基于可拓学的城市轨道交通系统脆弱性评价

卢迪 金子诺 罗征 段晓红

摘  要：为评价城市轨道交通系统脆弱性水平，基于可拓学建立突发公共卫生事件下系统脆弱性评价的物元模型，从人、机、环、管这4个层面选取系统脆弱性的综合评价指标，利用MATLAB实现可拓物元评价，得出城市轨道交通系统脆弱性的评价结果。案例验证结果表明该评价模型全面、合理并具有实用价值，为解决突发公共卫生事件下城市軌道交通系统脆弱性评价中的诸多不确定性问题提供了一个可靠的方法。

关键词：城市轨道交通  突发事件  脆弱性  可拓综合评价

中图分类号：G64                             文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）03（c）-0097-04

Vulnerability Assessment of Urban Rail Transit System Based on Extenics

LU Di  JIN Zinuo  LUO Zheng  DUAN Xiaohong

（School of Economics and Management， North China University of Technology， Beijing， 100144  China）

Abstract： In order to assess the vulnerability level of urban rail transit system， a matter-element model of system vulnerability assessment under public health emergencies was built based on Extenics. The comprehensive assessment index of system vulnerability was selected from the four aspects of human， machine， environment and management. The extension matter-element assessment was realized by using MATLAB， and the vulnerability assessment results of urban rail transit system were obtained. The case verification results show that the assessment model is comprehensive， reasonable and has practical value， which provides a reliable method to solve many uncertainties in the vulnerability assessment of urban rail transit system under public health emergencies.

Key Words： Urban rail transit; Emergency; Vulnerability; Extension comprehensive assessment

地铁为封闭空间，空气流通性较差，加之日常承载客流量大，成为了突发公共卫生事件发生和蔓延的重要途径。分析和评估地铁系统的脆弱性，能够有效识别系统自身存在的薄弱环节，并为合理制定抵御措施提供依据。

该文提出了突发公共卫生事件下地铁系统脆弱性的4个层面7项指标，并应用可拓学中的物元分析理论建立脆弱性评价的物元模型，结合实例对模型进行验证，最终得出符合突发公共卫生事件下地铁系统脆弱性水平的实际结论。

1  脆弱性评价指标体系构建

1.1 脆弱性的内涵

脆弱性研究开始于环境科学领域[1]。现如今，脆弱性已经遍及生态学和灾害学等自然科学领域。在交通领域，脆弱性也受到了众多学者的关注[2]。在突发公共卫生事件下，轨道交通脆弱性是该系统在面对扰动时的敏感性以及缺乏应对能力从而导致系统结构功能发生改变的特性。扰动与系统内部的相互作用驱动轨道交通脆弱性放大或缩小。系统内部众多组成元素的差异使其在面对突发公共卫生事件时所受影响程度有所不同，进而导致不同系统之间的脆弱性存在差异。

1.2 脆弱性评价指标体系

1.2.1 评价指标选取

将系统脆弱性分成人员脆弱性、机器设备脆弱性、环镜脆弱性和管理脆弱性4个一级指标，在一级指标下选取反映系统脆弱性的二级指标，构建评价指标体系图（见图1）。

1.2.2 指标量化分析

（1）所处线路日客流量。日客流量是指在一天时间内，乘坐某一地铁路线的总人数。地铁的日客流量越大，脆弱性也就越大。日客流量来源于地铁运营部门统计数据。

（2）乘客安全防护水平。规范佩戴医用口罩可以有效减少病毒的传播，阻断细菌的传播和产生[3]。将安全防护程度分为规范佩戴医用口罩、不规范佩戴医用口罩、佩戴普通口罩和不佩戴口罩这4种情况。记录一段时间内乘客所佩戴口罩的种类以及佩戴规范情况，以此来反映乘客自我安全防护水平。

（3）宣传教育度。突发事件防控宣传力度间接影响轨道交通系统脆弱性，宣传力度越大，轨道交通脆弱性就越小。以被评价站点可见的宣传材料投入数量来反映其脆弱性水平。

（4）物资准备水平。在公共卫生事件下，物资主要是指医疗物资和防控设备。医用口罩、体温监测仪器和消毒喷雾等按需备齐，消毒人员需要提前储备至少两周的个人防护物品和面对突发公共卫生事件时紧急处理用物资[4]。物资准备水平与轨道交通脆弱性负相关。采用实地调查法，通过统计待评价站点的物资储备情况来量化这一指标。

（5）消毒水平。在突发公共卫生事件下，轨道交通工作人员按照规范实施清洁消毒，采用含盐类的消毒药剂进行喷雾或擦拭，均可以达到消毒的效果和要求[5]。通过实地调研，选取待评价站点每天消毒的次数来反映该站点的消毒水平。此指标与脆弱性成负相关关系。

