基于上海地鐵的城市軌道交通運營風(fēng)險評價

摘要：如今，城市軌道交通發(fā)展迅速，但風(fēng)險頻率卻依舊很高，且后續(xù)處理往往不盡人意，因此，進一步提升安全管理工作水平，加強城市軌道交通運營企業(yè)運營安全風(fēng)險管理，以及做好風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案對策，是確保安全運營、防范交通事故發(fā)生的重中之重。文章對上海軌道交通運營行車日志數(shù)據(jù)進行篩選整理，得到上海軌道交通運營的風(fēng)險頻率，針對風(fēng)險頻率較高的風(fēng)險因素，利用層次分析法和模糊綜合法對上海軌道交通風(fēng)險進行風(fēng)險評估，得出各項風(fēng)險的權(quán)重和評價指標(biāo)，判定上海軌道交通的風(fēng)險等級與主要危險因素。關(guān)鍵詞：城市軌道交通；數(shù)據(jù)挖掘；運營風(fēng)險；風(fēng)險評估0

引

言城市軌道交通是兼具速度、環(huán)保、運量大、節(jié)約土地資源等優(yōu)勢的交通方式，因而正受到著世界各國的青睞，發(fā)展迅猛。我國也不例外，2022年全年

實際開行列車3316萬列次，完成客運量194.0億人次，完成進站量116.9億人次，客運周轉(zhuǎn)量1560億人次公里[1]。因此滿足巨大的交通需求，同時更好地處理風(fēng)險與隱患，完成對風(fēng)險的辨別與評估，是我國城市軌道交通建設(shè)所面臨的一大挑戰(zhàn)。研究者在風(fēng)險辨識與風(fēng)險分析評估上已經(jīng)做了大量的研究工作。在風(fēng)險辨別上，李志東[2]提出風(fēng)險辨識需要確定運營系統(tǒng)的組成、特點、各組成部分的聯(lián)系，唐濤等[3]在研究中提出了危險源辨別的兩類方法：對以前教訓(xùn)的總結(jié)與對危險源的開創(chuàng)性預(yù)測。龔玲[4]采用“工序-設(shè)備/設(shè)施-人員”實地進行排除活動來查找風(fēng)險源，使風(fēng)險源更加準(zhǔn)確清晰完整。在風(fēng)險的分析與評估問題上，郭旭[5]使用模糊綜合評價法構(gòu)建權(quán)重向量，將風(fēng)險分為四個等級賦分評價；王天豪[6]使用能量釋放理論和ALARP風(fēng)險矩陣來對風(fēng)險進行評估，將危險源與可能導(dǎo)致的事故以及事故后果結(jié)合，陳建偉[7]建立了風(fēng)險分析系統(tǒng)，將風(fēng)險錄入系統(tǒng)中，并根據(jù)ALARP最低合理可行原則，選擇是否應(yīng)該對風(fēng)險采取措施，以便未來對事故分別鑒別以及管理。但是由于我國交通需求巨大，且城市軌道交通發(fā)展時間不長，在處理預(yù)防、應(yīng)急等方面還存在著許多問題，本文基于上海地鐵數(shù)據(jù)構(gòu)建風(fēng)險評估方法增強城市軌道交通運營的安全性。1

城市軌道交通運營風(fēng)險評估1.1

風(fēng)險矩陣將風(fēng)險發(fā)生的概率和風(fēng)險發(fā)生后的后果嚴(yán)重程度進行組合，按風(fēng)險的特點進行等級劃分，其等價劃分依據(jù)是ALARP風(fēng)險接受準(zhǔn)則（見圖1），并在一張表格中通過顏色深淺或更直觀的方式體現(xiàn)出風(fēng)險等級大小，以完成風(fēng)險評估。通過過往經(jīng)驗與相關(guān)規(guī)定，可列出風(fēng)險概率等級表和風(fēng)險危險登記表，再將兩張表進行結(jié)合得出風(fēng)險矩陣，如表1所示。風(fēng)險矩陣能夠?qū)L(fēng)險的重要性轉(zhuǎn)化為可視，但其重要性是通過相互對比所得，缺少精確的定量評估。1.2

