基于變權(quán)和相對(duì)差異函數(shù)的地鐵運(yùn)營安全管理評(píng)價(jià)

尉強(qiáng)

摘要：針對(duì)地鐵運(yùn)營安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及傳統(tǒng)綜合評(píng)價(jià)方法在指標(biāo)值、隸屬度確定和指標(biāo)權(quán)重上的不足，引入相對(duì)差異函數(shù)和相變權(quán)理論，建立地鐵運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及其指標(biāo)分值，用變權(quán)方法調(diào)整已建立的指標(biāo)常權(quán)，用相對(duì)差異函數(shù)確定單因素對(duì)各安全等級(jí)的隸屬度，以優(yōu)化和顯示某些因素在體系中的重要性。理論分析和實(shí)例計(jì)算表明，引入的這兩種方法不僅可行，而且使評(píng)價(jià)結(jié)果更加合理。

Abstract： In view of the shortcomings of metro operation safety evaluation standard and traditional comprehensive evaluation method in index value， membership degree determination and index weight， relative difference function and change weight theory are introduced to establish metro operation safety risk evaluation index system and its index score， and the established index weight is adjusted by variable weight method. Relative difference function determines the membership degree of single factor to each safety level to optimize and show the importance of some factors in the system. Theoretical analysis and practical calculation show that the two methods are not only feasible， but also more reasonable.

關(guān)鍵詞：變權(quán)；相對(duì)差異函數(shù)；地鐵運(yùn)營；安全管理

Key words： variable weight；relative difference function；subway operation；safety management

中圖分類號(hào)：X913.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-4311（2019）03-0037-03

0 引言

地鐵是一種快捷高效的城市公共運(yùn)輸工具，具有其他交通工具所未有的優(yōu)勢，越來越成為城市交通的骨干。然而，地鐵一旦出現(xiàn)安全事故其后果往往是不堪設(shè)想的，會(huì)造成極大的生命財(cái)產(chǎn)損失及負(fù)面社會(huì)影響，地鐵運(yùn)營安全應(yīng)當(dāng)高度重視，因此如何保證地鐵運(yùn)營安全是地鐵運(yùn)營的首要問題[1]。地鐵與其他交通運(yùn)輸方式不同，具有一定的特殊性，首先要對(duì)其運(yùn)營情況進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，才能有效確定其安全等級(jí)。安全管理影響因素較多，各個(gè)因素相互獨(dú)立，具有模糊性[2]，因此，地鐵運(yùn)營安全管理評(píng)價(jià)采用模糊綜合評(píng)價(jià)法[3]較合理。

盡管通過實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)有利于地鐵運(yùn)營評(píng)價(jià)工作開展，但仍存在不完善之處，本文為了彌補(bǔ)在實(shí)際工作評(píng)價(jià)中該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施中存在的問題和不足，嘗試在地鐵運(yùn)營安全評(píng)價(jià)中加入變權(quán)理論。

該標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)有效解決了過往地鐵運(yùn)用安全評(píng)價(jià)中的標(biāo)準(zhǔn)化問題，且該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施還增加了評(píng)價(jià)工作的可操作性，最重要的是評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀公正。地鐵運(yùn)營安全評(píng)價(jià)工作的首要任務(wù)是建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)獲得各影響因子的權(quán)重和隸屬度向量（分值），最后運(yùn)用加權(quán)綜合，求得地鐵系統(tǒng)的“運(yùn)營安全”狀況及其分值，進(jìn)而將其風(fēng)險(xiǎn)水平確定下來，如表1。

盡管該標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施對(duì)于有序開展地鐵運(yùn)營評(píng)價(jià)工作大有益處，但就目前而言該標(biāo)準(zhǔn)還存在諸多不完善之處：

①該標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中時(shí)忽略了某一因素或單項(xiàng)部分，其內(nèi)容中缺少了否決項(xiàng)。

