基于改進(jìn)未確知測度的地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力成熟度模型研究

張 鵬,江逸帆,詹鈺鑫

(西南石油大學(xué) 土木工程與測繪學(xué)院,四川 成都 610500)

0 引 言

隨著我國城市化進(jìn)程的加速,交通擁堵問題日益顯著,地下空間的開發(fā)利用已成為大勢所趨。據(jù)中國城市軌道交通協(xié)會統(tǒng)計,截至2020年12月底,我國地鐵總里程已達(dá)到6 302.79 km。地鐵以其運(yùn)量大、高速、準(zhǔn)點、低能耗、安全、舒適等優(yōu)勢,已成為許多城市居民首選的出行工具。但地鐵系統(tǒng)作為半地下結(jié)構(gòu),具有環(huán)境封閉、人員設(shè)備密集、緊急疏散相對困難的特點,其運(yùn)營面臨著大量不確定因素的影響[1]。在城市軌道交通進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展后,不同站點、線路之間相互影響,局部問題對整個運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的波及效應(yīng)和聯(lián)動性更加突出[2]。如自然災(zāi)害與公共安全等突發(fā)事件的發(fā)生不僅威脅乘客安全和單條地鐵的運(yùn)營,還易出現(xiàn)“多米諾骨牌”現(xiàn)象,造成較大的社會影響,這對城市軌道的發(fā)展極為不利。 發(fā)生突發(fā)事件時高效有序的采取應(yīng)急措施,可以大大減輕地鐵事故的重大影響[3],有利于阻止事件進(jìn)一步惡化,最大限度的保證人員安全,減少對社會公眾的影響。因此,在軌道交通網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的過程中,加強(qiáng)突發(fā)事件應(yīng)急管理工作,能夠幫助企業(yè)各部門認(rèn)識其在突發(fā)事件處理中的不足與挑戰(zhàn),為后續(xù)應(yīng)急工作的調(diào)整和改進(jìn)提供方向,進(jìn)而提升地鐵應(yīng)急綜合能力。

能力成熟度模型(CMM)最早于1987年由美國卡內(nèi)基梅隆大學(xué)提出,主要應(yīng)用于軟件開發(fā)過程管理與能力提升,此后逐步演變出知識管理成熟度模型(K-MMM),組織項目管理成熟度模型(OPM3)等經(jīng)典成熟度模型,而后成熟度模型被廣泛的應(yīng)用于安全管理、質(zhì)量管理等領(lǐng)域。CMM的核心思想,是通過對企業(yè)管理過程進(jìn)行成熟度評估,使企業(yè)清晰了解自身的管理水平,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié),形成一個動態(tài)循環(huán)系統(tǒng),達(dá)到實現(xiàn)企業(yè)安全管理能力逐步爬高的目的[4]。近年來,CMM被廣泛的應(yīng)用于應(yīng)急能力評估中,G.F.MA等[5]創(chuàng)新的提出了包括評價體系、方法和流程的建筑火災(zāi)應(yīng)急相應(yīng)能力成熟度,并基于BIM平臺開發(fā)了火災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)評估插件;王瑞強(qiáng)等[6]從應(yīng)急組織與制度、應(yīng)急管理保障、應(yīng)急處置能力等4個方面,結(jié)合盲數(shù)理論建立了化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力成熟度評估模型。國內(nèi)外學(xué)者將成熟度模型與不同研究對象的應(yīng)急能力相結(jié)合,取得了大量有價值的學(xué)術(shù)成果,但針對地鐵突發(fā)事件應(yīng)急管理領(lǐng)域而言,研究主要集中在能力評價、管理策略研究等方面,評價方法多采用模糊綜合評價法、物元法等,關(guān)于地鐵突發(fā)事件應(yīng)急管理成熟度的研究較少。

鑒于此,筆者運(yùn)用成熟度模型和改進(jìn)未確知測度理論,結(jié)合城市軌道交通應(yīng)急管理特點,從事前、事發(fā)、事后全生命周期角度探討城市地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力的影響因素和體系框架,為應(yīng)急管理工作提供新思路與方法。