模糊綜合法1.2.1

評估指標(biāo)體系建立將風(fēng)險評估體系劃分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層三層，其中城市軌道交通風(fēng)險評估是我的目標(biāo)層P，根據(jù)過往的經(jīng)驗與事故數(shù)據(jù)可得，影響運營風(fēng)險主要由人、設(shè)備、環(huán)境三大類組成，將這三類設(shè)為準(zhǔn)則層，然后對三大類進行細分，人因素包括乘客因素和車站工作人員因素，設(shè)備因素包括有車輛系統(tǒng)故障、供電系統(tǒng)故障、通信系統(tǒng)故障、軌道系統(tǒng)故障、機電系統(tǒng)故障、土建系統(tǒng)故障，而環(huán)境包括外部和室內(nèi)環(huán)境兩類，將這10項設(shè)為指標(biāo)層。如表2所示。其中主要的乘客因素包含有大客流導(dǎo)致的擁堵或是乘客輕生、扒門等不文明的行為；車站工作人員因素主要包括工作人員的操作失誤、工作安全意識淡薄等；車輛系統(tǒng)故障主要是車輪或是轉(zhuǎn)向架故障、制動故障、牽引故障、車體故障等；供電系統(tǒng)故障包括牽引變電所或是降壓變電；通信系統(tǒng)故障包括ATS、ATP和ATO發(fā)生故障；軌道系統(tǒng)故障包括斷軌、扣件受損等事故；機電系統(tǒng)故障包括車站內(nèi)的設(shè)備如屏蔽門、電梯等出現(xiàn)故障；土建系統(tǒng)故障主要是滲漏水等問題；外部環(huán)境包括自然災(zāi)害、極端天氣等；室內(nèi)環(huán)境則包括室內(nèi)的溫濕度、噪音等問題[8]。1.2.2

指標(biāo)權(quán)重確定權(quán)重確定首先需要構(gòu)建判斷矩陣來定量的估計各因素所占比重，即將同一層中的因素的重要性進行兩兩比較，如指標(biāo)層中將乘客因素與車站工作人員因素進行重要性比較，之后利用1～9標(biāo)準(zhǔn)尺度定量化，即可得到判斷矩陣。其重要度指標(biāo)因遵循表3。據(jù)此可以寫出4個矩陣，P矩陣和1、2、3矩陣，記第i個因素相比第j個因素重要度為，則矩陣形式如下。在得到判斷矩陣之后，需要計算每個矩陣的最大特征值λmax以及每項的特征向量W，并且為了保證建模后的一致性誤差小，需要根據(jù)一致性指標(biāo)來檢驗一致性，其方式是計算一致性指標(biāo)CI。（1）其中n為判斷矩陣的階數(shù)，且當(dāng)CI越接近0，其一致性越高，越偏離0，一致性越低。再根據(jù)階數(shù)n的值查表4得出RI的值。CR為CI與RI的比值，意為一致性比率，當(dāng)CR≤0.1時，一致性可以通過，否則需要修正判斷矩陣。最后構(gòu)建隸屬函數(shù)，并構(gòu)建評價矩陣。其方法分別對每一級評估體系進行分級，根據(jù)風(fēng)險的重要度分為5級，分別是風(fēng)險極低、風(fēng)險較低、風(fēng)險一般、風(fēng)險較高、風(fēng)險極高，對應(yīng)數(shù)值為1—5。再邀請數(shù)位專家根據(jù)經(jīng)驗對每一項因子進行評分，計算得出隸屬度Ci，并確定矩陣Ci。最后根據(jù)模糊綜合法將權(quán)重因子和評價矩陣合成，其合成公式如公式（2）。（2）其中“°”表示算子。本文將采用M（.，⊕）的加權(quán)平均算子。2

上海地鐵運營風(fēng)險評估以及等級分類本文將以上海地鐵為例進行風(fēng)險評估，通過對近年來上海地鐵事故數(shù)據(jù)的分析，以及網(wǎng)上問卷的評分方式，對上海地鐵近些年的風(fēng)險進行評價，并進行等級分類，本文將采取模糊綜合法進行風(fēng)險評估。2.1

上海地鐵運營事故數(shù)據(jù)想要對上海地鐵運營進行風(fēng)險評估就需要一定的數(shù)據(jù)，表5是以上海地鐵運營近年事故為依據(jù)，根據(jù)風(fēng)險評估體系進行數(shù)據(jù)總結(jié)。2.2

