宋守信 姚德志 肖楚陽(yáng)

(北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,100044,北京//第一作者,教授)

基于多級(jí)可拓評(píng)價(jià)方法的大客流擾動(dòng)下地鐵脆弱性研究*

宋守信 姚德志 肖楚陽(yáng)

(北京交通大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,100044,北京//第一作者,教授)

根據(jù)地鐵運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外脆弱性相關(guān)領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,構(gòu)建地鐵在大客流擾動(dòng)下脆弱性的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。運(yùn)用多級(jí)可拓理論,建立地鐵在大客流擾動(dòng)下脆弱性的多級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型。以北京地鐵為例,確定北京某地鐵站在大客流擾動(dòng)下脆弱性的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),并根據(jù)所得結(jié)果提出優(yōu)化措施,為我國(guó)地鐵在大客流擾動(dòng)下脆弱性評(píng)價(jià)提供一種新的評(píng)價(jià)方法。

地鐵; 大客流擾動(dòng); 脆弱性; 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系; 多級(jí)可拓評(píng)價(jià)方法

Author′s address School of Economics and Management,Beijing Jiaotong University,100044,Beijing,China

隨著地鐵網(wǎng)絡(luò)的不斷擴(kuò)展,地鐵系統(tǒng)的客運(yùn)量急劇增加。在此情況下,地鐵車(chē)站日益暴露出自身的脆弱性,其所產(chǎn)生的影響也越來(lái)越引起社會(huì)廣泛關(guān)注。因此,研究大客流條件下地鐵車(chē)站的脆弱性問(wèn)題顯得極具意義。本文力求在建立科學(xué)合理的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上,采用專(zhuān)家訪談法結(jié)合層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重;以可拓評(píng)價(jià)為核心,將可拓學(xué)中的物元理論與關(guān)聯(lián)函數(shù)等概念運(yùn)用于大客流條件下地鐵車(chē)站的脆弱性評(píng)價(jià)中,構(gòu)建了地鐵在大客流條件下脆弱性評(píng)價(jià)的多級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型。

1 有關(guān)文獻(xiàn)綜述

脆弱性作為學(xué)術(shù)界研究的熱門(mén)話題,早期出現(xiàn)在自然科學(xué)領(lǐng)域。1968年Margat首次提出了“地下水脆弱性”這一術(shù)語(yǔ),他認(rèn)為地下水脆弱性是地下水對(duì)外來(lái)污染物的自我保護(hù)[1]。其后脆弱性逐漸從自然科學(xué)領(lǐng)域向各個(gè)學(xué)科拓展,包括災(zāi)害學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和社會(huì)科學(xué)等。由于學(xué)科背景、研究對(duì)象的差異,對(duì)脆弱性概念的界定也迥然不同。文獻(xiàn)[2]對(duì)脆弱性的概念進(jìn)行總結(jié)歸納后提出,脆弱性是指由于系統(tǒng)(子系統(tǒng)、系統(tǒng)的組分)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)外部擾動(dòng)的敏感性以及缺乏應(yīng)對(duì)能力從而使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能容易發(fā)生改變的一種屬性。雖然目前學(xué)術(shù)界對(duì)脆弱性這一概念的認(rèn)知日漸統(tǒng)一,但就其具體構(gòu)成因素依然存在較大分歧。文獻(xiàn)[3]指出系統(tǒng)所承受的壓力及其敏感性和適應(yīng)能力是構(gòu)成系統(tǒng)脆弱性的重要組成部分。文獻(xiàn)[4]則認(rèn)為脆弱性構(gòu)成因素主要包括敏感性和響應(yīng)能力,而暴露不是脆弱性的組成成分,應(yīng)將其看作是系統(tǒng)與外力干擾之間聯(lián)系的一種特征。

