城市轨道交通系统风险评估技术研究 ——以南京地铁为例

顾珊珊，王三明，杜心言

(1.南京工业大学城市建设与安全工程学院，江苏 南京210009；2.中国城市轨道交通协会，北京 100038)

随着城市化进程的加快，城市轨道交通进入飞速发展的时期[1]。地铁因其快速、高载运量、低能耗、低污染、不易堵车等优势，成为了20 世纪全球各大城市的交通命脉。然而，由于城市轨道交通工程建设难度大，施工环境复杂，建于地下，封闭性强，客流量大且来源复杂，加上安全管理措施实施不到位以及安全投入不足，使得城市轨道交通安全事故时有发生。因此，对城市轨道交通系统在整个寿命周期中的风险评估技术进行系统的研究具有重要的工程意义和参考价值。由于系统周期长，且每个阶段的安全风险特点不一样，因此笔者将城市轨道交通系统工程分成规划设计、建设施工以及运营3 个阶段，对不同阶段采用不同的评估方法进行风险评估。

1 规划设计阶段的风险评估

规划设计环节的风险评估主要包括风险界定、识别、估计以及评价4 个方面[2]。

1.1 风险界定

(1) 评估对象的确定。风险评估对象主要是需要加以风险评估的新建交通项目，实际上就是具体的工程项目和工程设计图纸。

(2) 评估单元的划分。是实现风险评估的重要环节，也是获得真实可靠评估结果的前提。主要分为3 个单元，即地质、环境以及工程[3]。地址单元的划分依据主要是工程地质和水文条件；环境单元的主要划分依据是环境对象的现状、安全状况、种类以及重要性等；工程单元的划分依据主要是根据实际工程目的和要求，从时空、功能以及结构等视角进行评估。

1.2 风险识别

规划阶段的风险影响因素较多，主要包括客流预测风险、建设时序风险、沿线土地规划控制风险、线网调整风险、地质灾害风险、环境影响风险、换乘站规划预留风险等[4]。

1.3 风险估计

风险估计是对风险进行分析，得出风险发生的频率、风险发生分布特征以及风险发生损失。

1.4 风险评价

风险评价是对风险进行等级评定、风险排序与风险决策[5]。

2 建设施工阶段的风险评估

建设施工阶段风险评估步骤和规划设计阶段相同，但在评估方法的选择上存在差异性。杨更社[6]利用模糊层次综合评价法建立特殊地质段施工风险评估模型；李辉[7]采用ANP–FE 技术对隧道近接施工进行风险评估；赵蕾[8]利用肯特指数法建立风险评估模型。由于地铁施工环节的风险因素具有复杂性、多变性、模糊性、随机性以及多层次性等特征，但上述方法由于自身存在的问题都无法适用于该阶段的风险评估，而CIM 风险评估模型却凭借自身优势能较好地适用这一阶段的风险评估。

2.1 施工安全风险评估体系

在查阅大量的相关资料以及对地铁施工事故原因进行深入探析的基础上，在对工程实际需求以及风险评估的可行性加以全面考虑后，构建了地铁施工环节的风险评估体系(图略)。

2.2 CIM 模型

CIM 模型，即控制区间和记忆模型[9]，属于进行概率分布叠加的主要方法。CIM 模型的主要特点是以直方图形式直观呈现概率分布，用和取代复杂的概率函数积分，并根据串联或并联相应模型实现概率分布叠加。因此变量相互独立和变量相互相关问题都能用此模型解决。在城市轨道交通施工安全风险中，风险因素是随机出现的，可以将同级风险因素处理成为并联关系，即可采用 CIM 模型的并联响应模型。

2.3 施工风险的CIM 评估模型

由于地铁工程在施工环节，其风险评估具有复杂性、多边形、模糊性以及多层次性等特点，使得风险因素的量化工作变得比较复杂和困难。所以笔者利用层次分析法对指标权重加以确定，并采取灰色模糊评价法对最末层的风险概率分布加以分析和呈现。

