轨道交通枢纽防灾能力评价

2015-11-22王彦琦高建平

华东交通大学学报 2015年1期

关键词：防灾枢纽灰色

王舸，王彦琦，刘浪，高建平

（1.重庆交通大学土木建筑学院，重庆400074；2.重庆交通大学管理学院，重庆400074）

换乘枢纽是轨道交通灾害的多发地点，轨道交通枢纽系统的防灾能力直接影响交通枢纽内乘客的安全以及整个城市公共交通系统的正常运营。开展轨道交通枢纽防灾能力研究，有助于完善轨道交通枢纽防灾减灾理论，促进安全保障技术的发展。

1 轨道交通枢纽典型灾害的确定

1.1 典型灾害识别

轨道交通枢纽灾害发生具有随机性、复杂性的特征。目前，国内对轨道交通枢纽防灾问题研究仍处起步阶段，尚没有形成规范的抗灾设计理论与安全综合评价方法。通过调研重庆轨道交通枢纽运营灾害，结合研究成果，应用历史记录法，确定灾害类型。

何理［1］、陈菁菁［2］、代宝乾［3］、Giampiero E G［4］、曾笑语［5］通过统计国内外轨道交通运营事故的发生比例，识别、分析轨道交通枢纽灾害危险因素，指出火灾、恐怖袭击为轨道交通枢纽主要灾害类型，地震、水灾发生概率相对较小，但事故影响后果严重。近年来，我国雷击灾害事件频繁发生，跨座式单轨结构的轨道交通系统容易遭受雷电的危害［6］。因此，确定轨道交通灾害类型：火灾、水灾、地震、雷击、恐怖袭击。

1.2 运营安全影响因素分析

轨道交通枢纽典型灾害受多种安全影响因素共同作用，人、物、环境与管理等主客观因素之间不和谐的关系将会导致轨道交通灾害事件的发生［7-9］。

2 轨道交通枢纽防灾能力评价指标的确定

基于轨道交通枢纽多灾种安全影响因素分析，应用哈顿矩阵原理划分轨道交通枢纽防灾能力一级指标：可预防灾害（火灾、水灾、恐怖袭击、雷击）事故前的预警能力B1、应急准备B2及不可预知灾害（地震）事故中的救援能力B3，并将具体的防灾措施作为评价防灾能力的三级指标，建立防灾能力评价指标体系［10-11］，见表2。

表1 轨道交通枢纽安全影响因素分析Tab.1 Analysis of rail transit junction’s safety influence factors

3 轨道交通枢纽防灾能力评价模型

由于轨道交通枢纽防灾能力评价指标的重要程度、针对性、可比性不尽相同，轨道交通枢纽防灾能力符合灰色系统信息不完全的特征。

应用层次分析法［12-14］结合灰色关联投影法［15］建立以定量分析为主的轨道交通枢纽防灾能力评价模型，通过计算各指标之间的灰色关联度以及同级指标之间的权重，确定防灾能力综合评价指数。

3.1 评价指标权重的确定

采用层次分析法确定评价指标的权重。根据三标度表的规则，把同级n个因子两两相互比较，构造三标度判断矩阵A=aij，确定最优传递矩阵∀i,j,k=1,2,…,n,在满足一致性检验后，确定同级各指标的权重，其中a*ij=10cij。

表2 轨道交通枢纽防灾能力评价指标Tab.2 The anti-disaster capacity evaluation index for rail transit junction

3.2 基于综合评价的灰色关联投影法的轨道交通枢纽防灾能力评价

3.2.1 防灾能力样本矩阵及标准矩阵的确定

通过调研轨道交通枢纽实际运营工作情况，确定防灾能力评价指标的样本矩阵Mi×n=(mij)i×n，并建立标准矩阵Np×n=(ntj)p×n，i=0 , 1 ;j=1,2,…,n;p=1,2,3,4,5。

为了使轨道交通防灾能力指标评价结果简单、明了，将各指标归一化，转变为在[0 ，1] 的范围内取值。取样本矩阵M和标准矩阵N归一化后分别记为：Xi×n=(xij)i×n，Yp×n=(ytj)p×n，其中：i=0 , 1 ;j=1,2,…,n；p=1,2,3,4,5 。

将各评价指标对应的防灾能力分为Ⅰ～Ⅴ5个等级标准，Ⅰ级标准为评价最高的等级标准，表示三级防灾能力指标实施得全面或者防灾能力强，赋值为5，Ⅴ级标准为评价最低标准，表示指标实施得片面或者防灾能力弱，赋值为1，Ⅰ级以及Ⅴ级之间元素变换依据如下公式：

对于上述轨道交通防灾能力的指标，其值越大表示轨道交通防灾综合能力高，则

3.2.2 防灾能力灰色关联度判断矩阵的确定

轨道交通综合防灾能力由n个指标因素所确定（n=37），向量x1=x11,x12,x13...,x1n作为参考序列（主序列），并且将5 级分级标准向量yt=yt1,yt2,yt3...,ytn( )t=1,2,3,4,5 组成被比较的序列（子序列），最后进行关联分析计算得到各样本与评价标准的关联程度，得

