基于FTA的快速公交系統(tǒng)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)研究

魯梓宏

摘要： 近年來，快速公交系統(tǒng)的建設(shè)速度及數(shù)量逐年遞增，為使其運(yùn)營達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，需要找出導(dǎo)致運(yùn)營失敗的關(guān)鍵因素。采用故障樹分析方法，根據(jù)快速公交系統(tǒng)的特點(diǎn)，建立快速公交系統(tǒng)運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)因素模型，通過求解底事件的結(jié)構(gòu)重要度，確定各因素對運(yùn)營失敗的影響程度，提出相應(yīng)的控制措施。結(jié)果可為其他準(zhǔn)備建設(shè)快速公交系統(tǒng)的城市提供借鑒，對項(xiàng)目的成功運(yùn)營具有一定指導(dǎo)意義。

Abstract： The construction speed and quantity of BRT increased in recent years. It was necessary to find the key factors causing the failure of operation to make sure the operation target of BRT would be achieved. According to the traits of BRT， the model of operational risk factors of BRT was built by fault tree analysis method. The factors' degree affecting the failure of operation was confirmed to solve the events' structural importance of fault tree. And corresponding control measures were proposed. The results could provide guidance for other cities which would introduce BRT. It also had some guiding significance for the successful operation.

關(guān)鍵詞： 故障樹分析法；運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)因素；快速公交；結(jié)構(gòu)重要度

Key words： fault tree analysis method；operational risk factors；BRT；structural importance

中圖分類號：U12 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0033-03

0 引言

近年來，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市人口快速增長，交通擁堵、城市生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益嚴(yán)重?？焖俟幌到y(tǒng)（BRT）作為一種新型大容量快速交通方式，為大中城市改善交通擁堵和環(huán)境污染問題提供了可持續(xù)發(fā)展的交通選擇方式[1]?？焖俟幌到y(tǒng)具有承載運(yùn)送能力高、建設(shè)維護(hù)經(jīng)費(fèi)少和施工期短的優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多政府機(jī)構(gòu)的重視[2]。當(dāng)前，國內(nèi)已有28個(gè)城市先后建設(shè)運(yùn)營了快速公交系統(tǒng)，這對快速公交系統(tǒng)的運(yùn)營提出了更高的要求。因此，對國內(nèi)已建成投入使用的快速公交系統(tǒng)的運(yùn)營狀況進(jìn)行深入分析顯得尤為重要。本文運(yùn)用故障樹法對快速公交類項(xiàng)目運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，旨在探尋引起運(yùn)營失敗的原因及各因素的發(fā)生對運(yùn)營失敗影響程度的大小，并根據(jù)分析結(jié)果給出相應(yīng)的控制措施。

1 故障樹分析方法

故障樹分析法是一種邏輯分解的演繹分析方法，本質(zhì)上是一個(gè)布爾邏輯模型，通過邏輯模型描述系統(tǒng)中各基本事件之間的關(guān)系。這些基本事件的不同組合最終導(dǎo)致頂上事件的發(fā)生。故障樹分析是綜合識別和度量風(fēng)險(xiǎn)的有力工具，其分析過程包括確定故障樹的頂上事件、定性分析和定量分析4個(gè)方面。

1.1 確定故障樹的頂上事件

頂上事件是故障樹分析的出發(fā)點(diǎn)和源頭，通常情況下，把最不希望發(fā)生的事件作為故障樹的頂事件。

1.2 建立故障樹

調(diào)查與事故有關(guān)的所有原因事件和各種因素，按建樹原則，從頂上事件起，逐層往下分析各自的直接原因事件。根據(jù)彼此間的邏輯關(guān)系，用“與”、“或”、“非”3種邏輯門連接上下層事件，直到所要求的分析深度，按照其邏輯關(guān)系，形成一株倒置的邏輯樹形圖，即故障樹。

1.3 定性分析

定性分析是求出故障樹的所有最小割集。最小割集是指導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的最起碼的基本事件的組合，一般用上行法或者下行法求得。建立故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)，即

y=（X1，X2，X3，…，Xn）= k （1）

式中：x1，x2，…，xn為故障樹的n個(gè)基本事件；kj為第j個(gè)最小割集，kj= x。

結(jié)構(gòu)函數(shù)表示頂事件和基本事件的邏輯關(guān)系，基本事件的組合最終導(dǎo)致頂上事件的發(fā)生，按照布爾代數(shù)規(guī)則進(jìn)行計(jì)算。則第i個(gè)底事件的結(jié)構(gòu)重要度I？準(zhǔn) （i）可表示為

I？準(zhǔn) （i）=1- 1- （2）

式中：kj為第j個(gè)最小割集；Nj（j∈kj）為第i個(gè)事件位于最小割集kj的底事件數(shù)；xj∈kj是第i個(gè)底事件屬于第j個(gè)最小割集。

