地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)方法研究

康 鵬 蔣清國(guó) 許 昭

(1.天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，天津 300019； 2.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)方法研究

康 鵬1蔣清國(guó)2*許 昭2

(1.天津市地下鐵道集團(tuán)有限公司，天津 300019； 2.中鐵第一勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，陜西 西安 710043)

基于模糊數(shù)學(xué)理論，通過運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法建立了模型方案，對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)安全系統(tǒng)的綜合性能進(jìn)行了客觀的評(píng)價(jià)與比較，得出的結(jié)論證明模糊綜合評(píng)價(jià)法為地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的實(shí)用方法。

模糊數(shù)學(xué)，模糊綜合評(píng)價(jià)法，地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)，安全

0 引言

截止到2014年，國(guó)內(nèi)開通地鐵運(yùn)營(yíng)的城市已經(jīng)達(dá)到22個(gè)，未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)參與到地鐵運(yùn)營(yíng)的城市及里程仍將繼續(xù)快速增加，國(guó)內(nèi)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)日趨龐大，地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全已經(jīng)成為地鐵發(fā)展中的焦點(diǎn)。

地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)包含各種土建工程和車輛、通風(fēng)空調(diào)、供電等各種機(jī)電設(shè)備，是一個(gè)集車、機(jī)、工、電、檢、運(yùn)、營(yíng)等多學(xué)科、多專業(yè)、多工種于一體的復(fù)雜系統(tǒng)[2-4]，因此，對(duì)于一個(gè)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià)的最大難度就是多指標(biāo)性,需要綜合考察多項(xiàng)指標(biāo)，指標(biāo)中有定性指標(biāo)和定量指標(biāo),而且很難直接比較其優(yōu)劣，因而必須要對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的分析處理，到目前為止，針對(duì)該課題的研究成果尚少。賈水庫(kù)等[1]通過應(yīng)用層次分析法得出人的因素和管理的因素是影響地鐵安全運(yùn)營(yíng)的首要因素，其次為環(huán)境的因素，而物的因素排序?yàn)樽詈蟆４鷮毲萚4]運(yùn)用系統(tǒng)工程的理論原則，從外部因素、指揮因素、設(shè)備設(shè)施因素、運(yùn)營(yíng)管理因素4個(gè)方面確立了地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)體系。本文基于模糊數(shù)學(xué)(Fuzzy Mathematics)理論對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)研究和探索,研究成果對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的正確選擇和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀安全的評(píng)價(jià)具有指導(dǎo)作用,對(duì)提高地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全總體水平具有重要意義。

1 模糊綜合評(píng)價(jià)法及模型

1.1 模糊綜合評(píng)價(jià)法簡(jiǎn)介

自1965年美國(guó)自動(dòng)控制論專家L.A.Zadeh提出Fuzzy sets以來(lái)，模糊數(shù)學(xué)得到了較快的發(fā)展[5]，目前已廣泛運(yùn)用于工程技術(shù)和管理中，并取得了很多成果。其中，模糊綜合評(píng)價(jià)法是其具體運(yùn)用之一[6]。

模糊綜合評(píng)價(jià)法是一種基于模糊數(shù)學(xué)的綜合評(píng)標(biāo)方法，該綜合評(píng)價(jià)法根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的隸屬度理論把定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)化為定量評(píng)價(jià)，即用模糊數(shù)學(xué)對(duì)受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞龀鲆粋€(gè)總體的評(píng)價(jià)。它具有結(jié)果清晰，系統(tǒng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能較好地解決模糊的、難以量化的問題，適合各種非確定性問題的解決。

1.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法數(shù)學(xué)模型

實(shí)際應(yīng)用中可根據(jù)問題的不同建立對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，繼而得到各階指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果。本文針對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全的評(píng)價(jià)擬采用以下方案，具體模型如下：

1)建立三個(gè)集合：評(píng)價(jià)要素集合U，即一級(jí)指標(biāo)；單因素評(píng)級(jí)集合{U1，U2，… ,Un}，其中U1，U2，…,Un是U的二級(jí)指標(biāo)因素集合；評(píng)語(yǔ)集合P={很好，好，一般，差，很差}。