3 运营阶段风险评估

3.1 体系构建

根据地铁运营安全相关指标，结合《城市轨道交通工程项目建设标准》中关于“运营组织和管理”和“运营设备及设施”2 方面的要求，建立地铁运营风险评估体系(图略)。

3.2 多级可拓评估

3.2.1 一级评价

由各二级指标的权重向量wi=(wik)乘以其指标针对各风险等级的关联度矩阵K(Cik)=( Kj(Cik))，计算出各一级指标针对各风险等级的关联度矩阵K(Ci)为

3.2.2 二级评价

由各一级指标的权重向量w=(wj)乘以其指标针对各风险等级的关联度K(C)=(K(Ci))得出待评价对象针对各风险等级的关联度矩阵K(N)为

3.2.3 确定风险等级

若满足：kj0(N)=maxj=(1,2,…,m)kj(N)，则称待评对象N 属于等级j。

则称j*为目标层即地铁运营风险水平的级别变量特征值，即属于某风险级别的程度。

计算得出子系统各个因素的风险级别，得到地铁运营系统的总体风险水平。

4 实例应用

选择地铁建设施工阶段的实例验证。以正在建设中的地铁工程10 号线一期为例，采用CIM 模型进行地铁施工安全风险评估。

4.1 风险因素权重的确定

根据对实际施工过程中安全风险因素的分析，并在对大量地铁施工事故原因进行深入分析的基础上，通过层次分析法对工程风险因素的权重加以确定，结果如表1 所示。

表1 C 层次风险因素排序

4.2 确定风险因素概率分布

邀请专家，在对风险因素的风险等级进行界定之后，又对本次工程进行了客观的风险评价，并建立了评价集合V=｛风险高、较高、适中、较低、低｝。

4.2.1 C 层风险因素的概率分布

由于C3、C4、C5的子因素的权重相同，所以C层采用CIM 并联响应模型得到概率分布。以C3为例，表2 为概率分布的计算过程。以此类推，表3所示为C4和C5的风险因素概率分布。

表2 风险因素C3 概率分布计算过程

表3 B2 下C3~C5 风险因素概率分布

4.2.2 地铁施工总风险概率分布

表4 所示为地铁施工的总风险概率分布。由表4 结果可知，本次地铁工程施工最优可能的安全风险等级为适中，因为其概率最大，达到了36.31%。

表4 地铁施工安全总风险概率分布

针对目前大规模修建的城市轨道交通系统存在众多风险因子以及安全隐患，有必要对城市轨道交通系统的规划设计、建设施工和运营过程建立全寿命周期的风险评估体系以及数据监测采集系统，针对项目不同阶段、不同工程需求进行工程参数收集、管理、分析、处理，确定项目各阶段的风险因素，并制定相应的风险处理方案。通过对不同阶段风险特点的分析，采用不同的方法分别对各阶段进行风险评估，为构建健全的城市交通工程风险评估理论体系提供了重要参考，但目前的地铁施工安全风险综合评估体系尚未完善，仍存在许多不足之处，因此对风险评估的结论如何更好地应用于工程实践还要作更进一步的研究。

[1]丁烈云，付菲菲．我国城市轨道交通安全标准体系研究[J]．施工技术，2010，39(1)：10–13．

[2]GB21562——2008RAMS[S].

[3]金淮．城市轨道交通初步设计安全风险评估工作探讨[J]．地下空间与工程学报，2012，8(2)：1768–1772．

[4]梁青槐，李朴，徐田坤．城市轨道交通建设项目规划方案风险评估方法[J]．都市快轨交通，2013，26(1)：16–18．

[5]GB50652–2011，城市轨道交通地下工程风险管理规范[S]．

[6]杨更社，吴成发．西安地铁1 号线区间特殊地段施工风险评估[J]．西安科技大学学报，2010，30(2)：159–164．

[7]李辉，郑余朝．ANP_FE 技术在地铁隧道近接施工风险评估中的应用[J]．铁道标准设计，2012，12：84–87．

[8]赵蕾，卢浩．改进肯特指数法在地铁施工风险评估中的应用[J]．武汉理工大学学报，2012，34(12)：97–102．

[9]Chapman C B，Cooper D. Risk engineering basic controlled interval and memory models[J]．Journal of the Operational Research Society，1983，34(1)：51–60．