基于AHP-TOPSIS 的城市軌道 交通應急演練評估研究

李 嶸，劉志鋼，潘寒川，王華聲

（1.上海工程技術大學 城市軌道交通學院，上海 201600；2.上海申通地鐵集團有限公司 運營管理 中心，上海 200070)

0 引言

隨著近年來城市化進程加快，城市軌道交通進入網(wǎng)絡化運營階段，網(wǎng)絡負荷壓力不斷增大，部分線路高峰運能運量矛盾特別突出，某一條線路發(fā)生故障、突發(fā)事件必然會影響到關聯(lián)線路，甚至波及整個網(wǎng)絡。同時，超大規(guī)模網(wǎng)絡裝備系統(tǒng)的制式種類多、集成度差異大、兼容程度不同等特征更加凸顯，對系統(tǒng)運營的穩(wěn)定性及設備維護的難度提出了更高的要求。

為了應對各種突發(fā)情況和自然災害對城市軌道交通運營帶來的影響，完善應急處置機制對加快城市軌道交通整體建設，推動城市公共交通體系發(fā)展起到重要作用。應急演練主要是通過模擬相關突發(fā)事件、故障、事故的場景，檢驗各種應急條件下運營管理人員、設施設備等方面的總體協(xié)調(diào)性，檢驗相關規(guī)章、預案的可行性。

在歸納吸收各地城市軌道交通應急演練經(jīng)驗的基礎上，設計應急演練科目庫，主要有以下4 類：行車作業(yè)類、綜合實戰(zhàn)類、客運組織類、桌面推演類。根據(jù)網(wǎng)絡化與非成網(wǎng)城市軌道交通系統(tǒng)、新開通線路和既有線路的不同，演練科目側(cè)重點有所不同，可根據(jù)實際需求合理選擇相應演練科目、把控演練的數(shù)量和強度。

應急演練能夠起到檢驗預案、完善應急準備、鍛煉隊伍、磨合機制的目的，在突發(fā)事件發(fā)生時一線工作人員可以及時、妥善地應對，做好行車和客運工作，保證正常運營，并在實戰(zhàn)演練中尋找預案中不合理之處，提出整改建議。應急演練客觀上因班制及時間、設備等客觀條件所限，科目無法覆蓋各線路各車站全部班組人員，而且演練無法真實模擬突發(fā)事件現(xiàn)場情況及設備故障情況，人員疏散、搶修等關鍵環(huán)節(jié)操作及相應評估環(huán)節(jié)浮于表面。主觀上參演工作人員為應付考核，存在“演”大于“練”現(xiàn)象，安全生產(chǎn)意識未深入其心；部分應急演練評估人員為內(nèi)部人員，存在規(guī)避問題、單位間推諉責任現(xiàn)象，整改落實不到位，不利于發(fā)揮應急演練作用。

目前各地城市軌道交通企業(yè)已經(jīng)建立起多層次的應急管理體系并定期開展應急演練，而采用合適評估方法對應急演練進行評價，不僅可以保證演練的質(zhì)量，還可以直觀評價演練的關鍵環(huán)節(jié)，及時發(fā)現(xiàn)問題及總結(jié)經(jīng)驗，服務于日常的生產(chǎn)作業(yè)。然而，目前尚未有一種準確而有針對性的演練評估方法，演練效果大多由評估者憑經(jīng)驗進行判斷。因此，基于既有經(jīng)驗及相關方法[1-6]，設計AHPTOPSIS 綜合評價方法，對城市軌道交通應急演練進行評估，通過算例分析驗證其有效性。

1 建立基于 AHP-TOPSIS 的城市軌道交通應急演練評估模型

AHP-TOPSIS 綜合評價模型將層次分析法AHP 與TOPSIS 法兩者有機結(jié)合，先采用層次分析法將多目標決策問題細化分解為若干層次的準則及指標，將定性指標模糊量化求出各指標的權重值[7-8]，再使用TOPSIS 法將層次分析法得出的權重值進行排序[8]，使評估結(jié)果在最大程度上合理地反映專家的主觀意向。構建基于AHP-TOPSIS的城市軌道交通應急演練評估模型，對城市軌道交通應急演練進行評估。

