城市軌道交通網絡化運營風險評價指標體系研究

陳明利，翟懷遠，許 葭，張玉杰

（北京交通大學 經濟管理學院，北京 100044）

城市軌道交通網絡化運營風險評價指標體系研究

陳明利，翟懷遠，許 葭，張玉杰

（北京交通大學 經濟管理學院，北京 100044）

隨著我國城市軌道交通建設的快速發展，網絡化運營的特征越加明顯，線網結構的復雜性使得軌道交通網絡化運營安全風險問題也愈加突出。在分析城市軌道交通運營網絡結構特點的基礎上，結合復雜網絡相關理論知識，構建了城市軌道交通網絡化運營的風險評價指標體系，為后續對城市軌道交通運營網絡關鍵站線及網絡風險的實時、動態、量化評價奠定了基礎。

城市軌道交通；網絡化運營；風險評價；評價指標

1 引言

21世紀以來，我國各大城市的軌道交通已經進入一個新的快速發展時期。截至2016年末，中國大陸地區共30個城市開通城市軌道交通運營，共計133條線路，運營線路總長度達4 152.8km。隨著運營線路增多，運營線路網絡化的發展趨勢愈加明顯，其中，以北京、廣州、上海為代表的特大城市已基本形成了城市軌道交通網絡化運營局面。線路之間相互影響程度大大增加，同時面臨的運營風險也越來越大。

基于現有研究現狀，國外主要對安全風險管理相關的法律法規、標準規范以及組成系統等方面研究較多，如：歐盟的IEC61508、EN50126、EN50128、EN50129等，內容包括從規劃設計、建設、運營各階段的安全風險管理規范；美國的CFR659，對城市軌道交通運營單位的基本項目有系統安全促進計劃與系統保障安全計劃；日本近年來也開始導入RAMS的概念進行安全風險管理等。國內主要對城市軌道交通運營線路、局部系統、子系統進行風險管理，而對整個城市軌道交通網絡化運營安全風險管理相對較少。部分研究忽略了網絡的功能和任務，評估缺乏動態性，難以有效地指導城市軌道交通風險管理的實踐工作。對于城市軌道交通而言，隨著運輸能力和客流的變化，網絡性能也隨之發生變化，本文嘗試基于復雜網絡理論，結合城市軌道交通運營網絡客流影響的特點，構建一套可供動態、實時評估運營網絡風險狀態的評價指標體系，為城市軌道交通的風險評價和控制提供依據。

2 城市軌道交通網絡化運營風險內涵的認識

城市軌道交通網絡化運營風險的大小主要體現在運營網絡受到外界威脅影響的程度，一方面是從整個運營網絡結構和功能的角度，考慮哪些站點和線路對運營網絡的影響比較重大，另一方面是從當運營網絡面臨不同的威脅擾動時，考慮不同站點和線路的影響程度的大小，本文主要涉及運營網絡中流動的客流和車流對站線產生的沖擊。根據上述理解和指標構建的基本原則，構建城市軌道交通網絡化運營安全風險的函數表達式，如下：

RN—城市軌道交通網絡化運營風險；

RS—城市軌道交通運營網絡結構風險；

RF—城市軌道交通運營網絡功能風險；

RL—城市軌道交通運營網絡負載風險。

即從軌道交通運營網絡的結構、功能和負載的風險三個維度來綜合分析整個運營網絡的風險情況。

3 城市軌道交通運營網絡特性分析

城市軌道交通車站是城市軌道交通網絡中的基本組成元素，而軌道交通線路使各個車站彼此相互連通，因此城市軌道交通網絡可以看作由站點和線路所構成的復雜網絡，其中線路中的站點對應于節點，而各個車站間的線路對應于邊。根據網絡的基礎理論和城市軌道交通運營的特點，城市軌道交通運營網絡中的站點（節點）和線路（連接節點的邊）不僅具有網絡的部分屬性，還有其自身特性。由城市軌道交通網絡拓撲圖可知，網絡中任意節點的所有鄰居節點間都不存在實際相連接的邊。在運營過程中，由列車構成的車流和由乘客構成的客流在運營網絡中流動，其中，各條軌道交通線路彼此獨立，線路之間不能互通列車，不同軌道交通線路相交形成換乘站；乘客可以通過線路換乘站通達各運營線路上的任意站點。

4 城市軌道交通網絡化運營風險評價指標研究

4.1 建立評價指標的原則

根據城市軌道交通網絡化運營的特點，建立相應的風險評價指標體系應遵循如下原則：

（1）科學性：指標體系應能科學地反映城市軌道交通網絡化運營的風險特征，指標設置要基于科學分析，內涵明確。在分析大量關于城市軌道交通運營風險研究文獻的基礎上，走訪咨詢地鐵運營公司和科研單位相關專家，綜合考慮風險指標的準確性進行多次篩選。

