网络化条件下城市轨道交通信号系统应急资源优化配置研究

2018-06-22徐欣怡徐永能

科技与创新 2018年12期

徐欣怡，徐永能，何舟

（南京理工大学，江苏南京 210094）

随着城市轨道交通的日益发展，国内许多城市都在如火如荼地开展轨道交通建设。截至2017-12，中国大陆共有35座城市开通了轨道交通运营线路，共计169条线路以及长达5 082.83 km的里程数。而北京、上海、广州、深圳、南京等城市的轨道交通的网络已经初具规模，并且规模还在不断扩大。线路的增加以及随之而来的交通量的增长使得城市轨道交通出现故障等应急情况的概率上升。

信号系统作为轨道交通中举足轻重的子系统，覆盖了车站、区间以及列车等方面。信号系统的故障发生概率高、产生的负面影响大，因此，实现网络化条件下信号系统应急救援与资源优化配置具有重要的作用。

1 信号系统应急资源配置需求

轨道交通的网络化运营代表着在具有两条线及以上线路数量的条件下构建运营架构与体制、配置运维资源、确立线路联动、应急机制以及其他运营管理方法与措施的综合运营管理体系，以此来确保城市轨道交通的高效、安全运行。具体分析而言，地铁网络化运营的特点可以概括为以下4点：①互联性。不同的城市轨道交通所具有的线网形状具有不同的特点，但无论是放射状、棋盘状等都通过换乘枢纽实现线路之间的联通，达到各区域相互连接的目标。②方便快捷性。地铁网络的合理建设、换乘枢纽的科学选址与设计，可使乘客以最快捷、舒适的方式出行。③管理集中性。网络化条件下的城市轨道交通运营具有集中性，在管理设施的建设，管理架构搭建的基础上，对各线路行车客运、应急等方面可进行集中协调管理。④共享联动性。网络化的一个重要意义就是资源共享，不同线路的人员、物资、设备可按需实现共享与协调。同时，在突发事件等情况下，各线路间联动，调整网络运行图，从而实现高效处置。

在单线运营的情况下，线路自成一体，应急救援缺乏联动性，实践中通常由地铁车辆基地和车辆段提供应急救援资源配置。因此，在这种运营模式下，地铁的应急救援容易出现资源的重复配置，相互之间的共享性低下，导致应急救援的不及时、救援效率低下。

在网络化条件下，线路数量增加，线路覆盖度上升，在地铁网络中容易发生事故的区间、站点、设备分布不均匀；在事故发生时遭受严重损害的区间、站点、设备分布也不均匀，以上两点均体现了地铁线网的脆弱性。因此，分析研究整个地铁网络的脆弱性分布排序是刻不容缓的。同时，将地铁线网运营特征结合起来，以加强线路网络间应急救援资源的共享利用，实现专业级别的协调联动，提高整个地铁网络下应急救援的效率，对于提高地铁运营应对突发事件的响应能力具有非常重要的意义。

在网络化条件下，轨道交通信号系统应急资源的配置需求有：①资源配置差异性。对于不同类型、不同使用频次的信号系统及组件按风险及脆弱性分析进行不同数量的应急资源配置，以保障各站点救援要求。②资源配置经济性。应急救援资源配置在满足救援大致需求的前提下，需要适当兼顾人力、设备折旧等经济性因素。③资源配置方案可行性。由于资源配置受人员、场地、交通等因素影响，在资源配置中应适应现状，满足配置方案的可行性条件。④专业协同性。在应急救援过程中涉及各专业协同，同时，各应急站点救援人员与设备协调共用，提升救援效率。

2 信号系统应急资源配置流程

应急救援资源是指地铁遇到突发事件，在其应急救援过程中所需要的各类资源总称。从广义上讲，应急救援资源涵盖了防灾、救灾以及恢复等所有环节所需要的一切应急保障；从狭义上讲，应急救援资源仅仅指应急事件管理过程中所需要的各种物资保障。