1.1 構造判斷矩陣

采用1—9 標度法構造判斷矩陣，指標相對重要性比較標準如表1 所示[7]。記aij為指標i與指標j的比值，n為指標個數(shù)，通過各級指標層判斷因子之間的兩兩比較得到判斷矩陣為

表1 指標相對重要性比較標準Tab.1 Comparison of relative importance of indicators

1.2 一致性檢驗及指標權重的計算

計算判斷矩陣A的特征向量與最大特征值，從而確定下一層要素對上一層要素的權向量，再進行一致性檢驗，一致性指標CI及一致性比率CR計算公式如下。

判斷矩陣A的最大特征根為λ，若CI= 0，則判斷矩陣具有一致性，CI越大，不一致性越大，RI為對應的平均隨機一致性指標，平均隨機一致性指標RI取值參考如表2 所示。當CR＜ 0.1 時，則通過一致性檢驗，當CR＞ 0.1 時，則需要調(diào)整判斷矩陣元素值，重新進行檢驗。

表2 平均隨機一致性指標RI 取值參考表Tab.2 Average RI value reference table

采用幾何平均法計算指標權重，步驟如下。

（1）將需要計算的層次對應的判斷矩陣A各行的元素相乘得一新向量mi。

（2）計算mi的n次方根w—i。

（3）將所得向量歸一化得到相應權重值wi。

當計算出準則層的相對權重w= (w1，w2，…，wk)后，同理進行下級指標層相對權重的計算。

1.3 建立加權標準化決策矩陣

設有B1，B2，…，Bm m個方案組成方案集B= {B1，B2，…，Bm}，每個方案的判斷指標X1，X2，…，Xm組成指標集X= {X1，X2，…，Xn}，相應的判斷指標記為Xij= (i= 1，2，…，m；j= 1，2，…，n)，其中Xij表示第i個方案中第j個評判指標，則建立初始評判矩陣B為

矩陣B的每列與層次分析法確定的各指標權重w相乘得到加權標準化決策矩陣C為

1.4 確定正負理想解及距離計算

TOPSIS 法是多屬性決策中的一類根據(jù)理想目標相似性的次序選優(yōu)方法。其正、負理想解可表示為

式中：C+，C-分別為正、負理想解；J1，J2分別為效益型指標集和成本型指標集。

評價對象與正、負理想解的相對距離可表示為

式中：di+，di-分別為評判對象與正、負理想解的距離；cj+，cj-分別為C+和C-中對應的元素。

1.5 計算各評價對象的相對貼近度

評價對象與正理想解的貼近度可表示為

式中：Ei+為評價對象與正理想解的貼近度，Ei+越大則表示對應對象越接近正理想解，通過對評價對象的貼近度值進行排序，以實現(xiàn)對方案的評價。

綜合評價向量F可以表示為

式中：E為由評價對象的貼近度值構成的評價矩陣；W為層次分析法計算所得的權重。

2 實例應用

上海城市軌道交通大連路站位于上海市楊浦區(qū)與虹口區(qū)之間的大連路長陽路交叉口處。大連路站是上海城市軌道交通4 號線與12 號線接駁換乘車站，為地下島式車站，承擔著巨大的旅客運輸壓力，高峰時期若出現(xiàn)突發(fā)情況導致故障，勢必在短時間內(nèi)造成大量乘客滯留，帶來不可預估的負面影響，因而選用此站作為演練車站。

2.1 構建城市軌道交通應急演練評估指標體系

結(jié)合各地城市軌道交通運營單位經(jīng)驗及若干位專家論證[4-6]，分析大客流應急處置演練影響因素，從目標層O，準則層C，指標層P3 個層次建立多級遞階層次結(jié)構指標體系。目標層O為大客流處置演練執(zhí)行效果；準則層C包括協(xié)調(diào)指揮C1、信息傳遞C2、關鍵流程控制C3、運營恢復C4；指標層P包括調(diào)度有序指揮車站及列車等20 項，大客流綜合處置演練評估指標體系如圖1 所示。

2.2 基于AHP-TOPSIS 的城市軌道交通應急演練評估應用

結(jié)合圖1 中構建的評價體系，參考各地城市軌道交通應急處置的經(jīng)驗及若干專家的評定結(jié)果，建立準則層對應的判斷矩陣A為

通過計算可得最大特征根λmax值為4，一致性檢驗結(jié)果CR= 0 ＜ 0.1，通過檢驗。根據(jù)公式 ⑷至公式 ⑹，計算準則層指標的權重值：w1= 0.333，w2= 0.067，w3= 0.400，w4= 0.200。

