鐵路客運樞紐公共交通安全保障能力變權(quán)評價

郭洪洋，黎 輝 ，劉福華，劉 瀾

(1.中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 四川 成都 610031；2.攀枝花學(xué)院 交通與汽車工程學(xué)院， 四川 攀枝花 617000；3. 西南交通大學(xué) 交通運輸與物流學(xué)院， 四川 成都 610031)

鐵路客運樞紐公共交通安全保障能力變權(quán)評價

郭洪洋1，黎 輝2，劉福華1，劉 瀾3

(1.中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司， 四川 成都 610031；2.攀枝花學(xué)院 交通與汽車工程學(xué)院， 四川 攀枝花 617000；3. 西南交通大學(xué) 交通運輸與物流學(xué)院， 四川 成都 610031)

現(xiàn)有的客運樞紐公共交通安全保障體系評價大多研究單一災(zāi)種，且常采用固定權(quán)評價。當(dāng)客運樞紐中某些安全指標(biāo)存在缺陷時，會導(dǎo)致評價結(jié)果與事實不符，因此，將變權(quán)法評價法應(yīng)用到考慮多災(zāi)種的公共交通安全保障體系評價。在全面考慮客運樞紐公共交通安全的影響因素的基礎(chǔ)上，結(jié)合一致性融合算法確定專家優(yōu)先度，使用變權(quán)法評價樞紐的公共交通安全保障體系的完善程度，最后使用案例證明該方法的有效性、合理性。通過對比固定權(quán)法的計算結(jié)果，變權(quán)法能較好解決公共交通安全評價中固定權(quán)評價法存在的問題，同時計算結(jié)果也證明了變權(quán)評價法評價結(jié)果更加貼合實際。

交通運輸工程；多災(zāi)種應(yīng)急保障; 樞紐公共交通安全; 專家優(yōu)先度; 變權(quán)評價

社會發(fā)展促使樞紐向多功能、高度集成趨勢發(fā)展。為應(yīng)對自然災(zāi)害、事故災(zāi)難、公共衛(wèi)生事件、社會安全事件、恐怖襲擊及人防工程等[1]對樞紐的威脅，樞紐安全保障的評價橫跨法律、醫(yī)療、管理、通信、設(shè)施保障等眾多學(xué)科[2]，不同的學(xué)科領(lǐng)域存在不同的評價標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)外研究多災(zāi)種下的樞紐公共交通安全保障評價指標(biāo)體系的文獻(xiàn)還比較鮮見，現(xiàn)有的研究災(zāi)害應(yīng)急保障的文獻(xiàn)也主要針對單一災(zāi)種[3-5]且多使用固定權(quán)評價[6-8]。因此首先要建立多災(zāi)種下的應(yīng)急保障評價指標(biāo)體系。為消除各領(lǐng)域?qū)＜乙庖姷钠?，筆者使用融合算法[9-10]確定專家優(yōu)先度，再基于專家優(yōu)先度確定初始指標(biāo)權(quán)重，最后使用變權(quán)評價對樞紐的安全保障能力進(jìn)行綜合評價。

1 建立指標(biāo)體系

樞紐公共交通安全保障能力指樞紐區(qū)域突發(fā)災(zāi)害或存在災(zāi)害發(fā)生風(fēng)險時，樞紐對災(zāi)害發(fā)生、擴大的控制能力以及對受災(zāi)區(qū)域進(jìn)行及時疏散、救援等降低災(zāi)害帶來的社會損失的能力。

1.1 評價指標(biāo)的初選

樞紐可能發(fā)生的災(zāi)害種類[11]如表1。

表1 樞紐災(zāi)害Table 1 Disasters of passenger terminals

由表1可知樞紐災(zāi)害主要分成4類：

1)自然災(zāi)害：主要包括水害、風(fēng)害、震災(zāi)、地質(zhì)災(zāi)害、生物災(zāi)害和自燃火災(zāi)等。

2)事故災(zāi)難：主要指單位、部門的各類安全事故、公共設(shè)施和設(shè)備事故、環(huán)境污染和生態(tài)破壞事件等；其中某些安全事故可以引起比較嚴(yán)重的火災(zāi)、爆炸及有毒氣物質(zhì)泄漏。