地鐵車(chē)站為典型的人員密集場(chǎng)所,而且處于地下空間,形成相對(duì)獨(dú)立、封閉的系統(tǒng)，遇到緊急情況時(shí),進(jìn)行大規(guī)模的人員疏散易受到限制。在地鐵實(shí)際運(yùn)營(yíng)中一旦遇到大客流擾動(dòng),如節(jié)假日或地鐵沿線舉行大型活動(dòng)時(shí)，易造成突發(fā)大客流,大量乘客涌入車(chē)站,使得站內(nèi)通道、扶梯等空間狹小區(qū)域內(nèi)的人員密度驟然增加,超過(guò)其設(shè)計(jì)最大人員荷載度,甚至可能引發(fā)踩踏事故,造成嚴(yán)重的生命財(cái)產(chǎn)損失。因而地鐵在大客流條件下的脆弱性研究逐漸興起。但現(xiàn)階段已有的脆弱性研究主要集中在地鐵網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)方面,以大客流為背景從運(yùn)營(yíng)組織角度進(jìn)行分析的較少。[5]采用層次分析法對(duì)地鐵在大客流條件下的脆弱性進(jìn)行研究,并提出有關(guān)對(duì)策;文獻(xiàn)[6]提出地鐵車(chē)站在超大客流下的疏散策略;文獻(xiàn)[7]從系統(tǒng)的角度出發(fā),提出了大客流情況下的行車(chē)組織和車(chē)站客流控制方式;文獻(xiàn)[8]將地鐵車(chē)站運(yùn)營(yíng)脆弱性構(gòu)成要素定義為暴露度、敏感度和適應(yīng)度,以此構(gòu)建脆弱性評(píng)價(jià)體系。在現(xiàn)有大客流脆弱性研究方面,文獻(xiàn)[5]將地鐵車(chē)站大客流下脆弱性要素分為暴露性、敏感性、適應(yīng)性,應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法和模糊綜合分析法進(jìn)行分析,得到了車(chē)站具體的暴露度、敏感度和適應(yīng)度,并利用這三個(gè)值得到地鐵綜合脆弱度,編制脆弱度分級(jí)量表。文獻(xiàn)[5]充實(shí)了我國(guó)在這方面的研究,有利于在大客流下地鐵脆弱性評(píng)價(jià)工作的展開(kāi)。但文獻(xiàn)[5]也存在缺陷與不足,如采用的評(píng)價(jià)方法為綜合賦值法,忽略了某些單一因素或單項(xiàng)部分在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中的重要性。考慮到地鐵大客流情況下脆弱性影響因素之間的內(nèi)在聯(lián)系,有必要建立一套完備的脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并采用更加合理的評(píng)價(jià)方法對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià),確定其脆弱性等級(jí)。

本文嘗試在地鐵脆弱性評(píng)價(jià)中引入多級(jí)可拓評(píng)價(jià)方法?？赏卦u(píng)價(jià)方法是可拓學(xué)在實(shí)際研究中的主要應(yīng)用之一?？赏貙W(xué)的核心觀點(diǎn)為物元理論,物元是以事物、特征及事物關(guān)于該特征的量值三者所組成的有序三元組,記為R=(事物,特征,量值)=(N,C,V),這與脆弱性評(píng)價(jià)中要建立指標(biāo)和被評(píng)價(jià)事物之間映射關(guān)系的思想是一致的。該方法既能表達(dá)被評(píng)價(jià)對(duì)象狀態(tài)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度,也可以反映被評(píng)價(jià)對(duì)象質(zhì)變的動(dòng)態(tài)過(guò)程[9]。文獻(xiàn)[9-10]將可拓評(píng)價(jià)方法應(yīng)用在地鐵運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)中,并取得了與實(shí)際情況相一致的評(píng)價(jià)結(jié)果。本文引入多級(jí)可拓評(píng)價(jià)方法,在于完善大客流下地鐵脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2 多級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型

設(shè)R表示物元,C為評(píng)判因素集,C={C1,C2,…,Cn},其中n為評(píng)判因素的個(gè)數(shù)。評(píng)判因素集是脆弱性的特征指標(biāo)。根據(jù)影響被評(píng)價(jià)對(duì)象的各因素的特征及其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí),建立脆弱性等級(jí)域U[8]。

2.1 確定經(jīng)典域和節(jié)域

經(jīng)典域指各指標(biāo)在評(píng)價(jià)指標(biāo)中所確定的量值范圍。節(jié)域則指各指標(biāo)的實(shí)際取值范圍。

令

(1)

式中:

Rj——地鐵車(chē)站大客流擾動(dòng)下脆弱性等級(jí)經(jīng)典域;

Vj——脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)C關(guān)于脆弱性等級(jí)Uj所確定的取值范圍。

令

(2)

式中：

Ru——節(jié)域;

U——脆弱性級(jí)別的全體;

