朱月月，李曉娟，李璐璐

(福建農(nóng)林大學 交通與土木工程學院， 福州350000)

地鐵網(wǎng)絡錯綜復雜，線路交叉，站點相連，在事故發(fā)生時，其產(chǎn)生的影響隨著站點線路而擴散，這使得地鐵網(wǎng)絡的脆弱性增強.對地鐵網(wǎng)絡脆弱性進行風險因素評價，從而提高地鐵的安全性是城市軌道交通不可忽視的一個問題.

國內(nèi)外學者對地鐵脆弱性方面做了大量有價值的研究.Petersen等通過研究地鐵中站點從而分析其對脆弱性的重要程度[1]；Johansson等通過研究瑞典南部地鐵從基礎設施方面討論地鐵的脆弱性[2]；Jenelius通過對地鐵網(wǎng)絡連邊的研究分析，認為構(gòu)成了脆弱性的因素主要由部件失效的概率及其導致的不利影響而產(chǎn)生的[3].Bell等的通過對道路交通系統(tǒng)與公交運行網(wǎng)的脆弱性評價結(jié)果，分析公路交通的脆弱性[4].Chen BY 等將交通系統(tǒng)中的站點與路段這兩個因素作為研究對象，分析系統(tǒng)內(nèi)的站點與路段.研究兩個因素對地鐵脆弱性的影響[5].白亞飛通過從暴露性、敏感性、適應性三個角度構(gòu)建了評價指標體系，分析地鐵車站在大客流條件下的脆弱性情況[6].袁競峰提出根據(jù)運營情況和事故數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，將地鐵脆弱性歸納為物理、結(jié)構(gòu)和社會功能三類，并認為脆弱性對地鐵運營的每個階段都造成不同的影響[7].許葭等在分析地鐵網(wǎng)絡脆弱性時，使用復雜網(wǎng)絡和AHP，選取11個指標，構(gòu)建地鐵網(wǎng)絡脆弱性評價模型[8].周珺等人以深圳軌道交通為研究對象，基于Matlab計算網(wǎng)絡的平均度、網(wǎng)絡密度、平均路徑長度、聚類系數(shù)等指標，研究了換乘車站故障情況下對軌道交通網(wǎng)絡可靠性的影響[9].王志如的評價指標體系是從最大連通始末節(jié)點數(shù)目、區(qū)間長度效率的故障規(guī)模和換乘效率三方面建立的，通過研究地鐵網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的脆弱性，從中得出在蓄意攻擊下地鐵具有脆弱性[10].李大愚通過研究乘客因素對地鐵網(wǎng)絡的影響，選取大客流量、乘客出行延誤時間兩個這方面，分析研究當受到外部攻擊時地鐵網(wǎng)絡的脆弱性變化，研究表明地鐵的脆弱性是受乘客數(shù)量、可換乘性等因素的綜合影響[11].綜合來看，現(xiàn)有的研究主要是從地鐵網(wǎng)絡的拓撲結(jié)構(gòu)和地鐵網(wǎng)絡的流量特征出發(fā)，缺乏對地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險因素的全面分析.

本文以福州地鐵二號線為研究對象，通過DEA對關(guān)鍵脆弱點的各風險因素進行評價分析.針對影響地鐵網(wǎng)絡脆弱性的關(guān)鍵因素，提出了相關(guān)的建議，可以從預防角度有效的控制地鐵網(wǎng)絡的脆弱性.

1 地鐵網(wǎng)絡脆弱性評價指標體系的建立

1.1 地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險因素辨識

1.1.1 風險因子辨識的概念

風險因子稱為危險源.危險源是指可能導致人身傷害和(或)健康損害的根源、狀態(tài)或行為，而危險源辨識是指識別危險源的存在確定其特征的過程[12].因此，地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險因素的辨識可以認為是確定地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險因素，并分析因素特性的過程.

1.1.2 風險因子辨識的原則

進行地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險因素識別時，應該遵循以下原則[13].

1) 綜合性原則.地鐵網(wǎng)絡系統(tǒng)是一個交錯復雜的系統(tǒng)，因此對地鐵網(wǎng)絡進行風險因素辨識的時候，要綜合考慮地鐵網(wǎng)絡的風險因素，從多角度進行地鐵網(wǎng)絡脆弱性因素的辨識.

2) 系統(tǒng)性原則.在評價體系中，風險源的辨識是一切的前提.辨識風險源直接影響著評價的結(jié)果.所以，地鐵脆弱性的風險辨識需要完整具體對地鐵網(wǎng)絡脆弱性進行分析，從而保證分析結(jié)果的正確.

3) 科學性原則.為了更好的對目標進行評價需要合理的選取風險因子，因此在風險因子的選取上需要體現(xiàn)準確性、合理性、完整性，對目標對象進行客觀描述.選取的因子需要相互獨立，相互影響的因子會干擾評價結(jié)果，消除指標存在聯(lián)系的可能，才能保證評價結(jié)果的準確性.