②與其他企業(yè)相比，地鐵運(yùn)營在城市交通中占據(jù)重要位置，而城市交通對(duì)于人民來說舉足輕重，因此其安全綜合評(píng)價(jià)與企業(yè)現(xiàn)狀綜合評(píng)價(jià)存在一定差別，地鐵運(yùn)營評(píng)價(jià)不僅要重視其整體的風(fēng)險(xiǎn)程度，還應(yīng)重視單項(xiàng)內(nèi)容的風(fēng)險(xiǎn)程度及重要系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)程度，需將其不足之處及早彌補(bǔ)。

③大多數(shù)評(píng)價(jià)方式的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)都是區(qū)間值，包括地鐵運(yùn)營評(píng)價(jià)，而該區(qū)間值的確定實(shí)際上是由評(píng)價(jià)人員進(jìn)行操作分析得出的，人為因素的存在必然導(dǎo)致主觀性較大。

④該標(biāo)準(zhǔn)在處理指標(biāo)的權(quán)重問題時(shí)與其它多數(shù)評(píng)價(jià)方式一致，而這種一致存在很大不合理性。系統(tǒng)的安全水平通常是由多個(gè)因素造成的，且當(dāng)一個(gè)因素很差時(shí)，無論采用哪個(gè)算法其它因素都不可能完全不受影響保持不變，在此形勢下評(píng)價(jià)的公正性和客觀性必定大打折扣。

變權(quán)綜合理論是一種重要的關(guān)于因素空間理論的建模原理，最早是由李洪興提出的，他還在文獻(xiàn)[4]中列出了變權(quán)公式，之后有學(xué)者在變權(quán)綜合中引入均衡函數(shù)[5]，更加完善了變權(quán)公式意義。

即 （1）

式中：xi為第i個(gè)因素的指標(biāo)值；ω 為第i個(gè)因素的常權(quán)重；ωi為第i個(gè)因素的變權(quán)重。通常，當(dāng)α=1時(shí)，等同于常權(quán)模式；當(dāng)不能容忍某些因素的嚴(yán)重缺陷時(shí)，取α<1/2；當(dāng)個(gè)因素的均衡問題考慮不多時(shí)，取α>1/2。

過去造成評(píng)價(jià)不合理現(xiàn)象的原因主要有兩方面：一是評(píng)價(jià)指標(biāo)多；二是部分因素評(píng)價(jià)值過低，而變權(quán)的出現(xiàn)有效解決了上述問題。綜合評(píng)價(jià)中式（1）并不首先應(yīng)用在地鐵行業(yè)，它已經(jīng)自其它領(lǐng)域得到了應(yīng)用，效果良好[6-7]。本著“安全至上”的原則，同時(shí)也為了計(jì)算方便，本文所有實(shí)例計(jì)算指標(biāo)α都取0.2，在必要的情況下還需要進(jìn)行歸一化操作，然后才能開始下一步驟。

1 地鐵運(yùn)營安全評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

由于地鐵運(yùn)營評(píng)價(jià)體系龐大，現(xiàn)針對(duì)最重要的安全管理因素，參考相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[8]以及過往研究、經(jīng)驗(yàn)等[9-11]，建立地鐵運(yùn)營安全管理評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如表2。

2 利用相對(duì)差異函數(shù)模型確定隸屬度向量的方法

2.1 常用的隸屬度向量確定方法優(yōu)劣分析

在模糊評(píng)價(jià)中，被評(píng)價(jià)因素安全水平的高低可用其對(duì)安全等級(jí)的隸屬度向量來表示。常用以下方法獲得隸屬度向量。

①模糊統(tǒng)計(jì)方法。一般操作方法是調(diào)查一批群眾或?qū)＜?，讓被調(diào)查的人通過投票或者打分的形式給出自己的判斷，然后對(duì)其判斷結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得出隸屬度向量。該方法優(yōu)劣勢明顯，優(yōu)勢是被調(diào)查對(duì)象多，具有較高的可信度；劣勢是由于被調(diào)查的人多，而被調(diào)查的人由于經(jīng)驗(yàn)、視角及專業(yè)等不同，使得不同的調(diào)查人群其結(jié)果往往大相徑庭。

