基于事故树方法的城市轨道交通乘客坠落站台分析

顾雪景 ，李得伟，张 岚

(1.北京交通大学交通运输学院，北京 100044;2.北京市地铁运营有限公司安全监察室，北京 100044)

城市轨道交通是城市公共客运交通系统的重要组成部分，乘客坠落站台事故是指城市轨道交通系统中乘客由于某些原因跌落站台导致伤亡的事故［1］。城市轨道交通列车高速运行，供电轨带有高压电，坠落站台的乘客与行驶的列车相撞或与供电轨接触，极易造成严重伤亡且导致列车运行中断，严重影响运营。

近年来，随着城市轨道交通大力发展，轨道交通事故不断发生，文献［1］通过对1903—2011年国内外发生的99 起主要轨道交通事故统计分析，发现乘客坠落站台事故发生频率为14.1%，在轨道交通事故发生频率中位于第4，仅次于火灾、列车相撞和爆炸。比较分析还发现，发生频率排名前3 名的事故中国内事故总数的比例仅为4.2%、12.5%、0%，而乘客坠落站台事故则全部发生在国内，且死伤比高达57.1%。李为为等［2］也指出乘客不慎落入和故意跳落轨道的事件时有发生，造成地铁延误，影响运营。这些都说明乘客坠落站台事故是我国城市轨道交通运营安全的一个较大威胁。另外，通过对北京市地铁运营有限公司2004—2008年的4 249 条异常事件统计分析可得:站台上发生的事件有415 起，其中坠落站台事件就有185 件，包括跳站台事件135 条，意外掉站台50 条，均给城市轨道交通运营造成了不同程度的影响。在乘客坠落站台事件研究中，黄照［3］虽然对乘客跳、掉轨事件的原因、时间和预防措施等进行了分析，但是由于数据等原因，其分析存在一定的局限性。

事故树分析法由美国人维森(Watson)提出，其逻辑性强、灵活性高、适用范围广［4-5］。可用来分析事故，特别是重大恶性事故的因果关系，并能总结出事故发生及预防的主要途径，是安全系统工程的主要分析方法之一。目前，该方法已从航天、核工业进入一般电力、电子、化工、机械、交通等诸多领域［4］，实践证明它是适用于系统故障诊断、安全生产和科学管理的行之有效的方法。本文在分析北京地铁乘客坠落站台异常事件原因的同时，运用事故树分析法对乘客坠落站台的不安全因素进行定性、定量分析，以期获得各种不安全因素的重要性排序，提出有效的安全管理措施，为城市轨道交通系统的安全运营提供有效的分析方法和管理措施。

1 事故树分析步骤

分析人员分析某一系统的事故时可根据实际条件和需要采取以下步骤［6］:

(1)准备阶段。确定并熟悉所要分析的系统，调查系统曾经发生的事故;

(2)事故树的编制。确定事故树的顶上事件，调查与顶上事件相关的全部原因事件，采用特定的符号，按照一定的逻辑关系绘制反映因果关系的事故树图;

(3)事故树的定性分析。主要是根据事故树结构，求事故树的最小割集或最小径集，并进行基本原因事件结构重要度分析，确定预防事故的安全保障措施;

(4)事故树的定量分析。主要是按照引起事故发生的各基本事件发生的可能性，计算事故树顶上事件发生的可能性，计算各基本事件概率重要度和关键重要度。对系统进行风险分析，以确定安全投资方向;

(5)事故树分析的结果总结及应用。及时对事故树进行评价、总结，提出改进建议，整理、储存事故树分析资料，为系统安全评价与安全性设计提供依据。

2 乘客坠落站台事故树的建立与分析

2.1 事故树的建立

乘客坠落站台事件威胁着轨道交通系统运营的安全性，易发生在未安装屏蔽门的城市轨道交通站点［1］。根据系统安全管理理论，导致乘客坠落站台事件发生的因素包括人员因素、设备因素、外界环境因素和管理因素等方面。

人员方面主要由乘客的心理状态因素、身体状况等导致，例如:乘客醉酒、突发身体不适、打闹、捡东西等;设备方面，主要在于站台设计是否满足要求以及是否安装地铁屏蔽门等硬件设施。车站发生乘客坠落站台的环境因素主要是车站负荷过大，站台人流拥挤、乘客争抢上车等;管理因素主要体现在站台拥挤情况下，车站工作人员是否采取了合理的引导、疏散和限流措施等。基于此，本文分析了北京地铁的185 件坠落站台事件，发现主要原因在于人员和管理，人员方面乘客坠落站台主要分为主观跳下站台和不慎掉下站台，具体原因比例如表1、表2 所示。

表1 故意跳下站台事件原因比例Table 1 Cause proportion of deliberate platform jumping caused accident

