城市轨道交通运营安全评价的现状与展望

2014-03-23孟亚东贾崇强韩宝明付燕荣

都市快轨交通 2014年4期

孟亚东贾崇强韩宝明付燕荣

(1.天津职业技术师范大学汽车与交通学院天津300222;2.北京交通大学交通运输学院北京100044)

城市轨道交通涉及多种技术领域，是由土木工程、轨道车辆、机电设备、计算机系统、通信信号系统等组成的复杂交通系统。我国城市轨道交通呈现高速发展的态势，截至2013年12月，全国运营里程已达2 500余km。城市轨道交通大都建于地下，具有封闭性强、运行速度高、起停频繁、客流量大且来源复杂、设施设备科技含量高、乘客自助乘车、应急疏散难度大等特点，一旦发生危险，不仅造成设备设施的损坏，而且会直接或间接地造成乘客的伤亡，产生不良的社会影响。因此，保证安全是城市轨道交通运营企业的首要任务。

安全评价在城市轨道交通运营工作中占据重要的地位。目前，香港地铁每年都对运营系统进行综合现状评价，从中找出薄弱环节加以改进和控制;北京、上海、广州、天津等城市的地铁公司每年或隔年开展一次安全评价工作。笔者主要研究已经交付使用的城市轨道交通的运营安全问题，即安全现状综合评价和专项安全评价，按照指标体系、评价理论与方法、评价结论3个关键点进行研究。这3个方面的质量决定着安全评价的质量，直接影响安全评价的效果。

1 指标体系

安全评价指标体系的建立是安全评价的首要工作，是安全评价实施的基础。以下从运营安全的影响因素、指标体系的研究历程以及国家标准《地铁运营安全评价标准》3个方面进行论述。

1.1 运营安全的影响因素

一般来讲，影响城市轨道交通运营安全的因素构成了安全评价的指标体系，包括复杂机电自动化设备系统、通信信号系统、计算机系统、运营管理人员的协调组织、大流量客流，另外还涉及社会的安全现状与各种大型活动的举办等。因而，针对城市轨道交通运营安全的问题，如果只单独研究城市轨道交通系统的某部门或者某个子系统，就不能完整、真实地反映城市轨道交通系统运营安全的状态。

同济大学的学者较早地将城市轨道交通运营安全作为一个系统问题进行研究，赵惠祥、刘天顺等首次提出城市轨道交通系统是一个牵涉到多种技术领域，由多种设备、多种硬软件、多种设施组成的复杂系统，从系统工程角度探索了城市轨道交通的安全问题［1-2］。通常，将可能影响城市轨道交通的安全因素综合考虑，采用系统的观点、普遍联系的观点进行分析研究，进而建立城市轨道交通运营安全评价指标体系。

1.2 指标体系的研究历程

关于安全评价指标体系的研究，最普遍的是从“人-机-环-管”4个方面出发来建立安全评价指标体系，王山、张耀军等建立的指标体系［3-4］直观易懂，但是各方面仍需进一步细化来分类研究，随后的研究也体现了这一点;王卓以“人-机-环-管”4个方面为基础，分析城市轨道交通在运营过程中存在的各种危险因素，运用层次分析法建立了城市轨道交通危险因素递阶层次结构模型，并对各种危险因素进行权重计算，得出各危险因素的排序［5］。类似地，还有从安全问题的起因进行深入研究，如代宝乾等从系统外部因素、系统指挥因素、设备设施因素、运营管理因素4个方面着手，确立安全评价指标体系［6］。

随着安全评价指标体系研究的深入，出现按专业指标体系进行分类的研究，如于和平将现状评价指标构成分为3类，即风险指标、事故指标和隐患指标［7］。各指标的定义不同，其指标体系的构成与处理对象也不同，又增加安全事件历史数据库作为处理对象。该种研究具有一定难度，主要在于安全事件历史数据库仍有待完善。

