基于事故樹方法的城市軌道交通乘客墜落站臺分析

顧雪景 ，李得偉，張 嵐

(1.北京交通大學交通運輸學院，北京 100044;2.北京市地鐵運營有限公司安全監(jiān)察室，北京 100044)

城市軌道交通是城市公共客運交通系統(tǒng)的重要組成部分，乘客墜落站臺事故是指城市軌道交通系統(tǒng)中乘客由于某些原因跌落站臺導致傷亡的事故［1］。城市軌道交通列車高速運行，供電軌帶有高壓電，墜落站臺的乘客與行駛的列車相撞或與供電軌接觸，極易造成嚴重傷亡且導致列車運行中斷，嚴重影響運營。

近年來，隨著城市軌道交通大力發(fā)展，軌道交通事故不斷發(fā)生，文獻［1］通過對1903—2011年國內外發(fā)生的99 起主要軌道交通事故統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)乘客墜落站臺事故發(fā)生頻率為14.1%，在軌道交通事故發(fā)生頻率中位于第4，僅次于火災、列車相撞和爆炸。比較分析還發(fā)現(xiàn)，發(fā)生頻率排名前3 名的事故中國內事故總數(shù)的比例僅為4.2%、12.5%、0%，而乘客墜落站臺事故則全部發(fā)生在國內，且死傷比高達57.1%。李為為等［2］也指出乘客不慎落入和故意跳落軌道的事件時有發(fā)生，造成地鐵延誤，影響運營。這些都說明乘客墜落站臺事故是我國城市軌道交通運營安全的一個較大威脅。另外，通過對北京市地鐵運營有限公司2004—2008年的4 249 條異常事件統(tǒng)計分析可得:站臺上發(fā)生的事件有415 起，其中墜落站臺事件就有185 件，包括跳站臺事件135 條，意外掉站臺50 條，均給城市軌道交通運營造成了不同程度的影響。在乘客墜落站臺事件研究中，黃照［3］雖然對乘客跳、掉軌事件的原因、時間和預防措施等進行了分析，但是由于數(shù)據(jù)等原因，其分析存在一定的局限性。

事故樹分析法由美國人維森(Watson)提出，其邏輯性強、靈活性高、適用范圍廣［4-5］。可用來分析事故，特別是重大惡性事故的因果關系，并能總結出事故發(fā)生及預防的主要途徑，是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。目前，該方法已從航天、核工業(yè)進入一般電力、電子、化工、機械、交通等諸多領域［4］，實踐證明它是適用于系統(tǒng)故障診斷、安全生產和科學管理的行之有效的方法。本文在分析北京地鐵乘客墜落站臺異常事件原因的同時，運用事故樹分析法對乘客墜落站臺的不安全因素進行定性、定量分析，以期獲得各種不安全因素的重要性排序，提出有效的安全管理措施，為城市軌道交通系統(tǒng)的安全運營提供有效的分析方法和管理措施。

1 事故樹分析步驟

分析人員分析某一系統(tǒng)的事故時可根據(jù)實際條件和需要采取以下步驟［6］:

(1)準備階段。確定并熟悉所要分析的系統(tǒng)，調查系統(tǒng)曾經發(fā)生的事故;

(2)事故樹的編制。確定事故樹的頂上事件，調查與頂上事件相關的全部原因事件，采用特定的符號，按照一定的邏輯關系繪制反映因果關系的事故樹圖;

(3)事故樹的定性分析。主要是根據(jù)事故樹結構，求事故樹的最小割集或最小徑集，并進行基本原因事件結構重要度分析，確定預防事故的安全保障措施;

(4)事故樹的定量分析。主要是按照引起事故發(fā)生的各基本事件發(fā)生的可能性，計算事故樹頂上事件發(fā)生的可能性，計算各基本事件概率重要度和關鍵重要度。對系統(tǒng)進行風險分析，以確定安全投資方向;

(5)事故樹分析的結果總結及應用。及時對事故樹進行評價、總結，提出改進建議，整理、儲存事故樹分析資料，為系統(tǒng)安全評價與安全性設計提供依據(jù)。

2 乘客墜落站臺事故樹的建立與分析

2.1 事故樹的建立

乘客墜落站臺事件威脅著軌道交通系統(tǒng)運營的安全性，易發(fā)生在未安裝屏蔽門的城市軌道交通站點［1］。根據(jù)系統(tǒng)安全管理理論，導致乘客墜落站臺事件發(fā)生的因素包括人員因素、設備因素、外界環(huán)境因素和管理因素等方面。

