城市轨道交通隧道火灾风险的多级可拓综合评价*

谭妍　李树清,2　伍爱友　李兴

(1.湖南科技大学能源与安全工程学院　湖南湘潭 411201；2.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室　湖南湘潭 411201)



城市轨道交通隧道火灾风险的多级可拓综合评价*

谭妍1李树清1,2伍爱友1李兴1

(1.湖南科技大学能源与安全工程学院湖南湘潭 411201；2.湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室湖南湘潭 411201)

摘要在构建城市轨道交通隧道火灾评价指标体系的基础上，建立了多级可拓综合评价模型，通过关联度的计算，判定各风险评价指标与风险等级的距离。以长沙市某隧道为例，通过评价权值、待评物元、关联度的计算，确定该隧道火灾风险的等级。结果表明，该火灾风险等级为2级，风险水平可接受，但需要整改。

关键词多级可拓综合评价隧道火灾风险评价关联度物元

0引言

为减少在城市中运行产生的振动、噪声以及对地面环境的影响，轨道交通在经过城市时会尽可能采用隧道。由于隧道结构的特殊性、城市轨道交通的网络性与人员密集性，一旦发生火灾事故后果不堪设想。因此，对城市轨道交通隧道火灾风险进行评价就显得尤为重要。目前，有许多学者关注到城市轨道交通火灾的研究。但是，针对隧道环境下城市轨道交通火灾风险问题的研究并不多。赵一姝等[1]从人身安全的角度出发，运用事故树等常用安全评价方法，评估了轨道交通运营过程中的火灾风险情况；王艳辉等[2]在构建城市轨道交通火灾事故因果图模型的基础上，采用三角模糊因果图分析方法，量化了基本事件的概率；李炎锋等[3]通过对火灾发展的各阶段进行分析，构建了城市地下交通的火灾风险评估体系，并采用改进的AHP确定了各风险指标的权重。本文选用多级可拓综合评价方法来评价城市轨道交通隧道火灾风险，便于精确计算出各级指标与各风险等级的距离。

1多级可拓综合评价的基本原理

在风险评价中，目前常采用模糊层次分析法。模糊层次分析的研究主要针对不矛盾的问题，对矛盾的问题暂时没有很好的办法。通过建立合理的评价指标体系，融入可拓学理论的多级可拓评价方法不仅可以解决不确定性问题，还可以解决矛盾问题。可拓学的核心思想是物元理论，物元定义为R=(事物，特征，量值)=(N，C，V)。在系统安全分析中，N表示系统安全的等级，C表示子系统，V表示子系统安全状态的取值范围。多级可拓综合评价的基本理论是可拓集合理论，包含关联函数、经典域、节域以及关联度等重要内容[4]。

2城市轨道交通隧道火灾风险评价指标体系的建立

根据《铁路隧道设计规范》(TB 1003—2005)、《铁路工程设计防火规范》(TB 10063—2007)以及与城市轨道交通隧道火灾相关的文献，分析城市轨道交通隧道火灾的特点及影响因素，建立城市轨道交通隧道火灾风险评价指标体系，如表1所示。

表1　城轨交通隧道火灾风险评估指标体系

3城市轨道交通隧道火灾风险多级可拓综合评价模型的构建

3.1多级可拓综合评价权值的确定

3.2确定风险等级域和评价因素集

设风险等级域为：U={Uj,j=1,2,…,m}；一级风险评价因素集为：C={Ci,i=1,2,…,n}；

3.3确定经典域与节域

(1)

式中，Rj为经典域，Vj为评价指标集C关于风险等级Uj的量值范围。

(2)

式中，Ru为节域，Vu为评价指标集C关于全部风险等级U的量值范围[5]。

3.4确定待评价物元

对待评价对象，把实际调研取得的数据或者分析计算结果用物元Ri表示：

(3)

式中，Ri为待评价对象，vik为N关于Cik的量值，k=1,2,…,p，其中p为二级指标的个数。

3.5计算关联度

(5)

3.6多级可拓评价

3.6.1一级评价

K(Ci)=(kj(Ci))=[ωi1,ωi2,…,ωip]·

(6)

3.6.2二级评价

(7)3.6.3确定风险等级

令：

(8)

(9)

则称j*为目标层风险的级别变量特征值，即风险级别的程度。

4工程应用

本文研究长株潭城际铁路湘江隧道段滨江新城至市府站区间。区间隧道沿杜鹃路走向，丘陵地貌，地面高54.79～70.18 m，地面相对高差16.39 m，大致呈西高东低形式，较为开阔；道路两侧房屋密集，交通繁忙，人口众多，全长1 352.981 m，设计为双洞单线隧道，采用矿山施工法；本区间共设置2座横通道，其中心里程分别为WDK9+410，WDK9+813，区间隧道横通道剖面图见图1。

