王 莉,張誠(chéng)剛,霍穎楠
(西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710054)
目前,地鐵已經(jīng)成為了城市交通的重要組成部分,因其具有載客量大、運(yùn)行速度快、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠等優(yōu)點(diǎn)而被大量乘客所選擇,從而有效地緩解了地面交通擁堵的現(xiàn)狀[1]。盡管地鐵具有安全、高效等特點(diǎn),但由于地下空間環(huán)境相對(duì)封閉,人流量大,加之極端災(zāi)害天氣導(dǎo)致的極端強(qiáng)降水概率增多,在地鐵運(yùn)行過(guò)程中,一旦發(fā)生水災(zāi)事件,極易造成人員疏散困難,加之人群恐慌引發(fā)災(zāi)情放大,最終將造成其他次生災(zāi)害的發(fā)生,引發(fā)嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失[2]。國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者從情景模擬、評(píng)估方法、影響因素、形成過(guò)程等方面對(duì)地鐵水災(zāi)事件進(jìn)行了深入的研究。如:Wang等[3]運(yùn)用FAHP與GIS相結(jié)合的方法,對(duì)城市地鐵水災(zāi)事件進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;田鵬飛[4]通過(guò)對(duì)不同重現(xiàn)期下2 h暴雨內(nèi)澇過(guò)程采用情景模擬的方法,分析了暴雨內(nèi)澇對(duì)地鐵站點(diǎn)的影響,為城市水災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)提供借鑒和參考;莫偉麗[5]通過(guò)構(gòu)建地鐵車(chē)站水侵過(guò)程模擬模型,動(dòng)態(tài)地分析了積水入侵地鐵車(chē)站的整個(gè)過(guò)程,并提出了應(yīng)對(duì)地鐵水災(zāi)的避災(zāi)對(duì)策;李浩然等[6]在對(duì)地鐵隧道透水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)因子進(jìn)行匯總分析的基礎(chǔ)上,建立了防水可靠性評(píng)價(jià)模型,并進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),進(jìn)而提出了控制地鐵水災(zāi)的應(yīng)對(duì)措施。
綜上所述,目前大多數(shù)研究主要利用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和情景模擬的方法,通過(guò)對(duì)地鐵水災(zāi)事件進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和后果分析,從而提出了應(yīng)對(duì)城市水災(zāi)的防災(zāi)減災(zāi)對(duì)策,但目前從地鐵水災(zāi)事件發(fā)生演變的整個(gè)過(guò)程出發(fā),探討其演變過(guò)程中存在的關(guān)鍵事件節(jié)點(diǎn)對(duì)地鐵水災(zāi)后果事件影響的改變效果,并對(duì)改變效果進(jìn)行定量化分析的研究較少?;诖?,本文利用突發(fā)事件情景構(gòu)建的方法,以暴雨作為致災(zāi)因子,并從全局角度出發(fā),提取地鐵水災(zāi)事件的情景要素,構(gòu)建地鐵水災(zāi)事件情景演變過(guò)程,建立地鐵水災(zāi)事件情景貝葉斯(Bayes)網(wǎng)絡(luò),掌握其整體演化路徑,分析暴雨致災(zāi)因子對(duì)整個(gè)事件后果的影響,探討相關(guān)事件節(jié)點(diǎn)對(duì)地鐵水災(zāi)后果事件影響的改變效果,并將分析結(jié)果定量化,以期為應(yīng)急決策者開(kāi)展地鐵水災(zāi)事前預(yù)防和事后處置提供參考,從而提高應(yīng)急行動(dòng)的科學(xué)性和針對(duì)性。
據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),近5年我國(guó)共發(fā)生多起地鐵車(chē)站或線(xiàn)路雨水倒灌事件,見(jiàn)表1。其中,2020年、2021年是我國(guó)地鐵水災(zāi)事件高發(fā)年,6月、7月更是高峰期,占全年事件的79%。