確定最小割集后，可根據(jù)式（2）求解底事件的結(jié)構(gòu)重要度。底事件結(jié)構(gòu)重要度從故障樹結(jié)構(gòu)的角度反映了各底事件在故障樹中的重要程度。分析結(jié)構(gòu)重要度，排出各種基本事件的結(jié)構(gòu)重要度順序，從結(jié)構(gòu)上了解各基本事件對頂上事件發(fā)生的影響程度，以便按重要度順序安排防護(hù)措施，加強(qiáng)控制。

1.4 定量分析

定量分析是在定性分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，主要內(nèi)容包括確定各個(gè)基本事件的概率，計(jì)算頂上事件的概率，計(jì)算概率重要度和臨界重要度。

首先，在確定各基本事件發(fā)生概率的情況下，計(jì)算頂上事件的發(fā)生概率，并根據(jù)所取得的結(jié)果與預(yù)定的目標(biāo)值進(jìn)行比較。

P（A +A +…+A ）=1- [1-P（A ）]（3）

P（A ·A ·…·A ）=P（A ）·P（A ）·…·P（A ）（4）

如果事故的發(fā)生概率及其造成的損失為社會(huì)所認(rèn)可，則不必投入更多的人力、物力進(jìn)一步治理。如果超出了目標(biāo)值，就應(yīng)采取必要的系統(tǒng)改進(jìn)措施，使其降至目標(biāo)值以下。

其次，計(jì)算出概率重要系數(shù)（對頂事件的發(fā)生概率求解關(guān)于某基本事件發(fā)生概率的偏導(dǎo)）和臨界重要系數(shù)（各基本事件的發(fā)生概率與頂事件發(fā)生概率的比值，再與各因素的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的乘積）。以便使我們了解，要改善系統(tǒng)應(yīng)從何處著手，以及根據(jù)重要程度的不同，按輕重緩急，安排人力、物力，分別采取對策以加強(qiáng)人的控制，使系統(tǒng)處于最佳安全狀態(tài)。

2 快速公交類項(xiàng)目運(yùn)營失敗風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 故障樹的建立

近年來，學(xué)者們開始注重在服務(wù)、市場化方案以及所產(chǎn)生的綜合效益對BRT系統(tǒng)進(jìn)行研究[3]。快速公交系統(tǒng)作為面向社會(huì)、服務(wù)大眾的公益性基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，其運(yùn)營成功與否的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)除了取決于傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)（包括建設(shè)期投入、運(yùn)營期的盈利能力和暢通交通帶來的經(jīng)濟(jì)效益）外，還應(yīng)考慮乘客滿意評價(jià)（其是否能做到運(yùn)行服務(wù)最優(yōu)、最大程度上滿足乘客需求）和社會(huì)環(huán)境評價(jià)（項(xiàng)目本身所產(chǎn)生的社會(huì)影響和環(huán)境影響），如機(jī)動(dòng)性的公平分配、廢氣和溫室氣體排放、車輛噪聲對居民區(qū)的影響等。

首先將運(yùn)營失敗作為頂上事件，并從快速公交系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益和項(xiàng)目自身產(chǎn)生的影響三個(gè)角度去分析可能導(dǎo)致運(yùn)營效果不佳的因素，由此建立如圖1所表示的運(yùn)營失敗故障樹。

圖1的符號含義如表1所示，基本事件主要通過邏輯關(guān)系“與”和“或”連接構(gòu)成故障樹。

2.2 結(jié)構(gòu)重要度分析

根據(jù)式（2）求解各底事件的結(jié)構(gòu)重要度，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

進(jìn)而根據(jù)結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的大小進(jìn)行排序，系數(shù)越大，底事件對頂事件發(fā)生的影響也越大。

I（X1）>I（X17）=I（X16）=I（X15）>I（X23）=I（X22）=I（X21）>

I（X5）=I（X4）=I（X3）=I（X2）>I（X20）=I（X19）

=I（X18）=I（X11）=I（X10）>I（X6）>I（X29）=I（X28）=I（X27）

=I（X24）>I（X14）=I（X13）=I（X12）>I（X9）=I（X8）=I（X7）>

I（X31）=I（X30）=I（X26）=I（X25）

3 基于FTA的運(yùn)營失敗風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對措施

分析結(jié)果顯示，結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)大于0.5的影響因素有X1（與后續(xù)的城市用地及城市規(guī)劃形成沖突）、X15（票款收入少）、X16（收入來源少）、X17（其他收入有限）、X21（高峰時(shí)段交叉口優(yōu)先權(quán)對橫向車流的影響）、X22（占用過多的地面空間）、X23（噪聲、空氣污染、光污染），可以看出影響運(yùn)營的主要因素集中在城市規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)收益和環(huán)境三個(gè)維度。

