基于模糊綜合評價的城市軌道交通運營安全綜合評價

李曉培，段朝陽，孫 磊

(1.鐵道警察學院，河南 鄭州 450053；2.天津軌道交通運營集團，天津 300392)

黨的十八大以來，伴隨我國城鎮(zhèn)化快速發(fā)展大潮，我國城市軌道交通行業(yè)進入高質量發(fā)展的黃金期，由2012年底的17個城市2 064 km，到2019年12月的40個城市6 736.2 km，線路規(guī)模增加4 000多km，在城市公共交通系統(tǒng)中發(fā)揮著骨干作用。2019年9月25日，習近平總書記在考察北京市軌道交通建設發(fā)展情況時更是強調：城市軌道交通是現(xiàn)代大城市交通的發(fā)展方向。作為城市綜合交通體系的重要組成部分，城市軌道交通將是解決大城市病的有效途徑，也是建設綠色城市、智能城市的必然之路。

城市軌道交通運營里程的迅速增加、線網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，給城市軌道交通運行安全帶來了極大的壓力。由于其具有場地狹小、客流密度大、密閉程度高等特點，一旦發(fā)生危險事件，極易造成乘客傷亡和財產(chǎn)損失，社會影響十分巨大，后果極其嚴重。因此，對城市軌道交通運營安全進行研究具有重要意義。王茁等從成本、安全、服務三個方面對影響城市軌道交通運營安全的相關因素進行研究，建立城市軌道交通運營綜合評價指標體系模型，采用模糊評價對所建模型進行系統(tǒng)評價。楊紅梅從外部因素和內部因素兩個方面對城市軌道交通運營安全的影響因素進行歸納總結，構建了包括5個二級指標以及22個三級指標的風險評估指標體系，并基于梯形模糊數(shù)理論、最小平方法等方法，建立城市軌道交通運行綜合風險評估模型。本文以風險評估理論為基礎，對城市軌道交通運營安全的影響因素進行分析，建立城市軌道交通運營安全模糊綜合評價模型，最后通過實例進行綜合分析評價。

1 城市軌道交通運營安全影響因素構成分析

1.1 人員因素

人是城市軌道交通運營安全系統(tǒng)的控制因素。主要包括車站工作人員以及外部乘客等人員因素。車站工作人員有站務員、行車調度員、客運值班員、管理人員等等。人的不安全行為是影響城市軌道交通運營安全的重要因素之一，而這些造成運營安全事故的人為因素包括了乘客和車站工作人員的不安全行為因素。乘客因素即乘客的不文明行為、乘客跌落站臺、突發(fā)大客流可能導致的擁擠踩踏事件等等。車站工作人員的不安全因素主要有生理因素、心理因素和技術因素。主觀上由于人員安全意識麻痹、違規(guī)操作等不安全行為，客觀上由于人員操作技術不掌握、技術規(guī)章不熟悉、培訓教育針對性不強等原因。

1.2 設備因素

(1)車輛系統(tǒng)

車輛系統(tǒng)的重要危險源由于機械部位故障、電氣系統(tǒng)故障、制動系統(tǒng)故障、車門系統(tǒng)故障等主要部件的損壞、系統(tǒng)控制失常、誤操作、人為破壞等因素，造成列車火災、列車脫軌、列車相撞等事件。

(2)線路系統(tǒng)

線路系統(tǒng)的重要危險源為由于鋼軌折斷、無縫線路脹軌跑道、接觸軌故障、感應板燒損或變形、道岔傷損、道床病害造成的列車延誤、限速、停運，嚴重時可能引起列車脫軌等事件。

(3)供電系統(tǒng)

供電系統(tǒng)的重要危險源為由于牽引供電系統(tǒng)、動力供電系統(tǒng)故障造成大面積停電、運營中斷等事件。

(4)機電系統(tǒng)

機電系統(tǒng)的重要危險源為由于電梯、扶梯故障傷人，通風系統(tǒng)、動力照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)故障，防災報警系統(tǒng)(Fire Alarm System)、環(huán)境與設備監(jiān)控系統(tǒng)(Building Automatic System)應急情況下的不動作、誤動作等。

(5)通信信號系統(tǒng)

通信信號系統(tǒng)的重要危險源為由于地面ATP或車載ATP故障、道岔控制故障、信號聯(lián)鎖故障、調度指揮系統(tǒng)中斷，可能造成列車相撞、運行指揮失控、運營秩序混亂等事件。

(6)土建系統(tǒng)