3)公共衛(wèi)生事件：主要包括傳染病疫情、群體性不明原因疾病、食品安全和職業(yè)危害動物疫情以及其他嚴(yán)重影響公眾健康和生命安全的事件。

4)社會安全事件：主要包括恐怖襲擊事件、涉外突發(fā)事件等。

許多災(zāi)害發(fā)生以后，常引起連串的次生、衍生災(zāi)害，形成災(zāi)害鏈，甚至災(zāi)害網(wǎng)，構(gòu)成災(zāi)害體系。由于樞紐建筑結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、災(zāi)害也是復(fù)雜、多樣的，安全保障評價中很難包含所有災(zāi)害種類。從發(fā)生頻數(shù)、帶來的損失程度上選取了8種災(zāi)害，各自對應(yīng)的安全保障措施評價指標(biāo)如表2。

表2 樞紐的多災(zāi)種安全評價指標(biāo)Table 2 Evaluation indexes of multi-disasters about passenger terminals

1.2 評價指標(biāo)的篩選

基于表2，將1級指標(biāo)分為技術(shù)指標(biāo)、功能指標(biāo)、管理指標(biāo)和環(huán)境指標(biāo)。其中4類1級指標(biāo)的其他各級指標(biāo)[12-15]如表3。各類災(zāi)害的各個評價方面與評價指標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系如表4。

表3 評價指標(biāo)Table 3 Evaluation indexes

表4 災(zāi)害-評價方面-評價指標(biāo)對照表Table 4 Disasters-evaluation items-indexes corresponding list

2 考慮專家優(yōu)先度的賦權(quán)方法

安全保障體系涉及眾多領(lǐng)域的專家，為防止專家對其擅長領(lǐng)域評分過高，繼而客觀辨別專家對保障體系總體的把握情況。筆者提出專家優(yōu)先度，并使用融合算法計算各專家的優(yōu)先度步驟如下：

(1)

式中：β為尺度調(diào)整參數(shù)，文中β=1。

(2)

(3)

Step4：權(quán)重計算?？紤]專家優(yōu)先度的權(quán)重按式(4)計算。

(4)

計算所得權(quán)重作為變權(quán)評價的初始權(quán)重，該權(quán)重不隨指標(biāo)的狀態(tài)變化而變化，各初始權(quán)重值計算結(jié)果如表5。

表5 初始權(quán)重的計算結(jié)果Table 5 Calculation results of initial weight

3 變權(quán)評價法及算例

對于安全評價，一些常態(tài)下微不足道的指標(biāo)很可能在突發(fā)事件下成為能夠引起連鎖反應(yīng)的安全隱患。同樣樞紐公共交通安全保障能力不僅決于各項指標(biāo)的綜合評分值，還取決于單項指標(biāo)的評分。當(dāng)某安全指標(biāo)過差時，樞紐在突發(fā)事件下的安全保障能力會大打折扣，危及到生命及財產(chǎn)安全。當(dāng)使用固定權(quán)評價得到較高綜合評分值時，某些細(xì)微隱患可能被忽略，并成為突發(fā)事件下的災(zāi)害隱患。因此本文嘗試將一致性融合賦權(quán)與變權(quán)評價思想[16-17]結(jié)合，即指標(biāo)權(quán)重隨該指標(biāo)的狀態(tài)變化。

先讓專家對某待評樞紐的各定性指標(biāo)打分(評分在0～1區(qū)間內(nèi)，數(shù)值越大安全性越高)，并通過融合算法得到加權(quán)(一致性權(quán)重，步驟同第3節(jié)計算部分，計算過程不再贅述)后的各定性指標(biāo)評分；再對定量指標(biāo)按照式(5)進(jìn)行無量綱化處理。

(5)

