基于改進未確知測度的地鐵突發事件應急能力成熟度模型研究

張 鵬,江逸帆,詹鈺鑫

(西南石油大學 土木工程與測繪學院,四川 成都 610500)

0 引 言

隨著我國城市化進程的加速,交通擁堵問題日益顯著,地下空間的開發利用已成為大勢所趨。據中國城市軌道交通協會統計,截至2020年12月底,我國地鐵總里程已達到6 302.79 km。地鐵以其運量大、高速、準點、低能耗、安全、舒適等優勢,已成為許多城市居民首選的出行工具。但地鐵系統作為半地下結構,具有環境封閉、人員設備密集、緊急疏散相對困難的特點,其運營面臨著大量不確定因素的影響[1]。在城市軌道交通進入網絡化發展后,不同站點、線路之間相互影響,局部問題對整個運營網絡的波及效應和聯動性更加突出[2]。如自然災害與公共安全等突發事件的發生不僅威脅乘客安全和單條地鐵的運營,還易出現“多米諾骨牌”現象,造成較大的社會影響,這對城市軌道的發展極為不利。 發生突發事件時高效有序的采取應急措施,可以大大減輕地鐵事故的重大影響[3],有利于阻止事件進一步惡化,最大限度的保證人員安全,減少對社會公眾的影響。因此,在軌道交通網絡化發展的過程中,加強突發事件應急管理工作,能夠幫助企業各部門認識其在突發事件處理中的不足與挑戰,為后續應急工作的調整和改進提供方向,進而提升地鐵應急綜合能力。

能力成熟度模型(CMM)最早于1987年由美國卡內基梅隆大學提出,主要應用于軟件開發過程管理與能力提升,此后逐步演變出知識管理成熟度模型(K-MMM),組織項目管理成熟度模型(OPM3)等經典成熟度模型,而后成熟度模型被廣泛的應用于安全管理、質量管理等領域。CMM的核心思想,是通過對企業管理過程進行成熟度評估,使企業清晰了解自身的管理水平,進而發現并改進薄弱環節,形成一個動態循環系統,達到實現企業安全管理能力逐步爬高的目的[4]。近年來,CMM被廣泛的應用于應急能力評估中,G.F.MA等[5]創新的提出了包括評價體系、方法和流程的建筑火災應急相應能力成熟度,并基于BIM平臺開發了火災應急響應評估插件;王瑞強等[6]從應急組織與制度、應急管理保障、應急處置能力等4個方面,結合盲數理論建立了化工園區火災爆炸事故應急能力成熟度評估模型。國內外學者將成熟度模型與不同研究對象的應急能力相結合,取得了大量有價值的學術成果,但針對地鐵突發事件應急管理領域而言,研究主要集中在能力評價、管理策略研究等方面,評價方法多采用模糊綜合評價法、物元法等,關于地鐵突發事件應急管理成熟度的研究較少。

鑒于此,筆者運用成熟度模型和改進未確知測度理論,結合城市軌道交通應急管理特點,從事前、事發、事后全生命周期角度探討城市地鐵突發事件應急能力的影響因素和體系框架,為應急管理工作提供新思路與方法。

1 突發事件應急管理能力成熟度模型構建

通過對經典能力成熟度模型的對比分析可知,現有模型多采用二維矩陣結構,注重能力提升的過程與成熟度等級的判別,而OPM3模型采用創新式的三維結構,能更全面的反映成熟度等級提升過程。因此筆者借鑒OPM3模型的內部結構,根據地鐵系統的特點、突發事件應急管理的特征與總體目標,將成熟度模型的3個維度確定為應急管理全過程(事前、事中、事后)、應急能力成熟度等級和地鐵突發事件應急能力成熟度評價指標體系。

1.1 成熟度模型框架結構

基于現有應急能力成熟度模型,結合地鐵突發事件應急管理的特點,將地鐵突發事件應急能力劃分為5個成熟度等級,如圖1。并對各等級特征進行描述,并采用五分制確定各成熟度評價分值,如表1。