土建系統(tǒng)的重要危險源為由于運營線路沉降、土建結構破損、異物侵限等原因造成，會引發(fā)列車運營中斷、列車脫軌等嚴重事故。

1.3 環(huán)境因素

即人員及相關設備設施所處的外部自然環(huán)境、內部的作業(yè)環(huán)境和社會環(huán)境等。

(1)自然環(huán)境

由于強風、暴雨、大雪、大霧等惡劣天氣或雷擊、地震等各類自然災害的發(fā)生，均會影響列車安全運營，可能導致設備故障及停機、基礎設施遭破壞等。

(2)內部環(huán)境

車站工作人員的作業(yè)環(huán)境涵蓋了站臺、站廳、通道、隧道等區(qū)域并包括這些區(qū)域內的濕度、溫度、照明等環(huán)境。工作環(huán)境在一定程度上會引起工作人員心理和生理上發(fā)生變化，并影響個人工作的進度和狀態(tài)。

(3)社會環(huán)境

社會環(huán)境方面主要由于乘客的不安全行為、侵入運營區(qū)域、威脅控制區(qū)安全、人為破壞和恐怖襲擊等，可能導致運營設備損壞、運營中斷及乘客傷害等。

1.4 管理因素

即對城市軌道交通運營安全相關的一切活動的管理和控制。管理方面的危險源主要是管理者不作為和管理不到位，規(guī)章制度落實不到位，隱患整改治理不到位等因素，可能造成人員、設備設施等方面的安全問題。影響城市軌道交通安全的管理因素，主要有：規(guī)章制度不完善、安全管理不到位、安全生產(chǎn)投入不足等。

影響城市軌道交通運營安全的人員因素、設備因素、環(huán)境因素、管理因素之間相互作用、相互影響，任何一類風險因素都有可能引發(fā)城市軌道交通運營安全事故。城市軌道交通運營安全事故致因分析如圖1所示。

圖1 城市軌道交通運營安全事故致因機理體系圖

2 城市軌道交通運營安全評價指標體系的構成

2.1 城市軌道交通風險評估指標體系

依據(jù)上文對城市軌道交通運營安全風險因素的分析，構建城市軌道交通運營安全風險評估指標體系層次結構。城市軌道交通運營安全風險評估指標體系由目標層、準則層、指標層3個層次構成。將城市軌道交通運營安全水平作為目標層，是風險評估的目的；將人員因素、設備因素、環(huán)境因素、管理因素作為準則層，反映目標層的因素；將乘客、車站工作人員、車輛系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信信號系統(tǒng)、線路系統(tǒng)、機電系統(tǒng)、土建系統(tǒng)、自然環(huán)境、內部工作環(huán)境、社會環(huán)境、規(guī)章制度、安全管理、安全投入等14個具有代表性的影響因素作為風險評估目標的指標層，從而確定了城市軌道交通運營安全風險評估指標體系，如圖2所示。

圖2 城市軌道交通運營安全風險評估指標體系

2.2 風險指標權重的確定

本文選取天津地鐵相關車站作為驗證對象，通過現(xiàn)場調研、咨詢專家學者、收集文獻資料等方式，對大量數(shù)據(jù)進行整理分析，以此為基礎對該市城市軌道交通運營安全模糊綜合評判模型進行驗證。

(1)構建判斷矩陣

參照判斷尺度，依據(jù)搜集的大量事故數(shù)據(jù)進行分析，并邀請相關領域專家對各影響因素進行兩兩關系分析，基于層次分析法最終確定如表1～表5所示的各影響因素判斷矩陣。

表1 風險指標層A-Bi判斷矩陣

表2 風險指標層B1-Ci判斷矩陣

表3 風險指標層B1-C1判斷矩陣

表4 風險指標層C3-C1判斷矩陣

表5 風險指標層B4-C1判斷矩陣

(2)層次總排序及一致性檢驗

由表1～表5可知，每個風險指標層的一致性檢驗結果都是CR<0.10，表明其一致性都在可接受范圍內。因此最終得到各個指標的權重排序情況如表6所示。

表6 城市軌道交通運營安全指標權重匯總表

①在城市軌道交通運營安全風險綜合評價中，由表6可知設備因素在四大運營安全影響因素中權重最大，權重值為0.587 2。它的下一層指標中，通信信號系統(tǒng)指標所在的權重最大，高于設備因素指標中同層次的其他各個指標。表明在城市軌道交通運營系統(tǒng)中，設備因素對于城市軌道交通運營安全起著至關重要的作用，而通信信號系統(tǒng)的可靠性和安全性對于城市軌道交通運營安全十分關鍵，需要提高通信信號系統(tǒng)的安全性和可靠性。

②從表6可知人員因素指標權重為0.217 9，在準則層中排在了第二位，其下一層指標中乘客指標權重最大。表明在城市軌道交通運營系統(tǒng)中，乘客的素質以及安全意識還有待于提高。需要著重加強針對公眾文明安全乘車的培訓教育，提高乘客的自身素質和公共安全意識以及突發(fā)事件應對能力，同時也要加強車站工作人員的工作能力和職業(yè)素質。