1 突發(fā)事件應(yīng)急管理能力成熟度模型構(gòu)建

通過對經(jīng)典能力成熟度模型的對比分析可知,現(xiàn)有模型多采用二維矩陣結(jié)構(gòu),注重能力提升的過程與成熟度等級的判別,而OPM3模型采用創(chuàng)新式的三維結(jié)構(gòu),能更全面的反映成熟度等級提升過程。因此筆者借鑒OPM3模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu),根據(jù)地鐵系統(tǒng)的特點、突發(fā)事件應(yīng)急管理的特征與總體目標(biāo),將成熟度模型的3個維度確定為應(yīng)急管理全過程(事前、事中、事后)、應(yīng)急能力成熟度等級和地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力成熟度評價指標(biāo)體系。

1.1 成熟度模型框架結(jié)構(gòu)

基于現(xiàn)有應(yīng)急能力成熟度模型,結(jié)合地鐵突發(fā)事件應(yīng)急管理的特點,將地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力劃分為5個成熟度等級,如圖1。并對各等級特征進(jìn)行描述,并采用五分制確定各成熟度評價分值,如表1。

表1 成熟度等級特征描述及分值Table 1 Description of maturity level characteristics and scores

1.2 成熟度評價指標(biāo)體系構(gòu)建

根據(jù)指標(biāo)體系的構(gòu)建原則,通過對國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)的梳理[7-11],總結(jié)現(xiàn)有城市軌道交通應(yīng)急管理指標(biāo)體系并結(jié)合專家意見,從突發(fā)事件事前、事發(fā)、事后全生命周期角度出發(fā),將地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力分為組織與制度、監(jiān)控預(yù)備能力、應(yīng)急救援能力、組織處理能力、應(yīng)急恢復(fù)能力、事故總結(jié)分析共6個一級指標(biāo),并細(xì)分為19個二級指標(biāo),如圖2。

圖2 地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力指標(biāo)體系Fig. 2 Metro emergency response capability index system

2 突發(fā)事件應(yīng)急管理能力成熟度測度方法

“未確知信息”概念最早由王光遠(yuǎn)提出,隨后劉開第等人為解決“不完整信息”表達(dá)和處理的問題,提出了未確知數(shù)學(xué)理論用以表達(dá)和處理未確知信息[12],由此衍生出未確知測度方法,相較于廣泛使用的模糊綜合評價、物元可拓等評價方法,能夠更為精準(zhǔn)的處理不確定信息。盲數(shù)理論作為研究盲信息、灰信息等問題的重要方法,在處理和表達(dá)多種不確定信息的同時,能夠最大限度的保留已知信息。結(jié)合盲數(shù)理論與未確知測度法進(jìn)行成熟度評價,能夠使模型更加科學(xué)和貼近評價對象的實際狀況。

地鐵突發(fā)事件應(yīng)急管理有別于其他行業(yè),地鐵系統(tǒng)運(yùn)營過程中環(huán)境復(fù)雜性,人員流動性和事件突發(fā)性等因素導(dǎo)致地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力評價的隨機(jī)性與模糊性;加之在進(jìn)行專家打分時,不同專家對指標(biāo)理解與認(rèn)知情況的不同,進(jìn)一步加強(qiáng)了評估結(jié)果的不確定性。綜上所述,采用結(jié)合盲數(shù)理論的改進(jìn)未確知測度法評估地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力成熟度,可有效提高成熟度評價結(jié)果的真實性和準(zhǔn)確度。

2.1 盲數(shù)矩陣

筆者采用專家組打分進(jìn)行地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力指標(biāo)值的評估,為提高測度精度,采用跨級評價方式, 即專家組成員根據(jù)實際情況對各指標(biāo)的測度分?jǐn)?shù)區(qū)間進(jìn)行評估,可跨等級打分。由于專家組打分存在等級交叉情況,需要根據(jù)式(1)對各分?jǐn)?shù)區(qū)間進(jìn)行無交叉劃分,并重新計算各等級可信度,可得到盲數(shù)矩陣Dmn(具體計算過程見實例分析):

(1)

式中:n為成熟度等級劃分的區(qū)間數(shù);m為指標(biāo)的個數(shù);γij為第i個指標(biāo)處于第j個成熟度等級的可信度(i=1,2,…,m;j=1,2,…,n)。