最終得到指標(biāo)集UA中各指標(biāo)的評分向量SA=(s1,s2,…,sn)，?sj∈[1,n]有0≤sj≤1。

當(dāng)某指標(biāo)評分sj很高時表明該指標(biāo)性能優(yōu)異，這里要做適當(dāng)?shù)募睿划?dāng)某些指標(biāo)評分過低則表明該指標(biāo)領(lǐng)域存在嚴(yán)重缺陷，可能成為安全隱患，要對其懲罰，且懲罰程度大于激勵程度。除此之外權(quán)重大的指標(biāo)增減幅度也大，依次基于變權(quán)理論構(gòu)建sj變權(quán)函數(shù)fj(sj)如式(6)。

(6)

式中：c∈(0,1)為激勵調(diào)節(jié)水平，可保證激勵的幅度小于懲罰的幅度，筆者取0.9。L1=0.60為危險水平，L2=0.70為及格水平，其中L3=0.95為良好水平，L1，L2，L3∈[0,1]。將[0,1]區(qū)間分為4部分，從左到右依次記為：否定區(qū)間(最大懲罰程度區(qū)間)、不安全區(qū)間(懲罰區(qū)間，且懲罰程度為sj的減函數(shù))、良好區(qū)間(無懲罰激勵區(qū)間)、優(yōu)秀區(qū)間(激勵區(qū)間，且激勵程度為sj的增函數(shù))。

(7)

基于第4節(jié)步驟對成都市運營中的樞紐A(火車北站)、B(火車東站)的39項指標(biāo)打分得到SA,SB，分別使用固定權(quán)法、變權(quán)法評價，對樞紐的安全保障能力進(jìn)行評價，結(jié)果如表6。

表6 評價值得計算結(jié)果Table 6 Calculation results of evaluation

從表6的計算結(jié)果可以看出:

1)使用固定權(quán)評價時，樞紐A，B得分較高，評分分別為0.794，0.802。變權(quán)評價時，分?jǐn)?shù)驟降至0.613，0.675，原因如下：小概率災(zāi)害(例如，傳染病、恐怖襲擊、低溫災(zāi)害等)相關(guān)評價指標(biāo)始權(quán)重較小，造成該類指標(biāo)的低評分對評價結(jié)果產(chǎn)生的影響十分有限，進(jìn)而使存在嚴(yán)重安全保障缺陷的樞紐評價結(jié)果恒為良好，與事實相悖；而變權(quán)評價可以找出這些安全隱患，對于某些有嚴(yán)重缺陷的樞紐，變權(quán)評價法優(yōu)于固定權(quán)評價法。

2)單項指標(biāo)評分值小于0.70分的指標(biāo)均視為樞紐A，B的薄弱環(huán)節(jié)，主要為：①缺乏對瓶頸點、流線沖突點、擁擠點的識別、分級監(jiān)控及應(yīng)急調(diào)節(jié)措施。②對低概率的恐怖襲擊(爆炸、有毒氣體擴散等)防范不足，例如缺乏對人流密集點、建筑要害部位、危險設(shè)施等的監(jiān)控及應(yīng)急防范措施。③多災(zāi)種應(yīng)急預(yù)案都不完善，只有部分國家通用的火災(zāi)和地震救助、疏散準(zhǔn)則，針對性弱，且內(nèi)容不完善。傳染病爆發(fā)、恐怖襲擊、低溫災(zāi)害等相關(guān)應(yīng)急預(yù)案仍然空白。

3)“社會熵”理論認(rèn)為無外界干擾的社會系統(tǒng)狀態(tài)的混亂程度將呈現(xiàn)增長趨勢，例如疫病、恐怖襲擊、經(jīng)濟危機等爆發(fā)周期縮短是“社會熵”增加的表征；在該理論框架下，應(yīng)盡快建立多災(zāi)種的應(yīng)急保障體系。在該體系中，變權(quán)評價法可以準(zhǔn)確反應(yīng)樞紐的實際安全狀態(tài)，并可通過對較差指標(biāo)的“懲罰”，促進(jìn)薄弱點的改進(jìn)，同時通過“鼓勵”促進(jìn)樞紐在安全領(lǐng)域錦上添花。該安全評價體系可操作性強，可提高安全評價工作的科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、有效性。