表1 成熟度等級特征描述及分值Table 1 Description of maturity level characteristics and scores

1.2 成熟度評價指標體系構建

根據指標體系的構建原則,通過對國內外相關文獻的梳理[7-11],總結現有城市軌道交通應急管理指標體系并結合專家意見,從突發事件事前、事發、事后全生命周期角度出發,將地鐵突發事件應急能力分為組織與制度、監控預備能力、應急救援能力、組織處理能力、應急恢復能力、事故總結分析共6個一級指標,并細分為19個二級指標,如圖2。

圖2 地鐵突發事件應急能力指標體系Fig. 2 Metro emergency response capability index system

2 突發事件應急管理能力成熟度測度方法

“未確知信息”概念最早由王光遠提出,隨后劉開第等人為解決“不完整信息”表達和處理的問題,提出了未確知數學理論用以表達和處理未確知信息[12],由此衍生出未確知測度方法,相較于廣泛使用的模糊綜合評價、物元可拓等評價方法,能夠更為精準的處理不確定信息。盲數理論作為研究盲信息、灰信息等問題的重要方法,在處理和表達多種不確定信息的同時,能夠最大限度的保留已知信息。結合盲數理論與未確知測度法進行成熟度評價,能夠使模型更加科學和貼近評價對象的實際狀況。

地鐵突發事件應急管理有別于其他行業,地鐵系統運營過程中環境復雜性,人員流動性和事件突發性等因素導致地鐵突發事件應急能力評價的隨機性與模糊性;加之在進行專家打分時,不同專家對指標理解與認知情況的不同,進一步加強了評估結果的不確定性。綜上所述,采用結合盲數理論的改進未確知測度法評估地鐵突發事件應急能力成熟度,可有效提高成熟度評價結果的真實性和準確度。

2.1 盲數矩陣

筆者采用專家組打分進行地鐵突發事件應急能力指標值的評估,為提高測度精度,采用跨級評價方式, 即專家組成員根據實際情況對各指標的測度分數區間進行評估,可跨等級打分。由于專家組打分存在等級交叉情況,需要根據式(1)對各分數區間進行無交叉劃分,并重新計算各等級可信度,可得到盲數矩陣Dmn(具體計算過程見實例分析):

(1)

式中:n為成熟度等級劃分的區間數;m為指標的個數;γij為第i個指標處于第j個成熟度等級的可信度(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。

2.2 組合賦權確定指標權重

客觀權重法、主觀權重法和組合賦權法是目前常用的權重確定方法。客觀權重法主要包括熵權法、GRITIC法等,主觀權重法有德爾菲法、G1法等,單一的賦權方法無疑會導致權重的確定主客觀的影響,降低評價結果的可信度。因此筆者選用熵權法與G1法相結合的方法計算各指標權重。

2.2.1 基于G1法的主觀權重

G1法是對AHP法進行簡化改進后提出的一種主觀賦權法,具有簡便、可操作性強等優點[13]。其操作步驟包括:

1)確定序關系,即邀請p位專家對各指標的重要性進行排序。

2)確定相對重要度,各專家對排序中相鄰兩指標xk與xk-1之間的相對重要程度進行判斷,并采用rk=xk-1/xk表示兩指標相對重要度,其中rk的賦值規則見表2。

表2 相鄰指標重要程度之比rk的賦值規則Table 2 Assignment rules of the ratio of the importance of adjacent indicators rk

3)確定初始權重,根據各專家給出的rk值,可由式(2)求出重要性程度最小指標xm的權重,進而由式(3)求得其他m-1個指標權重。

(2)

(3)

