基于事故樹方法的城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)分析

顧雪景 ，李得偉，張 嵐

(1.北京交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，北京 100044;2.北京市地鐵運(yùn)營有限公司安全監(jiān)察室，北京 100044)

城市軌道交通是城市公共客運(yùn)交通系統(tǒng)的重要組成部分，乘客墜落站臺(tái)事故是指城市軌道交通系統(tǒng)中乘客由于某些原因跌落站臺(tái)導(dǎo)致傷亡的事故［1］。城市軌道交通列車高速運(yùn)行，供電軌帶有高壓電，墜落站臺(tái)的乘客與行駛的列車相撞或與供電軌接觸，極易造成嚴(yán)重傷亡且導(dǎo)致列車運(yùn)行中斷，嚴(yán)重影響運(yùn)營。

近年來，隨著城市軌道交通大力發(fā)展，軌道交通事故不斷發(fā)生，文獻(xiàn)［1］通過對(duì)1903—2011年國內(nèi)外發(fā)生的99 起主要軌道交通事故統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)乘客墜落站臺(tái)事故發(fā)生頻率為14.1%，在軌道交通事故發(fā)生頻率中位于第4，僅次于火災(zāi)、列車相撞和爆炸。比較分析還發(fā)現(xiàn)，發(fā)生頻率排名前3 名的事故中國內(nèi)事故總數(shù)的比例僅為4.2%、12.5%、0%，而乘客墜落站臺(tái)事故則全部發(fā)生在國內(nèi)，且死傷比高達(dá)57.1%。李為為等［2］也指出乘客不慎落入和故意跳落軌道的事件時(shí)有發(fā)生，造成地鐵延誤，影響運(yùn)營。這些都說明乘客墜落站臺(tái)事故是我國城市軌道交通運(yùn)營安全的一個(gè)較大威脅。另外，通過對(duì)北京市地鐵運(yùn)營有限公司2004—2008年的4 249 條異常事件統(tǒng)計(jì)分析可得:站臺(tái)上發(fā)生的事件有415 起，其中墜落站臺(tái)事件就有185 件，包括跳站臺(tái)事件135 條，意外掉站臺(tái)50 條，均給城市軌道交通運(yùn)營造成了不同程度的影響。在乘客墜落站臺(tái)事件研究中，黃照［3］雖然對(duì)乘客跳、掉軌事件的原因、時(shí)間和預(yù)防措施等進(jìn)行了分析，但是由于數(shù)據(jù)等原因，其分析存在一定的局限性。

事故樹分析法由美國人維森(Watson)提出，其邏輯性強(qiáng)、靈活性高、適用范圍廣［4-5］。可用來分析事故，特別是重大惡性事故的因果關(guān)系，并能總結(jié)出事故發(fā)生及預(yù)防的主要途徑，是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。目前，該方法已從航天、核工業(yè)進(jìn)入一般電力、電子、化工、機(jī)械、交通等諸多領(lǐng)域［4］，實(shí)踐證明它是適用于系統(tǒng)故障診斷、安全生產(chǎn)和科學(xué)管理的行之有效的方法。本文在分析北京地鐵乘客墜落站臺(tái)異常事件原因的同時(shí)，運(yùn)用事故樹分析法對(duì)乘客墜落站臺(tái)的不安全因素進(jìn)行定性、定量分析，以期獲得各種不安全因素的重要性排序，提出有效的安全管理措施，為城市軌道交通系統(tǒng)的安全運(yùn)營提供有效的分析方法和管理措施。

1 事故樹分析步驟

分析人員分析某一系統(tǒng)的事故時(shí)可根據(jù)實(shí)際條件和需要采取以下步驟［6］:

(1)準(zhǔn)備階段。確定并熟悉所要分析的系統(tǒng)，調(diào)查系統(tǒng)曾經(jīng)發(fā)生的事故;

(2)事故樹的編制。確定事故樹的頂上事件，調(diào)查與頂上事件相關(guān)的全部原因事件，采用特定的符號(hào)，按照一定的邏輯關(guān)系繪制反映因果關(guān)系的事故樹圖;

(3)事故樹的定性分析。主要是根據(jù)事故樹結(jié)構(gòu)，求事故樹的最小割集或最小徑集，并進(jìn)行基本原因事件結(jié)構(gòu)重要度分析，確定預(yù)防事故的安全保障措施;