1.1.3 風險因子辨識方法

風險因子辨識的目的是通過適當?shù)姆椒?，找出潛在的風險因素.目前，較為常見的辨識方法有：問卷調(diào)查法、頭腦風暴法、數(shù)據(jù)分析法等.

1.2 地鐵網(wǎng)絡脆弱性的風險因素

地鐵的運營過程具有規(guī)律性，且地鐵在空間上的分布很廣，會受到各種不利條件的作用.地鐵網(wǎng)絡脆弱性的被激發(fā)而導致整個地鐵安全運營受到影響必是因為地鐵存在的某種因素而引起的.本文將地鐵網(wǎng)絡脆弱性的影響因素分為“人、設、環(huán)、管”四大部分.

1.2.1 影響地鐵網(wǎng)絡的人員因素

1)地鐵網(wǎng)絡內(nèi)部人為因素

地鐵運營過程都離不開人員的管控，因此地鐵員工的行為可能導致地鐵意外的發(fā)生.地鐵員工因素也可分為由于自身因素導致的風險和員工間配合發(fā)生問題從而產(chǎn)生的風險.主要有：駕駛員操作不當、調(diào)度員指揮不當、監(jiān)控人員疲勞作業(yè)、站務人員玩忽職守等.

2)地鐵網(wǎng)絡外部人為因素

乘客是造成地鐵網(wǎng)絡中的重要不確定因素.乘車高峰期的客流量和乘客的危險行為等對地鐵網(wǎng)絡的正常運營有著巨大的考驗，容易對設備設施造成損壞.如大客流條件下的擁堵、無序的上下車、觸碰緊急制動按鈕等都有極可能對地鐵造成不利影響.

1.2.2 影響地鐵網(wǎng)絡的設備設施因素

地鐵網(wǎng)絡的運營安全與設備設施的損耗程度及保養(yǎng)維修水平等方面相掛鉤.設備設施磨損程度越小，維修保養(yǎng)程度越高，則發(fā)生事故的概率就越低，脆弱性也就越低.

1)車輛系統(tǒng)：車輛直接與乘客交往，因此應具備安全舒適美觀等特點.車輛系統(tǒng)的選型和技術(shù)參數(shù)是安全運營的基礎.

2)通信信號系統(tǒng)：通信信號系統(tǒng)是確保地鐵運營安全，對地鐵運行進行指揮關(guān)鍵系統(tǒng)設備.無論是通號系統(tǒng)自身還是其供電出現(xiàn)問題，都會造成信息無法正常傳遞，影響地鐵的正常運營，從而發(fā)生事故.車載信號故障是通號故障的主要原因.

3)線路軌道系統(tǒng)：線路軌道系統(tǒng)是保障地鐵網(wǎng)絡運營安全的子系統(tǒng)之一.若軌道出了問題，則一定會使得地鐵運營中斷.線路影響因素主要為：軌道磨耗嚴重、整體道床沉降、道岔方向不良、尖軌與基本軌不密貼或較長距離不密貼等.

4)供電系統(tǒng)：地鐵供電系統(tǒng)引起的事故主要是觸電事故和電氣火災.火災產(chǎn)生的因素主要有：線路出現(xiàn)短路、變壓器散熱不良或人為操作不當導致失火.供電系統(tǒng)是向地鐵網(wǎng)絡供電，一旦發(fā)生故障，則會使得地鐵網(wǎng)絡停電，運營中斷.

1.2.3 影響地鐵網(wǎng)絡的環(huán)境因素

1)地鐵內(nèi)部環(huán)境

地鐵系統(tǒng)內(nèi)部環(huán)境是員工工作環(huán)境和企業(yè)文化構(gòu)成，工作環(huán)境主要是：地鐵站臺展廳環(huán)境以及地鐵的線路環(huán)境.工作的環(huán)境會直接影響工作人員的態(tài)度、心情以及積極性.

2)自然環(huán)境

影響地鐵運營的自然災害主要有：臺風、洪水、地震等，這些災害會對地鐵帶來影響從而導致地鐵運營中斷或延誤，更嚴重的是由于自然災害所引發(fā)的次生災害.

1.2.4 影響地鐵網(wǎng)絡的管理因素

地鐵網(wǎng)絡的管理程度直接影響著地鐵運營的安全與否.管理連接了員工、設備設施、環(huán)境以及管理各個影響因素.良好的管理水平對地鐵運營起到至關(guān)重要的作用.影響管理的因素主要有：安全標識的完善程度、員工安全管理水平、應急機制完善程度等.

1.3 地鐵網(wǎng)絡脆弱性評價指標體系

通過對地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險因素分析，建立評價指標體系，如圖1所示.

