地铁运营系统安全综合评价方法研究

康 鹏 蒋清国 许 昭

(1.天津市地下铁道集团有限公司，天津 300019； 2.中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043)

地铁运营系统安全综合评价方法研究

康 鹏1蒋清国2*许 昭2

(1.天津市地下铁道集团有限公司，天津 300019； 2.中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西 西安 710043)

基于模糊数学理论，通过运用模糊综合评价法建立了模型方案，对地铁运营安全系统的综合性能进行了客观的评价与比较，得出的结论证明模糊综合评价法为地铁运营系统安全评价的实用方法。

模糊数学，模糊综合评价法，地铁运营系统，安全

0 引言

截止到2014年，国内开通地铁运营的城市已经达到22个，未来一段时间内参与到地铁运营的城市及里程仍将继续快速增加，国内地铁运营系统日趋庞大，地铁运营系统安全已经成为地铁发展中的焦点。

地铁运营系统包含各种土建工程和车辆、通风空调、供电等各种机电设备，是一个集车、机、工、电、检、运、营等多学科、多专业、多工种于一体的复杂系统[2-4]，因此，对于一个地铁运营系统的安全性进行评价的最大难度就是多指标性,需要综合考察多项指标，指标中有定性指标和定量指标,而且很难直接比较其优劣，因而必须要对其进行科学的分析处理，到目前为止，针对该课题的研究成果尚少。贾水库等[1]通过应用层次分析法得出人的因素和管理的因素是影响地铁安全运营的首要因素，其次为环境的因素，而物的因素排序为最后。代宝乾等[4]运用系统工程的理论原则，从外部因素、指挥因素、设备设施因素、运营管理因素4个方面确立了地铁运营系统安全综合评价体系。本文基于模糊数学(Fuzzy Mathematics)理论对地铁运营系统安全进行综合评价研究和探索,研究成果对地铁运营系统的正确选择和运营现状安全的评价具有指导作用,对提高地铁运营系统安全总体水平具有重要意义。

1 模糊综合评价法及模型

1.1 模糊综合评价法简介

自1965年美国自动控制论专家L.A.Zadeh提出Fuzzy sets以来，模糊数学得到了较快的发展[5]，目前已广泛运用于工程技术和管理中，并取得了很多成果。其中，模糊综合评价法是其具体运用之一[6]。

模糊综合评价法是一种基于模糊数学的综合评标方法，该综合评价法根据模糊数学的隶属度理论把定性评价转化为定量评价，即用模糊数学对受到多种因素制约的事物或对象做出一个总体的评价。它具有结果清晰，系统性强的特点，能较好地解决模糊的、难以量化的问题，适合各种非确定性问题的解决。

1.2 模糊综合评价法数学模型

实际应用中可根据问题的不同建立对应的数学模型，继而得到各阶指标的评价结果。本文针对地铁运营系统安全的评价拟采用以下方案，具体模型如下：

1)建立三个集合：评价要素集合U，即一级指标；单因素评级集合{U1，U2，… ,Un}，其中U1，U2，…,Un是U的二级指标因素集合；评语集合P={很好，好，一般，差，很差}。

2)确立三类矩阵：集合U各要素的权重矩阵A；集合U1，U2，…,Un各要素的权重矩阵A1，A2，…,An；对各二级指标要素的模糊评判矩阵M1，M2，…,Mn。请一组专家，让其对二级指标按照评语集合一一作评价。具体模式见表1。

表1 二级指标下的要素评价

其中，要素是一级指标U下的二级指标，S11是对于一级指标下的U1中的要素1赞成“很好”等级的专家人数，S12是对于一级指标下的U1中的要素1赞成“好”等级的专家人数，以此类推……，S是总的专家人数。 模糊评判矩阵M1，即专家评定比例矩阵按下式计算(其他类似)：

则得出二级指标评价结果：

进而得出最后评判结果矩阵C=A§B。定义§为模糊合成符号，等同于让两个矩阵相乘。将结果中的数字分别对应评语矩阵，按照最大隶属原则，最大的数对应的评语即是该地铁运营系统的最终模糊评价，即评语评价。