從我國(guó)發(fā)生的多起地鐵水災(zāi)事件可以看出:在暴雨多發(fā)期,城市地鐵極易發(fā)生雨水倒灌或浸入,從而導(dǎo)致地鐵車(chē)站停運(yùn),更嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。以廣州神舟路站進(jìn)水事件為例,其原因主要有:當(dāng)天降雨量大,產(chǎn)生的積水淹沒(méi)排水口,沒(méi)有充足的時(shí)間進(jìn)行檢查和處理;防護(hù)墻設(shè)置不合理,降低了雨水管道的排水能力;對(duì)防護(hù)墻的防淹作用認(rèn)識(shí)不到位,未及時(shí)采用相應(yīng)的安全措施,導(dǎo)致雨水聚集,沖垮了防護(hù)墻而發(fā)生雨水倒灌;排水設(shè)施不符合要求,造成排水設(shè)施能力不足,在強(qiáng)降水下無(wú)法及時(shí)排出大量的積水;未認(rèn)真開(kāi)展安全隱患排查,包括未及時(shí)對(duì)排水管道的封堵情況以及防護(hù)墻的防淹能力進(jìn)行安全檢查等,最終導(dǎo)致了雨水浸入地鐵車(chē)站,造成地鐵停運(yùn)。
表1 近5年我國(guó)地鐵水災(zāi)事件及當(dāng)天降雨量統(tǒng)計(jì)
早在1967年,由Kahn和Wiener提出了“情景”一詞,指出“情景”是對(duì)事物未來(lái)可能出現(xiàn)的多種結(jié)果和實(shí)現(xiàn)這些結(jié)果途徑的描述[7]。在此之后,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)“情景”概念進(jìn)行了不同的界定,見(jiàn)表2。
綜合國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)情景概念的界定,本文認(rèn)為情景是指在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi),對(duì)事故的不同演變狀態(tài)進(jìn)行描述。
表2 情景概念的界定
突發(fā)事件情景組成關(guān)系的劃分方法有很多,其中范維澄等[13]認(rèn)為突發(fā)事件情景構(gòu)建可以由突發(fā)事件、應(yīng)急管理和承災(zāi)載體這三個(gè)要素組成;范海軍等[14]認(rèn)為自然災(zāi)害系統(tǒng)鏈?zhǔn)疥P(guān)系結(jié)構(gòu)由環(huán)境、存在(響應(yīng))狀態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系與對(duì)外行為(或破壞作用)等要素組成。通過(guò)突發(fā)事件情景構(gòu)建可以明確地鐵水災(zāi)事件應(yīng)急準(zhǔn)備的主要目標(biāo),并在此基礎(chǔ)上展開(kāi)各項(xiàng)應(yīng)急任務(wù)的梳理以及各項(xiàng)應(yīng)急能力的評(píng)估。因此,將突發(fā)事件情景構(gòu)建理論引入地鐵水災(zāi)事件應(yīng)急管理研究很有必要[15]。結(jié)合以上學(xué)者對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)實(shí)踐和理論模型,本文提出了突發(fā)事件情景構(gòu)建包括初始致災(zāi)因子、承災(zāi)體、突發(fā)事件、應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng)和造成的后果5個(gè)要素,其作用關(guān)系如圖1所示。
圖1 突發(fā)事件情景組成關(guān)系
圖1表示為初始致災(zāi)因子作用于承災(zāi)體后,形成突發(fā)事件,新形成的突發(fā)事件作用于新的承災(zāi)體后,將會(huì)造成人員傷亡或財(cái)產(chǎn)損失等后果,在此過(guò)程中,應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng)作用于承災(zāi)體和突發(fā)事件,而反過(guò)來(lái),不同的承災(zāi)體和突發(fā)事件又會(huì)影響到應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng)的選擇。過(guò)程S表示為初始致災(zāi)因子作用于承災(zāi)體后,所形成的或會(huì)造成危害的突發(fā)事件。
初始致災(zāi)因子是指自然或人為環(huán)境中能夠?qū)θ祟?lèi)生命、財(cái)產(chǎn)或各種活動(dòng)產(chǎn)生不利的影響,并引發(fā)突發(fā)事件的要素,如暴雨本身是一種自然現(xiàn)象,如果作用到城市地鐵,將形成水災(zāi),影響地鐵運(yùn)行,暴雨就成為初始致災(zāi)因子;承災(zāi)體是指突發(fā)事件中初始致災(zāi)因子作用的對(duì)象,泛指直接受到災(zāi)害或突發(fā)事件影響和損害的人類(lèi)社會(huì)主體,如受到暴雨影響和作用產(chǎn)生突發(fā)事件或者受到損失的要素,包括城市地鐵和人員等;突發(fā)事件是指承災(zāi)體被初始致災(zāi)因子作用后形成的狀態(tài),如受暴雨影響形成地鐵水災(zāi)等;應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng)是指針對(duì)承災(zāi)體和突發(fā)事件采取的應(yīng)對(duì)措施,主要目的是降低突發(fā)事件發(fā)生的可能性和危害程度,減少其造成的損失;造成的后果泛指突發(fā)事件作用到承災(zāi)體之后產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡等。