人員方面主要由乘客的心理狀態(tài)因素、身體狀況等導致，例如:乘客醉酒、突發(fā)身體不適、打鬧、撿東西等;設備方面，主要在于站臺設計是否滿足要求以及是否安裝地鐵屏蔽門等硬件設施。車站發(fā)生乘客墜落站臺的環(huán)境因素主要是車站負荷過大，站臺人流擁擠、乘客爭搶上車等;管理因素主要體現(xiàn)在站臺擁擠情況下，車站工作人員是否采取了合理的引導、疏散和限流措施等。基于此，本文分析了北京地鐵的185 件墜落站臺事件，發(fā)現(xiàn)主要原因在于人員和管理，人員方面乘客墜落站臺主要分為主觀跳下站臺和不慎掉下站臺，具體原因比例如表1、表2 所示。

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

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

通過以上分析，得出乘客墜落站臺的基本原因事件列表見表3。

表3 基本事件Table 3 Basic events

根據(jù)基本原因事件之間的相互影響和邏輯關系以及事故樹的編制規(guī)則，確定城市軌道交通乘客墜落站臺的事故樹如圖1 所示，圖形符號含義見表4。

2.2 事故樹定性分析

2.2.1 最小割集

在事故樹分析中，把引起頂上事件發(fā)生的基本事件的集合稱為割集，也稱截集或者截止集。一個事故樹中的割集通常不止一個，如果在這些割集中任意去掉一個基本事件以后就不是割集，那么這樣的割集就是最小割集，最小割集是引起頂上事件發(fā)生的充分必要條件。最小割集表示系統(tǒng)的危險性，最小割集越多，說明系統(tǒng)的危險性越大［5］，只要有一個最小割集中所包含的基本原因事件發(fā)生就可能導致頂上事件的發(fā)生。利用最小割集可以得出事故樹中基本事件的結構重要度并計算頂上事件發(fā)生的可能性。

根據(jù)城市軌道交通中乘客墜落站臺事故樹分析圖，利用布爾代數(shù)法求解最小割集:

所以事故樹最小割集為:{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 最小徑集

在事故樹中，只要某些基本事件不發(fā)生頂上事件就不會發(fā)生，這些不發(fā)生的基本事件的集合稱為徑集。在同一個事故樹中，不包含其他徑集的徑集稱為最小徑集，最小徑集是保證頂上事件不發(fā)生的充分必要條件。依據(jù)對偶原理，事故樹的對偶樹是成功樹，成功樹是頂上事件不發(fā)生的樹。把事故樹轉換成其對偶成功樹，再求出該成功樹的最小割集，即是事故樹的最小徑集［7］。最小徑集表示系統(tǒng)的安全性，最小徑集越多，說明系統(tǒng)安全性越高［5］。

把事故樹變?yōu)槌晒涞姆椒?將原來事故樹中存在的邏輯與門改成邏輯或門，將邏輯或門改為邏輯與門。城市軌道交通乘客墜落站臺成功樹見圖2。

圖2 城市軌道交通乘客墜落站臺成功樹Fig.2 Success tree of passenger platform falling accident in urban rail transit

根據(jù)城市軌道交通乘客墜落站臺成功樹分析圖，最小徑集的計算如下:

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

事故樹最小徑集為:{X1}、{α，β，X2，X3，X4，X5，X6，X7，X8，X9，X10，X11，X12，X13}。

2.2.3 結構重要度系數(shù)

在事故樹中往往包含很多基本事件，這些基本事件并非同等重要。有的基本事件或其組合(割集)一旦出現(xiàn)問題，就會引發(fā)頂上事件，有的則不然。通常認為，一個基本事件對頂上事件發(fā)生的影響大小稱為該基本事件的重要度。重要度分析在系統(tǒng)的事故預防、事故評價和安全設計等方面有著重要的作用。

求解方法如下［6］:

(1)單事件最小割(徑)集中的基本事件結構重要度最大，可知I(X1)最大。

(2)僅出現(xiàn)在基本事件個數(shù)相同的若干個最小割(徑)集中，且在不同割(徑)集中出現(xiàn)次數(shù)相同的基本事件的結構重要度相同，出現(xiàn)次數(shù)較少的結構重要度也較小，由此可知:

(3)兩基本事件僅僅出現(xiàn)在基本事件個數(shù)不相同的若干個最小割(徑)集中，且它們在各最小割(徑)集中重復出現(xiàn)的次數(shù)相等，則在少事件最小割(徑)集中出現(xiàn)的基本事件結構重要度大。可知:

(4)由基本事件的割集重要度系數(shù)公式［4］

其中，k 為最小割集數(shù)，mr為第r 個最小割集(需包含Xi)中含有的基本事件數(shù)，r 取值從1 到k，可知，I(α)=1/18 ＞I(X4)=1/24。