2 在地铁运营系统安全综合评价中的应用实例

根据目前的地铁运营模式，其运营体系可归纳为由人、物、环境、管理4个主要基本要素组成[1]，其层次结构详见图1。

即U={人的因素，物的因素，环境因素，管理的因素}，其各要素权重矩阵(邀请10位专家，经打分取平均值确定，下同)为：A=(0.420 9，0.106 4，0.051 7，0.420 9)；U1人的因素={乘客，列车操作员，管理人员}，各要素权重矩阵为：A1=(0.333 3，0.333 3，0.333 3)；U2物的因素={车辆系统，供电系统，通信系统，信号系统，通风排烟系统}，各要素权重矩阵为：A2=(0.402 76，0.225 8，0.083 3，0.037 6，0.225 8)；U3环境因素={社会环境，设施作业环境，自然环境}，各要素权重矩阵为：A3=(0.30，0.60，0.10)；U4管理的因素={机构职责，规章制度，安全投入}，各要素权重矩阵为：A4=(0.088 7，0.559 1，0.352 2)，见表2。

一级指标 二级指标 二级指标下的元素

图1 地铁运营系统分析的层次结构图

表2 10个专家对地铁运营系统a,b的安全评价

对地铁运营系统a则有：

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)。

所以地铁运营系统a的评比结果矩阵：

同法求出地铁运营系统b的评比结果矩阵：

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

应用结论：根据最大隶属度原则，地铁运营系统a对应结果为0.336 0，地铁运营系统b对应结果为0.338 1。a套地铁运营系统的等级评语对应为“好”，b套地铁运营系统的等级评语对应为“一般”，所以地铁运营系统a的性能更好一些。

如果是对实施阶段的地铁运营系统的评价，则对应一种结果即可得出运营系统的安全性高低，在预先设定的标准下衡量，即可确定整个运营系统是否需要排查并采取适时的应对措施。举一反三，针对某二级指标如“物的因素”，为了解其运营等级状况，可设定其各要素的权重均等，通过专家打分即可明确该因素的整体状况，如不理想，则应对车辆系统、供电系统、通信系统、信号系统、通风排烟系统进行排查，继而采取措施。

3 结语

由此可见，运用模糊综合评价法可以较为方便地对地铁运营安全系统进行综合评价与比较，主要得出以下结论：1)通过运用模糊综合评价法对地铁运营系统a,b形成的评价结果显示：系统a相对b较好，且a地铁运营系统的等级评语是“好”，b地铁运营系统的等级评语是“一般”，评价结果量化、直观。2)指标体系中各指标权值分配虽然或多或少有主观因素的影响，然而一层一层的多级评判最终可把主观因素限制在一个很小的范围内，从而保证评判结果的准确性与可靠性。3)本文所介绍的模糊综合评价法不失为一种地铁运营系统安全评价的实用方法，可以作为地铁安全评价的参考。当然，参照本方法还可以对地铁系统中的分系统(如供电系统、消防系统、线路及轨道系统、通信设备等)作安全评价，只需要构建出其合理的安全评价指标体系即可。

[1] 贾水库，温晓虎，林大建，等.基于层次分析法地铁运营系统安全评价技术的研究[J].中国安全科学学报，2008(5)：137-141.

[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(6):105-108.

[3] 刘天顺，朱效洁，徐瑞华.城市轨道交通系统运营安全和可靠性分析[J].城市轨道交通研究，2006(1):15-17.

[4] 代宝乾，汪 彤，蒋玉琨，等.地铁运营系统安全综合评价指标体系研究[J].中国安全科学学报,2006(12):9-14.

[5] 蒋泽军.模糊数学教程[M].北京:国防工业出版社，2004.

[6] 胡永宏，贺思辉.综合评价方法[M].北京:科学出版社，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 鹏(1982- )，男，工程师； 许 昭(1979- )，男，工程师

蒋清国(1983- )，男，硕士，工程师

1009-6825(2015)10-0254-02

U231.92

A