網(wǎng)絡(luò)化條件下城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)急資源優(yōu)化配置研究

徐欣怡，徐永能，何 舟

（南京理工大學(xué)，江蘇 南京 210094）

隨著城市軌道交通的日益發(fā)展，國內(nèi)許多城市都在如火如荼地開展軌道交通建設(shè)。截至2017-12，中國大陸共有35座城市開通了軌道交通運(yùn)營線路，共計(jì)169條線路以及長達(dá)5 082.83 km的里程數(shù)。而北京、上海、廣州、深圳、南京等城市的軌道交通的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)初具規(guī)模，并且規(guī)模還在不斷擴(kuò)大。線路的增加以及隨之而來的交通量的增長使得城市軌道交通出現(xiàn)故障等應(yīng)急情況的概率上升。

信號(hào)系統(tǒng)作為軌道交通中舉足輕重的子系統(tǒng)，覆蓋了車站、區(qū)間以及列車等方面。信號(hào)系統(tǒng)的故障發(fā)生概率高、產(chǎn)生的負(fù)面影響大，因此，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化條件下信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)急救援與資源優(yōu)化配置具有重要的作用。

1 信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)急資源配置需求

軌道交通的網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營代表著在具有兩條線及以上線路數(shù)量的條件下構(gòu)建運(yùn)營架構(gòu)與體制、配置運(yùn)維資源、確立線路聯(lián)動(dòng)、應(yīng)急機(jī)制以及其他運(yùn)營管理方法與措施的綜合運(yùn)營管理體系，以此來確保城市軌道交通的高效、安全運(yùn)行。具體分析而言，地鐵網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的特點(diǎn)可以概括為以下4點(diǎn)：①互聯(lián)性。不同的城市軌道交通所具有的線網(wǎng)形狀具有不同的特點(diǎn)，但無論是放射狀、棋盤狀等都通過換乘樞紐實(shí)現(xiàn)線路之間的聯(lián)通，達(dá)到各區(qū)域相互連接的目標(biāo)。②方便快捷性。地鐵網(wǎng)絡(luò)的合理建設(shè)、換乘樞紐的科學(xué)選址與設(shè)計(jì)，可使乘客以最快捷、舒適的方式出行。③管理集中性。網(wǎng)絡(luò)化條件下的城市軌道交通運(yùn)營具有集中性，在管理設(shè)施的建設(shè)，管理架構(gòu)搭建的基礎(chǔ)上，對(duì)各線路行車客運(yùn)、應(yīng)急等方面可進(jìn)行集中協(xié)調(diào)管理。④共享聯(lián)動(dòng)性。網(wǎng)絡(luò)化的一個(gè)重要意義就是資源共享，不同線路的人員、物資、設(shè)備可按需實(shí)現(xiàn)共享與協(xié)調(diào)。同時(shí)，在突發(fā)事件等情況下，各線路間聯(lián)動(dòng)，調(diào)整網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行圖，從而實(shí)現(xiàn)高效處置。

在單線運(yùn)營的情況下，線路自成一體，應(yīng)急救援缺乏聯(lián)動(dòng)性，實(shí)踐中通常由地鐵車輛基地和車輛段提供應(yīng)急救援資源配置。因此，在這種運(yùn)營模式下，地鐵的應(yīng)急救援容易出現(xiàn)資源的重復(fù)配置，相互之間的共享性低下，導(dǎo)致應(yīng)急救援的不及時(shí)、救援效率低下。

在網(wǎng)絡(luò)化條件下，線路數(shù)量增加，線路覆蓋度上升，在地鐵網(wǎng)絡(luò)中容易發(fā)生事故的區(qū)間、站點(diǎn)、設(shè)備分布不均勻；在事故發(fā)生時(shí)遭受嚴(yán)重?fù)p害的區(qū)間、站點(diǎn)、設(shè)備分布也不均勻，以上兩點(diǎn)均體現(xiàn)了地鐵線網(wǎng)的脆弱性。因此，分析研究整個(gè)地鐵網(wǎng)絡(luò)的脆弱性分布排序是刻不容緩的。同時(shí)，將地鐵線網(wǎng)運(yùn)營特征結(jié)合起來，以加強(qiáng)線路網(wǎng)絡(luò)間應(yīng)急救援資源的共享利用，實(shí)現(xiàn)專業(yè)級(jí)別的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)，提高整個(gè)地鐵網(wǎng)絡(luò)下應(yīng)急救援的效率，對(duì)于提高地鐵運(yùn)營應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的響應(yīng)能力具有非常重要的意義。