(4)事故樹的定量分析。主要是按照引起事故發(fā)生的各基本事件發(fā)生的可能性，計(jì)算事故樹頂上事件發(fā)生的可能性，計(jì)算各基本事件概率重要度和關(guān)鍵重要度。對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，以確定安全投資方向;

(5)事故樹分析的結(jié)果總結(jié)及應(yīng)用。及時(shí)對(duì)事故樹進(jìn)行評(píng)價(jià)、總結(jié)，提出改進(jìn)建議，整理、儲(chǔ)存事故樹分析資料，為系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)與安全性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

2 乘客墜落站臺(tái)事故樹的建立與分析

2.1 事故樹的建立

乘客墜落站臺(tái)事件威脅著軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營的安全性，易發(fā)生在未安裝屏蔽門的城市軌道交通站點(diǎn)［1］。根據(jù)系統(tǒng)安全管理理論，導(dǎo)致乘客墜落站臺(tái)事件發(fā)生的因素包括人員因素、設(shè)備因素、外界環(huán)境因素和管理因素等方面。

人員方面主要由乘客的心理狀態(tài)因素、身體狀況等導(dǎo)致，例如:乘客醉酒、突發(fā)身體不適、打鬧、撿東西等;設(shè)備方面，主要在于站臺(tái)設(shè)計(jì)是否滿足要求以及是否安裝地鐵屏蔽門等硬件設(shè)施。車站發(fā)生乘客墜落站臺(tái)的環(huán)境因素主要是車站負(fù)荷過大，站臺(tái)人流擁擠、乘客爭搶上車等;管理因素主要體現(xiàn)在站臺(tái)擁擠情況下，車站工作人員是否采取了合理的引導(dǎo)、疏散和限流措施等。基于此，本文分析了北京地鐵的185 件墜落站臺(tái)事件，發(fā)現(xiàn)主要原因在于人員和管理，人員方面乘客墜落站臺(tái)主要分為主觀跳下站臺(tái)和不慎掉下站臺(tái)，具體原因比例如表1、表2 所示。

表1 故意跳下站臺(tái)事件原因比例Table 1 Cause proportion of deliberate platform jumping caused accident

表2 不慎掉下站臺(tái)原因比例Table 2 Cause proportion of carelessness caused platform falling

通過以上分析，得出乘客墜落站臺(tái)的基本原因事件列表見表3。

表3 基本事件Table 3 Basic events

根據(jù)基本原因事件之間的相互影響和邏輯關(guān)系以及事故樹的編制規(guī)則，確定城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)的事故樹如圖1 所示，圖形符號(hào)含義見表4。

2.2 事故樹定性分析

2.2.1 最小割集

在事故樹分析中，把引起頂上事件發(fā)生的基本事件的集合稱為割集，也稱截集或者截止集。一個(gè)事故樹中的割集通常不止一個(gè)，如果在這些割集中任意去掉一個(gè)基本事件以后就不是割集，那么這樣的割集就是最小割集，最小割集是引起頂上事件發(fā)生的充分必要條件。最小割集表示系統(tǒng)的危險(xiǎn)性，最小割集越多，說明系統(tǒng)的危險(xiǎn)性越大［5］，只要有一個(gè)最小割集中所包含的基本原因事件發(fā)生就可能導(dǎo)致頂上事件的發(fā)生。利用最小割集可以得出事故樹中基本事件的結(jié)構(gòu)重要度并計(jì)算頂上事件發(fā)生的可能性。

根據(jù)城市軌道交通中乘客墜落站臺(tái)事故樹分析圖，利用布爾代數(shù)法求解最小割集:

所以事故樹最小割集為:{α，X1，X2}、{α，X1，X3}、{X1，X4}、{β，X1，X5}、{β，X1，X6}、{X1，X7}、{X1，X8}、{X1，X9}、{X1，X10}、{X1，X11}、{β，X1，X12}、{β，X1，X13}。

2.2.2 最小徑集

在事故樹中，只要某些基本事件不發(fā)生頂上事件就不會(huì)發(fā)生，這些不發(fā)生的基本事件的集合稱為徑集。在同一個(gè)事故樹中，不包含其他徑集的徑集稱為最小徑集，最小徑集是保證頂上事件不發(fā)生的充分必要條件。依據(jù)對(duì)偶原理，事故樹的對(duì)偶樹是成功樹，成功樹是頂上事件不發(fā)生的樹。把事故樹轉(zhuǎn)換成其對(duì)偶成功樹，再求出該成功樹的最小割集，即是事故樹的最小徑集［7］。最小徑集表示系統(tǒng)的安全性，最小徑集越多，說明系統(tǒng)安全性越高［5］。