依據(jù)突發(fā)事件情景組成關(guān)系,本文以暴雨引發(fā)地鐵水災(zāi)事件為例,通過(guò)分析初始致災(zāi)因子、承災(zāi)體、突發(fā)事件、應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng)和造成的后果5個(gè)要素,并針對(duì)近5年我國(guó)發(fā)生的地鐵水災(zāi)事件進(jìn)行匯總和分析(見(jiàn)表1),確定地鐵水災(zāi)事件以暴雨為初始致災(zāi)因子,并包含城市地鐵、站內(nèi)排水用電設(shè)備和站內(nèi)人員3種主要承災(zāi)體,站內(nèi)積水、設(shè)備系統(tǒng)故障和人員被困3種突發(fā)事件,人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失為主的事故后果,以及針對(duì)承災(zāi)體和突發(fā)事件開(kāi)展的應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng)。
地鐵水災(zāi)事件情景演變過(guò)程主要為:暴雨災(zāi)害可直接導(dǎo)致地鐵發(fā)生灌水,形成站內(nèi)積水,引起排水設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行和用電設(shè)備故障,從而迫使地鐵交通中斷或癱瘓,造成人員被困后,極易發(fā)生人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失,如圖2所示。
圖2 地鐵水災(zāi)事件情景演變流程圖
Bayes網(wǎng)絡(luò)是一種基于概率推理的圖形化網(wǎng)絡(luò),表現(xiàn)形式為有向無(wú)環(huán)圖,其各節(jié)點(diǎn)變量表示各個(gè)信息要素,節(jié)點(diǎn)之間的有向邊表示各個(gè)信息要素之間的因果關(guān)系,采用條件概率表示各個(gè)信息要素之間的影響程度,節(jié)點(diǎn)和有向邊組成了Bayes網(wǎng)絡(luò)的最基本框架。
本文將Bayes網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到地鐵水災(zāi)事件情景演化過(guò)程中,采取樣本數(shù)據(jù)與專(zhuān)家知識(shí)相結(jié)合的建模方法,通過(guò)對(duì)近5年我國(guó)地鐵水災(zāi)事件案例進(jìn)行分析,并結(jié)合對(duì)國(guó)內(nèi)外地鐵水災(zāi)事件文獻(xiàn)的研究分析和專(zhuān)家實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)知識(shí),在圖2地鐵水災(zāi)事件情景演化流程的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了地鐵水災(zāi)事件情景Bayes網(wǎng)絡(luò),如圖3所示。
圖3 地鐵水災(zāi)事件情景Bayes網(wǎng)絡(luò)
Bayes網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點(diǎn)的選取主要以地鐵水災(zāi)事件情景演化流程為基礎(chǔ),分別選取各突發(fā)事件為主要的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),并結(jié)合其所對(duì)應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)活動(dòng),以加強(qiáng)對(duì)突發(fā)事件的處理,共選出12個(gè)節(jié)點(diǎn),見(jiàn)表3。
表3 地鐵水災(zāi)事件情景Bayes網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)
在地鐵水災(zāi)事件情景Bayes網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上,結(jié)合專(zhuān)家打分法和交叉影響分析法,確定事件間的交叉影響矩陣,并確定主要的指標(biāo)事件,再通過(guò)設(shè)定事件概率,計(jì)算在不同概率值下地鐵水災(zāi)后果事件的概率,同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)其中關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的概率,分析地鐵水災(zāi)后果事件概率的變化。