2.2 組合賦權(quán)確定指標(biāo)權(quán)重

客觀權(quán)重法、主觀權(quán)重法和組合賦權(quán)法是目前常用的權(quán)重確定方法。客觀權(quán)重法主要包括熵權(quán)法、GRITIC法等,主觀權(quán)重法有德爾菲法、G1法等,單一的賦權(quán)方法無疑會導(dǎo)致權(quán)重的確定主客觀的影響,降低評價結(jié)果的可信度。因此筆者選用熵權(quán)法與G1法相結(jié)合的方法計算各指標(biāo)權(quán)重。

2.2.1 基于G1法的主觀權(quán)重

G1法是對AHP法進(jìn)行簡化改進(jìn)后提出的一種主觀賦權(quán)法,具有簡便、可操作性強(qiáng)等優(yōu)點[13]。其操作步驟包括:

1)確定序關(guān)系,即邀請p位專家對各指標(biāo)的重要性進(jìn)行排序。

2)確定相對重要度,各專家對排序中相鄰兩指標(biāo)xk與xk-1之間的相對重要程度進(jìn)行判斷,并采用rk=xk-1/xk表示兩指標(biāo)相對重要度,其中rk的賦值規(guī)則見表2。

表2 相鄰指標(biāo)重要程度之比rk的賦值規(guī)則Table 2 Assignment rules of the ratio of the importance of adjacent indicators rk

3)確定初始權(quán)重,根據(jù)各專家給出的rk值,可由式(2)求出重要性程度最小指標(biāo)xm的權(quán)重,進(jìn)而由式(3)求得其他m-1個指標(biāo)權(quán)重。

(2)

(3)

4)確定主觀權(quán)重,根據(jù)上述步驟可得出各指標(biāo)均有p個初始權(quán)重,因此將各初始權(quán)重均值作為G1法確定的最終主觀權(quán)重。

2.2.2 基于熵權(quán)法的客觀權(quán)重

熵權(quán)法(EWM)是利用各指標(biāo)變異性大小的原理來確定權(quán)重的一種客觀賦權(quán)法,作者結(jié)合盲數(shù)矩陣和信息熵理論,在包含有關(guān)信息的評價體系中確定指標(biāo)權(quán)重。

(4)

(5)

式中:ui為第i個指標(biāo)的熵值。

2.2.3 最小相對信息熵確定組合賦權(quán)

在計算出熵權(quán)法指標(biāo)權(quán)重wEWM和G1法指標(biāo)權(quán)重wG1后,采用拉格朗日乘子法進(jìn)行主客觀權(quán)重組合,得到組合權(quán)重εi:

(6)

2.3 改進(jìn)未確知測度矩陣

2.3.1 單指標(biāo)測度函數(shù)

未確知測度函數(shù)的類型包括直線型、拋物線型、正弦型和指數(shù)型[14],鑒于直線型未確知測度函數(shù)計算高效且應(yīng)用范圍廣,故選擇采用直線型測度函數(shù)。首先根據(jù)各成熟度等級特征,在各等級評價分值區(qū)間中插入n個分點(a1,a2,…,an),構(gòu)建單指標(biāo)測度函數(shù)表達(dá)式,當(dāng)xan時,V(x)=1。

(7)

(8)

式中:Vq(x)和V(q+1)(x)均為單指標(biāo)測度函數(shù)值;q為評價等級;aq(q=1,2,…,n)為分值區(qū)間插入點。

2.3.2 多指標(biāo)未確知測度矩陣

根據(jù)插分點與盲數(shù)矩陣,計算各指標(biāo)綜合得分bi,并將其帶入式(7)和式(8),建立多指標(biāo)未確知測度矩陣B。

(9)

(10)

式中:φij為第i個指標(biāo)處于第j個成熟度等級的程度。

2.4 多指標(biāo)綜合測度計算

以綜合權(quán)重向量ε=(ε1,ε2,…,εm) 和多指標(biāo)未確知測度矩陣B為計算依據(jù),可得指標(biāo)體系的綜合未確知測度向量σ。

σ=ε·B=(σ1,σ2,…,σn)

(11)