1.3 《地铁运营安全评价标准》的实施

2005年6月，建设部组织北京地铁等6家单位编写GB/T 50438—2007《地铁运营安全评价标准》，自2008年5月1日起实施，适用于正式运营1年以上的地铁。标准中的指标体系从广义上说仍属于“人-机-环-管”范畴，它将地铁分为14个系统，每个系统再细化分类，按项目打分方法实施评价。

《地铁运营安全评价标准》自发布以来，对我国的城市轨道交通运营安全评价工作起到了推动作用，但在实际使用中有如下问题:采用固定权重的加权求和方法，求得基础安全风险水平的定性评价结果，往往固定权重、隶属度的确定被认为不恰当，并非能真实反映实际的风险水平;依据年度事故发生率，求得事故风险水平的定性评价结果，往往缺乏历史数据，或者运营年限过短，实施意义不大。因此，随后针对地铁运营安全评价进行的研究大量涌现。

2 评价理论与方法

针对城市轨道交通运营安全评价，评价理论与方法是第二个关键点，同时也是安全评价工作的主体过程。该过程与指标体系的构建密切结合，在指标体系的构建过程中提出相关要求。但更通用的是，相同的指标体系采用不同的评价理论或评价方法，下面简要介绍近年来出现的主要评价理论与方法。

2.1 多种方法结合

层次分析法及模糊法在安全评价中有单独应用的案例［3-4，6，8］，但更多的还是两种方法的综合应用。毫无疑问，层次分析法在目标结构复杂而且缺乏必要数据的情况下具有天然的优势，而模糊法针对不确定问题具有模糊处理的优势，两者的结合使安全评价方法进一步完善。李晋、赵丹婷等采用定性与定量相结合的方法，从运营管理、设施设备、从业人员及外部条件等4方面，建立了层次结构的评价指标，采用层次分析法确定各项评价指标的权重，采用模糊数学方法建立安全性评价的二级模糊综合评价模型［9-10］。这些研究将层次分析法与模糊法比较完美地结合到一起，是目前比较成熟完善的评价方法。

此外，吴海超结合层次分析法(AHP)和逼近理想求解排序法(TOPSIS)，对轨道交通安全性评价进行建模。采用AHP确定评价指标的权重，利用逼近理想求解排序法计算其正、负理想解和接近度，依据接近度对轨道交通安全性评价指标进行比较［11］。王洪德等提出基于集对分析的地铁运营安全评价，采用层次分析法确定评价指标权重，基于集对分析原理，从总体和局部层面，分别对某地铁运营进行同异反结构分析，最后讨论差异度系数对评价结果的影响程度［12］。该方法综合确定及不确定因素，能有效克服一些片面性，既能分析整体安全状况，又能充分了解系统运营不安全的具体影响因素，但目前只有评价理论的研究。

在层次分析法中，判断矩阵数值的选取具有一定的敏感性，信息来源的可靠性越高，得到的结果也越理想，因此需要有丰富经验的专家评估组。模糊法克服了传统评价方法的缺陷，提高了安全评价的可靠度和可信度。用TOPSIS替代模糊法，解决模糊不确定的问题。在安全评价过程中，安全信息的完善程度直接影响着安全评价结果的准确程度;另外，安全事件历史数据库的完善程度也会影响该方法的最终效果。

2.2 数理统计方法

数理统计方法针对已有的数据进行统计分析研究，采用概率、频率、稳定性等方法进行研究，例如，张娣等参照现有的安全性指标基础，利用数理统计方法，提出事故后果严重程度、事故发生频率、系统稳定性等指标，由此分析得出轨道交通安全性指标［13］。该指标体系能够定量描述事故后果的严重程度，分析系统的稳定性，论述系统整体网络的安全性强弱。但在实际应用中，如果安全事件历史数据库不完善，将会导致统计结果有偏差。