在網(wǎng)絡(luò)化條件下，軌道交通信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)急資源的配置需求有：①資源配置差異性。對(duì)于不同類型、不同使用頻次的信號(hào)系統(tǒng)及組件按風(fēng)險(xiǎn)及脆弱性分析進(jìn)行不同數(shù)量的應(yīng)急資源配置，以保障各站點(diǎn)救援要求。②資源配置經(jīng)濟(jì)性。應(yīng)急救援資源配置在滿足救援大致需求的前提下，需要適當(dāng)兼顧人力、設(shè)備折舊等經(jīng)濟(jì)性因素。③資源配置方案可行性。由于資源配置受人員、場地、交通等因素影響，在資源配置中應(yīng)適應(yīng)現(xiàn)狀，滿足配置方案的可行性條件。④專業(yè)協(xié)同性。在應(yīng)急救援過程中涉及各專業(yè)協(xié)同，同時(shí)，各應(yīng)急站點(diǎn)救援人員與設(shè)備協(xié)調(diào)共用，提升救援效率。

2 信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)急資源配置流程

應(yīng)急救援資源是指地鐵遇到突發(fā)事件，在其應(yīng)急救援過程中所需要的各類資源總稱。從廣義上講，應(yīng)急救援資源涵蓋了防災(zāi)、救災(zāi)以及恢復(fù)等所有環(huán)節(jié)所需要的一切應(yīng)急保障；從狹義上講，應(yīng)急救援資源僅僅指應(yīng)急事件管理過程中所需要的各種物資保障。

地鐵的應(yīng)急救援資源配置是將地鐵遭遇突發(fā)事件后，在其救援過程中所需要的相關(guān)應(yīng)急資源進(jìn)行高效、合理的配備布置，以縮短應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的響應(yīng)時(shí)間，提高應(yīng)急救援效率，規(guī)避人力、物力、財(cái)力資源浪費(fèi)的遠(yuǎn)大目標(biāo)。目前，就城市軌道交通趨于網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營的現(xiàn)狀而言，應(yīng)急救援資源的合理配置已經(jīng)越來越復(fù)雜化，它們彼此間是一個(gè)相互制衡、相互促進(jìn)、有機(jī)配合的過程。地鐵的應(yīng)急救援資源配置具體過程如下：①地鐵線路網(wǎng)絡(luò)化特征的分析。隨著一線城市里的地鐵線路建設(shè)越來越復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)化嚴(yán)重，其伴隨而來的一些網(wǎng)絡(luò)化特征日漸明顯，也扮演著越來越關(guān)鍵的角色。因此，分析掌握地鐵線路網(wǎng)絡(luò)化特征是應(yīng)急資源合理配置的基礎(chǔ)工作。②確定資源合理配置的影響因素。影響應(yīng)急保障資源合理配置的約束條件包含各種限制因素，比如地鐵運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)水平、地鐵路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、車站性質(zhì)、經(jīng)濟(jì)因素等。③對(duì)信號(hào)系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析。對(duì)于地鐵線網(wǎng)而言，其運(yùn)營系統(tǒng)的可靠性評(píng)估結(jié)果影響著資源如何在線路網(wǎng)絡(luò)中合理配置。通過對(duì)其不同的系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，得出系統(tǒng)會(huì)發(fā)生事故的概率、事故類型及受損嚴(yán)重程度，根據(jù)研究結(jié)果制訂科學(xué)的資源配置策略。④地鐵線網(wǎng)區(qū)域劃分。地鐵遇到突發(fā)事件所急需的救援物資供應(yīng)點(diǎn)也是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)。通常應(yīng)急救援物資網(wǎng)絡(luò)由設(shè)備救援網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，包括車輛、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等所有相關(guān)的救援設(shè)施。⑤應(yīng)急資源站點(diǎn)選址?；谝陨瞎ぷ?，利用運(yùn)籌學(xué)的理論與工具，建立定量分析模型，并科學(xué)求解選出相應(yīng)的應(yīng)急資源站點(diǎn)地址，實(shí)現(xiàn)響應(yīng)時(shí)間最短、響應(yīng)成本最低的目標(biāo)。

3 網(wǎng)絡(luò)化條件下信號(hào)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)水平分析

在軌道交通網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營狀況下，對(duì)于地鐵而言，評(píng)估其運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)大小是一個(gè)關(guān)鍵的應(yīng)急資源配置環(huán)節(jié)。而運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)大小與事故發(fā)生概率和后果的嚴(yán)重性大小的乘積成正比，具體可由下式表示：

式（1）中：F為系統(tǒng)的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)；K為事故發(fā)生的概率（可能性）；S為事故產(chǎn)生的后果級(jí)別（嚴(yán)重性）。

