卢立红

（山东省交通科学研究院，山东 济南 250031）

引言

城市轨道交通具有准时、快速、大容量的特性，已逐渐成为各大城市解决交通供需矛盾的首选方略。但随着线网规模的不断扩大，运营面临的挑战也越来越多，因此，需要随时掌握设备状态、运营情况，提高风险管理与决策的水平[1-2]。

国内外众多专家学者在城市轨道交通运营安全领域进行了深入研究，盛伊琳[3]分析了现有城市轨道交通运营安全评价的方法和适用性；段海洋等[4]运用层次分析法对城轨运营安全进行评价；刘大海等[5]采用层析分析法（AHP）与熵权法对评价指标权重进行确定；高鹏等[6]采用熵值法对运营设备指标进行客观赋值，通过梯形模糊数理论对供电设备进行风险评估。基于ISM 模型对事故致因因素进行梳理，然后运用AHP 法构建城市轨道交通运营安全评估体系，从主客观角度出发对运营系统内的各指标进行评价，从而使相关部门了解地铁运营的现状，有针对性的对系统中存在的隐患进行把控，为网络化运营提供支持。

1 影响城市轨道交通运营安全的因素

事故的发生不是由孤立因素导致的，而像多米诺骨牌一样，往往是一连串的因素前后依次发生。虽然导致事故发生的原因复杂多样，却有规律可循，无外乎人-机-环境-管理四个要素[7]。“人”是各项活动的主体；“机”包括设备设施在内的人所控制的一切对象的总称；“环境”由内环境和外环境构成的人、机共处的工作条件；“管理”指用来协调控制人、机、环境之间相互关系的规章制度、法律典范。“人-机-环境-管理”中的任何一个环节出现异常都足以引起事故的发生，各要素之间互为因果，共同诱发运营事故。

2 基于ISM 模型的事故致因机理分析

针对事故致因因素间的关系，运用解释结构模型（ISM）对影响城市轨道交通运营安全的因素进行层次梳理。

2.1 解释结构模型法

（1）从人-机-环境-管理四个方面出发，根据实际研究选择事故致因因素。（2）建立邻接矩阵：如果两个致因因素间是直接影响关系，记为“1”，否则，记为“0”，形成邻接矩阵A。（3）基于布尔运算规律，进行可达矩阵计算，其中I 为n 阶单位矩阵。

（4）可达矩阵分解：得到可达集R（Si）、前因集A（Sj）以及可达集与前因集的交集，然后进行层次划分和分部划分，得出各因素间的阶梯关系。①层次划分：若Si是最上一级节点，则必须满足：R（Si）∩A（Sj）=R（Si）。② 分部划分：若 R（Si）∩A（Sj）=，则Si与Sj不在同一部分；若 R（Si）∩A（Sj）≠，则Si与Sj在同一部分。

2.2 基于ISM 模型的城轨事故致因因素分析

选取人员、环境、管理、工务系统、车辆系统、供电系统、通信系统、信号系统、通风排烟、给排水、服务设施11 个因素进行分析，得到致因因素间的阶梯关系，见表1。

表1 致因因素间的阶梯关系

结果分析：ISM 模型将事故致因因素划分为五个层次，从下往上依次为导致城轨运营事故的深层次原因，间接原因，直接原因。（1）顶层是运营的最终目标：安全。（2）第二层包括车辆、服务设施、环境，该层因素往往会直接导致事故发生或运营中断，是造成运营事故的直接原因。（3）第三层包括工务、供电、通信、信号、通风排烟、给排水6 个致因因素，是导致第二层因素出现故障的直接因素，是事故发生的间接因素。（4）第四层是人为因素，是设备的直接操作者、管理者和设计者，是导致第三层发生故障的直接原因。（5）底层是管理因素，是贯穿全局的深层次原因，协调、控制着人-机-环境，是整治的关键。