圖1 評價指標體系Figure 1 Evaluation index system

2 地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險評價

2.1 數(shù)據(jù)包絡分析法

數(shù)據(jù)包絡分析方法(DEA)是運籌學和研究經(jīng)濟生產(chǎn)邊界的一種方法.它是通過數(shù)學規(guī)劃對各指標進行評價研究的分析方法.DEA大多用在評價多輸入和多輸出系統(tǒng)的相對有效性，并為決策中的安全風險提供技術(shù)支持[14].

2.2 DEA評價的依據(jù)

根據(jù)輸入和輸出變量的定義，通過對變量的分析來評價系統(tǒng)的有效性，同時簡化了確定因素的復雜過程，基于輸入變量的輸出和線性規(guī)劃的DEA模型的權(quán)值，不需要設置數(shù)值權(quán)重，因此可以有效地消除主觀因素對結(jié)果的影響，具有很強的客觀性和適用性[15].因為地鐵脆弱性受“人、設、環(huán)、管”的相互影響，且影響因素較多.因此，用DEA方法對地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險評價進行研究分析.

2.3 DEA模型構(gòu)建PH

假設有n個決策單元DMU，并且DMU都有各自的評價指標yi，yij，表示第j個DMU的第i個指標，這有以下線性規(guī)劃.

(1)

(2)

(3)

其中:

λ=(λ1,λ2,…,λn)T≥0}

若(P)擁有最優(yōu)解μ，δ有μ>0，且Vp=0，則稱Yo對應的決策單元為DEA有效(S).S表示只輸入或輸出的單一情況.

3 實例分析

3.1 評價分析

以福州地鐵已運營的二號線為例進行分析.將風險因素單元看為一個決策單元，根據(jù)輸入輸出因素間的聯(lián)系，將風險因子作為輸入變量，并且將“人-設-管-環(huán)”作為輸出變量.請10位福州地鐵二號線的管理人員填寫問卷(見表1)，指標評價等級設為{低，較低，中，較高，高}，對應分值為{1,3,5,7,9}.結(jié)果如表2.

表1 地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險等級評分表Table 1 Rating table of subway network vulnerability risk Grade

表2 風險指標數(shù)據(jù)表Table 2 Data table of risk indicators

將DEA-SOLVER Pro5.0的參數(shù)設置后進行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果見表3、4.

表3 指標數(shù)據(jù)分析Table 3 Index data analysis

表4 指標數(shù)據(jù)相關(guān)性Table 4 Correlation of indicator data

各決策單元的有效性計算結(jié)果見表5.

表5 有效性分析Table 5 Validity analysis

根據(jù)有效性分析表得出：對于地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險的影響，Risk2的指標為1，為有效指標，Riskl、Risk3和Risk4小于1，為無效指標.

3.3 分析結(jié)果與建議

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析得出了“人-設-管-環(huán)”與福州地鐵二號線的脆弱性風險的相關(guān)性，確定了“設”對福州地鐵二號線的脆弱性風險的影響最大.同時在風險指標的中，數(shù)據(jù)二級指標乘客的行為與客流量大對地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險的評價分數(shù)最高，也列入考慮因素中.

根據(jù)以上分析結(jié)果對地鐵二號線提出以下建議.

1)設施因素

保養(yǎng)維修地鐵設備，保持設備正常運行，員工需對設備進行有規(guī)劃的監(jiān)控管理，時刻監(jiān)控設備的狀態(tài)是否正常，設備功能的參數(shù)是否在指定范圍內(nèi).在設備使用一段時間后對設備進行拆卸和清洗，使其能正常安全地繼續(xù)工作.

2)乘客和客流因素

在設計地鐵時應該考慮到地鐵沿線的人口情況，避免因人口過多導致地鐵設施供給不足；應加強對乘客調(diào)控與疏導，盡可能的降低客流量大對地鐵造成影響.同時需要對乘客的行為進行監(jiān)管和引導，以減少乘客因不熟悉環(huán)境或從眾心理的不良行為對地鐵帶來的危險.

4 結(jié) 語

目前我國地鐵已進入高速發(fā)展的階段，而保障地鐵網(wǎng)絡安全和運營是首要解決的問題，這就突顯了地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險評價研究的重要性.本文基于DEA方法從“人、設、環(huán)、管”四方面對福州地鐵二號線的風險因素進行分析，發(fā)現(xiàn)一級指標中“設”和二級指標乘客的行為與客流量大等方面的脆弱性風險影響較為顯著，提出了相應的改進措施，有利于降低地鐵網(wǎng)絡的脆弱性.在本研究中，構(gòu)建地鐵網(wǎng)絡脆弱性評價指標體系能夠為地鐵網(wǎng)絡脆弱性風險研究提供了新的視角，有助于更好地保證地鐵網(wǎng)絡的安全性.