Vu——評(píng)價(jià)指標(biāo)C關(guān)于U所確定的取值范圍。

2.2 確定待評(píng)物元

由于設(shè)置的評(píng)價(jià)指標(biāo)層級(jí)較多，這里以第i個(gè)待評(píng)的一級(jí)指標(biāo)為例確定其評(píng)級(jí)物元。對(duì)待評(píng)價(jià)對(duì)象,將實(shí)際所評(píng)分?jǐn)?shù)用Ri(i表示指標(biāo)的級(jí)數(shù)，i={1,2,3})表示:

(3)

式中:

N——待評(píng)對(duì)象,即地鐵車(chē)站大客流擾動(dòng)下脆弱性;

Vp——待評(píng)對(duì)象N在評(píng)價(jià)指標(biāo)Cp下所得的具體分值,其中p為第i+1級(jí)指標(biāo)中所包含的隸屬于上級(jí)指標(biāo)的子指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

2.3 構(gòu)建關(guān)聯(lián)函數(shù)

(4)

其中

(5)

(6)

式中:

kj(ci)——隸屬于Ci的下一級(jí)指標(biāo)關(guān)于脆弱性等級(jí)j(j={1,2,…,m})的關(guān)聯(lián)度。

2.4 多級(jí)可拓評(píng)價(jià)

2.4.1 一級(jí)評(píng)價(jià)

一級(jí)評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)對(duì)象為二級(jí)指標(biāo)。二級(jí)指標(biāo)對(duì)各脆弱度等級(jí)的關(guān)聯(lián)矩陣k(bi)由三級(jí)指標(biāo)對(duì)脆弱度各等級(jí)的關(guān)聯(lián)矩陣k(ci)與三級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量wci相乘得到。即：

(7)

2.4.2 二級(jí)評(píng)價(jià)

二級(jí)評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)對(duì)象為一級(jí)指標(biāo)。一級(jí)指標(biāo)對(duì)各脆弱度等級(jí)的關(guān)聯(lián)矩陣k(ai)由二級(jí)指標(biāo)對(duì)脆弱度各等級(jí)的關(guān)聯(lián)矩陣k(bi)與二級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量wbi相乘得到。即：

(8)

2.4.3 三級(jí)評(píng)價(jià)

將一級(jí)指標(biāo)對(duì)脆弱度各等級(jí)的關(guān)聯(lián)矩陣k(ai)與一級(jí)指標(biāo)的權(quán)重向量wai相乘,確定待評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)各脆弱度等級(jí)的關(guān)聯(lián)矩陣k(N)。

(9)

2.5 脆弱性等級(jí)確定

若kj(N)=maxj={1,2,…,m}kj(N),則稱(chēng)待評(píng)價(jià)對(duì)象N的脆弱性等級(jí)屬于等級(jí)j。

(10)

(11)

稱(chēng)j*為地鐵在大客流下脆弱性的級(jí)別變量特征值,即屬于某脆弱級(jí)別程度。

3 大客流下地鐵脆弱性評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

采用多級(jí)可拓評(píng)價(jià)法對(duì)大客流下地鐵的脆弱性進(jìn)行評(píng)價(jià),以確定其脆弱性等級(jí)。筆者認(rèn)為,大客流下地鐵脆弱性應(yīng)包括運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的暴露度、敏感度和適應(yīng)度三個(gè)方面。其中，暴露度是指承載體暴露于致災(zāi)環(huán)境中的時(shí)間、頻率與強(qiáng)度;敏感度為承載體對(duì)外界環(huán)境的感知與承受能力;適應(yīng)度則指承載體的自我調(diào)整與恢復(fù)能力。對(duì)15位來(lái)自高校、設(shè)計(jì)院、地鐵運(yùn)營(yíng)公司從事安全管理、安全設(shè)計(jì)、地鐵安全管理等領(lǐng)域的專(zhuān)家進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查和指標(biāo)篩選,結(jié)合文獻(xiàn)[11]建立地鐵在大客流下的脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,進(jìn)行車(chē)站脆弱性評(píng)價(jià)工作。指標(biāo)共涉及37項(xiàng),每項(xiàng)滿分為100分,根據(jù)專(zhuān)家對(duì)每項(xiàng)指標(biāo)打分情況,依據(jù)貢獻(xiàn)度的計(jì)算方法,計(jì)算出每一項(xiàng)指標(biāo)的綜合脆弱性得分。以北京市某地鐵為待評(píng)價(jià)對(duì)象進(jìn)行打分,結(jié)果見(jiàn)表1。