地鐵線網(wǎng)中信號(hào)系統(tǒng)的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)水平的大小是地鐵應(yīng)急救援資源配置的主要影響因素之一，換言之，對(duì)各個(gè)應(yīng)急站點(diǎn)配置救援資源也主要是為了應(yīng)對(duì)地鐵運(yùn)營的風(fēng)險(xiǎn)。

由式（1）可知，根據(jù)信號(hào)系統(tǒng)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)水平的數(shù)學(xué)函數(shù)，可以從嚴(yán)重性和事故發(fā)生的概率兩個(gè)方面對(duì)不同事件的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，風(fēng)險(xiǎn)水平結(jié)果如圖1所示。

可得出以下結(jié)論：①對(duì)于發(fā)生概率大、嚴(yán)重性高的高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)防護(hù)，為了保證遇到突發(fā)事件時(shí)以最快的速度到達(dá)救援現(xiàn)場，需要制訂最高優(yōu)先級(jí)別的應(yīng)急資源配置方案；②對(duì)于發(fā)生概率大、嚴(yán)重性低的中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，做到保障前期預(yù)防工作到位，加強(qiáng)檢修維保，最大限度降低小事故的發(fā)生率；③對(duì)于發(fā)生概率小、嚴(yán)重性高的中風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，要采取針對(duì)性應(yīng)對(duì)措施，及時(shí)控制事故影響的擴(kuò)散；④對(duì)于發(fā)生概率小、嚴(yán)重性低的低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域，可以根據(jù)應(yīng)急救援資源的總體數(shù)量與質(zhì)量而處于動(dòng)態(tài)調(diào)整狀態(tài)，優(yōu)先保證其他區(qū)域的應(yīng)急救援工作順利進(jìn)展。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)水平結(jié)果

4 應(yīng)急站點(diǎn)選址方案

在網(wǎng)絡(luò)化條件下，城市軌道交通應(yīng)急救援站選址一般有4種選址模型：①最大覆蓋模型。在應(yīng)急站點(diǎn)數(shù)量具有一定限制的條件下，使得覆蓋范圍最大。②集合覆蓋模型。在滿足所有的應(yīng)急需求的前提下，建立最少的應(yīng)急救援站點(diǎn)。③P-中位模型。在應(yīng)急站點(diǎn)數(shù)量具有一定限制的條件下，使得供應(yīng)點(diǎn)到需求點(diǎn)的平均時(shí)間最短。④P-中心模型。在應(yīng)急站點(diǎn)數(shù)量具有一定限制的條件下，使得物資從最近站點(diǎn)到達(dá)各需求點(diǎn)的最大時(shí)間最短。

在突發(fā)事件發(fā)生后，為了防止事態(tài)擴(kuò)大，避免造成人員傷亡與財(cái)產(chǎn)重大損失，一般都以應(yīng)急救援中的“應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間”為評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。在南京地鐵信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)急救援的預(yù)案中，各應(yīng)急救援資源應(yīng)當(dāng)在15 min內(nèi)從應(yīng)急站點(diǎn)通過協(xié)調(diào)配置途徑達(dá)到現(xiàn)場，與此同時(shí)，由于受制于救援人員數(shù)量、救援場地等因素的影響，應(yīng)急點(diǎn)的數(shù)量相對(duì)有限，可采用集合覆蓋或最大覆蓋2種模型來解決救援站的選址問題。

南京地鐵信號(hào)系統(tǒng)的應(yīng)急救援站選址首先應(yīng)當(dāng)結(jié)合自身資源情況，優(yōu)先考慮車輛基地為應(yīng)急資源集中供應(yīng)點(diǎn)，其次可考慮換乘站等客運(yùn)樞紐站點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的最大覆蓋。在今后南京地鐵線網(wǎng)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大之后，需要協(xié)同其他專業(yè)共享人員以及通用設(shè)備、場地等，進(jìn)一步增設(shè)應(yīng)急救援站點(diǎn)，縮短應(yīng)急救援響應(yīng)時(shí)間。對(duì)于部分關(guān)鍵站點(diǎn)或關(guān)鍵線路區(qū)段實(shí)行優(yōu)先保障，依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)增加救援物資設(shè)備，從而更好地保障線網(wǎng)的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)束語

在城市軌道交通實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的背景下，本文分析了信號(hào)系統(tǒng)應(yīng)急資源合理配置的需求，基于網(wǎng)絡(luò)化特征探討了應(yīng)急資源配置的流程。通過分析網(wǎng)絡(luò)化條件下信號(hào)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)水平，初步完成了城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)急站點(diǎn)選址方案，為應(yīng)急救援資源優(yōu)化配置奠定了基礎(chǔ)。

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