2)確立三類矩陣：集合U各要素的權(quán)重矩陣A；集合U1，U2，…,Un各要素的權(quán)重矩陣A1，A2，…,An；對(duì)各二級(jí)指標(biāo)要素的模糊評(píng)判矩陣M1，M2，…,Mn。請(qǐng)一組專家，讓其對(duì)二級(jí)指標(biāo)按照評(píng)語(yǔ)集合一一作評(píng)價(jià)。具體模式見表1。

表1 二級(jí)指標(biāo)下的要素評(píng)價(jià)

其中，要素是一級(jí)指標(biāo)U下的二級(jí)指標(biāo)，S11是對(duì)于一級(jí)指標(biāo)下的U1中的要素1贊成“很好”等級(jí)的專家人數(shù)，S12是對(duì)于一級(jí)指標(biāo)下的U1中的要素1贊成“好”等級(jí)的專家人數(shù)，以此類推……，S是總的專家人數(shù)。 模糊評(píng)判矩陣M1，即專家評(píng)定比例矩陣按下式計(jì)算(其他類似)：

則得出二級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果：

進(jìn)而得出最后評(píng)判結(jié)果矩陣C=A§B。定義§為模糊合成符號(hào)，等同于讓兩個(gè)矩陣相乘。將結(jié)果中的數(shù)字分別對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)矩陣，按照最大隸屬原則，最大的數(shù)對(duì)應(yīng)的評(píng)語(yǔ)即是該地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的最終模糊評(píng)價(jià)，即評(píng)語(yǔ)評(píng)價(jià)。

2 在地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)中的應(yīng)用實(shí)例

根據(jù)目前的地鐵運(yùn)營(yíng)模式，其運(yùn)營(yíng)體系可歸納為由人、物、環(huán)境、管理4個(gè)主要基本要素組成[1]，其層次結(jié)構(gòu)詳見圖1。

即U={人的因素，物的因素，環(huán)境因素，管理的因素}，其各要素權(quán)重矩陣(邀請(qǐng)10位專家，經(jīng)打分取平均值確定，下同)為：A=(0.420 9，0.106 4，0.051 7，0.420 9)；U1人的因素={乘客，列車操作員，管理人員}，各要素權(quán)重矩陣為：A1=(0.333 3，0.333 3，0.333 3)；U2物的因素={車輛系統(tǒng)，供電系統(tǒng)，通信系統(tǒng)，信號(hào)系統(tǒng)，通風(fēng)排煙系統(tǒng)}，各要素權(quán)重矩陣為：A2=(0.402 76，0.225 8，0.083 3，0.037 6，0.225 8)；U3環(huán)境因素={社會(huì)環(huán)境，設(shè)施作業(yè)環(huán)境，自然環(huán)境}，各要素權(quán)重矩陣為：A3=(0.30，0.60，0.10)；U4管理的因素={機(jī)構(gòu)職責(zé)，規(guī)章制度，安全投入}，各要素權(quán)重矩陣為：A4=(0.088 7，0.559 1，0.352 2)，見表2。

一級(jí)指標(biāo) 二級(jí)指標(biāo) 二級(jí)指標(biāo)下的元素

圖1 地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)分析的層次結(jié)構(gòu)圖

表2 10個(gè)專家對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)a,b的安全評(píng)價(jià)

對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)a則有：

同理求出：B2=(0.134 9，0.301 2，0.418 2，0.040 3，0.080 5)；B3=(0.210 0，0.380 0，0.230 0，0.180 0，0)；B4=(0.317 5，0.408 9，0.217 7，0.059 9，0)。