目前對(duì)地鐵脆弱性的研究尚處于起步階段,對(duì)于脆弱性的定量分析和等級(jí)劃分還沒(méi)有權(quán)威性的定論和標(biāo)準(zhǔn)。本文結(jié)合已討論出的各項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)專(zhuān)家的意見(jiàn)與建議,參考文獻(xiàn)[12]劃定大客流下地鐵脆弱性等級(jí)(見(jiàn)表2)。

4 實(shí)例分析

以北京某地鐵站為例，對(duì)其在大客流擾動(dòng)下的脆弱性進(jìn)行可拓綜合評(píng)價(jià),檢驗(yàn)該方法在相關(guān)研究領(lǐng)域中運(yùn)用的可行性及合理性。根據(jù)表 1 和表 2,建立多級(jí)可拓脆弱性等級(jí)域U={U1,U2,U3}={重度脆弱區(qū),中度脆弱區(qū),輕度脆弱區(qū)}。一級(jí)評(píng)價(jià)因素集為A={A1,A2,A3}。

限于篇幅,以“設(shè)備”及其下屬的三級(jí)指標(biāo)為例演示計(jì)算的過(guò)程。

(1) 根據(jù)表2和式(1)、(2)確定“設(shè)備的暴露性B4”及其三級(jí)指標(biāo)的經(jīng)典域和節(jié)域。其經(jīng)典域?yàn)?

表1 大客流下北京某地鐵站脆弱性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及評(píng)分值

表2 大客流下地鐵脆弱性等級(jí)表

其節(jié)域?yàn)?

(2) 確定“設(shè)備的暴露性B4”的待評(píng)物元為R2,其下三級(jí)指標(biāo)B4={C20,C21,…,C24},V4={v20,v21,…,v24}為評(píng)分分值。

(3) 計(jì)算關(guān)聯(lián)度。待評(píng)價(jià)物元R2中三級(jí)指標(biāo)“高峰期持續(xù)時(shí)間”的評(píng)分值v20=78,運(yùn)用式(4)～式(6)可計(jì)算該三級(jí)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度。

則可得關(guān)聯(lián)度:

同理可得“設(shè)備”其他三級(jí)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度,見(jiàn)表1。其余三級(jí)指標(biāo)的實(shí)際評(píng)分、關(guān)聯(lián)度等參數(shù)見(jiàn)表1。

(4) 多級(jí)可拓評(píng)價(jià)。根據(jù)表1中的三級(jí)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度和一、二、三級(jí)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行多級(jí)可拓評(píng)價(jià),并確定評(píng)價(jià)結(jié)果。

①一級(jí)評(píng)價(jià),確定二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)針對(duì)各脆弱性等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。以二級(jí)指標(biāo)中的“設(shè)備暴露度B4”為例,計(jì)算二級(jí)指標(biāo)脆弱性關(guān)聯(lián)度。

K(B4)=[0.024 0,0.067 1,0.023 3,0.235 1,0.650 5]·

[0.378 3,-0.201 2,-0.424 3]

其余的二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)針對(duì)各脆弱性等級(jí)的關(guān)聯(lián)度見(jiàn)表3。

②二級(jí)評(píng)價(jià),確定一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)針對(duì)各脆弱性等級(jí)的關(guān)聯(lián)度。以一級(jí)指標(biāo)中的“設(shè)備A2”為例,計(jì)算一級(jí)指標(biāo)脆弱性關(guān)聯(lián)度。

表3 北京某地鐵站脆弱性評(píng)價(jià)二級(jí)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度表

K(A2)=[0.081 1,0.576 9,0.342 0]·

[-0.112 9,0.070 3,-0.309 0]

其余的一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)針對(duì)各脆弱性等級(jí)的關(guān)聯(lián)度見(jiàn)表4。

③三級(jí)評(píng)價(jià),確定待評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)各脆弱性等級(jí)的關(guān)聯(lián)矩陣K(N)。

[0.185 5,-0.040 2,-0.393 0]

由于maxj={1,2,3}kj(N)=k1(N),即北京某地鐵站在大客流下脆弱性等級(jí)屬于1級(jí)(重度脆弱)。同時(shí)可求得j*=1.378 8,說(shuō)明該站在大客流下脆弱性等級(jí)為1.378 8級(jí)。

表4 北京某地鐵站一級(jí)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度及評(píng)價(jià)目標(biāo)計(jì)算結(jié)果

