基于上海地鐵的城市軌道交通運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

摘要：如今，城市軌道交通發(fā)展迅速，但風(fēng)險(xiǎn)頻率卻依舊很高，且后續(xù)處理往往不盡人意，因此，進(jìn)一步提升安全管理工作水平，加強(qiáng)城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)管理，以及做好風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急預(yù)案對(duì)策，是確保安全運(yùn)營、防范交通事故發(fā)生的重中之重。文章對(duì)上海軌道交通運(yùn)營行車日志數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選整理，得到上海軌道交通運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)頻率，針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)頻率較高的風(fēng)險(xiǎn)因素，利用層次分析法和模糊綜合法對(duì)上海軌道交通風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，得出各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重和評(píng)價(jià)指標(biāo)，判定上海軌道交通的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)與主要危險(xiǎn)因素。關(guān)鍵詞：城市軌道交通；數(shù)據(jù)挖掘；運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估0

引

言城市軌道交通是兼具速度、環(huán)保、運(yùn)量大、節(jié)約土地資源等優(yōu)勢(shì)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(shí)際開行列車3316萬列次，完成客運(yùn)量194.0億人次，完成進(jìn)站量116.9億人次，客運(yùn)周轉(zhuǎn)量1560億人次公里[1]。因此滿足巨大的交通需求，同時(shí)更好地處理風(fēng)險(xiǎn)與隱患，完成對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的辨別與評(píng)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(xiǎn)辨識(shí)與風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)估上已經(jīng)做了大量的研究工作。在風(fēng)險(xiǎn)辨別上，李志東[2]提出風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)需要確定運(yùn)營系統(tǒng)的組成、特點(diǎn)、各組成部分的聯(lián)系，唐濤等[3]在研究中提出了危險(xiǎn)源辨別的兩類方法：對(duì)以前教訓(xùn)的總結(jié)與對(duì)危險(xiǎn)源的開創(chuàng)性預(yù)測(cè)。龔玲[4]采用“工序-設(shè)備/設(shè)施-人員”實(shí)地進(jìn)行排除活動(dòng)來查找風(fēng)險(xiǎn)源，使風(fēng)險(xiǎn)源更加準(zhǔn)確清晰完整。在風(fēng)險(xiǎn)的分析與評(píng)估問題上，郭旭[5]使用模糊綜合評(píng)價(jià)法構(gòu)建權(quán)重向量，將風(fēng)險(xiǎn)分為四個(gè)等級(jí)賦分評(píng)價(jià)；王天豪[6]使用能量釋放理論和ALARP風(fēng)險(xiǎn)矩陣來對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，將危險(xiǎn)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(xiǎn)分析系統(tǒng)，將風(fēng)險(xiǎn)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(duì)風(fēng)險(xiǎn)采取措施，以便未來對(duì)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(shí)間不長(zhǎng)，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(xiǎn)評(píng)估方法增強(qiáng)城市軌道交通運(yùn)營的安全性。1

城市軌道交通運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估1.1

風(fēng)險(xiǎn)矩陣將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后的后果嚴(yán)重程度進(jìn)行組合，按風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)進(jìn)行等級(jí)劃分，其等價(jià)劃分依據(jù)是ALARP風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)等級(jí)大小，以完成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。通過過往經(jīng)驗(yàn)與相關(guān)規(guī)定，可列出風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)表和風(fēng)險(xiǎn)危險(xiǎn)登記表，再將兩張表進(jìn)行結(jié)合得出風(fēng)險(xiǎn)矩陣，如表1所示。風(fēng)險(xiǎn)矩陣能夠?qū)L(fēng)險(xiǎn)的重要性轉(zhuǎn)化為可視，但其重要性是通過相互對(duì)比所得，缺少精確的定量評(píng)估。1.2