所以，結構重要度排序為:

2.2.4 概率重要度系數(shù)

基本事件的結構重要度分析僅按照事故樹的結構來分析各基本事件的發(fā)生對頂上事件影響的程度，如果要進一步考慮基本事件發(fā)生的概率的變化對頂上事件發(fā)生的概率帶來多大影響，就要分析事件的概率重要度。事故樹的概率重要度分析主要依靠各個基本事件的概率重要度系數(shù)的大小進行定量分析［6，8］。它在結構重要度分析的基礎上，進一步考慮了基本事件發(fā)生的概率的變化對頂上事件發(fā)生的概率會產生多大的影響。

基本事件概率重要度的計算公式為:

其中:P(T)為頂上事件發(fā)生概率;qi為第i 個基本事件Xi發(fā)生的概率。

分析發(fā)現(xiàn)發(fā)生墜落事件的這些站臺均未安裝屏蔽門設施，因此q1為1，再根據(jù)事故樹最小割集及表5 統(tǒng)計所得概率值，于是用近似方法計算頂上事件發(fā)生的概率為:

表5 城市軌道交通乘客墜落站臺原因比例Table 5 Cause proportion of passenger platform falling accident in URT

根據(jù)以上公式計算得各基本事件概率重要度系數(shù)分別為: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導致的乘客墜落站臺事件比引導設備設施不完善導致的事件多，綜合來看，概率重要度系數(shù)排序為: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 結果分析與評價

從事件樹結構來看，導致城市軌道交通乘客墜落站臺的中間事件有4 件，條件事件有2 件，基本事件共有13 件，這些因素相互結合均可能導致事故的發(fā)生，系統(tǒng)的危險性需要引起足夠重視，由事故樹還可以看出頂上事件T 和導致事故發(fā)生的中間事件A～D、條件事件E、F 及發(fā)生條件α、β 之間的邏輯關系。

從最小割集和最小徑集的組數(shù)來看，城市軌道交通乘客墜落站臺最小割集為12 組，最小徑集有2 組，可知發(fā)生事故的可能途徑有12 條，預防途徑2 條，相比起來，預防和控制難度較大。而在2 種預防途徑中，可以看出最小徑集中事件最少的是{X1}，這應該是預防控制乘客墜落站臺事故的主要途徑，但是考慮到受站臺面積、車站結構、技術水平、時間資金等多方因素的影響，通過安裝屏蔽門減少乘客墜落站臺成本高且在短時間內不易辦到。

從基本原因事件結構重要度來看，在導致乘客墜落站臺事故的基本原因事件中，不安裝屏蔽門和乘客跳下站臺撿東西、自殺、醉酒、突發(fā)身體不適等原因事件的結構重要度較大，說明這些原因導致乘客墜落站臺的可能性較大，其次是找?guī)⒚月贰⒊臣芡骠[以及追車等原因導致乘客墜落站臺。從這方面來看，需要對公眾加強安全教育，宣傳“以人為本、安全至上”的理念，提高乘客安全素質，珍愛生命。

從基本原因事件概率重要度來看，在現(xiàn)有無屏蔽門的條件下，除去乘客自身原因，頂上事件發(fā)生的概率主要取決于站臺管理措施和引導服務設施是否合理。綜上所述，可以通過加強站臺管理，例如增加站臺巡查人員，安裝紅外線感應器和視頻監(jiān)控設備等，一旦發(fā)現(xiàn)乘客在站臺吵架、打鬧或有東西掉下站臺時就及時制止和幫助。同時考慮到車站是個封閉的復雜系統(tǒng)，容易導致乘客缺乏空間安全感而產生心理壓力，應合理布局車站引導設施設備，加強疏導，防止乘客因迷路等原因跳站臺。

3 結語

盡管城市軌道交通乘客墜落站臺事故相比火災、列車相撞和爆炸事故帶來的后果影響較小，但是目前在我國地鐵運營中發(fā)生頻率較高，需要引起相關運營部門的高度重視。本文結合北京地鐵異常記事數(shù)據(jù)，從人員因素、設備因素、外界環(huán)境因素和管理因素等方面綜合分析，繪制城市軌道交通乘客墜落站臺事故樹，并通過分析得出要預防城市軌道交通乘客墜落站臺事故的發(fā)生，除了要完善硬件設施，更應加強乘客的安全教育及城市軌道交通系統(tǒng)的安全運營管理，提高整個城市軌道交通系統(tǒng)運營的安全性。本文的研究方法還可以用于高速鐵路乘客墜落站臺事故的分析研究。

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