（6）行车间隔。行车间隔是指两列同行程载客列车的间隔时间。行车的时间间隔实质就是确定运营生产的“产量”[6]。根据客流预测情况，对地铁行车间隔进行调整，考虑地铁运行的组织水平，同时兼顾乘客的需要，根据供需两方面来适当调整时间间隔[7]。这一指标与轨道交通脆弱性成正相关关系。通过查阅资料获取相关数据并计算待评价站点的所有地铁路线行车间隔平均值，由此度量行车间隔。

2  城市轨道交通系统脆弱性评价模型构建

选取可拓综合评价法，对突发公共卫生事件下城市轨道交通系统脆弱性进行评价。

可拓综合评价模型构建的一般步骤为确定经典域和节域、确定待评价物元、确定评价因子的权重、确定关联度、确定待评价物元的评价等级。

物元是由事物名称N、特征C、量值V组成的三元有序组，可以表示为。当一个事物具有多个特征为，其对应量值为时，可产生n维物元。

2.1 确定经典域和节域

设有m个脆弱性评价标准，用来表示评价标准中各评价因子量值的范围，则城市轨道交通系统脆弱性评价经典域R0表示为：

（1）

式（1）中，表示第i级脆弱性评价标准，表示第i个脆弱性评价因子，则表示第j级评价关于评价因子的值域。

节域表示为：

（2）

式（2）中，p表示脆弱性评价标准，表示评价标准关于评价因子的值域。

2.2 确定待评价物元

对待评价的城市轨道交通系统脆弱性水平，将检测到的数据或者分析的结果用物元表示为：

（3）

式（3）中，Vn表示评价因子的实测值。

2.3 确定评价因子的权重

在衡量选取的影响城市轨道公共交通系统脆弱性的指标要素时，認为每个指标要素对脆弱性的贡献是一样的，故默认各评价因子权重一致。

2.4 确定关联度

关联度表示为：

（4）

式（4）中，表示脆弱性各评价因子关于评价标准j的关联度。

2.5 确定待评价物元的评价等级

实地考察后，将所选指标分成5个等间隔区间段，其中每个区间段对应一个等级，即等级一至等级五，且规定系统脆弱性随着等级数的升高而升高。所选指标具体等级确定见表1。

3  城市轨道交通系统脆弱性评价实例分析

以北京地铁W站、N站和G站为例，通过实地考察、数据资料查询、专业人员访谈咨询后，取得指标数值，见表2。

由kj0（r0）=maxkj（p）得，北京地铁W站和G站处于等级五，故这两处地铁站脆弱性水平相对偏高;而N站处于等级一，故该地铁站脆弱性水平相对较低。3个地铁站横向对比，脆弱性水平由高到底排序为：G站>W站>N站，所得出的评价结果与目前实际情况相符合，证明了此评价体系和模型能够较为真实可靠地反映出城市轨道交通脆弱性水平，进而使系统在实际监管运营层面中完善其欠缺的方面，从而更好地应对突发事件。北京地铁W站、G站、N站的脆弱性水平综合评价表见表3至表5。

4  结语

通过对影响系统脆弱性的典型指标的数据获取和量化，利用可拓综合评价对轨道交通脆弱性进行分析，基于MATLAB软件构建评价模型，通过考察案例实证分析，真实反映不同站点的脆弱性水平。研究为其他轨道交通系统脆弱性评价提供了新的思路，为系统面对突发公共卫生事件的应急措施和有效管理提供了科学的参考建议。

参考文献

[1] 许葭，宋守信，翟怀远，等.基于脆弱性的地铁网络事故蔓延模型构建研究[J].中国安全生产科学技术，2017，13（3）：96-101.

[2] 万丹，郭倩，邓良凯，等.城市轨道交通网络脆弱性对比研究[J].城市轨道交通研究，2021，24（1）：60-64.

[3] 林清，黄韵芝，孙桂萍.新型冠状病毒肺炎疫情中一次性使用医用口罩重复使用及消毒方法的可行性探讨[J].护理管理杂志，2020，20（4）：280-284.

[4] 王钰淼，卢钢.疫情期间城市轨道交通设备防疫措施思考[J].内蒙古科技与经济，2020（18）：83-85.

[5] 刘志宏，刘莹，张少伟，等.新冠肺炎疫情期间民航飞机消毒效果评价[J].中国消毒学杂志，2021，38（2）：102-105.

[6] 乐梅，王宁宁，杨婧，等.城市轨道交通互联互通网络化行车组织方案初探[J].都市快轨交通，2020，33（4）：9-13，44.

[7] 夏秋冬，任群.沈阳地铁行车间隔及运营交路情况分析研究[J].辽宁省交通高等专科学校学报，2015，17（2）：40-42.