X1（與后續(xù)的城市用地及城市規(guī)劃形成沖突）、X21（高峰時(shí)段交叉口優(yōu)先權(quán)對橫向車流的影響）、X22（占用過多的地面空間）等因素的產(chǎn)生均源于項(xiàng)目初期設(shè)計(jì)規(guī)劃的不合理；X23（噪聲、空氣污染、光污染）的問題則可通過通過優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)來解決。許多城市的快速公交系統(tǒng)投資建設(shè)了新的專用行車道路，在設(shè)計(jì)階段應(yīng)最大程度上考慮到行車道路對后期城市建設(shè)的影響，盡可能與其他基礎(chǔ)設(shè)施、開發(fā)項(xiàng)目匹配。同時(shí)，為了避免高峰時(shí)段對普通車道車流的影響，道路規(guī)劃時(shí)應(yīng)適當(dāng)與其他城市交通主干道錯(cuò)開，合理分流車流，盡可能使公交線網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化；道路占地面積不宜過大，科學(xué)合理地引導(dǎo)城市用地布局以提高土地利用效率；最后，快速公交車輛可以選擇電能、天然氣等綠色能源，降低對化石能源的依賴程度。

從經(jīng)濟(jì)收益的視角來看，引起經(jīng)營虧損的主要因素有X15（票款收入少）、X16（收入來源少）、X17（其他收入（廣告等）有限）、X18（補(bǔ)貼方式不合理）、X19（補(bǔ)貼金額測算不準(zhǔn)確）、X20（產(chǎn)生的社會(huì)效益得不到補(bǔ)償）等?？焖俟幌到y(tǒng)的社會(huì)公益性地位決定了其不應(yīng)采取市場化的高票價(jià)政策，因而票款收入有限，很大程度上依賴政府補(bǔ)貼。政府應(yīng)該根據(jù)運(yùn)營情況，運(yùn)用社會(huì)邊際成本等經(jīng)濟(jì)學(xué)模型對運(yùn)營成本中的公益性部分進(jìn)行測算并補(bǔ)貼。補(bǔ)貼總額既要能保證公共交通系統(tǒng)維持高服務(wù)水平，同時(shí)還要有利于促進(jìn)運(yùn)營企業(yè)通過自身挖潛提高效率，并不會(huì)對公共財(cái)政產(chǎn)生巨大的負(fù)擔(dān)，使政府投入具有可持續(xù)性[4]。在補(bǔ)貼金額的測算方式上，建議先計(jì)算單位運(yùn)營成本、累計(jì)車輛的運(yùn)營里程數(shù)得出總運(yùn)營成本后給以一定比例的補(bǔ)貼。

從乘客滿意度的視角來看，引起整體服務(wù)質(zhì)量下降的主要因素有X2（車站位置選取不合理）、X3（運(yùn)營線路規(guī)劃欠佳）、X4（道路條件不佳）、X5（調(diào)度管理不及時(shí)）、X6（線路擁堵）、X10（停靠站規(guī)模?。11（高峰時(shí)段未安排大型車輛）?？焖俟幌到y(tǒng)在車站選址、線路規(guī)劃上應(yīng)考慮到城市內(nèi)不同片區(qū)的人口密度、辦公商圈及居民區(qū)的位置等，項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分預(yù)估未來的潛在客運(yùn)量以免后期運(yùn)營過程中設(shè)施無法滿足乘客需求。在日常運(yùn)營中，對車輛的行駛速度應(yīng)制定相應(yīng)規(guī)范，同時(shí)需注意定期對車道路面進(jìn)行檢查、養(yǎng)護(hù)，加強(qiáng)對工作人員的培訓(xùn)，以便其針對高峰時(shí)段能及時(shí)做出調(diào)度指揮、分流客運(yùn)量、緩解客運(yùn)壓力。

4 結(jié)論

快速公交系統(tǒng)在國內(nèi)正處于飛速發(fā)展時(shí)期，提升快速公交的運(yùn)營效果顯得尤為重要，運(yùn)用故障樹法建立了快速公交系統(tǒng)的運(yùn)營風(fēng)險(xiǎn)模型，求解基本事件結(jié)構(gòu)重要度研究導(dǎo)致運(yùn)營失敗的風(fēng)險(xiǎn)因素及其相互關(guān)系，由于項(xiàng)目個(gè)體差異及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的缺乏，使得該方法不適宜進(jìn)行定量分析，無法計(jì)算頂事件發(fā)生的概率。但該方法對提高快速公交系統(tǒng)的運(yùn)營管理水平、保證服務(wù)質(zhì)量、增強(qiáng)項(xiàng)目的盈利能力具有一定的作用，同時(shí)也為其他準(zhǔn)備建設(shè)快速公交系統(tǒng)的城市提供借鑒，對項(xiàng)目的成功運(yùn)營具有一定指導(dǎo)意義。

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