故障樹。

1.3 定性分析

定性分析是求出故障樹的所有最小割集。最小割集是指導致頂上事件發(fā)生的最起碼的基本事件的組合，一般用上行法或者下行法求得。建立故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)，即

y=（X1，X2，X3，…，Xn）= k （1）

式中：x1，x2，…，xn為故障樹的n個基本事件；kj為第j個最小割集，kj= x。

結(jié)構(gòu)函數(shù)表示頂事件和基本事件的邏輯關(guān)系，基本事件的組合最終導致頂上事件的發(fā)生，按照布爾代數(shù)規(guī)則進行計算。則第i個底事件的結(jié)構(gòu)重要度I？準 （i）可表示為

I？準 （i）=1- 1- （2）

式中：kj為第j個最小割集；Nj（j∈kj）為第i個事件位于最小割集kj的底事件數(shù)；xj∈kj是第i個底事件屬于第j個最小割集。

確定最小割集后，可根據(jù)式（2）求解底事件的結(jié)構(gòu)重要度。底事件結(jié)構(gòu)重要度從故障樹結(jié)構(gòu)的角度反映了各底事件在故障樹中的重要程度。分析結(jié)構(gòu)重要度，排出各種基本事件的結(jié)構(gòu)重要度順序，從結(jié)構(gòu)上了解各基本事件對頂上事件發(fā)生的影響程度，以便按重要度順序安排防護措施，加強控制。

1.4 定量分析

定量分析是在定性分析的基礎(chǔ)上進行的，主要內(nèi)容包括確定各個基本事件的概率，計算頂上事件的概率，計算概率重要度和臨界重要度。

首先，在確定各基本事件發(fā)生概率的情況下，計算頂上事件的發(fā)生概率，并根據(jù)所取得的結(jié)果與預定的目標值進行比較。

P（A +A +…+A ）=1- [1-P（A ）]（3）

P（A ·A ·…·A ）=P（A ）·P（A ）·…·P（A ）（4）

如果事故的發(fā)生概率及其造成的損失為社會所認可，則不必投入更多的人力、物力進一步治理。如果超出了目標值，就應(yīng)采取必要的系統(tǒng)改進措施，使其降至目標值以下。

其次，計算出概率重要系數(shù)（對頂事件的發(fā)生概率求解關(guān)于某基本事件發(fā)生概率的偏導）和臨界重要系數(shù)（各基本事件的發(fā)生概率與頂事件發(fā)生概率的比值，再與各因素的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的乘積）。以便使我們了解，要改善系統(tǒng)應(yīng)從何處著手，以及根據(jù)重要程度的不同，按輕重緩急，安排人力、物力，分別采取對策以加強人的控制，使系統(tǒng)處于最佳安全狀態(tài)。

2 快速公交類項目運營失敗風險分析

2.1 故障樹的建立

近年來，學者們開始注重在服務(wù)、市場化方案以及所產(chǎn)生的綜合效益對BRT系統(tǒng)進行研究[3]。快速公交系統(tǒng)作為面向社會、服務(wù)大眾的公益性基礎(chǔ)設(shè)施項目，其運營成功與否的評價標準除了取決于傳統(tǒng)的經(jīng)濟效益評價（包括建設(shè)期投入、運營期的盈利能力和暢通交通帶來的經(jīng)濟效益）外，還應(yīng)考慮乘客滿意評價（其是否能做到運行服務(wù)最優(yōu)、最大程度上滿足乘客需求）和社會環(huán)境評價（項目本身所產(chǎn)生的社會影響和環(huán)境影響），如機動性的公平分配、廢氣和溫室氣體排放、車輛噪聲對居民區(qū)的影響等。

首先將運營失敗作為頂上事件，并從快速公交系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量、經(jīng)濟效益和項目自身產(chǎn)生的影響三個角度去分析可能導致運營效果不佳的因素，由此建立如圖1所表示的運營失敗故障樹。

圖1的符號含義如表1所示，基本事件主要通過邏輯關(guān)系“與”和“或”連接構(gòu)成故障樹。

2.2 結(jié)構(gòu)重要度分析

根據(jù)式（2）求解各底事件的結(jié)構(gòu)重要度，計算結(jié)果如表2所示。

進而根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的大小進行排序，系數(shù)越大，底事件對頂事件發(fā)生的影響也越大。

I（X1）>I（X17）=I（X16）=I（X15）>I（X23）=I（X22）=I（X21）>

I（X5）=I（X4）=I（X3）=I（X2）>I（X20）=I（X19）

=I（X18）=I（X11）=I（X10）>I（X6）>I（X29）=I（X28）=I（X27）

=I（X24）>I（X14）=I（X13）=I（X12）>I（X9）=I（X8）=I（X7）>

I（X31）=I（X30）=I（X26）=I（X25）

3 基于FTA的運營失敗風險應(yīng)對措施

分析結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)大于0.5的影響因素有X1（與后續(xù)的城市用地及城市規(guī)劃形成沖突）、X15（票款收入少）、X16（收入來源少）、X17（其他收入有限）、X21（高峰時段交叉口優(yōu)先權(quán)對橫向車流的影響）、X22（占用過多的地面空間）、X23（噪聲、空氣污染、光污染），可以看出影響運營的主要因素集中在城市規(guī)劃、經(jīng)濟收益和環(huán)境三個維度。