表2 不慎掉下站台原因比例Table 2 Cause proportion of carelessness caused platform falling

通过以上分析，得出乘客坠落站台的基本原因事件列表见表3。

表3 基本事件Table 3 Basic events

根据基本原因事件之间的相互影响和逻辑关系以及事故树的编制规则，确定城市轨道交通乘客坠落站台的事故树如图1 所示，图形符号含义见表4。

2.2 事故树定性分析

2.2.1 最小割集

在事故树分析中，把引起顶上事件发生的基本事件的集合称为割集，也称截集或者截止集。一个事故树中的割集通常不止一个，如果在这些割集中任意去掉一个基本事件以后就不是割集，那么这样的割集就是最小割集，最小割集是引起顶上事件发生的充分必要条件。最小割集表示系统的危险性，最小割集越多，说明系统的危险性越大［5］，只要有一个最小割集中所包含的基本原因事件发生就可能导致顶上事件的发生。利用最小割集可以得出事故树中基本事件的结构重要度并计算顶上事件发生的可能性。

根据城市轨道交通中乘客坠落站台事故树分析图，利用布尔代数法求解最小割集:

所以事故树最小割集为:{α，X1，X2}、{α，X1，X3}、{X1，X4}、{β，X1，X5}、{β，X1，X6}、{X1，X7}、{X1，X8}、{X1，X9}、{X1，X10}、{X1，X11}、{β，X1，X12}、{β，X1，X13}。

2.2.2 最小径集

在事故树中，只要某些基本事件不发生顶上事件就不会发生，这些不发生的基本事件的集合称为径集。在同一个事故树中，不包含其他径集的径集称为最小径集，最小径集是保证顶上事件不发生的充分必要条件。依据对偶原理，事故树的对偶树是成功树，成功树是顶上事件不发生的树。把事故树转换成其对偶成功树，再求出该成功树的最小割集，即是事故树的最小径集［7］。最小径集表示系统的安全性，最小径集越多，说明系统安全性越高［5］。

把事故树变为成功树的方法:将原来事故树中存在的逻辑与门改成逻辑或门，将逻辑或门改为逻辑与门。城市轨道交通乘客坠落站台成功树见图2。

图2 城市轨道交通乘客坠落站台成功树Fig.2 Success tree of passenger platform falling accident in urban rail transit

根据城市轨道交通乘客坠落站台成功树分析图，最小径集的计算如下:

所以成功树最小割集为:{X1'}、{α'，β'，X2'，X3'，X4'，X5'，X6'，X7'，X8'，X9'，X10'，X11'，X12'，X13' }。

事故树最小径集为:{X1}、{α，β，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13}。

2.2.3 结构重要度系数

在事故树中往往包含很多基本事件，这些基本事件并非同等重要。有的基本事件或其组合(割集)一旦出现问题，就会引发顶上事件，有的则不然。通常认为，一个基本事件对顶上事件发生的影响大小称为该基本事件的重要度。重要度分析在系统的事故预防、事故评价和安全设计等方面有着重要的作用。

求解方法如下［6］:

(1)单事件最小割(径)集中的基本事件结构重要度最大，可知I(X1)最大。

(2)仅出现在基本事件个数相同的若干个最小割(径)集中，且在不同割(径)集中出现次数相同的基本事件的结构重要度相同，出现次数较少的结构重要度也较小，由此可知:

(3)两基本事件仅仅出现在基本事件个数不相同的若干个最小割(径)集中，且它们在各最小割(径)集中重复出现的次数相等，则在少事件最小割(径)集中出现的基本事件结构重要度大。可知:

(4)由基本事件的割集重要度系数公式［4］

其中，k 为最小割集数，mr为第r 个最小割集(需包含Xi)中含有的基本事件数，r 取值从1 到k，可知，I(α)=1/18 ＞I(X4)=1/24。

所以，结构重要度排序为:

2.2.4 概率重要度系数

基本事件的结构重要度分析仅按照事故树的结构来分析各基本事件的发生对顶上事件影响的程度，如果要进一步考虑基本事件发生的概率的变化对顶上事件发生的概率带来多大影响，就要分析事件的概率重要度。事故树的概率重要度分析主要依靠各个基本事件的概率重要度系数的大小进行定量分析［6，8］。它在结构重要度分析的基础上，进一步考虑了基本事件发生的概率的变化对顶上事件发生的概率会产生多大的影响。

基本事件概率重要度的计算公式为:

其中:P(T)为顶上事件发生概率;qi为第i 个基本事件Xi发生的概率。

分析发现发生坠落事件的这些站台均未安装屏蔽门设施，因此q1为1，再根据事故树最小割集及表5 统计所得概率值，于是用近似方法计算顶上事件发生的概率为:

表5 城市轨道交通乘客坠落站台原因比例Table 5 Cause proportion of passenger platform falling accident in URT

根据以上公式计算得各基本事件概率重要度系数分别为:Ig(X1)=0.195qα+0.054qβ+0.276，Ig(X2)=qα=Ig(X3)，Ig(X4)=1=Ig(X7)=Ig(X8)=Ig(X9)=Ig(X10)=Ig(X11)，Ig(X5)=qβ=Ig(X6)=Ig(X12)=Ig(X13)。

由于管理不完善原因导致的乘客坠落站台事件比引导设备设施不完善导致的事件多，综合来看，概率重要度系数排序为:Ig(X4)=Ig(X7)=Ig(X8)=Ig(X9)=Ig(X10)=Ig(X11)＞I(X2)=I(X3)＞Ig(X5)=Ig(X6)=Ig(X12)=Ig(X13)。

2.3 结果分析与评价

从事件树结构来看，导致城市轨道交通乘客坠落站台的中间事件有4 件，条件事件有2 件，基本事件共有13 件，这些因素相互结合均可能导致事故的发生，系统的危险性需要引起足够重视，由事故树还可以看出顶上事件T 和导致事故发生的中间事件A～D、条件事件E、F 及发生条件α、β 之间的逻辑关系。

从最小割集和最小径集的组数来看，城市轨道交通乘客坠落站台最小割集为12 组，最小径集有2 组，可知发生事故的可能途径有12 条，预防途径2 条，相比起来，预防和控制难度较大。而在2 种预防途径中，可以看出最小径集中事件最少的是{X1}，这应该是预防控制乘客坠落站台事故的主要途径，但是考虑到受站台面积、车站结构、技术水平、时间资金等多方因素的影响，通过安装屏蔽门减少乘客坠落站台成本高且在短时间内不易办到。

从基本原因事件结构重要度来看，在导致乘客坠落站台事故的基本原因事件中，不安装屏蔽门和乘客跳下站台捡东西、自杀、醉酒、突发身体不适等原因事件的结构重要度较大，说明这些原因导致乘客坠落站台的可能性较大，其次是找厕所、迷路、吵架玩闹以及追车等原因导致乘客坠落站台。从这方面来看，需要对公众加强安全教育，宣传“以人为本、安全至上”的理念，提高乘客安全素质，珍爱生命。

从基本原因事件概率重要度来看，在现有无屏蔽门的条件下，除去乘客自身原因，顶上事件发生的概率主要取决于站台管理措施和引导服务设施是否合理。综上所述，可以通过加强站台管理，例如增加站台巡查人员，安装红外线感应器和视频监控设备等，一旦发现乘客在站台吵架、打闹或有东西掉下站台时就及时制止和帮助。同时考虑到车站是个封闭的复杂系统，容易导致乘客缺乏空间安全感而产生心理压力，应合理布局车站引导设施设备，加强疏导，防止乘客因迷路等原因跳站台。

3 结语

尽管城市轨道交通乘客坠落站台事故相比火灾、列车相撞和爆炸事故带来的后果影响较小，但是目前在我国地铁运营中发生频率较高，需要引起相关运营部门的高度重视。本文结合北京地铁异常记事数据，从人员因素、设备因素、外界环境因素和管理因素等方面综合分析，绘制城市轨道交通乘客坠落站台事故树，并通过分析得出要预防城市轨道交通乘客坠落站台事故的发生，除了要完善硬件设施，更应加强乘客的安全教育及城市轨道交通系统的安全运营管理，提高整个城市轨道交通系统运营的安全性。本文的研究方法还可以用于高速铁路乘客坠落站台事故的分析研究。

［1］交通运输部道路运输司.国内外城市轨道交通事故案例评析［M］.北京:人民交通出版社，2011.

［2］李为为，唐祯敏.地铁运营事故分析及其对策研究［J］.中国安全科学学报，2004，14(6):105 -108.

［3］黄照.论地铁站台如何避免乘客掉/跳轨事件发生［J］.都市快轨交通，2002(4):47 -49.

［4］张飞，周连春，王文才，等.煤矿火灾的事故树分析［J］.煤炭工程，2009(6):69 -71.

［5］薛亮，刘小玲.事故树分析法在城市轨道交通事故分析中的应用［J］.交通科技与经济，2011，13(3):98 -101.

［6］肖贵平，朱晓宁.交通安全工程［M］.北京:中国铁道出版社，2011:135 -157.

［7］徐代荣.木材船海难的事故树分析及预防［J］.航海技术，2009(5):42 -45.

［8］韩印.城市公交事件应急系统关键技术研究［D］.上海:同济大学，2008.