把事故樹變?yōu)槌晒涞姆椒?將原來事故樹中存在的邏輯與門改成邏輯或門，將邏輯或門改為邏輯與門。城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)成功樹見圖2。

圖2 城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)成功樹Fig.2 Success tree of passenger platform falling accident in urban rail transit

根據(jù)城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)成功樹分析圖，最小徑集的計(jì)算如下:

所以成功樹最小割集為:{X1'}、{α'，β'，X2'，X3'，X4'，X5'，X6'，X7'，X8'，X9'，X10'，X11'，X12'，X13' }。

事故樹最小徑集為:{X1}、{α，β，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13}。

2.2.3 結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)

在事故樹中往往包含很多基本事件，這些基本事件并非同等重要。有的基本事件或其組合(割集)一旦出現(xiàn)問題，就會(huì)引發(fā)頂上事件，有的則不然。通常認(rèn)為，一個(gè)基本事件對(duì)頂上事件發(fā)生的影響大小稱為該基本事件的重要度。重要度分析在系統(tǒng)的事故預(yù)防、事故評(píng)價(jià)和安全設(shè)計(jì)等方面有著重要的作用。

求解方法如下［6］:

(1)單事件最小割(徑)集中的基本事件結(jié)構(gòu)重要度最大，可知I(X1)最大。

(2)僅出現(xiàn)在基本事件個(gè)數(shù)相同的若干個(gè)最小割(徑)集中，且在不同割(徑)集中出現(xiàn)次數(shù)相同的基本事件的結(jié)構(gòu)重要度相同，出現(xiàn)次數(shù)較少的結(jié)構(gòu)重要度也較小，由此可知:

(3)兩基本事件僅僅出現(xiàn)在基本事件個(gè)數(shù)不相同的若干個(gè)最小割(徑)集中，且它們?cè)诟髯钚「?徑)集中重復(fù)出現(xiàn)的次數(shù)相等，則在少事件最小割(徑)集中出現(xiàn)的基本事件結(jié)構(gòu)重要度大。可知:

(4)由基本事件的割集重要度系數(shù)公式［4］

其中，k 為最小割集數(shù)，mr為第r 個(gè)最小割集(需包含Xi)中含有的基本事件數(shù)，r 取值從1 到k，可知，I(α)=1/18 ＞I(X4)=1/24。

所以，結(jié)構(gòu)重要度排序?yàn)?

2.2.4 概率重要度系數(shù)

基本事件的結(jié)構(gòu)重要度分析僅按照事故樹的結(jié)構(gòu)來分析各基本事件的發(fā)生對(duì)頂上事件影響的程度，如果要進(jìn)一步考慮基本事件發(fā)生的概率的變化對(duì)頂上事件發(fā)生的概率帶來多大影響，就要分析事件的概率重要度。事故樹的概率重要度分析主要依靠各個(gè)基本事件的概率重要度系數(shù)的大小進(jìn)行定量分析［6，8］。它在結(jié)構(gòu)重要度分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考慮了基本事件發(fā)生的概率的變化對(duì)頂上事件發(fā)生的概率會(huì)產(chǎn)生多大的影響。

基本事件概率重要度的計(jì)算公式為:

其中:P(T)為頂上事件發(fā)生概率;qi為第i 個(gè)基本事件Xi發(fā)生的概率。

分析發(fā)現(xiàn)發(fā)生墜落事件的這些站臺(tái)均未安裝屏蔽門設(shè)施，因此q1為1，再根據(jù)事故樹最小割集及表5 統(tǒng)計(jì)所得概率值，于是用近似方法計(jì)算頂上事件發(fā)生的概率為:

表5 城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)原因比例Table 5 Cause proportion of passenger platform falling accident in URT

根據(jù)以上公式計(jì)算得各基本事件概率重要度系數(shù)分別為:Ig(X1)=0.195qα+0.054qβ+0.276，Ig(X2)=qα=Ig(X3)，Ig(X4)=1=Ig(X7)=Ig(X8)=Ig(X9)=Ig(X10)=Ig(X11)，Ig(X5)=qβ=Ig(X6)=Ig(X12)=Ig(X13)。