2.3 故障模式及影响分析

苏旭明等采用故障模式及影响分析(FMEA)的改进方法［14］。FMEA是一种事前预防的可靠性分析和安全评估技术，用简单计算综合评价总值来确定风险等级，其运营安全评价指标体系仍然以“人-机-环-管”4个方面为基础建立，但采用模糊综合评判和序关系分析法替代简单计算综合评价总值。

2.4 BP神经网络方法

张正贵建立基于BP神经网络的地铁运营安全网络模型［15］。BP神经网络根据输入特征指标参数自动建立动态模型，对于评价系统具有很好的跟踪能力，可以有效克服传统分析方法在指标权重确定过程中所受到的个体知识结构、评判水平和个人偏好等众多因素的影响，使可靠性评价模式更为合理。但BP神经网络不但需要大量的样本，在训练时也需要考虑输入的各个样本的安全度，所以该方法需要进一步应用研究。

2.5 模糊贝叶斯网络

为了量化地铁运营安全风险并识别相关风险的关键事件，陆莹等从组织、人因错误的角度出发，利用贝叶斯网络构建了事故的致因关系。同时，基于模糊集理论，利用模糊语义及积分值法，量化基本事件的条件概率。由于组织、人因错误概率的模糊性和不确定性，使传统的贝叶斯网络方法无法获得先验概率及条件概率，所以引入模糊集理论，从宏观的角度分别给出模糊概率值的语言描述，并用语言变量表示，使专家的评判更直观［16］。该研究改进了贝叶斯网络方法，又结合了模糊集理论，但同样带来应用难度加大的问题。

2.6 多级可拓法

潘科等建立以可拓法为核心的地铁运营安全的多级可拓评价模型［17］。该模型以体系中的一级指标和二级指标作为评价的出发点，对地铁运营安全的各个子系统进行系统的分析，计算这些子系统与各风险等级的关联度，确定地铁运营系统的总体风险水平。该方法应用简便，但在解决评价具有的模糊性问题上还有待进一步提高。

2.7 事故理论法

代宝乾等考虑到城市轨道交通各个系统的可靠性、运营过程的安全性以及处理事故和故障的复杂性，从事故的角度着手，根据历史事故案例，在分析我国其他行业事故分类的基础上，确定城市轨道交通事故分类标准，即重大事故、大事故、险性事故和一般事故;将不同事故分类情况及专家判断评分，按事故的大小换算成可以计算的尺度;根据事故种类不同，计算出事故折算因子;根据风险理论的评价方法，建立了地铁风险评价模型;对地铁的危险性进行量化定级，并通过具体实例进行综合分析评价［18］。该方法简单便捷，但是整个评价过程依赖于风险评价模型中事故等级和事故折算因子的确定，而这些又需要全面完善的安全事件历史数据库作为支撑。

2.8 其他方法

除以上评价方法外，目前还有学者运用其他方法对城市轨道交通运营安全评价进行研究。例如，潘科等引入变权理论和相对差异函数，建立了地铁运营火灾风险评价指标体系及其指标分值，用变权方法对常权重进行调节［19］，使得评价结果更为客观，但该方法缺少针对整个城市轨道交通运营安全评价的应用研究。朱昌峰利用信息熵分析和优化城市轨道交通运营安全评价指标体系，建立了基于数据包络分析(DEA)的城市轨道交通运营安全评价的C2R模型［20］;由于运营过程中的不确定因素较多，会影响运营安全及运营的可靠性，故各决策单元的相对安全效率指数也在不断发生变化，参数选择困难，这使得该方法的应用难度加大。肖雪梅等基于复杂网络和熵理论，构建了一个能够描述安全要素耦合作用关系的城市轨道交通线网运营安全层次化网络模型［21］，认为运营安全是由安全要素自底向上相互作用涌现出来的一种行为，该研究尚处于理论阶段。