判斷矩陣建立對每一層的指標(biāo)進行兩兩比較，首先從指標(biāo)層開始。通過對數(shù)據(jù)的分析、對過往事故分析的方式，以層次分析法構(gòu)建了判斷矩陣?？傻萌艘蛩乇容^結(jié)果，如表6。對于準(zhǔn)側(cè)層1來說，乘客因素顯然是比車站人員因素更重要。從2.1的數(shù)據(jù)來看，也是乘客因素的事故遠高于車站人員因素所導(dǎo)致的事故。通過表6可得1判斷矩陣。同樣，通過對數(shù)據(jù)分析的結(jié)論可得其他因素的判斷矩陣，對于設(shè)備因素，結(jié)果如表7。顯然通信系統(tǒng)故障最重要，車輛系統(tǒng)故障與通信系統(tǒng)故障重要度相差不大，然后是供電系統(tǒng)故障，接著是機電系統(tǒng)故障與土建系統(tǒng)故障，最后是線路系統(tǒng)故障?？傻肵2判斷矩陣如下。最后是環(huán)境因素。所得結(jié)果如表8所示。顯然自然災(zāi)害和極端天氣發(fā)生幾率和破壞性都更大，所以外部環(huán)境要重要與室內(nèi)環(huán)境?？傻门袛嗑仃嚾缦?。在求出各指標(biāo)層的判斷矩陣后，還需要求出準(zhǔn)則層的判斷矩陣。結(jié)果如表9所示。設(shè)備因素重要度要遠大于人因素，人因素要重要于環(huán)境因素?？傻肞判斷矩陣。2.3

一致性驗證在得到判斷矩陣后，為保證矩陣的誤差性，需要進行一致性驗證。以因素人為例，首先計算權(quán)重因子W，其公式如下。（3）計算可得矩陣如下。最大特征根λmax的公式如下。（4）計算可得λmax=2，則根據(jù)公式（1）可知，CI=0。又因為因素人只有兩項因素，所以為2階矩陣，此時RI=0，所以CR=CI/RI=0<0.1，因此判斷矩陣滿足一致性。同理可求因素設(shè)備故障的權(quán)重因子矩陣如下。計算得到λmax=2，則CI=0.0770，又因為設(shè)備因素是6階矩陣，所以RI=1.24，所以CR=CI/RI=0.0621<0.1，因此判斷矩陣滿足一致性。因素環(huán)境影響的權(quán)重因子矩陣如下。得λmax=2，則CI=0，因為環(huán)境因素是2階矩陣，所以RI=0，則CR=CI/RI=0<0.1，所以滿足一致性。根據(jù)已求得的權(quán)重因子矩陣，可以得出準(zhǔn)則層各項權(quán)重矩陣如下。得λmax=3.0038，則CI=0.0019，又因為準(zhǔn)則層是3階矩陣，所以RI=0.58，則CR=CI/RI=0.0032<0.1，所以判斷矩陣符合一致性。2.4

構(gòu)建隸屬函數(shù)根據(jù)1.2.2的中隸屬函數(shù)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，本文通過對過往數(shù)據(jù)的分析，以及10位專家針對每項單因素的評分，其中各因素評分人數(shù)情況如表10、表11、表12所示。在得到模糊綜合評價值之后，就可以求得準(zhǔn)則層每項因素的整體評分和目標(biāo)層的整體評分，以人因素為例，其整體評分如下。1=[5

4

3

2

1]?[0.2667

0.2667

0.1333

0.2000

0.1333]=3.3335同理可得設(shè)備整體評分2=4.0578。環(huán)境的整體評分為3=3.3167?？傮w的目標(biāo)層整體評價如下。=[5

4

3

2

1]?[0.4018

0.2513

0.1624

0.1148

0.0697]=3.8007對上述數(shù)據(jù)整理分析得到最終評價表如表13所示。從表13的評價數(shù)值可以看出，上海城市軌道交通運營的整體等級在一般風(fēng)險等級。而后，通過對比權(quán)重與評價數(shù)值我們可以看出，在三大因素中，設(shè)備因素的問題尤為突出，特別是其中的通信系統(tǒng)、車輛系統(tǒng)和機電系統(tǒng)的故障問題，其評價等級數(shù)值都高于4，即風(fēng)險等級在較高風(fēng)險等級，屬于需要進行預(yù)防監(jiān)控的等級。3

結(jié)

論本文對比了兩種風(fēng)險評估方法，運用了模糊分析法與層次分析法相互結(jié)合的方法，提高評估效果。并通過對數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