4)確定主觀權重,根據上述步驟可得出各指標均有p個初始權重,因此將各初始權重均值作為G1法確定的最終主觀權重。

2.2.2 基于熵權法的客觀權重

熵權法(EWM)是利用各指標變異性大小的原理來確定權重的一種客觀賦權法,作者結合盲數矩陣和信息熵理論,在包含有關信息的評價體系中確定指標權重。

(4)

(5)

式中:ui為第i個指標的熵值。

2.2.3 最小相對信息熵確定組合賦權

在計算出熵權法指標權重wEWM和G1法指標權重wG1后,采用拉格朗日乘子法進行主客觀權重組合,得到組合權重εi:

(6)

2.3 改進未確知測度矩陣

2.3.1 單指標測度函數

未確知測度函數的類型包括直線型、拋物線型、正弦型和指數型[14],鑒于直線型未確知測度函數計算高效且應用范圍廣,故選擇采用直線型測度函數。首先根據各成熟度等級特征,在各等級評價分值區間中插入n個分點(a1,a2,…,an),構建單指標測度函數表達式,當xan時,V(x)=1。

(7)

(8)

式中:Vq(x)和V(q+1)(x)均為單指標測度函數值;q為評價等級;aq(q=1,2,…,n)為分值區間插入點。

2.3.2 多指標未確知測度矩陣

根據插分點與盲數矩陣,計算各指標綜合得分bi,并將其帶入式(7)和式(8),建立多指標未確知測度矩陣B。

(9)

(10)

式中:φij為第i個指標處于第j個成熟度等級的程度。

2.4 多指標綜合測度計算

以綜合權重向量ε=(ε1,ε2,…,εm) 和多指標未確知測度矩陣B為計算依據,可得指標體系的綜合未確知測度向量σ。

σ=ε·B=(σ1,σ2,…,σn)

(11)

2.5 應急能力成熟度等級

為評估地鐵突發事件應急能力成熟度等級,引入置信度識別準則,將地鐵突發事件應急能力的5個成熟度等級分別記為C=(c1,c2,c3,c4,c5)=(初始級,成長級,規范級,成熟級,優化級),其中c10.5,通常取0.7或0.6),置信度識別準則如式(12):

(12)

3 實例分析

成都市2號線自2007年12月開工建設,于2012年9月16日開通運營;截至2019年9月底,該線路最高單日線路客運量已達到107.69萬人次。通過對成都地鐵充分調研得知,該線路自投入運營以來,尚未出現重大規模的突發事件,運營安全工作相對良好。筆者以成都市2號地鐵線路為例,運用改進未確知測度理論及成熟度模型,根據19項評價指標設計應急管理能力調查問卷,通過實地調研考察、走訪專家等形式發放問卷,對成都市地鐵突發事件應急能力水平進行評估。

3.1 成熟度評價

3.1.1 盲數矩陣的確定

共邀請6位從事地鐵應急工作的管理人員及科研院校的專家,根據成都地鐵應急管理實際情況、指標評判標準和分數區間,對成都地鐵應急能力評價體系的各項指標進行成熟度打分,見表3。

表3 成都地鐵應急能力成熟度得分匯總Table 3 Summary of Chengdu metro’s emergency response capability maturity scores

3.1.2 確定指標權重

筆者邀請相關方面的6位專家利用G1法對該地鐵突發事件應急能力評估指標體系中各指標重要度進行排序并打分,得到各指標主觀權重;并根據盲數矩陣、信息熵理論,運用式(4)～式(5)計算出各指標的客觀權重;最后利用式(6)計算出單層組合權重,進而求出綜合組合權重,見表4。其中,單層組合權重是指各二級指標占其相對應一級指標的權重;綜合組合權重是針對所有二級指標而言,每個二級指標所占的權重大小。

表4 地鐵突發事件應急能力指標權重表Table 4 The weight table of the emergency response capability index for subway emergencies