同理計算可得指標層各指標的權重值，權重排序表如表3 所示。由表3 可以看出評價大客流處置演練的指標排名前5 項為：值班站長有序指揮車站P12， 調(diào)度有序指揮車站及列車P11，乘客疏導與秩序維護P35，應急公交接駁預案啟動P32，車站內(nèi)限流措施P33。

現(xiàn)有大連路站全部4 個班組A，B，C，D，評估人員根據(jù)演練現(xiàn)場情況，按操作無失誤記10 分，對規(guī)章制度不熟，處置動作或語言不到位記7.5 分，有遺漏或違反規(guī)章、預案內(nèi)容記5分，對行車安全、人員安全、設備完好性存在威脅記2.5 分，嚴重影響演練進行，或造成人員受傷、設備損壞的情況記0 分，各班組得分如表4 所示。

以協(xié)調(diào)指揮C1指標為例，根據(jù)公式 ⑻ 可得加權標準化決策矩陣為

根據(jù)公式 ⑼至公式 ⑾，計算正、負理想解及各方案與其貼進度為

圖1 大客流綜合處置演練評估指標體系圖Fig.1 Evaluation index system for large passenger flow integrated handling and drilling

表3 權重排序表Tab.3 Weight sequence

由此可得出結(jié)論，在協(xié)調(diào)指揮方面各班組排序為B＞D＞C＞A，班組B為最優(yōu)。同理可計算出其余3 個方面各方案與對應正理想解的貼進度為

可知在信息傳遞方面各班組排序為D＞B＞A＞C， 班組D為最優(yōu)；在關鍵流程控制方面各班組排序為D＞C＞B＞A，班組D為最優(yōu)；在運營恢復方面各班組排序為D＞C＞A＞B，班組D為最優(yōu)。

使用層次分析法得出的準則層各指標權重為W= (0.333，0.067，0.400，0.200)

由貼近度構造的評價矩陣為

根據(jù)公式 ⑿ 可得

綜上所述可得各班組的綜合優(yōu)越度分別為0.317，0.473，0.448，0.573，各班組優(yōu)劣排序依次為：D＞B＞C＞A，即班組D在此次演練中表現(xiàn)最為出色。

從協(xié)調(diào)指揮指標評判結(jié)果來看，班組D的表現(xiàn)要劣于班組B，但其他3 項指標皆為最優(yōu)，可在此統(tǒng)籌指揮相關操作上加以改進，精益求精；其他班組對于自身的不足之處也可對癥下藥，向優(yōu)于自己的其他班組學習取經(jīng)。

3 研究結(jié)論

研究構建的應急演練評估模型形式簡潔易于學習，適用于同站不同班組演練情況橫向的比較和若干車站演練情況縱向的比較，同時也適用于其他演練科目的評估。精確定位各處置階段的薄弱環(huán)節(jié)，通過會議總結(jié)或桌面推演的形式反饋給參演人員，使其認識到自身的不足，加深對規(guī)章及預案的理解，提高自身應急情況的處置水平，同時也發(fā)掘演練與應急方案中的可改進之處再進行修訂，將應急演練真正作用于日常運營。

（1）研究根據(jù)層次分析法原理建立了以大客流應急處置演練為例的評價指標體系，從統(tǒng)籌指揮、信息傳遞、關鍵流程控制、運營恢復4 個方面確定影響演練效果的20 項子指標，經(jīng)專家評定確定相應權重，更改對應準則、指標可以實現(xiàn)對其他科目演練的評估。

（2）建立AHP-TOPSIS 綜合評價模型，通過同車站4 個班組對同一演練的處置情況，得出對目標層演練綜合效果的排序及各準則層的與正理想解貼近度的排序，直觀體現(xiàn)各評估對象4 個方面中的優(yōu)勢與短板。

（3）經(jīng)應急演練評估的實踐運用，使用AHPTOPSIS 綜合評價的演練評估結(jié)果可行且合理，避免了因指標過多而難以分配權重的弊端，實現(xiàn)了對演練評估定性指標到定量指標的轉(zhuǎn)化。