所以地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)a的評(píng)比結(jié)果矩陣：

同法求出地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)b的評(píng)比結(jié)果矩陣：

C=A§B=(0.257 6，0.329 7，0.338 1，0.069 5，0.005 8)。

應(yīng)用結(jié)論：根據(jù)最大隸屬度原則，地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)a對(duì)應(yīng)結(jié)果為0.336 0，地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)b對(duì)應(yīng)結(jié)果為0.338 1。a套地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的等級(jí)評(píng)語(yǔ)對(duì)應(yīng)為“好”，b套地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的等級(jí)評(píng)語(yǔ)對(duì)應(yīng)為“一般”，所以地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)a的性能更好一些。

如果是對(duì)實(shí)施階段的地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的評(píng)價(jià)，則對(duì)應(yīng)一種結(jié)果即可得出運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的安全性高低，在預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)下衡量，即可確定整個(gè)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)是否需要排查并采取適時(shí)的應(yīng)對(duì)措施。舉一反三，針對(duì)某二級(jí)指標(biāo)如“物的因素”，為了解其運(yùn)營(yíng)等級(jí)狀況，可設(shè)定其各要素的權(quán)重均等，通過專家打分即可明確該因素的整體狀況，如不理想，則應(yīng)對(duì)車輛系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、通風(fēng)排煙系統(tǒng)進(jìn)行排查，繼而采取措施。

3 結(jié)語(yǔ)

由此可見，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法可以較為方便地對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)安全系統(tǒng)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與比較，主要得出以下結(jié)論：1)通過運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)a,b形成的評(píng)價(jià)結(jié)果顯示：系統(tǒng)a相對(duì)b較好，且a地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的等級(jí)評(píng)語(yǔ)是“好”，b地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的等級(jí)評(píng)語(yǔ)是“一般”，評(píng)價(jià)結(jié)果量化、直觀。2)指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)值分配雖然或多或少有主觀因素的影響，然而一層一層的多級(jí)評(píng)判最終可把主觀因素限制在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，從而保證評(píng)判結(jié)果的準(zhǔn)確性與可靠性。3)本文所介紹的模糊綜合評(píng)價(jià)法不失為一種地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的實(shí)用方法，可以作為地鐵安全評(píng)價(jià)的參考。當(dāng)然，參照本方法還可以對(duì)地鐵系統(tǒng)中的分系統(tǒng)(如供電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、線路及軌道系統(tǒng)、通信設(shè)備等)作安全評(píng)價(jià)，只需要構(gòu)建出其合理的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系即可。

[1] 賈水庫(kù)，溫曉虎，林大建，等.基于層次分析法地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)技術(shù)的研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2008(5)：137-141.

[2] 李為為，唐禎敏.地鐵運(yùn)營(yíng)事故分析及其對(duì)策研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2004(6):105-108.

[3] 劉天順，朱效潔，徐瑞華.城市軌道交通系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)安全和可靠性分析[J].城市軌道交通研究，2006(1):15-17.

[4] 代寶乾，汪 彤，蔣玉琨，等.地鐵運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[J].中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào),2006(12):9-14.

[5] 蔣澤軍.模糊數(shù)學(xué)教程[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社，2004.

[6] 胡永宏，賀思輝.綜合評(píng)價(jià)方法[M].北京:科學(xué)出版社，2000.

Research on comprehensive evaluation method for the safety of subway operation system

Kang Peng1Jiang Qingguo2*Xu Zhao2

(1.TianjinUndergroundRailwayGroupLimitedCompany,Tianjin300019,China;2.ChinaRailwayFirstSurveyandDesignInstituteGroupLimitedCompany,Xi’an710043,China)

Based on the fuzzy mathematics theory, through the use of fuzzy comprehensive evaluation method to establish the model scheme, objectively compared and evaluated the comprehensive performance of subway operation safety system, the conclusion demonstrated the fuzzy evaluation method was a practical method for subway operation system security evaluation.

fuzzy mathematics, fuzzy comprehensive evaluation method, subway operation system, security

2015-01-28

康 鵬(1982- )，男，工程師； 許 昭(1979- )，男，工程師

蔣清國(guó)(1983- )，男，碩士，工程師

1009-6825(2015)10-0254-02

U231.92

A