網絡化條件下城市軌道交通信號系統應急資源優化配置研究

徐欣怡，徐永能，何 舟

（南京理工大學，江蘇 南京 210094）

隨著城市軌道交通的日益發展，國內許多城市都在如火如荼地開展軌道交通建設。截至2017-12，中國大陸共有35座城市開通了軌道交通運營線路，共計169條線路以及長達5 082.83 km的里程數。而北京、上海、廣州、深圳、南京等城市的軌道交通的網絡已經初具規模，并且規模還在不斷擴大。線路的增加以及隨之而來的交通量的增長使得城市軌道交通出現故障等應急情況的概率上升。

信號系統作為軌道交通中舉足輕重的子系統，覆蓋了車站、區間以及列車等方面。信號系統的故障發生概率高、產生的負面影響大，因此，實現網絡化條件下信號系統應急救援與資源優化配置具有重要的作用。

1 信號系統應急資源配置需求

軌道交通的網絡化運營代表著在具有兩條線及以上線路數量的條件下構建運營架構與體制、配置運維資源、確立線路聯動、應急機制以及其他運營管理方法與措施的綜合運營管理體系，以此來確保城市軌道交通的高效、安全運行。具體分析而言，地鐵網絡化運營的特點可以概括為以下4點：①互聯性。不同的城市軌道交通所具有的線網形狀具有不同的特點，但無論是放射狀、棋盤狀等都通過換乘樞紐實現線路之間的聯通，達到各區域相互連接的目標。②方便快捷性。地鐵網絡的合理建設、換乘樞紐的科學選址與設計，可使乘客以最快捷、舒適的方式出行。③管理集中性。網絡化條件下的城市軌道交通運營具有集中性，在管理設施的建設，管理架構搭建的基礎上，對各線路行車客運、應急等方面可進行集中協調管理。④共享聯動性。網絡化的一個重要意義就是資源共享，不同線路的人員、物資、設備可按需實現共享與協調。同時，在突發事件等情況下，各線路間聯動，調整網絡運行圖，從而實現高效處置。

在單線運營的情況下，線路自成一體，應急救援缺乏聯動性，實踐中通常由地鐵車輛基地和車輛段提供應急救援資源配置。因此，在這種運營模式下，地鐵的應急救援容易出現資源的重復配置，相互之間的共享性低下，導致應急救援的不及時、救援效率低下。

在網絡化條件下，線路數量增加，線路覆蓋度上升，在地鐵網絡中容易發生事故的區間、站點、設備分布不均勻；在事故發生時遭受嚴重損害的區間、站點、設備分布也不均勻，以上兩點均體現了地鐵線網的脆弱性。因此，分析研究整個地鐵網絡的脆弱性分布排序是刻不容緩的。同時，將地鐵線網運營特征結合起來，以加強線路網絡間應急救援資源的共享利用，實現專業級別的協調聯動，提高整個地鐵網絡下應急救援的效率，對于提高地鐵運營應對突發事件的響應能力具有非常重要的意義。

在網絡化條件下，軌道交通信號系統應急資源的配置需求有：①資源配置差異性。對于不同類型、不同使用頻次的信號系統及組件按風險及脆弱性分析進行不同數量的應急資源配置，以保障各站點救援要求。②資源配置經濟性。應急救援資源配置在滿足救援大致需求的前提下，需要適當兼顧人力、設備折舊等經濟性因素。③資源配置方案可行性。由于資源配置受人員、場地、交通等因素影響，在資源配置中應適應現狀，滿足配置方案的可行性條件。④專業協同性。在應急救援過程中涉及各專業協同，同時，各應急站點救援人員與設備協調共用，提升救援效率。

2 信號系統應急資源配置流程

應急救援資源是指地鐵遇到突發事件，在其應急救援過程中所需要的各類資源總稱。從廣義上講，應急救援資源涵蓋了防災、救災以及恢復等所有環節所需要的一切應急保障；從狹義上講，應急救援資源僅僅指應急事件管理過程中所需要的各種物資保障。