3.1.3 建立未確知測度矩陣

根據表1地鐵突發事件應急能力成熟度等級劃分標準,并參考相關文獻[15-16],確定區間插入點分別為2.000、2.500、3.375、4.125、4.750,代入式(7)和式(8)可構建出如圖3的測度函數,根據盲數矩陣計算各二級指標綜合得分。以應急知識宣傳s1為例,其在各成熟度等級的可信度為Y1=[0,0.416,0.584,0,0],由式(9)可計算出b1=3.011,其余各指標綜合得分匯總見表5。將各指標得分依次帶入單指標未確知測度函數,構建出多指標未確知測度矩陣B。

表5 評估指標綜合得分Table 5 Comprehensive scores of evaluation indicators

圖3 單指標未確知測度函數Fig. 3 Unascertained measure function of single index

3.1.4 應急能力成熟度等級

由各二級指標權重向量ε與多指標未確知測度矩陣B,可計算出綜合未確知測度向量σ=(0,0.071 7,0.549 9,0.383 4,0.006 0),取置信度λ=0.6,利用置信度識別準則式(12),可判斷出該地鐵應急能力成熟度等級:

l0=min{l|0+0.071 7+0.549 9=0.622>0.6}=3

該地鐵應急能力成熟度屬于c3等級,即規范級。

3.2 結果分析

綜上分析可知,成都地鐵2號線突發事件應急能力處于“規范級”水平。由圖4的地鐵應急能力指標雷達模型圖,可直觀看出在一級指標中:應急救援能力s3和組織與制度s1成熟度得分較高;應急處理能力s4和監控預備能力s2成熟度分數較低,表明該地鐵在這些方面存在不足之處,需要適當提高。根據對未確知測度矩陣的具體分析可知:該地鐵在員工技能培訓水平、信息采集能力、救援現場指揮能力和救援隊伍反應能力方面的應急能力水平較好,需要繼續保持;但在應急預案演練、信息傳遞能力、應急知識宣傳、組織協調能力等方面的應急水平相對較差。

圖4 一級指標雷達模型Fig. 4 Radar model diagram of the first-level indicator

通過實地調研,發現成都市地鐵各部門工作缺乏系統性與整體性,大多部門建立的聯動機制主要是以口頭承諾的方式,缺乏合作演練與溝通實踐;地鐵內部廣告大多被廣告公司承包,針對應急知識方面的宣傳內容較少、內容模式單一,導致部分乘客對相關工作開展理解程度不高。

因此,成都地鐵運營公司應重點加強其應急處理水平,全面提升應急預案演練、應急知識宣傳與組織協調能力。切實加強應急綜合能力,從而穩定提高突發事件應急管理水平。

4 結 論

根據地鐵應急管理的特征與能力現狀,從事前、事中、事后角度構建了包含6個一級指標和19個二級指標的評價指標體系,提出了包含5個等級的地鐵突發事件應急能力成熟度模型。結合實際案例,運用盲數理論改進未確知測度函數評價成熟度等級,增加了評估的可信性。

1)構建成熟度模型不僅可以幫助相關方了解自身應急能力水平,確定其成熟度等級;還能為企業進一步改進應急管理薄弱環節提供指導與建議,以此循環,達到提升應急綜合能力的目的。

2)將改進未確知測度理論與G1法和熵權法相結合,利用最小相對信息熵原理確定組合權重,有效避免了專家主觀判斷的不確定性與數據客觀性對評價結果產生的影響;結合雷達圖可直觀呈現地鐵突發事件應急管理各指標成熟度等級情況,為提升地鐵運營公司應急管理能力提供了有價值的信息。通過改進未確知測度法對成都地鐵2號線突發事件應急能力進行評價,結果表明該地鐵應急能力水平屬于“規范級”,這與實際情況相吻合,驗證了該模型的實用性與有效性。

3)由于地鐵系統復雜,且突發事件的誘因具有不確定性,影響地鐵應急能力的因素眾多。因此,深入研究影響地鐵應急能力成熟度的因素,探討提升地鐵突發事件應急能力的路徑,將是后續的研究工作。