（2）系統性：指標體系應能系統反映城市軌道交通網絡化運營風險情況的局部和整體情況，做到全面、綜合。盡管強調網絡化運營結構，但是構成這個網絡結構的節點和邊對其產生的影響不容忽視，也就是軌道交通運營車站及運營區間對于交通運營網絡的影響，局部風險可能引發全網問題。

（3）適用性原則：要達到能夠實時、動態地對軌道交通網絡化運營風險進行監測評價的效果，指標的設置應考慮現實評價過程中數據的可獲得性以及操作性，數據越客觀準確，越便于后續評價實施和監測。

4.2 運營網絡結構重要度指標

運營網絡結構重要度指標是表征城市軌道交通運營網絡物理拓撲結構特征的基本指標，用于描述軌道交通運營站點（節點）和線路（節點連接的邊）在整個軌道交通運營網絡物理結構中的重要程度。

（1）站點節點度。主要體現軌道運營網絡中某站點與周圍站點之間建立直接聯系的能力，由與該站點直接相連的站點數目來表示。與之直接相連的站點數越多，該站點對于整個運營網絡結構的重要程度越大。

（2）站點（邊）介數。主要反映該軌道運營網絡中某站點（邊）在整個網絡中的作用和影響力，由網絡中所有的最短路徑中經過該站點（邊）的最短路徑數量比例來表示，反映了相應站點（邊）在整個網絡中的作用和影響力。

（3）網絡平均路徑長度。主要反映了軌道交通運營網絡中站點的離散程度，由網絡中任意兩個站點（節點）之間距離的平均值來表示。其中，連接兩個站點（節點）之間的最短路徑的區間（邊）數目表示為兩個站點（節點）之間的距離。

（4）區間強度。該指標反映了軌道交通運營網絡各區間在運營過程中的安全重要度，由兩個站點（節點）區間小時斷面客流量與網絡區間小時斷面客流量的比值來表示。區間強度越大，對路網的影響程度越大。

4.3 運營網絡功能特征重要指標

運營網絡功能特征重要指標是表征城市軌道運營網絡在運營過程中反映網絡運輸能力和功能的基本特征。

（1）運營網絡連通效率。該指標反映了城市軌道交通運營網絡連通能力的情況。用兩個節點之間最短距離倒數之和的平均值表示網絡連通效率的程度。即：從一個車站到達另一個車站平均需要經過的站數，平均經過的站數越少，網絡連通性越好。

（2）網絡可達性。該指標反映了各節點間交通的便捷程度。由網絡中所有節點可達性的平均值來表示。某一節點的可達性是指某點出發抵達任意目的地的行駛距離、行駛時間的大小?？蛇_性越小，交通越便捷。

（3）網絡換乘能力匹配度。該指標反映了城市軌道交通網絡的綜合換乘能力，由每個換乘車站換乘能力匹配度乘以相應站點的節點度權重所得值來表示。每個換乘車站的實際換乘量的比值為換乘車站換乘能力匹配度。

（4）最大連通圖相對大小。該指標反映了城市軌道交通網絡遭受破壞的程度，用網絡最大連通子圖所包含的節點數與原始網絡拓撲結構所包含的節點數之比來表示。最大連通圖相對大小越大，表明運營網絡受影響的程度越低。

4.4 運營網絡負載特征重要指標

運營網絡負載特征重要指標是表征城市軌道交通運營網絡在運營過程中受到客流、車流沖擊的情況，也是反映運營網絡受到運營環境外界威脅擾動的重要指標。

（1）網絡客流高峰時長。該指標反映了運營網絡受高峰客流沖擊的程度，由網絡中所有線路每日高峰客流時長的所占比例之和來表示。網絡客流高峰時長越大，網絡運營的風險越大。

（2）網絡客流負荷強度。該指標反映了軌道交通運營中網絡運力與運量的匹配情況，由某時刻網絡客流量與網絡運營長度的比值來表示。在正常運營過程中，網絡客流負荷強度越大，風險性越大。

（3）站點擁擠程度。該指標反映了軌道交通運營網絡節點站點客流的密集程度，由某時刻站點區域（涉及站臺、通道、電梯、站廳等關鍵區域）客流數量與站點區域面積的比值來表示。單位面積客流量越大，風險性越大，越容易發生擁擠、踩踏及乘客墜落等安全事故。

（4）線路車輛負荷強度。該指標反映了軌道交通運營網絡中行車車輛的密集程度，由某時刻網絡線路中車輛發車間隔時長來表示。在正常運營過程中，網絡車輛負荷強度越大，風險性越大。

5 城市軌道交通網絡化運營安全風險評價指標體系評價功能分析

在上述特征指標研究的基礎上，最終形成一個多維度、多指標的城市軌道交通網絡化運營風險評價指標體系層次結構框架，如圖1所示。

圖1 城市軌道交通網絡化運營風險評價指標體系層次結構框架示意圖

5.1 城市軌道交通網絡化運營關鍵站點的評價

對于關鍵站點的評價：（1）通過節點度和介數來反映其在網絡結構中的重要性，節點度大于等于3的均為換乘車站，介數較高說明經過該站點的最短路徑多；（2）通過站點擁擠程度來反映各站點不同區域實時反映客流密度的情況；（3）通過最大連通圖相對大小來反映某一站點一旦出現功能失效，會給整個運營網絡帶來的影響程度。