模糊綜合法1.2.1

評(píng)估指標(biāo)體系建立將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)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(xiǎn)評(píng)估是我的目標(biāo)層P，根據(jù)過往的經(jīng)驗(yàn)與事故數(shù)據(jù)可得，影響運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)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(duì)三大類進(jìn)行細(xì)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(jī)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(xiàng)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(shí)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(dòng)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(jī)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(jì)各因素所占比重，即將同一層中的因素的重要性進(jìn)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(jìn)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(gè)矩陣，P矩陣和1、2、3矩陣，記第i個(gè)因素相比第j個(gè)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(jì)算每個(gè)矩陣的最大特征值λmax以及每項(xiàng)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(yàn)一致性，其方式是計(jì)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(shí)，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(píng)價(jià)矩陣。其方法分別對(duì)每一級(jí)評(píng)估體系進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的重要度分為5級(jí)，分別是風(fēng)險(xiǎn)極低、風(fēng)險(xiǎn)較低、風(fēng)險(xiǎn)一般、風(fēng)險(xiǎn)較高、風(fēng)險(xiǎn)極高，對(duì)應(yīng)數(shù)值為1—5。再邀請(qǐng)數(shù)位專家根據(jù)經(jīng)驗(yàn)對(duì)每一項(xiàng)因子進(jìn)行評(píng)分，計(jì)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(píng)價(jià)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(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估以及等級(jí)分類本文將以上海地鐵為例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，通過對(duì)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(píng)分方式，對(duì)上海地鐵近些年的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，并進(jìn)行等級(jí)分類，本文將采取模糊綜合法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。2.1

上海地鐵運(yùn)營事故數(shù)據(jù)想要對(duì)上海地鐵運(yùn)營進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就需要一定的數(shù)據(jù)，表5是以上海地鐵運(yùn)營近年事故為依據(jù)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系進(jìn)行數(shù)據(jù)總結(jié)。2.2

判斷矩陣建立對(duì)每一層的指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較，首先從指標(biāo)層開始。通過對(duì)數(shù)據(jù)的分析、對(duì)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(duì)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(yuǎn)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(duì)數(shù)據(jù)分析的結(jié)論可得其他因素的判斷矩陣，對(duì)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(jī)電系統(tǒng)故障與土建系統(tǒng)故障，最后是線路系統(tǒng)故障。可得X2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?？傻门袛嗑仃嚾缦隆Ｔ谇蟪龈髦笜?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(yuǎn)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(yàn)證在得到判斷矩陣后，為保證矩陣的誤差性，需要進(jìn)行一致性驗(yàn)證。以因素人為例，首先計(jì)算權(quán)重因子W，其公式如下。（3）計(jì)算可得矩陣如下。最大特征根λmax的公式如下。（4）計(jì)算可得λmax=2，則根據(jù)公式（1）可知，CI=0。又因?yàn)橐蛩厝酥挥袃身?xiàng)因素，所以為2階矩陣，此時(shí)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(jì)算得到λmax=2，則CI=0.0770，又因?yàn)樵O(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?yàn)榄h(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(xiàng)權(quán)重矩陣如下。得λmax=3.0038，則CI=0.0019，又因?yàn)闇?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(jì)標(biāo)準(zhǔn)，本文通過對(duì)過往數(shù)據(jù)的分析，以及10位專家針對(duì)每項(xiàng)單因素的評(píng)分，其中各因素評(píng)分人數(shù)情況如表10、表11、表12所示。在得到模糊綜合評(píng)價(jià)值之后，就可以求得準(zhǔn)則層每項(xiàng)因素的整體評(píng)分和目標(biāo)層的整體評(píng)分，以人因素為例，其整體評(píng)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(píng)分2=4.0578。環(huán)境的整體評(píng)分為3=3.3167?？傮w的目標(biāo)層整體評(píng)價(jià)如下。=[5

4

3

2

1]?[0.4018

0.2513

0.1624

0.1148

0.0697]=3.8007對(duì)上述數(shù)據(jù)整理分析得到最終評(píng)價(jià)表如表13所示。從表13的評(píng)價(jià)數(shù)值可以看出，上海城市軌道交通運(yùn)營的整體等級(jí)在一般風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。而后，通過對(duì)比權(quán)重與評(píng)價(jià)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(jī)電系統(tǒng)的故障問題，其評(píng)價(jià)等級(jí)數(shù)值都高于4，即風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)在較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，屬于需要進(jìn)行預(yù)防監(jiān)控的等級(jí)。3

結(jié)

論本文對(duì)比了兩種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，運(yùn)用了模糊分析法與層次分析法相互結(jié)合的方法，提高評(píng)估效果。并通過對(duì)數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)挖掘