軌道交通樞紐防災能力評價

王 舸，王彥琦，劉 浪，高建平

（1.重慶交通大學土木建筑學院，重慶400074；2.重慶交通大學管理學院，重慶400074）

換乘樞紐是軌道交通災害的多發地點，軌道交通樞紐系統的防災能力直接影響交通樞紐內乘客的安全以及整個城市公共交通系統的正常運營。開展軌道交通樞紐防災能力研究，有助于完善軌道交通樞紐防災減災理論，促進安全保障技術的發展。

1 軌道交通樞紐典型災害的確定

1.1 典型災害識別

軌道交通樞紐災害發生具有隨機性、復雜性的特征。目前，國內對軌道交通樞紐防災問題研究仍處起步階段，尚沒有形成規范的抗災設計理論與安全綜合評價方法。通過調研重慶軌道交通樞紐運營災害，結合研究成果，應用歷史記錄法，確定災害類型。

何理［1］、陳菁菁［2］、代寶乾［3］、Giampiero E G［4］、曾笑語［5］通過統計國內外軌道交通運營事故的發生比例，識別、分析軌道交通樞紐災害危險因素，指出火災、恐怖襲擊為軌道交通樞紐主要災害類型，地震、水災發生概率相對較小，但事故影響后果嚴重。近年來，我國雷擊災害事件頻繁發生，跨座式單軌結構的軌道交通系統容易遭受雷電的危害［6］。因此，確定軌道交通災害類型：火災、水災、地震、雷擊、恐怖襲擊。

1.2 運營安全影響因素分析

軌道交通樞紐典型災害受多種安全影響因素共同作用，人、物、環境與管理等主客觀因素之間不和諧的關系將會導致軌道交通災害事件的發生［7-9］。

2 軌道交通樞紐防災能力評價指標的確定

基于軌道交通樞紐多災種安全影響因素分析，應用哈頓矩陣原理劃分軌道交通樞紐防災能力一級指標：可預防災害（火災、水災、恐怖襲擊、雷擊）事故前的預警能力B1、應急準備B2及不可預知災害（地震）事故中的救援能力B3，并將具體的防災措施作為評價防災能力的三級指標，建立防災能力評價指標體系［10-11］，見表2。

表1 軌道交通樞紐安全影響因素分析Tab.1 Analysis of rail transit junction’s safety influence factors

3 軌道交通樞紐防災能力評價模型

由于軌道交通樞紐防災能力評價指標的重要程度、針對性、可比性不盡相同，軌道交通樞紐防災能力符合灰色系統信息不完全的特征。

應用層次分析法［12-14］結合灰色關聯投影法［15］建立以定量分析為主的軌道交通樞紐防災能力評價模型，通過計算各指標之間的灰色關聯度以及同級指標之間的權重，確定防災能力綜合評價指數。

3.1 評價指標權重的確定

采用層次分析法確定評價指標的權重。根據三標度表的規則，把同級n個因子兩兩相互比較，構造三標度判斷矩陣A=aij，確定最優傳遞矩陣?i,j,k=1,2,…,n,在滿足一致性檢驗后，確定同級各指標的權重，其中a*ij=10cij。

表2 軌道交通樞紐防災能力評價指標Tab.2 The anti-disaster capacity evaluation index for rail transit junction

3.2 基于綜合評價的灰色關聯投影法的軌道交通樞紐防災能力評價

3.2.1 防災能力樣本矩陣及標準矩陣的確定

通過調研軌道交通樞紐實際運營工作情況，確定防災能力評價指標的樣本矩陣Mi×n=(mij)i×n，并建立標準矩陣Np×n=(ntj)p×n，i=0 , 1 ;j=1,2,…,n;p=1,2,3,4,5。

為了使軌道交通防災能力指標評價結果簡單、明了，將各指標歸一化，轉變為在[0 ，1] 的范圍內取值。取樣本矩陣M和標準矩陣N歸一化后分別記為：Xi×n=(xij)i×n，Yp×n=(ytj)p×n，其中：i=0 , 1 ;j=1,2,…,n；p=1,2,3,4,5 。

將各評價指標對應的防災能力分為Ⅰ～Ⅴ5個等級標準，Ⅰ級標準為評價最高的等級標準，表示三級防災能力指標實施得全面或者防災能力強，賦值為5，Ⅴ級標準為評價最低標準，表示指標實施得片面或者防災能力弱，賦值為1，Ⅰ級以及Ⅴ級之間元素變換依據如下公式：

對于上述軌道交通防災能力的指標，其值越大表示軌道交通防災綜合能力高，則

3.2.2 防災能力灰色關聯度判斷矩陣的確定

軌道交通綜合防災能力由n個指標因素所確定（n=37），向量x1=x11,x12,x13...,x1n作為參考序列（主序列），并且將5 級分級標準向量yt=yt1,yt2,yt3...,ytn( )t=1,2,3,4,5 組成被比較的序列（子序列），最后進行關聯分析計算得到各樣本與評價標準的關聯程度，得

這里λ為分辨系數，λ=0.5，其中x0j=max{x1j,x2j…，xnj} ，得到由2×37 個數組成的多目標灰色關聯度判斷矩陣

3.2.3 防災能力灰色關聯投影權值矢量的確定

根據求得的指標綜合權重Vj，利用公式（5）對軌道交通綜合防災能力指標進行單位化處理，得到新的權重向量Wj，再通過公式（6），得到灰色關聯投影權值矢量Wj′。

3.2.4 防災能力加權灰色關聯決策矩陣的確定

軌道交通防災能力評價指標的加權向量為W′=(w1′,w2′,…,wn′)T，得到加權灰色關聯決策矩陣：

3.2.5 防災能力灰色關聯投影角的確定

理想樣本F0′=(w′1,w′2,w′3,…,w′n)（綜合防災能力最高的樣本）與軌道交通樞紐防災能力評價樣本F1′=(w′1f11,w′2f12,w′3f13,…,w′n f1n)之間的夾角θ1稱為灰色關聯投影角，它們的夾角余弦越大，表明評價樣本與理想樣本之間的變化方向愈一致，即軌道交通樞紐防災能力越強。夾角余弦為