2.5 應(yīng)急能力成熟度等級

為評估地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力成熟度等級,引入置信度識別準(zhǔn)則,將地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力的5個成熟度等級分別記為C=(c1,c2,c3,c4,c5)=(初始級,成長級,規(guī)范級,成熟級,優(yōu)化級),其中c10.5,通常取0.7或0.6),置信度識別準(zhǔn)則如式(12):

(12)

3 實例分析

成都市2號線自2007年12月開工建設(shè),于2012年9月16日開通運(yùn)營;截至2019年9月底,該線路最高單日線路客運(yùn)量已達(dá)到107.69萬人次。通過對成都地鐵充分調(diào)研得知,該線路自投入運(yùn)營以來,尚未出現(xiàn)重大規(guī)模的突發(fā)事件,運(yùn)營安全工作相對良好。筆者以成都市2號地鐵線路為例,運(yùn)用改進(jìn)未確知測度理論及成熟度模型,根據(jù)19項評價指標(biāo)設(shè)計應(yīng)急管理能力調(diào)查問卷,通過實地調(diào)研考察、走訪專家等形式發(fā)放問卷,對成都市地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力水平進(jìn)行評估。

3.1 成熟度評價

3.1.1 盲數(shù)矩陣的確定

共邀請6位從事地鐵應(yīng)急工作的管理人員及科研院校的專家,根據(jù)成都地鐵應(yīng)急管理實際情況、指標(biāo)評判標(biāo)準(zhǔn)和分?jǐn)?shù)區(qū)間,對成都地鐵應(yīng)急能力評價體系的各項指標(biāo)進(jìn)行成熟度打分,見表3。

表3 成都地鐵應(yīng)急能力成熟度得分匯總Table 3 Summary of Chengdu metro’s emergency response capability maturity scores

3.1.2 確定指標(biāo)權(quán)重

筆者邀請相關(guān)方面的6位專家利用G1法對該地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力評估指標(biāo)體系中各指標(biāo)重要度進(jìn)行排序并打分,得到各指標(biāo)主觀權(quán)重;并根據(jù)盲數(shù)矩陣、信息熵理論,運(yùn)用式(4)～式(5)計算出各指標(biāo)的客觀權(quán)重;最后利用式(6)計算出單層組合權(quán)重,進(jìn)而求出綜合組合權(quán)重,見表4。其中,單層組合權(quán)重是指各二級指標(biāo)占其相對應(yīng)一級指標(biāo)的權(quán)重;綜合組合權(quán)重是針對所有二級指標(biāo)而言,每個二級指標(biāo)所占的權(quán)重大小。

表4 地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力指標(biāo)權(quán)重表Table 4 The weight table of the emergency response capability index for subway emergencies

3.1.3 建立未確知測度矩陣

根據(jù)表1地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力成熟度等級劃分標(biāo)準(zhǔn),并參考相關(guān)文獻(xiàn)[15-16],確定區(qū)間插入點分別為2.000、2.500、3.375、4.125、4.750,代入式(7)和式(8)可構(gòu)建出如圖3的測度函數(shù),根據(jù)盲數(shù)矩陣計算各二級指標(biāo)綜合得分。以應(yīng)急知識宣傳s1為例,其在各成熟度等級的可信度為Y1=[0,0.416,0.584,0,0],由式(9)可計算出b1=3.011,其余各指標(biāo)綜合得分匯總見表5。將各指標(biāo)得分依次帶入單指標(biāo)未確知測度函數(shù),構(gòu)建出多指標(biāo)未確知測度矩陣B。

表5 評估指標(biāo)綜合得分Table 5 Comprehensive scores of evaluation indicators

圖3 單指標(biāo)未確知測度函數(shù)Fig. 3 Unascertained measure function of single index

3.1.4 應(yīng)急能力成熟度等級

由各二級指標(biāo)權(quán)重向量ε與多指標(biāo)未確知測度矩陣B,可計算出綜合未確知測度向量σ=(0,0.071 7,0.549 9,0.383 4,0.006 0),取置信度λ=0.6,利用置信度識別準(zhǔn)則式(12),可判斷出該地鐵應(yīng)急能力成熟度等級:

l0=min{l|0+0.071 7+0.549 9=0.622>0.6}=3

該地鐵應(yīng)急能力成熟度屬于c3等級,即規(guī)范級。

3.2 結(jié)果分析

綜上分析可知,成都地鐵2號線突發(fā)事件應(yīng)急能力處于“規(guī)范級”水平。由圖4的地鐵應(yīng)急能力指標(biāo)雷達(dá)模型圖,可直觀看出在一級指標(biāo)中:應(yīng)急救援能力s3和組織與制度s1成熟度得分較高;應(yīng)急處理能力s4和監(jiān)控預(yù)備能力s2成熟度分?jǐn)?shù)較低,表明該地鐵在這些方面存在不足之處,需要適當(dāng)提高。根據(jù)對未確知測度矩陣的具體分析可知:該地鐵在員工技能培訓(xùn)水平、信息采集能力、救援現(xiàn)場指揮能力和救援隊伍反應(yīng)能力方面的應(yīng)急能力水平較好,需要繼續(xù)保持;但在應(yīng)急預(yù)案演練、信息傳遞能力、應(yīng)急知識宣傳、組織協(xié)調(diào)能力等方面的應(yīng)急水平相對較差。

圖4 一級指標(biāo)雷達(dá)模型Fig. 4 Radar model diagram of the first-level indicator

通過實地調(diào)研,發(fā)現(xiàn)成都市地鐵各部門工作缺乏系統(tǒng)性與整體性,大多部門建立的聯(lián)動機(jī)制主要是以口頭承諾的方式,缺乏合作演練與溝通實踐;地鐵內(nèi)部廣告大多被廣告公司承包,針對應(yīng)急知識方面的宣傳內(nèi)容較少、內(nèi)容模式單一,導(dǎo)致部分乘客對相關(guān)工作開展理解程度不高。

因此,成都地鐵運(yùn)營公司應(yīng)重點加強(qiáng)其應(yīng)急處理水平,全面提升應(yīng)急預(yù)案演練、應(yīng)急知識宣傳與組織協(xié)調(diào)能力。切實加強(qiáng)應(yīng)急綜合能力,從而穩(wěn)定提高突發(fā)事件應(yīng)急管理水平。

4 結(jié) 論

根據(jù)地鐵應(yīng)急管理的特征與能力現(xiàn)狀,從事前、事中、事后角度構(gòu)建了包含6個一級指標(biāo)和19個二級指標(biāo)的評價指標(biāo)體系,提出了包含5個等級的地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力成熟度模型。結(jié)合實際案例,運(yùn)用盲數(shù)理論改進(jìn)未確知測度函數(shù)評價成熟度等級,增加了評估的可信性。

1)構(gòu)建成熟度模型不僅可以幫助相關(guān)方了解自身應(yīng)急能力水平,確定其成熟度等級;還能為企業(yè)進(jìn)一步改進(jìn)應(yīng)急管理薄弱環(huán)節(jié)提供指導(dǎo)與建議,以此循環(huán),達(dá)到提升應(yīng)急綜合能力的目的。

2)將改進(jìn)未確知測度理論與G1法和熵權(quán)法相結(jié)合,利用最小相對信息熵原理確定組合權(quán)重,有效避免了專家主觀判斷的不確定性與數(shù)據(jù)客觀性對評價結(jié)果產(chǎn)生的影響;結(jié)合雷達(dá)圖可直觀呈現(xiàn)地鐵突發(fā)事件應(yīng)急管理各指標(biāo)成熟度等級情況,為提升地鐵運(yùn)營公司應(yīng)急管理能力提供了有價值的信息。通過改進(jìn)未確知測度法對成都地鐵2號線突發(fā)事件應(yīng)急能力進(jìn)行評價,結(jié)果表明該地鐵應(yīng)急能力水平屬于“規(guī)范級”,這與實際情況相吻合,驗證了該模型的實用性與有效性。

3)由于地鐵系統(tǒng)復(fù)雜,且突發(fā)事件的誘因具有不確定性,影響地鐵應(yīng)急能力的因素眾多。因此,深入研究影響地鐵應(yīng)急能力成熟度的因素,探討提升地鐵突發(fā)事件應(yīng)急能力的路徑,將是后續(xù)的研究工作。