图1区间隧道横通道剖面图

4.1评价指标的权重系数及分级标准的确定

根据长株潭城际铁路区间隧道的实际情况，采用多级可拓综合方法对其火灾风险情况进行评价。邀请20位现场技术管理人员及安全领域的专家，对可能影响该隧道火灾危险性的各项指标进行评分。根据专家的评分结果，采用模糊层次分析法确定各指标的权重。长株潭城际铁路区间隧道火灾风险指标取值如表2所示。评分为[0，85)时，风险等级为1级，表示风险不可接受，需整改；评分为[85，95)时，风险等级为2级，表示风险可接受，需整改；评分为[95，100)时，风险等级为3级，表示安全，风险可忽略。

表2　城市轨道交通隧道火灾风险评价体系指标取值表

4.2评价结果

通过确定集合的经典域、节域以及待评隧道风险的物元，结合长株潭城际铁路区间隧道火灾的安全等级与分级标准，分别进行一级、二级评价，得出评价指标与各风险等级之间的关联度。目标层的可拓评价结果见表3。

表3　目标层可拓评价结果

4.3评价结果分析

由结果可知，长株潭城际铁路区间隧道的总体火灾风险级别为2级，处于“风险可接受、需整改”区间。在安全管理子系统方面，风险等级为2级，但是这个状态与“风险不可接受，需整改”状态的距离为|0.123 8-0.102 6|=0.021 2，与“安全”状态的距离为|0.108 3-(0.390 9)|=0.494 7，其与风险不可接受状态的距离更近，具有一定的事故倾向性，建议整改。其中，安全疏散演习与“风险不可接受”状态相关联，可及时组织相关工作人员进行核实，加强安全管理，重视疏散演习，同时组织专家对演练效果进行评估。同样，在隧道消防疏散设施子系统方面，也存在一定的事故倾向性，由于隧道结构的特殊性，排烟通风系统的要求也更苛刻，可加大科技投入，不断优化排烟与通风性能，使其向更安全的等级方向推进。

5结语

(1)根据城市轨道交通隧道的特点，构建了火灾风险的评价体系；将可拓学的基本原理融入安全评价体系中，建立了关于城市轨道交通隧道火灾风险的多级可拓评价模型，为评定城市轨道交通隧道火灾风险等级提供了一种新的方法。

(2)引入关联度的概念，计算出了各级指标与各风险等级的距离，量化了评价结果的精确性。

参考文献

[1]赵一姝,白建平,易俊.城市轨道交通火灾事故风险评估及对策措施[J].中国安全生产科学技术,2012(9):169-173.

[2]王艳辉,晋君,李曼.基于三角模糊因果图的城市轨道交通火灾事故分析[J].中国安全科学学报,2013(11):22-26.

[3]李炎锋,石勃伟,王超,等.城市地下轨道交通火灾风险评估体系模型研究----以某地铁车站为例[J].防灾减灾工程学报,2010(6):680-684.

[4]代齐齐.基于可拓学理论的地铁运营安全评价研究[D].成都：西南交通大学,2013.

[5]张亚东,郭进,戴贤春,等.基于多级可拓评价法的列车运行控制系统运营安全风险评价[J].中国铁道科学,2013(5):114-119.

[6]赵爽,朱立富.多级可拓评价方法在城市高速公路环境现状评价中的应用[J].大连交通大学学报,2013(2):40-44.

Multilevel Extension Comprehensive Evaluation for Intercity Rail Tunnel Fire

TAN Yan1LI Shuqing1,2WU Aiyou1LI Xing1

(1.SchoolofMiningandSafetyEngineering,HunanUniversityofScienceandTechnologyXiangtan,Hunan411201)

AbstractThe multilevel extension evaluation model is established based on the construction of the evaluation index system for intercity rail tunnel fire, the distance of the evaluation index and the risk level can be accurately determined by the correlation. Taking a tunnel in Changsha as the case, the fire safety level is determined by calculation of evaluation value, matter element and correlation degree. The result shows that the tunnel fire is classified into level 2, which is acceptable, but needs to be rectified.

Key Wordsmultilevel extension comprehensive evaluationtunnel firerisk evaluationcorrelation degreematter element

(收稿日期：2015-10-22)

通讯作者李树清，男，1969年生，博士，教授，主要研究方向为安全工程。

作者简介谭妍，女，1991年生，硕士，主要研究方向为安全评价与事故控制。

*基金项目：国家自然科学基金(51374104，51274095，51274096) ，湖南省自然科学基金 (2015JJ2058)，湖南省科技厅重点研发计划项目(2015SF2053-2)。