X1（與后續(xù)的城市用地及城市規(guī)劃形成沖突）、X21（高峰時段交叉口優(yōu)先權(quán)對橫向車流的影響）、X22（占用過多的地面空間）等因素的產(chǎn)生均源于項目初期設(shè)計規(guī)劃的不合理；X23（噪聲、空氣污染、光污染）的問題則可通過通過優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)來解決。許多城市的快速公交系統(tǒng)投資建設(shè)了新的專用行車道路，在設(shè)計階段應(yīng)最大程度上考慮到行車道路對后期城市建設(shè)的影響，盡可能與其他基礎(chǔ)設(shè)施、開發(fā)項目匹配。同時，為了避免高峰時段對普通車道車流的影響，道路規(guī)劃時應(yīng)適當與其他城市交通主干道錯開，合理分流車流，盡可能使公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；道路占地面積不宜過大，科學合理地引導城市用地布局以提高土地利用效率；最后，快速公交車輛可以選擇電能、天然氣等綠色能源，降低對化石能源的依賴程度。

從經(jīng)濟收益的視角來看，引起經(jīng)營虧損的主要因素有X15（票款收入少）、X16（收入來源少）、X17（其他收入（廣告等）有限）、X18（補貼方式不合理）、X19（補貼金額測算不準確）、X20（產(chǎn)生的社會效益得不到補償）等。快速公交系統(tǒng)的社會公益性地位決定了其不應(yīng)采取市場化的高票價政策，因而票款收入有限，很大程度上依賴政府補貼。政府應(yīng)該根據(jù)運營情況，運用社會邊際成本等經(jīng)濟學模型對運營成本中的公益性部分進行測算并補貼。補貼總額既要能保證公共交通系統(tǒng)維持高服務(wù)水平，同時還要有利于促進運營企業(yè)通過自身挖潛提高效率，并不會對公共財政產(chǎn)生巨大的負擔，使政府投入具有可持續(xù)性[4]。在補貼金額的測算方式上，建議先計算單位運營成本、累計車輛的運營里程數(shù)得出總運營成本后給以一定比例的補貼。

從乘客滿意度的視角來看，引起整體服務(wù)質(zhì)量下降的主要因素有X2（車站位置選取不合理）、X3（運營線路規(guī)劃欠佳）、X4（道路條件不佳）、X5（調(diào)度管理不及時）、X6（線路擁堵）、X10（停靠站規(guī)模小）、X11（高峰時段未安排大型車輛）。快速公交系統(tǒng)在車站選址、線路規(guī)劃上應(yīng)考慮到城市內(nèi)不同片區(qū)的人口密度、辦公商圈及居民區(qū)的位置等，項目設(shè)計階段應(yīng)充分預估未來的潛在客運量以免后期運營過程中設(shè)施無法滿足乘客需求。在日常運營中，對車輛的行駛速度應(yīng)制定相應(yīng)規(guī)范，同時需注意定期對車道路面進行檢查、養(yǎng)護，加強對工作人員的培訓，以便其針對高峰時段能及時做出調(diào)度指揮、分流客運量、緩解客運壓力。

4 結(jié)論

快速公交系統(tǒng)在國內(nèi)正處于飛速發(fā)展時期，提升快速公交的運營效果顯得尤為重要，運用故障樹法建立了快速公交系統(tǒng)的運營風險模型，求解基本事件結(jié)構(gòu)重要度研究導致運營失敗的風險因素及其相互關(guān)系，由于項目個體差異及統(tǒng)計數(shù)據(jù)的缺乏，使得該方法不適宜進行定量分析，無法計算頂事件發(fā)生的概率。但該方法對提高快速公交系統(tǒng)的運營管理水平、保證服務(wù)質(zhì)量、增強項目的盈利能力具有一定的作用，同時也為其他準備建設(shè)快速公交系統(tǒng)的城市提供借鑒，對項目的成功運營具有一定指導意義。

參考文獻：

[1]王亞東.城市快速公交系統(tǒng)運營效果后評價研究[D].吉林大學，2014.

[2]美國國家科學院運輸研究委員會.巴士快速交通實施指南[M].2009：227.

[3]王瑋.基于模糊綜合評價法的快速公共交通系統(tǒng)評價研究[D].長安大學博士論文，2012.

[4]陳坤.快速公交的經(jīng)濟與財務(wù)研究[D].昆明理工大學博士論文，2014.