邀請(qǐng)6位地鐵災(zāi)害應(yīng)急管理領(lǐng)域的專(zhuān)家對(duì)各事件之間的影響關(guān)系進(jìn)行打分,專(zhuān)家打分依據(jù)見(jiàn)表4[16]。采用各專(zhuān)家打分?jǐn)?shù)值的算術(shù)平均值構(gòu)建評(píng)估矩陣R=(Rij)n ×n(其中,n為基本事件的數(shù)目;Rij為專(zhuān)家打分?jǐn)?shù)值的算術(shù)平均值,表示事件Xj發(fā)生對(duì)事件Xi發(fā)生造成的影響),并基于已經(jīng)得到的評(píng)估矩陣,按照下式計(jì)算地鐵水災(zāi)事件交叉影響矩陣C=(Cij)n×n:
(1)
式中:Cij為事件Xj對(duì)事件Xi的影響系數(shù);Pi、Pj分別為事件Xi、Xj的先驗(yàn)概率,假設(shè)Pi=Pj=0.5,0.5表示事件Xi、Xj發(fā)生與不發(fā)生的概率相同[14]。
表4 專(zhuān)家打分依據(jù)
利用公式(1),計(jì)算得到的地鐵水災(zāi)事件交叉影響矩陣結(jié)果,見(jiàn)表5。其中,Cij為正值表明事件Xj的發(fā)生促進(jìn)事件Xi的發(fā)生;Cij為負(fù)值表明事件Xj的發(fā)生阻礙事件Xi的發(fā)生。
上面已經(jīng)通過(guò)交叉影響分析法得到了各事件之間的影響關(guān)系,而在實(shí)際的地鐵水災(zāi)事故發(fā)生過(guò)程中,由于受地鐵環(huán)境、人群數(shù)量等因素的影響,指標(biāo)事件經(jīng)常發(fā)生變化,將會(huì)最終影響地鐵水災(zāi)事件情景推演效果。本文基于地鐵水災(zāi)事件交叉影響矩陣,通過(guò)下面公式(2)、(3)[17-20],對(duì)地鐵水災(zāi)事件情景進(jìn)行推演,即通過(guò)預(yù)設(shè)指標(biāo)事件(Xi)的概率來(lái)預(yù)測(cè)反映地鐵水災(zāi)事件情景演化效果。具體計(jì)算公式如下:
表5 地鐵水災(zāi)事件交叉影響矩陣
(2)
式中:Hi為事件Xi的預(yù)測(cè)概率;Hk為事件Xk的初始概率;Cik為事件Xk對(duì)事件Xi的影響系數(shù);Gi為外部事件對(duì)事件Xi的影響系數(shù),可表示為
(3)
其中:Pi、Pk分別為事件Xi、Xk的先驗(yàn)概率,假設(shè)Pi=Pk=0.5,0.5表示事件Xi、Xk發(fā)生與不發(fā)生的概率相同;Cik為事件Xk對(duì)事件Xi的影響系數(shù)。
通過(guò)Bayes網(wǎng)絡(luò)建模,基于交叉影響分析法可計(jì)算得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)其他節(jié)點(diǎn)的影響系數(shù),從而可以對(duì)暴雨引發(fā)地鐵水災(zāi)事件的總體態(tài)勢(shì)有一個(gè)直觀(guān)把握。同時(shí),結(jié)合公式(2)和(3),通過(guò)改變這些指標(biāo)事件的初始概率,開(kāi)展反向推演和分析,可得到全局和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的變化值,來(lái)預(yù)測(cè)后果事件X12(即地鐵水災(zāi)后果事件)的概率。以暴雨為初始致災(zāi)因子,從事件發(fā)生時(shí)的監(jiān)測(cè)預(yù)警、疏通排水和事件發(fā)生后的應(yīng)急救援搶險(xiǎn)等方面出發(fā),選取暴雨雨量(X1)、加強(qiáng)巡查及疏通排水管線(xiàn)(X2)、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警(X4)、開(kāi)展應(yīng)急救援及時(shí)性(X9)4個(gè)節(jié)點(diǎn)作為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)進(jìn)行推演分析,同時(shí)將其他指標(biāo)事件的初始概率皆設(shè)置為0.5。具體分析如下:
(1) 通過(guò)分析不同暴雨雨量(X1)這一指標(biāo)事件的初始概率,可對(duì)后果事件X12的概率進(jìn)行預(yù)測(cè),其預(yù)測(cè)結(jié)果如圖4所示。
圖4 暴雨雨量指標(biāo)事件(X1)對(duì)地鐵水災(zāi)后果事件 (X12)的影響
由圖4可以看出,在不同暴雨雨量這一指標(biāo)事件概率下,隨著暴雨雨量的增加,即隨著暴雨雨量指標(biāo)事件概率的增加,可預(yù)測(cè)出所造成的地鐵水災(zāi)后果事件(X12)的概率增大。
圖5 3個(gè)單一指標(biāo)事件對(duì)地鐵水災(zāi)后果事件(X12)的影響