地鐵的應急救援資源配置是將地鐵遭遇突發事件后，在其救援過程中所需要的相關應急資源進行高效、合理的配備布置，以縮短應對突發事件的響應時間，提高應急救援效率，規避人力、物力、財力資源浪費的遠大目標。目前，就城市軌道交通趨于網絡化運營的現狀而言，應急救援資源的合理配置已經越來越復雜化，它們彼此間是一個相互制衡、相互促進、有機配合的過程。地鐵的應急救援資源配置具體過程如下：①地鐵線路網絡化特征的分析。隨著一線城市里的地鐵線路建設越來越復雜，網絡化嚴重，其伴隨而來的一些網絡化特征日漸明顯，也扮演著越來越關鍵的角色。因此，分析掌握地鐵線路網絡化特征是應急資源合理配置的基礎工作。②確定資源合理配置的影響因素。影響應急保障資源合理配置的約束條件包含各種限制因素，比如地鐵運營風險水平、地鐵路網結構、車站性質、經濟因素等。③對信號系統進行風險分析。對于地鐵線網而言，其運營系統的可靠性評估結果影響著資源如何在線路網絡中合理配置。通過對其不同的系統進行風險分析，得出系統會發生事故的概率、事故類型及受損嚴重程度，根據研究結果制訂科學的資源配置策略。④地鐵線網區域劃分。地鐵遇到突發事件所急需的救援物資供應點也是一個網絡。通常應急救援物資網絡由設備救援網絡構成，包括車輛、供電系統、通信系統、機電系統、信號系統等所有相關的救援設施。⑤應急資源站點選址。基于以上工作，利用運籌學的理論與工具，建立定量分析模型，并科學求解選出相應的應急資源站點地址，實現響應時間最短、響應成本最低的目標。

3 網絡化條件下信號系統風險水平分析

在軌道交通網絡化運營狀況下，對于地鐵而言，評估其運營風險大小是一個關鍵的應急資源配置環節。而運營風險大小與事故發生概率和后果的嚴重性大小的乘積成正比，具體可由下式表示：

式（1）中：F為系統的運營風險；K為事故發生的概率（可能性）；S為事故產生的后果級別（嚴重性）。

地鐵線網中信號系統的運營風險水平的大小是地鐵應急救援資源配置的主要影響因素之一，換言之，對各個應急站點配置救援資源也主要是為了應對地鐵運營的風險。

由式（1）可知，根據信號系統運營風險水平的數學函數，可以從嚴重性和事故發生的概率兩個方面對不同事件的風險進行評估，風險水平結果如圖1所示。

可得出以下結論：①對于發生概率大、嚴重性高的高風險區域進行重點防護，為了保證遇到突發事件時以最快的速度到達救援現場，需要制訂最高優先級別的應急資源配置方案；②對于發生概率大、嚴重性低的中風險區域，做到保障前期預防工作到位，加強檢修維保，最大限度降低小事故的發生率；③對于發生概率小、嚴重性高的中風險區域，要采取針對性應對措施，及時控制事故影響的擴散；④對于發生概率小、嚴重性低的低風險區域，可以根據應急救援資源的總體數量與質量而處于動態調整狀態，優先保證其他區域的應急救援工作順利進展。

圖1 風險水平結果

4 應急站點選址方案

在網絡化條件下，城市軌道交通應急救援站選址一般有4種選址模型：①最大覆蓋模型。在應急站點數量具有一定限制的條件下，使得覆蓋范圍最大。②集合覆蓋模型。在滿足所有的應急需求的前提下，建立最少的應急救援站點。③P-中位模型。在應急站點數量具有一定限制的條件下，使得供應點到需求點的平均時間最短。④P-中心模型。在應急站點數量具有一定限制的條件下，使得物資從最近站點到達各需求點的最大時間最短。

在突發事件發生后，為了防止事態擴大，避免造成人員傷亡與財產重大損失，一般都以應急救援中的“應急響應時間”為評判標準。在南京地鐵信號系統的應急救援的預案中，各應急救援資源應當在15 min內從應急站點通過協調配置途徑達到現場，與此同時，由于受制于救援人員數量、救援場地等因素的影響，應急點的數量相對有限，可采用集合覆蓋或最大覆蓋2種模型來解決救援站的選址問題。

南京地鐵信號系統的應急救援站選址首先應當結合自身資源情況，優先考慮車輛基地為應急資源集中供應點，其次可考慮換乘站等客運樞紐站點，實現對網絡的最大覆蓋。在今后南京地鐵線網規模進一步擴大之后，需要協同其他專業共享人員以及通用設備、場地等，進一步增設應急救援站點，縮短應急救援響應時間。對于部分關鍵站點或關鍵線路區段實行優先保障，依據風險增加救援物資設備，從而更好地保障線網的安全、平穩運行。

5 結束語

在城市軌道交通實現網絡化的背景下，本文分析了信號系統應急資源合理配置的需求，基于網絡化特征探討了應急資源配置的流程。通過分析網絡化條件下信號系統的風險水平，初步完成了城市軌道交通網絡化應急站點選址方案，為應急救援資源優化配置奠定了基礎。

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