这里λ为分辨系数，λ=0.5，其中x0j=max{x1j,x2j…，xnj} ，得到由2×37 个数组成的多目标灰色关联度判断矩阵

3.2.3 防灾能力灰色关联投影权值矢量的确定

根据求得的指标综合权重Vj，利用公式（5）对轨道交通综合防灾能力指标进行单位化处理，得到新的权重向量Wj，再通过公式（6），得到灰色关联投影权值矢量Wj′。

3.2.4 防灾能力加权灰色关联决策矩阵的确定

轨道交通防灾能力评价指标的加权向量为W′=(w1′,w2′,…,wn′)T，得到加权灰色关联决策矩阵：

3.2.5 防灾能力灰色关联投影角的确定

理想样本F0′=(w′1,w′2,w′3,…,w′n)（综合防灾能力最高的样本）与轨道交通枢纽防灾能力评价样本F1′=(w′1f11,w′2f12,w′3f13,…,w′n f1n)之间的夹角θ1称为灰色关联投影角，它们的夹角余弦越大，表明评价样本与理想样本之间的变化方向愈一致，即轨道交通枢纽防灾能力越强。夹角余弦为

3.2.6 防灾能力灰色关联投影值的确定

根据轨道交通枢纽防灾能力评价样本F1′=(w1′f11,w2′f12,w3′f13,…,wn′f1n)与理想样本F0′=(w1′,w2′,w3′,…,wn′ )的余弦值，可以求得评价样本在理想样本处的投影值，即为其灰色关联投影值。

即

3.2.7 轨道交通枢纽防灾能力的确定

通过上述步骤，计算得到轨道交通枢纽防灾能力综合指数D。参照轨道交通防灾能力分级标准（表3），确定防灾能力的状态。

表3 轨道交通枢纽防灾能力分级标准Tab.3 Standard of rail transit junction’s anti-disaster capacity hierarchy

4 实例计算与分析

4.1 评价对象概况

以某市轨道交通枢纽防灾能力综合评价为例。该市轨道交通环线行程较长，沿线途经了城市多个主要的客流集散中心，与当地的公交系统、长途客运系统组成了快捷的交通网络。

4.2 轨道交通枢纽防灾能力评价指标权重的确定

对该市多个轨道交通枢纽进行评价，记为E，F，G。评价指标体系（表2）由4个指标层组成，目标层为轨道交通枢纽综合防灾能力A，三级指标层由37个具体防灾措施（D1—D37）组成，根据指标的判断矩阵，计算确定三层指标（D1—D37）权重，记为V

V=（0.058，0.024，0.016，0.058，0.024，0.016，0.058，0.024，0.016，0.058，0.024，0.016，0.058，0.024，0.016，0.041，0.045，0.038，0.017，0.006，0.019，0.026，0.008，0.017，0.012，0.043，0.022，0.009，0.017，0.033，0.015，0.015，0.028，0.023，0.039，0.014，0.023）T

4.3 轨道交通枢纽防灾能力灰色关联投影权值矢量的确定

根据公式（5）对V进行单位化处理，再根据公（6），确定该市轨道交通枢纽防灾能力第三层次指标（D1—D37）的灰色关联投影权值矢量，记为W′

W′=（0.094，0.016，0.007，0.094，0.016，0.007，0.094，0.016，0.007，0.094，0.016，0.007，0.094，0.016，0.007，0.049，0.057，0.040，0.008，0.001，0.010，0.019，0.002，0.008，0.004，0.052，0.014，0.002，0.008，0.030，0.006，0.006，0.022，0.015，0.042，0.005，0.015）T

4.4 轨道交通枢纽防灾能力灰色关联判断矩阵的确定

通过专家组对该市三级指标层的评估打分，根据公式（2）、（3）确定轨道枢纽E，F，G防灾能力灰色关联度判断矩阵F，限于篇幅，省略矩阵部分数据。

4.5 轨道交通枢纽防灾能力综合指数的确定

由轨道交通枢纽防灾能力灰色关联投影权值矢量以及防灾能力灰色关联判断矩阵，根据式（10），确定轨道交通枢纽防灾能力综合指数D=(1 , 0.696,0.5 32,0.540 )。由结果可知，该市轨道交通枢纽E、枢纽F和枢纽G防灾能力综合指数在0.75与0.5之间，防灾能力较强，有较好的示范作用；而枢纽F和枢纽G防灾能力综合指数接近取值界限0.5，轨道交通枢纽防灾能力相对较弱，需要采取措施改进。

4.6 实际运营情况与评价结果的比较

经调研可知：该市轨道交通枢纽运营至今，无重大灾害事件发生，运营状况良好。换乘枢纽E、枢纽F、枢纽G灾害防护设施齐全，灾害监测系统、通信系统、日常安全管理制度、专家数据库建设、内部安保人员管理、外部救援力量的配备较为完善。

枢纽F与枢纽G的安全事故隐患在于：跨座式单轨高架车站容易引发暴雨倾灌，以沙袋排水为主的水灾防护措施排水效率有限，可能造成泄水明沟涌水、地面渗水等水灾事件的发生；个别重要设备室未配备防火外门，无法有效阻止火势的扩散、蔓延。对比可知，评价结果与该市3个轨道交通枢纽实际情况较为相符，证明该方法具有可行性。