③從表6可知環(huán)境因素指標權重在四大運營安全影響因素的指標權重中排第三位，為0.122 8，它的下一層指標中社會環(huán)境的權重最大。這表明近幾年社會治安事件在人員較為密集的地鐵中發(fā)生的現(xiàn)象越來越多。因此加強地鐵的安全防范措施也是地鐵發(fā)展過程中不可或缺的一個環(huán)節(jié)。

④從表6可以看出管理因素指標權重為0.072 2，在準則層中排在了第四位。它的下一層指標中規(guī)章制度所在的權重最大。這也說明規(guī)章制度是城市軌道交通系統(tǒng)高效運行、安全管理的前提。規(guī)章制度的不完善，可能會導致安全措施制定不夠規(guī)范、安全管理出現(xiàn)漏洞、管理職責分配不清、面對安全隱患時交流溝通存在困難等問題，這些都會降低城市軌道交通系統(tǒng)的安全性。因此要重視健全完善的規(guī)章制度對于城市軌道交通運營安全的重要性。

3 城市軌道交通運營安全系統(tǒng)模糊綜合評價

對該市城市軌道交通運營系統(tǒng)按照人員因素、設備因素、環(huán)境因素、管理因素四個方面的因素進行模糊綜合評價。為了更好地評價該市城市軌道交通運營系統(tǒng)，我們采用調查問卷的方法征詢相關地鐵員工及有關研究領域的科研學者，對評價指標的各項因素進行打分，根據(jù)每位專家打分，統(tǒng)計其所屬的范圍(即在每個范圍內專家打分的所占的比例)，以獲得有關城市軌道交通運營系統(tǒng)的相關評價數(shù)據(jù)。在城市軌道交通運營安全水平的評價中，我們取評價集為{很安全，較為安全，安全，較不安全，很不安全}。

3.1 人員因素評價

首先對人員因素的二級指標進行量化評價，包括乘客、車站工作人員兩個方面，得到如下結果。

人員因素評價矩陣

由表2可得各單因素的權重是

W1=(0.833 3,0.166 7)

計算評判矩陣

B1=W1·R1=(0.833 3,0.166 7)·

=(0.196 7,0.316 7,0.403 3,0.066 7,0.0167)

進行歸一化處理后得

3.2 設備因素評價

對設備因素的二級指標車輛系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等六個方面進行量化評價，結果如表8所示。

表7 人員因素評價表

表8 設備因素評價表

計算過程如3.1所示，最終進行歸一化處理后得

3.3 環(huán)境因素評價

對環(huán)境因素的二級指標自然環(huán)境、內部工作環(huán)境、社會環(huán)境等三個方面進行量化評價，結果如表9所示。

表9 環(huán)境因素評價表

計算過程如3.1所示，最終進行歸一化處理后得

3.4 管理因素評價

對管理因素的二級指標規(guī)章制度、安全管理、安全投入等三個方面進行量化評價，結果如表10所示。

表10 管理因素評價表

計算過程如3.1所示，最終進行歸一化處理后得

3.5 評價結果分析

根據(jù)量化評價分級表11可得

表11 量化評價分級表

因此人員因素、設備因素、環(huán)境因素、管理因素的得分依次為3.610 3，3.803 5，3.802 4，4.136 1，其中人員因素、設備因素、環(huán)境因素均處于較為安全與安全之間，管理因素處于很安全與較為安全之間。這幾個因素的安全級別排序為：管理因素>設備因素>環(huán)境因素>人員因素。

對人員、設備、環(huán)境、管理等四個因素進行模糊綜合評價后，再對城市軌道交通運營安全水平進行綜合評價。城市軌道交通運營安全水平的單因素評價矩陣為

B=W·R=(0.217 9,0.587 2,0.122 8,0.072 2)·

=(0.211 7,0.436 7,0.292 0,0.044 8,0.014 9)

則該城市軌道交通運營系統(tǒng)安全評價總得分為

通過以上計算可得，該城市軌道交通系統(tǒng)安全水平的綜合評價分值為3.785 8，因此，整個系統(tǒng)安全級別處于中等偏好的安全水平。其中人員因素和環(huán)境因素的評價分值比較低，應加以重點防護，提高其安全等級。

4 結 論

本文基于風險評估理論，從人員因素、設備因素、環(huán)境因素、管理因素等四個方面構建城市軌道交通運營安全綜合評價指標體系，提煉出包括乘客、車站工作人員、車輛系統(tǒng)在內的14個二級指標，采用層次分析法來確定各個指標權重，基于模糊綜合評價模型對天津城市軌道交通運營安全風險評估做了相關研究，通過實證分析得出其處于安全到較為安全的水平，說明該市的城市軌道交通運營安全水平達到了比較滿意的程度。