由于管理不完善原因?qū)е碌某丝蛪嬄湔九_(tái)事件比引導(dǎo)設(shè)備設(shè)施不完善導(dǎo)致的事件多，綜合來看，概率重要度系數(shù)排序?yàn)?Ig(X4)=Ig(X7)=Ig(X8)=Ig(X9)=Ig(X10)=Ig(X11)＞I(X2)=I(X3)＞Ig(X5)=Ig(X6)=Ig(X12)=Ig(X13)。

2.3 結(jié)果分析與評(píng)價(jià)

從事件樹結(jié)構(gòu)來看，導(dǎo)致城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)的中間事件有4 件，條件事件有2 件，基本事件共有13 件，這些因素相互結(jié)合均可能導(dǎo)致事故的發(fā)生，系統(tǒng)的危險(xiǎn)性需要引起足夠重視，由事故樹還可以看出頂上事件T 和導(dǎo)致事故發(fā)生的中間事件A～D、條件事件E、F 及發(fā)生條件α、β 之間的邏輯關(guān)系。

從最小割集和最小徑集的組數(shù)來看，城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)最小割集為12 組，最小徑集有2 組，可知發(fā)生事故的可能途徑有12 條，預(yù)防途徑2 條，相比起來，預(yù)防和控制難度較大。而在2 種預(yù)防途徑中，可以看出最小徑集中事件最少的是{X1}，這應(yīng)該是預(yù)防控制乘客墜落站臺(tái)事故的主要途徑，但是考慮到受站臺(tái)面積、車站結(jié)構(gòu)、技術(shù)水平、時(shí)間資金等多方因素的影響，通過安裝屏蔽門減少乘客墜落站臺(tái)成本高且在短時(shí)間內(nèi)不易辦到。

從基本原因事件結(jié)構(gòu)重要度來看，在導(dǎo)致乘客墜落站臺(tái)事故的基本原因事件中，不安裝屏蔽門和乘客跳下站臺(tái)撿東西、自殺、醉酒、突發(fā)身體不適等原因事件的結(jié)構(gòu)重要度較大，說明這些原因?qū)е鲁丝蛪嬄湔九_(tái)的可能性較大，其次是找?guī)?、迷路、吵架玩鬧以及追車等原因?qū)е鲁丝蛪嬄湔九_(tái)。從這方面來看，需要對(duì)公眾加強(qiáng)安全教育，宣傳“以人為本、安全至上”的理念，提高乘客安全素質(zhì)，珍愛生命。

從基本原因事件概率重要度來看，在現(xiàn)有無屏蔽門的條件下，除去乘客自身原因，頂上事件發(fā)生的概率主要取決于站臺(tái)管理措施和引導(dǎo)服務(wù)設(shè)施是否合理。綜上所述，可以通過加強(qiáng)站臺(tái)管理，例如增加站臺(tái)巡查人員，安裝紅外線感應(yīng)器和視頻監(jiān)控設(shè)備等，一旦發(fā)現(xiàn)乘客在站臺(tái)吵架、打鬧或有東西掉下站臺(tái)時(shí)就及時(shí)制止和幫助。同時(shí)考慮到車站是個(gè)封閉的復(fù)雜系統(tǒng)，容易導(dǎo)致乘客缺乏空間安全感而產(chǎn)生心理壓力，應(yīng)合理布局車站引導(dǎo)設(shè)施設(shè)備，加強(qiáng)疏導(dǎo)，防止乘客因迷路等原因跳站臺(tái)。

3 結(jié)語

盡管城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)事故相比火災(zāi)、列車相撞和爆炸事故帶來的后果影響較小，但是目前在我國地鐵運(yùn)營中發(fā)生頻率較高，需要引起相關(guān)運(yùn)營部門的高度重視。本文結(jié)合北京地鐵異常記事數(shù)據(jù)，從人員因素、設(shè)備因素、外界環(huán)境因素和管理因素等方面綜合分析，繪制城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)事故樹，并通過分析得出要預(yù)防城市軌道交通乘客墜落站臺(tái)事故的發(fā)生，除了要完善硬件設(shè)施，更應(yīng)加強(qiáng)乘客的安全教育及城市軌道交通系統(tǒng)的安全運(yùn)營管理，提高整個(gè)城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營的安全性。本文的研究方法還可以用于高速鐵路乘客墜落站臺(tái)事故的分析研究。

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