4 結(jié) 語

在對鐵路客運樞紐的公共交通安全保障能力進(jìn)行評價的過程中，引入變權(quán)評價法，同時結(jié)合模糊數(shù)學(xué)理論，構(gòu)建了安全評估的數(shù)學(xué)模型。從算例分析可知，該模型的評價結(jié)果能更好的反映安全保障體系的實際安全狀況，對提高樞紐的公共交通安全保障能力評價工作的科學(xué)性、有效性及可操作性具有重要意義，且在安全評價領(lǐng)域具有一定的借鑒意義。但隨著現(xiàn)代客運樞紐的集成度越來越高、功能越來越多、結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜, 評價指標(biāo)體系的構(gòu)建、變權(quán)函數(shù)的構(gòu)造及評價模型的設(shè)計等問題, 仍需做進(jìn)一步研究。

[1] NORRIS G A,MARSHALL H E.MultiattributeDecisionAnalysisMethodforEvaluatingBuildingsandBuildingSystems[M]. Gaithersburg Maryland USA:Building and Fire Research Laboratory,National Institute of Standards and Technology,1995.

[2] BRYAN J L.SFPEHandbookofFireProtectionEngineering-BehavioralResponsetoFireandSmoke[M].Bethesda Maryland USA:Society of Fire Protection Engineering,2002.

[3] 陳鋼鐵,帥斌.危險品泄漏事故后人群動態(tài)疏散路徑優(yōu)化[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,31(6):1203-1206. CHEN Gangtie,SHUAI Bin.Dynamic evacuation path optimization of people in the case of dangerous goods leakage[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2012,31(6):1203- 1206.

[4] 劉文婷.城市軌道交通車站乘客緊急疏散能力研究[D].上海:同濟大學(xué),2008. LIU Wenting.EmergencyEvacuationCapacityofPedestrianinUrbanRailTransitStation[D].Shanghai:Tongji University,2008.

[5] 楊靈芝,丁敬達(dá).論城市突發(fā)事件的應(yīng)急信息管理[J].情報科學(xué),2009,27(3):351-355. YANG Lingzhi,DING Jingda.On emergency information management of city thunderbolt[J].InformationScience,2009,27(3):351-355.

[6] 高買燕,唐紅梅,曾云松,等.崩塌災(zāi)害危險性評價方法及應(yīng)用[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,32(3):446-450,537. GAO Maiyan,TANG Hongmei,ZENG Yunsong,et al.Rockfall hazard assessment method and its application[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2013,32(3):446- 450,537.

[7] 吳開亞,金菊良,周玉良,等.流域水資源安全評價的集對分析與可變模糊集耦合模型[J].四川大學(xué)學(xué)報(工程科學(xué)版),2008,40(3):6-11. WU Kaiya,JIN Juliang,ZHOU Yuliang,et al.Set pair analysis based variable fuzzy set assessment model for watershed water resources security[J].JournalofSichuanUniversity(EngineeringScienceEdition),2008,40(3):6-11.

[8] 牛世峰,鄭永雄,馮薩丹,等.基于事故樹的公路路段交通安全評價方法[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,32(1):87-90. NIU Shifeng,ZHENG Yongxiong,FENG Shadan,et al.Traffic safety evaluation method for highway section based on fault tree[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2013,32(1):87-90.

[9] LUO R C,LIN M H,SCHERP R S.Dynamic multi-sensor data fusion system for intelligent robots[J].IEEEJournalofRoboticsandAutomation,1988,4(4):386-396.

[10] 劉建書,李人厚,常宏.基于相關(guān)性函數(shù)和最小二乘的多傳感器數(shù)據(jù)融合[J].控制與決策,2006,21(6):714-716,720. LIU Jianshu,LI Renhou,CHANG Hong.Multi-sensor data fusion based on correlation function and least square[J].ControlandDecision,2006,21(6):714-716,720.