3.2.6 防災能力灰色關聯投影值的確定

根 據 軌 道 交 通 樞 紐 防 災 能 力 評價 樣 本F1′=(w1′f11,w2′f12,w3′f13,…,wn′f1n)與 理 想 樣 本F0′=(w1′,w2′,w3′,…,wn′ )的余弦值，可以求得評價樣本在理想樣本處的投影值，即為其灰色關聯投影值。

即

3.2.7 軌道交通樞紐防災能力的確定

通過上述步驟，計算得到軌道交通樞紐防災能力綜合指數D。參照軌道交通防災能力分級標準（表3），確定防災能力的狀態。

表3 軌道交通樞紐防災能力分級標準Tab.3 Standard of rail transit junction’s anti-disaster capacity hierarchy

4 實例計算與分析

4.1 評價對象概況

以某市軌道交通樞紐防災能力綜合評價為例。該市軌道交通環線行程較長，沿線途經了城市多個主要的客流集散中心，與當地的公交系統、長途客運系統組成了快捷的交通網絡。

4.2 軌道交通樞紐防災能力評價指標權重的確定

對該市多個軌道交通樞紐進行評價，記為E，F，G。評價指標體系（表2）由4個指標層組成，目標層為軌道交通樞紐綜合防災能力A，三級指標層由37個具體防災措施（D1—D37）組成，根據指標的判斷矩陣，計算確定三層指標（D1—D37）權重，記為V

V=（0.058，0.024，0.016，0.058，0.024，0.016，0.058，0.024，0.016，0.058，0.024，0.016，0.058，0.024，0.016，0.041，0.045，0.038，0.017，0.006，0.019，0.026，0.008，0.017，0.012，0.043，0.022，0.009，0.017，0.033，0.015，0.015，0.028，0.023，0.039，0.014，0.023）T

4.3 軌道交通樞紐防災能力灰色關聯投影權值矢量的確定

根據公式（5）對V進行單位化處理，再根據公（6），確定該市軌道交通樞紐防災能力第三層次指標（D1—D37）的灰色關聯投影權值矢量，記為W′

W′=（0.094，0.016，0.007，0.094，0.016，0.007，0.094，0.016，0.007，0.094，0.016，0.007，0.094，0.016，0.007，0.049，0.057，0.040，0.008，0.001，0.010，0.019，0.002，0.008，0.004，0.052，0.014，0.002，0.008，0.030，0.006，0.006，0.022，0.015，0.042，0.005，0.015）T

4.4 軌道交通樞紐防災能力灰色關聯判斷矩陣的確定

通過專家組對該市三級指標層的評估打分，根據公式（2）、（3）確定軌道樞紐E，F，G防災能力灰色關聯度判斷矩陣F，限于篇幅，省略矩陣部分數據。

4.5 軌道交通樞紐防災能力綜合指數的確定

由軌道交通樞紐防災能力灰色關聯投影權值矢量以及防災能力灰色關聯判斷矩陣，根據式（10），確定軌道交通樞紐防災能力綜合指數D=(1 , 0.696,0.5 32,0.540 )。由結果可知，該市軌道交通樞紐E、樞紐F和樞紐G防災能力綜合指數在0.75與0.5之間，防災能力較強，有較好的示范作用；而樞紐F和樞紐G防災能力綜合指數接近取值界限0.5，軌道交通樞紐防災能力相對較弱，需要采取措施改進。

4.6 實際運營情況與評價結果的比較

經調研可知：該市軌道交通樞紐運營至今，無重大災害事件發生，運營狀況良好。換乘樞紐E、樞紐F、樞紐G災害防護設施齊全，災害監測系統、通信系統、日常安全管理制度、專家數據庫建設、內部安保人員管理、外部救援力量的配備較為完善。

樞紐F與樞紐G的安全事故隱患在于：跨座式單軌高架車站容易引發暴雨傾灌，以沙袋排水為主的水災防護措施排水效率有限，可能造成泄水明溝涌水、地面滲水等水災事件的發生；個別重要設備室未配備防火外門，無法有效阻止火勢的擴散、蔓延。對比可知，評價結果與該市3個軌道交通樞紐實際情況較為相符，證明該方法具有可行性。

5 結論

1）統計分析國內外軌道交通安全事故，應用歷史記錄法，結合相關文獻資料，確定軌道交通樞紐主要災害類型：火災、恐怖襲擊、地震、水災和雷擊。

2）通過調研重慶軌道交通樞紐運營災害，協同考慮人的不安全行為、物的不安全狀態、環境的不安全因素及管理缺陷，明確軌道交通樞紐安全影響因素有：人為致災、周邊環境、建筑防災特性、主、被動防災設施、內部安全管理、外部救援力量。

3）軌道交通樞紐防災能力評價指標體系應包括：災前準備、災害預警監測能力、樞紐安保能力、專家團隊建設、救援能力建設等多方面。

4）采用灰色關聯投影法結合層次分析法可有效解決防災能力評價指標無法量化的問題，防災能力綜合指數的提出解決了評價樣本間關聯度信息不完全的缺陷。評價結果與樞紐實際運營狀況較為相符，證明該方法具有一定可行性。

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