②專家經(jīng)驗(yàn)法。無需其它環(huán)節(jié)，專家結(jié)合自身經(jīng)驗(yàn)及專業(yè)，直接給出隸屬度向量。

③利用分布函數(shù)將指標(biāo)特征值模糊化。指標(biāo)特征值是一個(gè)點(diǎn)值，客觀取值和主觀賦值均可[2]。該方法的指標(biāo)值既可以打分獲得，也可以客觀取值，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。該方法的關(guān)鍵是選取分布函數(shù)，安全評(píng)價(jià)中常用的有梯形函數(shù)、正弦函數(shù)、三角函數(shù)等，但分布函數(shù)劣勢明顯，包括區(qū)間、形式固定，可調(diào)節(jié)性差等。

近年來，陳守煜提出了可變模糊集理論，該理論的提出對(duì)于工程模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展具有重要意義。相對(duì)差異函數(shù)模型實(shí)質(zhì)是一種較好的確定分布函數(shù)的方法，它是可變模糊集理論的重要基礎(chǔ)之一。該模型具有良好的適應(yīng)性，能夠依據(jù)不同的實(shí)際情況自由調(diào)節(jié)各項(xiàng)參數(shù)，數(shù)學(xué)計(jì)算和物理概念吻合。本文確定因素的安全隸屬度向量時(shí)采用的即是這種方法。

2.2 相對(duì)差異度的定義

假設(shè)A表示論域U上的一個(gè)模糊概念（事物、現(xiàn)象），μ（μ∈U）表示U中的任意元素，在相對(duì)隸屬函數(shù)的連續(xù)數(shù)軸的任一點(diǎn)上，u表示吸引性質(zhì)A的相對(duì)隸屬度為μA（u），對(duì)表示排斥性質(zhì)Ac的相對(duì)隸屬度為μAc（u），設(shè)

DA（u）=μA（u）-μAc（u） （2）

式中，u對(duì)A的相對(duì)差異度表示為DA（u）。

2.3 安全等級(jí)隸屬度的確定

假設(shè)在安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中，某單層子系統(tǒng)包含m個(gè)因素，并且可將每個(gè)因素的安全論域劃分為k個(gè)等級(jí)。參考標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范或直接由評(píng)價(jià)者給出，第i個(gè)因素第j個(gè)等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)值區(qū)間；結(jié)合實(shí)際情況確定[c，d]ij為第i個(gè)因素第j個(gè)等級(jí)的上下界區(qū)間。M為區(qū)間[a，b]ij中DA（u）=1的點(diǎn)值，結(jié)合實(shí)際情況確定兩指，該數(shù)值并不是固定的。

對(duì)于因素i的安全等級(jí)j，吸引域?yàn)閇a，b]，論域?yàn)閇c，d]，排斥域?yàn)閇c，a]和[b，d]。

x落在M點(diǎn)左側(cè)時(shí)

DA（u）= x∈[a，M]DA（u）=- x∈[c，a]（3）

x落在M點(diǎn)右側(cè)時(shí)

DA（u）= x∈[M，b]DA（u）=- x∈[b，d]（4）

式中，β為非負(fù)指數(shù)，通?？扇ˇ?1，即相對(duì)差異函數(shù)模型為線性函數(shù)。

式（3）或（4）滿足：

①當(dāng)x=a或x=b時(shí)，DA（u）=0；②當(dāng)x=M時(shí)，DA（u）=1；③當(dāng)x=c，x=d時(shí)，DA（u）=-1；