3 多指标综合评价体系

3.1 评价指标体系的建立

依据指标选取原则，应用AHP 法构建城市轨道交通运营安全评价指标体系，共包括3 个层次，见表2。

表2 城市轨道交通运营安全评价指标体系

3.2 综合权重的确定

3.2.1 层次分析法确定权重

根据9 标度法比较因素间的相对重要性，建立判断矩阵B。见表3。

表3 9 标度法含义解释

运用层次分析法权重确定，计算判断矩阵B 的最大特征值λmax 和对应的特征向量w：

进行一致性检验，当CR＜0.1 时，满足一致性要求，可继续计算。

其中，RI 为随机一致性指标，取值见表4。

表4 随机一致性指标RI 取值

3.2.2 熵权法确定权重

（1）构建数据矩阵

数据矩阵若包括m 个待评价对象，n 个评价指标，则构建的指标体系：

（2）归一化处理

（3）计算指标j 的熵值ej和差异性因数gj

（4）计算指标熵权

3.2.3 综合集成赋权法

运用加法综合集成法，对主观AHP 法和客观熵权法计算的权重进行整合。

式中：αi—AHP 法确定的第i 个指标权重；βi—熵权法确定的第i 个指标权重；μ∈［0，1］，为主客观权重所占比例，可根据实际情况进行取值。

3.3 建立评价集

参考相关文献与标准，将风险等级划分为五个层次，见表5。

表5 城市轨道交通风险等级划分

对各准则层评价完成后，将实际得分值与风险等级表进行对照，确定各准则层的风险等级，从而进行合理控制。

3.4 多指标综合评价

根据建立的评价指标体系选取指标集；确定各评价因子的分数 gk,j；基于AHP-熵权法计算权重 wk,j；运用加权线性和法得到各因素的综合得分gk，并确定系统风险等级。

基于评估结果，对系统中的隐患和薄弱环节进行全面把握与掌控，制定针对性的措施。

4 案例分析

4.1 背景概述

应用构建的城市轨道交通运营安全评估体系对北京地铁进行风险评估。截止2019 年12 月，北京地铁共23 条运营线路，运营里程699.3 km，车站405座。

4.2 评价指标权重确定

4.2.1 层次分析法确定权重

应用MATLAB 软件求得λmax=4.087 5，对应的特征向量W=（0.807 2,0.478 5,0.150 6,0.311 0 ），并且CR=0.032＜0.1，符合一致性要求。因此，经归一化处理后得到w=（0.46,0.27,0.09,0.18）。

4.2.2 熵权法确定权重

运用MATLAB 得出熵值ej=（0.544 6,0.849 4,0.950 2,0.858 6），差异性因数gj=（0.455 4,0.150 6,0.049 8,0.141 4），因此，权重w=（0.571 2,0.188 9,0.662 5,0.177 3）。

4.2.3 综合集成法确定权重

综合集成得到准则层各指标最终权重，见表6。

表6 准则层的指标权重

4.3 综合评价

根据地铁实际运营情况，对各影响因素进行评价打分，平均加权统计后得到子准则层风险因素得分情况，见表7。

表7 子准则层风险因素评价得分

基于各指标权重和评价得分，计算准则层指标得分情况以及系统整体安全风险水平。

（1）管理准则层得分G1

（2）车辆准则层得分G2

（3）环境准则层得分G3

（4）服务设施准则层得分G4

（5）加权线性和法计算系统综合得分G

可以看出，北京地铁综合评价得分85.79 分，风险等级为Ⅱ级，“比较安全”。其中，管理体系评价得分87.13 分，车辆体系评价得分85.26 分，环境体系评价得分82.89 分，服务设施体系评价得分84.41 分，风险等级均为Ⅱ级，“较安全”。由此可得，北京地铁的环境体系和车辆体系的安全等级较其他两个体系而言略低，这与实际情况相符。

由于对地铁核心技术的掌握略有欠缺，事故致因大多数是车辆层指标，特别是信号系统、车体和电缆防护。因此，需要对车辆层的各设施设备例如ATC 车载设备、车体转向架、牵引装置、制动装置和控制中心设备等进行定期检查控制，开展紧急演练，防止设备隐患从量变到质变的转化。

针对浓雾、暴雨、暴雪等不受人为控制的自然环境，需要在灾害来临前做好防御，将损失降到最低。（1）交通管理部门应跟气象、水务等部门取得联系，跟踪了解暴雨、暴雪、浓雾等极端天气的信息，及早采取应对措施。（2）根据以往经验、天气情况和实际需求做好应急预案，有条件时可与公安、消防、城建、水务、气候等部门开展应急联动机制模拟演练。

4 结语

（1）通过ISM 模型得出影响运营安全的直接因素是车辆、环境、服务设施；间接因素是信号、给排水、工务、通信、通风排烟；管理因素是潜在深层次因素，是控制整改的关键。（2）基于事故致因机理，构建了城市轨道交通运营安全评估体系，从主观和客观角度出发对运营系统进行综合评估，为运营管理者提供动态运营信息，及时根据实际情况做出决策，防患于未然。