3 评价结论

评价结论是整个安全评价工作的结果，又是安全工作的阶段性标志和指标。当前，针对评价结论的研究十分匮乏。公认的打分方法的最终结果是一个分数值，很难反映系统安全水平的现状，现有的评价结论全是将分数转化为定性指标，得出一个定性的描述。《地铁运营安全评价标准》的评价结果具有代表性，下面简要介绍其评价过程。

《地铁运营安全评价标准》的评价体系包括“基础安全评价”和“事故风险评价”两部分［22］。基础安全评价是各项目按固定权重计算出加权求和值，并将分数与设定的可接受、不可接受、可忽略3个分数区段进行比较，得出基础安全风险水平的定性评价结果;事故风险评价主要依据年度事故发生率，按给定的折算因子，计算出年度百万车公里等效事故率，再与设定的可接受、不可接受、可忽略3个分数区段进行比较，得出事故风险水平的定性评价结果。由此可见，“基础安全评价”和“事故风险评价”这两个重要评价的结论，都是可接受、不可接受、可忽略三者中的一个。为此，笔者认为安全评价的结论不必拘泥于一个结论或一句话，可以考虑将评价理论与方法的中间成果表达到结论中，得出一个评价分数表，或者是一个评价结论表，这样更能全面反映安全现状和评价结果。

4 结论与展望

国内外许多学者就城市轨道交通运营安全评价已开展了多方面的研究，从指标体系的涵盖范围及其构建方法，到各种安全评价理论与方法的应用、改进等，覆盖面广，研究点较多。

在指标体系方面，已从最初的着重系统的物理分类和物理联系发展到人因、管理因素的协调统一考虑等方面，已从简单的分门别类发展到用层次分析法综合归纳统计，并注重软件、管理、人为因素以及人与设备的关系等，这是由于现代城市轨道交通设备、设施呈现出巨大的复杂性、关联性造成的，而系统的观点、普遍联系的观点将每一个可能发生影响作用的因果联系都考虑进去，从而导致指标体系也逐渐复杂并互相联系。

在评价理论与方法方面，主要包括层次分析与模糊法、数理统计法、FEMA法等，可谓百家争鸣。但是，任何一种方法都会有这样或那样的缺点，很难找到一种包容百家之长、完美的评价理论和方法，这正是城市轨道交通系统——一个复杂巨系统的真实反映;系统内部充满了各种各样的复杂致因关系，而现有的各种理论本身还在发展完善当中，无法奢求一种理论或方法就能够完美地解释、处理这样一个复杂系统内部的普遍联系或相互作用。随着安全工程理论的发展，还会有更好的城市轨道交通运营安全评价理论和方法。

在评价结论方面，现有的形式单一，缺乏创新。从现有公开发表的文献可以看到，各种安全评价研究工作都在追求一个准确性或可靠度的最终表达结果，而缺乏促进安全工作的研究。我国的城市轨道交通发展迅速，安全评价制度在立法、运行机制和技术支撑等方面难免存在不足，评价结论作为安全工作闭环系统中的一个重要环节，尚未真正起到反馈促进作用，安全评价结果并不是结束，而是安全工作又一个循环的开始。

［1］赵惠祥，余世昌.城市轨道交通系统的安全性与可靠性［J］.城市轨道交通研究，2006，9(1):7-10.

［2］刘天顺，朱效洁，徐瑞华.城市轨道交通系统运营安全和可靠性分析［J］.城市轨道交通研究，2006，9(1):15-17.

［3］王山，姚晓晖，汪彤.地铁安全评价研究［J］.华北科技学院学报，2006，3(1):46-49.

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［5］王卓，达瓦，贾利民，等.城市轨道交通危险因素分析与评价［J］.世界科技研究与发展，2009，31(5):901-903.

［6］代宝乾，汪彤，蒋玉琨.地铁运营系统安全综合评价指标体系研究［J］.地下空间与工程学报，2008，4(1):1-6.

［7］于和平.轨道交通系统安全评价指标体系研究［J］.世界轨道交通，2007(6):40-41.

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