確定以后，根據(jù)式（5）可求解相對(duì)隸屬度μA（u）為

μA（u）= （5）

式中，第i個(gè)因素隸屬于第j個(gè)等級(jí)的相對(duì)隸屬度即為μA（u），利用該方法可算出[μA（u）ij]m×k，歸一化每個(gè)因素的隸屬度向量，可得出得到最終的隸屬度矩陣。

該方法較適用于以區(qū)間形式給出的安全等級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并且其中的各個(gè)參數(shù)都是可以依據(jù)其他因素的變化而發(fā)生改變的，具有很強(qiáng)的可調(diào)節(jié)性和適應(yīng)性。

3 實(shí)例分析

首先用變權(quán)公式求每個(gè)2級(jí)指標(biāo)的變權(quán)重。以因素“應(yīng)急救援組織機(jī)構(gòu)”為例，其常權(quán)為0.16，指標(biāo)值為88，同一個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)其它因素的常權(quán)及指標(biāo)值也已給出，取0.2。由式（1），其變權(quán)重為

ω1（x1，…，x5）= =0.14

可看出由于該因素評(píng)價(jià)值太高了，經(jīng)過變權(quán)，其權(quán)重有所降低。其它因素的權(quán)重可同樣求取，結(jié)果見表2。

結(jié)合評(píng)價(jià)對(duì)象，取各指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)論域?yàn)閂={可忽略，可接受，基本可接受需改進(jìn)，需立即整改，不可接受}，以數(shù)值1～5分別表示這5個(gè)等級(jí)。本文中每個(gè)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)值以區(qū)間的形式給出，并且根據(jù)打分者的習(xí)慣與實(shí)際情況，給出標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間向量

Iab=（[a，b）1，[a，b）2，[a，b）3，[a，b）4，[a，b]5）=（[100，90），[100，80），[90，80），[80，60），[60，0]）（6）

根據(jù)Iab，構(gòu)造變動(dòng)區(qū)間的范圍矩陣Icd。

Icd=（[c，d]1，[c，d]2，[c，d]3，[c，d]4，[c，d]5）=（[100，70]，[100，60]，[90，40]，[60，0]，[40，0]） （7）

結(jié)合安全性指標(biāo)特點(diǎn)，確定指標(biāo)5個(gè)等級(jí)的N向量，N=（100 90 75 60 0）。

結(jié)合上述分析，對(duì)每個(gè)指標(biāo)的特征值應(yīng)用式（3）～式（5），并進(jìn)行歸一化操作，如此可得出每個(gè)指標(biāo)的安全隸屬度向量。例如，系統(tǒng)中第1個(gè)1級(jí)指標(biāo)—“應(yīng)急救援體系”下屬的5個(gè)2級(jí)指標(biāo)對(duì)級(jí)別k=1，2，3，4，5的安全隸屬度矩陣

（8）

可見相對(duì)差異函數(shù)在體現(xiàn)指標(biāo)物理意義同時(shí)，較好的實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)的模糊化。

應(yīng)用公式B=A？莓R，分別帶入常權(quán)和變權(quán)向量得到“應(yīng)急救援體系”因素的安全等級(jí)隸屬度向量。

代入常權(quán)：Rp1=[0.068 0.038 0.208 0.258 0.125]

代入變權(quán)：R =[0.066 0.033 0.232 0.305 0.101]

用級(jí)別特征值來判斷評(píng)價(jià)結(jié)果的優(yōu)劣。常權(quán)評(píng)價(jià)時(shí)，級(jí)別特征值為

Hp3=[1 2 3 4 5]B =2.43

安全等級(jí)為2級(jí)（可接受），偏向于2級(jí)可接受）。變權(quán)評(píng)價(jià)時(shí)，級(jí)別特征值為：

H'p3=[1 2 3 4 5]B =2.83

安全等級(jí)為2級(jí)，偏向于3級(jí)（基本可接受需改進(jìn)）。

同理可計(jì)算出另外3個(gè)1級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果，在實(shí)際計(jì)算中可忽略較差的底層指標(biāo)變權(quán)，無需對(duì)其進(jìn)行變權(quán)處理。礙于篇幅，本文直接給出了最終的計(jì)算結(jié)果。