地铁的应急救援资源配置是将地铁遭遇突发事件后，在其救援过程中所需要的相关应急资源进行高效、合理的配备布置，以缩短应对突发事件的响应时间，提高应急救援效率，规避人力、物力、财力资源浪费的远大目标。目前，就城市轨道交通趋于网络化运营的现状而言，应急救援资源的合理配置已经越来越复杂化，它们彼此间是一个相互制衡、相互促进、有机配合的过程。地铁的应急救援资源配置具体过程如下：①地铁线路网络化特征的分析。随着一线城市里的地铁线路建设越来越复杂，网络化严重，其伴随而来的一些网络化特征日渐明显，也扮演着越来越关键的角色。因此，分析掌握地铁线路网络化特征是应急资源合理配置的基础工作。②确定资源合理配置的影响因素。影响应急保障资源合理配置的约束条件包含各种限制因素，比如地铁运营风险水平、地铁路网结构、车站性质、经济因素等。③对信号系统进行风险分析。对于地铁线网而言，其运营系统的可靠性评估结果影响着资源如何在线路网络中合理配置。通过对其不同的系统进行风险分析，得出系统会发生事故的概率、事故类型及受损严重程度，根据研究结果制订科学的资源配置策略。④地铁线网区域划分。地铁遇到突发事件所急需的救援物资供应点也是一个网络。通常应急救援物资网络由设备救援网络构成，包括车辆、供电系统、通信系统、机电系统、信号系统等所有相关的救援设施。⑤应急资源站点选址。基于以上工作，利用运筹学的理论与工具，建立定量分析模型，并科学求解选出相应的应急资源站点地址，实现响应时间最短、响应成本最低的目标。

3 网络化条件下信号系统风险水平分析

在轨道交通网络化运营状况下，对于地铁而言，评估其运营风险大小是一个关键的应急资源配置环节。而运营风险大小与事故发生概率和后果的严重性大小的乘积成正比，具体可由下式表示：

式（1）中：F为系统的运营风险；K为事故发生的概率（可能性）；S为事故产生的后果级别（严重性）。

地铁线网中信号系统的运营风险水平的大小是地铁应急救援资源配置的主要影响因素之一，换言之，对各个应急站点配置救援资源也主要是为了应对地铁运营的风险。

由式（1）可知，根据信号系统运营风险水平的数学函数，可以从严重性和事故发生的概率两个方面对不同事件的风险进行评估，风险水平结果如图1所示。

可得出以下结论：①对于发生概率大、严重性高的高风险区域进行重点防护，为了保证遇到突发事件时以最快的速度到达救援现场，需要制订最高优先级别的应急资源配置方案；②对于发生概率大、严重性低的中风险区域，做到保障前期预防工作到位，加强检修维保，最大限度降低小事故的发生率；③对于发生概率小、严重性高的中风险区域，要采取针对性应对措施，及时控制事故影响的扩散；④对于发生概率小、严重性低的低风险区域，可以根据应急救援资源的总体数量与质量而处于动态调整状态，优先保证其他区域的应急救援工作顺利进展。

图1 风险水平结果

4 应急站点选址方案

在网络化条件下，城市轨道交通应急救援站选址一般有4种选址模型：①最大覆盖模型。在应急站点数量具有一定限制的条件下，使得覆盖范围最大。②集合覆盖模型。在满足所有的应急需求的前提下，建立最少的应急救援站点。③P-中位模型。在应急站点数量具有一定限制的条件下，使得供应点到需求点的平均时间最短。④P-中心模型。在应急站点数量具有一定限制的条件下，使得物资从最近站点到达各需求点的最大时间最短。

在突发事件发生后，为了防止事态扩大，避免造成人员伤亡与财产重大损失，一般都以应急救援中的“应急响应时间”为评判标准。在南京地铁信号系统的应急救援的预案中，各应急救援资源应当在15 min内从应急站点通过协调配置途径达到现场，与此同时，由于受制于救援人员数量、救援场地等因素的影响，应急点的数量相对有限，可采用集合覆盖或最大覆盖2种模型来解决救援站的选址问题。

南京地铁信号系统的应急救援站选址首先应当结合自身资源情况，优先考虑车辆基地为应急资源集中供应点，其次可考虑换乘站等客运枢纽站点，实现对网络的最大覆盖。在今后南京地铁线网规模进一步扩大之后，需要协同其他专业共享人员以及通用设备、场地等，进一步增设应急救援站点，缩短应急救援响应时间。对于部分关键站点或关键线路区段实行优先保障，依据风险增加救援物资设备，从而更好地保障线网的安全、平稳运行。