(2) 通過(guò)改變加強(qiáng)監(jiān)測(cè)預(yù)警(X4)、加強(qiáng)巡查及疏通排水管線(xiàn)(X2)和開(kāi)展應(yīng)急救援及時(shí)性(X9)這三個(gè)單一指標(biāo)事件的初始概率,可得出這三個(gè)單一指標(biāo)事件對(duì)地鐵水災(zāi)后果事件的影響。在暴雨極端天氣影響下,強(qiáng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警水平,可以提前有效地預(yù)防地鐵水災(zāi)事故;針對(duì)發(fā)生的地鐵水災(zāi)事故,可及時(shí)采取疏通排水一系列措施;針對(duì)地鐵水災(zāi)被困人員,可及時(shí)地開(kāi)展應(yīng)急救援,以有效降低地鐵水災(zāi)后果事件的概率。
當(dāng)這三個(gè)單一指標(biāo)事件(X2、X4、X9)的初始概率分別取0.7、0.8、0.9、1.0,并依次提高時(shí),其對(duì)地鐵水災(zāi)后果事件的影響如圖5所示。
由圖5可以看出:3個(gè)指標(biāo)事件X2、X4、X9對(duì)后果事件X12的影響大小表現(xiàn)為X2>X9>X4;指標(biāo)事件X2、X9、X4可有效將地鐵水災(zāi)后果事件概率由最初的52.2%、56.2%、63.4%降低到21.4%、25.6%、34.1%,這說(shuō)明在暴雨極端天氣的影響下發(fā)生地鐵水災(zāi)事故時(shí),通過(guò)對(duì)該事故采取有效的疏通排水措施,可減弱暴雨水災(zāi)對(duì)地鐵所造成的潛在危害,并可有效降低應(yīng)急救援的難度,提高應(yīng)急救援的效率;通過(guò)提高監(jiān)測(cè)預(yù)警水平,提前向政府及廣大市民及時(shí)進(jìn)行信息通知,可有效加強(qiáng)預(yù)防力量,避免增加不必要的損失,并通過(guò)及時(shí)為疏通排水力量和應(yīng)急救援力量提供具體的災(zāi)情信息,可提高地鐵水災(zāi)事故疏通排水和應(yīng)急救援的效率。
本文以暴雨作為致災(zāi)因子,通過(guò)構(gòu)建地鐵水災(zāi)事件情景Bayes網(wǎng)絡(luò),確定Bayes網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)的事件類(lèi)型和含義,并以暴雨引發(fā)地鐵水災(zāi)事件開(kāi)展了計(jì)算分析,預(yù)測(cè)出地鐵水災(zāi)后果事件概率的發(fā)展趨勢(shì),同時(shí)從強(qiáng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警水平、加強(qiáng)疏通排水力量和提高應(yīng)急救援效率這三方面應(yīng)對(duì)措施出發(fā),分別得到這三個(gè)指標(biāo)事件對(duì)后果事件的影響概率,即通過(guò)加強(qiáng)疏通排水力量可有效地將地鐵水災(zāi)后果事件的概率從最初的52.2%降低到21.4%,通過(guò)提高應(yīng)急救援效率可有效地將地鐵水災(zāi)后果事件概率從最初的56.2%降低到25.6%,通過(guò)強(qiáng)化監(jiān)測(cè)預(yù)警水平可有效地將地鐵水災(zāi)后果事件概率從最初的63.4%降低到34.1%。
因此,本文基于對(duì)事故案例原因和對(duì)比結(jié)果的分析,針對(duì)地鐵水災(zāi)事故防控,提出如下建議:應(yīng)急管理決策者應(yīng)加強(qiáng)對(duì)地鐵車(chē)站的安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí),強(qiáng)化對(duì)排水設(shè)施的檢查力度,提高排水設(shè)施系統(tǒng)的排水能力,對(duì)不符合要求的排水設(shè)施應(yīng)及時(shí)進(jìn)行維修或更新,并加強(qiáng)安全隱患工作的排查,定期對(duì)排水管道的封堵情況和防護(hù)墻的防淹能力進(jìn)行安全檢查等,以提高管網(wǎng)的疏通排水能力;同時(shí),也要提高監(jiān)測(cè)預(yù)警水平,為應(yīng)對(duì)突發(fā)的強(qiáng)降雨提供充足的應(yīng)對(duì)和準(zhǔn)備時(shí)間,并完善應(yīng)急救援預(yù)案,強(qiáng)化救援力量和提高救援的效率,當(dāng)發(fā)生人員被困時(shí),能夠有效地組織應(yīng)急救援,以減少人員傷亡??傊?,地鐵應(yīng)急管理決策者應(yīng)從不同的應(yīng)急管理視角出發(fā),對(duì)應(yīng)急預(yù)案進(jìn)行完善和優(yōu)化,并提高地鐵水災(zāi)事件的應(yīng)急管理能力水平,以期在最大程度上將地鐵水災(zāi)后果事件概率降到最低。
由于地鐵水災(zāi)事件發(fā)展的趨勢(shì)和規(guī)律具有不確定性和不可預(yù)知性等特點(diǎn),在地鐵水災(zāi)事件情景構(gòu)建中所涉及的影響因素復(fù)雜,情景要素的提取受多條件約束,各種關(guān)聯(lián)關(guān)系的描述存在困難,因此對(duì)地鐵水災(zāi)事件情景構(gòu)建的準(zhǔn)確性還有待進(jìn)一步提高。