5.2 城市軌道交通網絡化運營關鍵線路的評價

對于關鍵線路的評價：（1）通過邊介數可以反映經過線路上某些區間的在網絡結構中的重要性，邊介數越高說明經過區間的最短路徑越多；（2）通過區間強度實時反映當前線路區間段的客流強度；（3）通過線路高峰時長反映線路高峰負荷的持續情況；（4）通過線路車輛負荷強度實時反映線路車流密度情況。

5.3 城市軌道交通運營網絡的風險評價

綜合了網絡結構、網絡功能和網絡負載三個維度的評價指標，其中：（1）靜態指標有：站點節點度、站點（邊）介數、網絡平均路徑長度、網絡連通效率、網絡可達性、最大連通圖相對大小、網絡客流高峰時長；（2）動態指標有：區間強度、網絡換乘能力匹配度、網絡客流負荷強度、站點擁擠程度、線路車輛負荷強度。通過上述指標可以實現：同一網絡不同時段的動態評價和同一時刻不同網絡的靜態評價。

6 結論

本文通過分析城市軌道交通網絡運營的結構特點，結合復雜網絡的相關理論知識，構建了城市軌道交通網絡化運營安全風險評價指標體系。該體系中既有靜態指標又有實時采集的動態指標，所有指標數據均可通過網絡結構和運營監測手段收集采集。所得指標數據與后續風險評價方法相結合，經過數據處理后，可為城市軌道交通運營風險管理提供對關鍵站點、關鍵線路（區間）和運營網絡風險的靜態、動態評價功能打下基礎，最終實現對運營網絡中的關鍵站線的風險監測監控提供預警及時采取風險控制措施的目的，提高軌道交通運營網絡的風險管理水平。

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CNKI推出《中國高被引圖書年報》

日前，中國知網（CNKI）中國科學文獻計量評價研究中心推出了一套《中國高被引圖書年報》，該報告基于中國大陸建國以來出版的422萬余本圖書被近3年國內期刊、博碩、會議論文的引用頻次，分學科、分時段遴選高被引優秀學術圖書予以發布。據研制方介紹，他們統計并分析了2013-2015年中國學術期刊813萬余篇、中國博碩士學位論文101萬余篇、中國重要會議論文39萬余篇，累計引文達1 451萬條。根據統計數據，422萬本圖書至少被引1次的圖書達72萬本。研制方根據中國圖書館分類法，將72萬本圖書劃分為105個學科，分1949-2009年和2010-2014年兩個時間段，分別遴選被引最高的TOP10％圖書，共計選出70 911本優秀圖書收入《中國高被引圖書年報》。統計數據顯示，這7萬余本高被引優秀圖書雖然只占全部圖書的1.68％，卻獲得67.4％的總被引頻次，可見這些圖書質量上乘，在同類圖書中發揮了更加重要的作用。該報告還首次發布各學科“學科h指數”排名前20的出版單位的評價指標，對客觀評價出版社的社會效益——特別是學術出版物的社會效益具有重要的參考價值。

該報告從圖書被引用的角度出發，評價圖書的學術影響力，彌補了以銷量和借閱等指標無法準確評價學術圖書的缺憾，科學、客觀地評價了圖書、圖書作者以及出版單位對各學科發展的貢獻。

《中國高被引圖書年報》把建國以來出版圖書全部納入評價范圍，屬國內首創，是全面、客觀評價圖書學術影響力的工具，填補了目前圖書學術水平定量評價的空白，在幫助圖書館建設特色館藏和提高服務水平、幫助出版管理部門了解我國學術出版物現狀、幫助科研機構科研管理、幫助讀者購買和閱讀圖書等方面，均具有較強的參考價值，也為出版社評估出版業績、決策再版圖書、策劃學科選題提供有用的信息。

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Study on Risk Evaluation Index System of Networked Operation of Urban Rail-transit System

Chen Mingli,Zhai Huaiyuan,Xu Jia,Zhang Yujie
(School of Economics&Management,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

In this paper,based on an analysis of the structural characteristics of the operational network of the urban rail-transit system,and by using the relevant knowledge of the complex network,we built the risk evaluation index of the networked operation of the urban rail-transit system,laying the foundation for the real-time,dynamic and quantified evaluation of the risk exposure of the key stations and lines in the operational network of the urban rail-transit system.

urbanrail-transit;networkedoperation;risk evaluation;evaluation index

F570.7

A

1005-152X(2017)07-0001-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.07.001

2017-05-21

北京市哲學社會科學界聯合會青年項目（QNRC201614）；中央高校科研基本業務費項目（2014JBM047）

陳明利，女，講師，主要研究方向：安全管理、風險管理和安全文化。