(5) 評(píng)價(jià)結(jié)果分析。由脆弱性可拓評(píng)價(jià)結(jié)果可知,該站脆弱性等級(jí)為1級(jí),即屬于重度脆弱區(qū)。此結(jié)果基本符合實(shí)際調(diào)研時(shí)觀察到的客觀條件。應(yīng)立即整改,提出相關(guān)事故預(yù)防對(duì)策。

在人員子評(píng)價(jià)系統(tǒng)中,主要影響因素為車(chē)站的客流密度。車(chē)站被居民區(qū)環(huán)繞,客流量呈現(xiàn)無(wú)規(guī)律變化,由此車(chē)站在人員活動(dòng)方面的暴露度和敏感度較高。同時(shí),客流變化的不規(guī)律也使得適應(yīng)度降低。因此,地鐵運(yùn)營(yíng)方應(yīng)根據(jù)車(chē)站特點(diǎn),引入志愿者對(duì)乘客進(jìn)出車(chē)站進(jìn)行引導(dǎo),實(shí)現(xiàn)對(duì)乘客的有效分流。同時(shí)，針對(duì)突發(fā)情況制定應(yīng)急預(yù)案，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)一線人員進(jìn)行相關(guān)應(yīng)急培訓(xùn),使得一線工作人員能具備處理突發(fā)事件的能力,提高緊急情況下的疏散效率。在設(shè)備子系統(tǒng)評(píng)價(jià)中,評(píng)價(jià)結(jié)果顯示該站設(shè)備的負(fù)荷強(qiáng)度大,冗余不足,待修率與帶病工作率高。地鐵運(yùn)營(yíng)方應(yīng)按照規(guī)程進(jìn)行日常的檢修保養(yǎng)工作,提高設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性。安全標(biāo)志效果不佳同樣是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題,地鐵運(yùn)營(yíng)方需及時(shí)彌補(bǔ)安全標(biāo)志數(shù)量上的不足,調(diào)整好安全標(biāo)志與商業(yè)廣告的關(guān)系,提升標(biāo)志的宣傳效果。在環(huán)境子系統(tǒng)評(píng)價(jià)中,針對(duì)事故疏散的快捷性較差這一問(wèn)題,應(yīng)保障站廳、站臺(tái)和通道的暢通，為乘客疏散提供便利,減少其進(jìn)出站、換乘的時(shí)間及距離。同時(shí),為乘客乘車(chē)、等候創(chuàng)造良好的環(huán)境,提升車(chē)站自身形象。

5 結(jié)語(yǔ)

本文運(yùn)用多級(jí)可拓理論,建立在大客流下地鐵脆弱性的多級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型。以模型中的一、二級(jí)指標(biāo)和三級(jí)指標(biāo)為基礎(chǔ),對(duì)大客流下地鐵脆弱性的各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性分析,計(jì)算其與各脆弱性等級(jí)的關(guān)聯(lián)度,確定大客流下地鐵脆弱性的總體水平。通過(guò)實(shí)際運(yùn)用,說(shuō)明該方法有較好的實(shí)操性。

通過(guò)建立大客流下地鐵脆弱性的多級(jí)可拓評(píng)價(jià)模型，可提出改善地鐵脆弱性水平的措施,從而為地鐵運(yùn)營(yíng)管理和地鐵脆弱性評(píng)價(jià)提供參考。

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[8] 謝歡.地鐵車(chē)站運(yùn)營(yíng)脆弱性評(píng)價(jià)體系研究[D].北京:北京交通大學(xué),2014.

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Vulnerability of Subway Station Caused by Large Passenger Flow Disturbance Based on Multilevel Extension Assessment

SONG Shouxin, YAO Dezhi, XIAO Chuyang

According to the research status of the characteristics of subway operation and the vulnerable areas in subway both in China and abroad, an evaluation index system on subway vulnerability caused by large passenger flow disturbance is established. Then, based on the multilevel extension theory, a multilevel extension assessment model is set up. Taking Beijing subway as an example, the vulnerability risk degree of a subway station caused by large passenger flow disturbance is defined. According to the research, optimization measures are put forward, which could provide a new evaluation method for subway operation in China.

metro; large passenger flow disturbance; vulnerability; evaluation index system; multilevel extension assessment method

*國(guó)家社科基金重點(diǎn)項(xiàng)目(13AZD088)

F 530.7

10.16037/j.1007-869x.2017.01.006

2016-04-16)