[11] 代博洋,李志強,李曉麗.基于物元理論的自然災(zāi)害損失等級劃分方法[J].災(zāi)害學(xué),2009,24(1):1-5. DAI Boyang,LI Zhiqiang,LI Xiaoli.Natural disaster losses classification method based on the matter element[J].JournalofCatastrophology,2009,24(1):1-5.

[12] 陳濤.火災(zāi)情況下人員疏散模型及應(yīng)用研究[D].合肥:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué),2004. CHEN Tao.ResearchonFireEvacuationModelandModelApplication[D].Hefei:University of Science and Technology of China,2004.

[13] 張俊麗.基于公共安全優(yōu)先的綜合交通樞紐預(yù)警管理系統(tǒng)構(gòu)建研究[D].天津:天津理工大學(xué),2009. ZHANG Junli.ResearchontheEstablishmentofEarly-WarningManagementSysteminIntegratedTransportationHubBasedonPublicSecurityPriority[D].Tianjin:Tianjin University of Technology,2009.

[14] 武小康,周利鋒.行人仿真在輕軌車站應(yīng)急疏散領(lǐng)域的應(yīng)用[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2012,31(4):772-776. WU Xiaokang,ZHOU Lifeng.Application of pedestrian simulation software on the emergency evacuation at light rail station[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2012,31(4):772-776.

[15] 伍臣宇,高峰.地震區(qū)棚洞合理結(jié)構(gòu)形式的研究[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,32(1):27-31. WU Chenyu,GAO Feng.Study on rational structure of shed-tunnel under seismic loading[J].JournalofChongqingJiaotongUniversity(NaturalScience),2013,32(1):27-31.

[16] 李洪興.因素空間理論與知識表示的數(shù)學(xué)框架(Ⅷ) ——變權(quán)綜合原理[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學(xué),1995,9(3):1-9. LI Hongxing.Factor space and mathematical frame of knowledge representation(VIII)—variable weights analysis[J].FuzzySystemsandMathematics,1995,9(3):1-9.

[17] 汪培莊.模糊集與隨機集落影[M].北京:北京師范大學(xué)出版社,1985. WANG Peizhuang.FuzzySetandRandomSetPlacement[M].Beijing:Beijing Normal University Press,1985.

Variable Weight Evaluation for Public Transportation Security Capacity of Railway Passenger Terminals

GUO Hongyang1, LI Hui2, LIU Fuhua1, LIU Lan3

(1. China Railway Eryuan Engineering Group CO. LTD.，Chengdu 610031,Sichuan, P. R. China;2. School of Transportation and Automobile Engineering, Panzhihua University, Panzhihua 617000,Sichuan, P. R. China;3. School of Transportation and Logistics，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031,Sichuan, P. R. China)

The existing safety assurance evaluation system for hub public passenger transport normally addresses single type of hazard and always uses invariable weighting evaluation method. Where in passenger transportation hub some safety parameters contain defects which cause the inconstance between the evaluation results and reality. A variable weight evaluation method is thus used in the safety assurance system evaluation with consideration of multiple hazard types. On basis of overall consideration of the elements impacting public transport safety, the expert precedence was firstly determined by consistent fusion algorithm; then the variable weight evaluation method was used to evaluate the completeness of the safety assurance system of hub public transport and finally the effectiveness and reasonableness of this method was proved by a practical case. Compared with invariable weight evaluation method with existing problems, variable weight evaluation method can solve those problems existing in safety assurance of public transport meanwhile the calculation results also show that results of evaluation by variable weight method are more close to reality.

transportation engineering; emergency support of multi-disasters; public transportation safety; expert precedence; variable weight evaluation

10.3969/j.issn.1674-0696.2016.02.30

2013-05-21；

2014-12-10

國家自然科學(xué)基金項目(50908196)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金項目(SWJTU09ZT18)；四川省學(xué)術(shù)和技術(shù)帶頭人培養(yǎng)資金項目(川人辦發(fā)[2008]24號)

郭洪洋(1982—)，男，遼寧沈陽人，博士，工程師，主要從事交通運輸規(guī)劃與管理方面的研究。E-mail：hongyang.guo@163.com。

X913.4; U491

A

1674-0696(2016)02-146-05