該車站整體安全管理水平隸屬度向量為

B=A？莓R=[0.256 0.306 0.127 0.190 0.121]

級(jí)別特征值

H=（1 2 3 4 5）BT=2.6

安全等級(jí)為2級(jí)（可接受），偏向于3級(jí)。由此可知該車站的安全管理并未做到盡善盡美，還存在很多亟待完善的地方，應(yīng)及時(shí)采取有效應(yīng)對(duì)措施。

4 結(jié)論

①在實(shí)際的地鐵運(yùn)營安全評(píng)價(jià)工作中實(shí)施地鐵運(yùn)營安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)大有益處，但在實(shí)際應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)由于標(biāo)準(zhǔn)選值的主觀性較強(qiáng)，因此在計(jì)算安全隸屬度向量時(shí)最好選用相對(duì)差異函數(shù)來確定，如此不僅可解決主觀性強(qiáng)等不足，還具有適應(yīng)性強(qiáng)和可調(diào)節(jié)性強(qiáng)等優(yōu)勢。

②模糊綜合評(píng)價(jià)在整個(gè)地鐵運(yùn)營安全管理中舉足輕重，而變權(quán)方法對(duì)于模糊綜合評(píng)價(jià)又至關(guān)重要，通過變權(quán)調(diào)節(jié)可“懲罰”較差指標(biāo)，如此與常權(quán)相比變權(quán)的安全評(píng)價(jià)結(jié)果更加客觀、合理，其重要性不言而喻。

③地鐵作為重要的交通工具，對(duì)于地鐵運(yùn)營中的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)不可或缺，通過評(píng)價(jià)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)地鐵運(yùn)營中存在的安全性不足之處，從而及時(shí)采取有的放矢的應(yīng)對(duì)措施，十分有利于地鐵的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]李志東.地鐵運(yùn)營安全的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與管理[J].價(jià)值工程，2017，36（23）：54-56.

[2]王洪德，潘科，姜福東.基于AHP的影響城市地鐵運(yùn)營安全的危害分析及預(yù)防對(duì)策[J].鐵道學(xué)報(bào)，2017（02）.

[3]陳敬武，袁志學(xué)，黃耕，李雅.PPP項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的模糊綜合評(píng)價(jià)方法研究[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2006（05）：46-50.

[4]李德清，曾文藝.變權(quán)決策中均衡函數(shù)均衡效果[J].系統(tǒng)工程理論與實(shí)踐，2016，36（03）：712-718.

[5]Variable fuzzy assessmentmethod and its application in the evaluation of chemicalindustry park emergency response capability. Pan K，Jiang Q Y，Yan S Y. Progress inSafety Science and Technology. 2010.

[6]A fuzzy approach to construction project risk assessment[J] . A. Nieto-Morote，F(xiàn). Ruz-Vila. International Journal of Project Management. 2010（2）.

[7]吳賢國，沈梅芳，覃亞偉，滕佳穎，劉惠濤.基于變權(quán)和物元原理的地鐵基坑施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版），2016，49（06）：879-885.

[8]范英，李辰，晉民杰，王快，胡琴，馮子一.三角模糊數(shù)和層次分析法在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用研究[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2014（07）.

[9]韓豫，成虎.地鐵運(yùn)營安全集成管理模式的構(gòu)建[J].城市軌道交通研究，2015，18（12）：13-17.

[10]張藝凡，陳文瑛.地鐵運(yùn)營突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)模式的馬爾科夫鏈分析[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2015，25（02）：165-170.

[11]趙金先，王苗苗，張英.地鐵運(yùn)營應(yīng)急管理體系構(gòu)建研究[J].價(jià)值工程，2018，37（02）：33-34.