基于可拓學的城市軌道交通系統脆弱性評價

盧迪 金子諾 羅征 段曉紅

摘? 要：為評價城市軌道交通系統脆弱性水平，基于可拓學建立突發公共衛生事件下系統脆弱性評價的物元模型，從人、機、環、管這4個層面選取系統脆弱性的綜合評價指標，利用MATLAB實現可拓物元評價，得出城市軌道交通系統脆弱性的評價結果。案例驗證結果表明該評價模型全面、合理并具有實用價值，為解決突發公共衛生事件下城市軌道交通系統脆弱性評價中的諸多不確定性問題提供了一個可靠的方法。

關鍵詞：城市軌道交通? 突發事件? 脆弱性? 可拓綜合評價

中圖分類號：G64? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：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

地鐵為封閉空間，空氣流通性較差，加之日常承載客流量大，成為了突發公共衛生事件發生和蔓延的重要途徑。分析和評估地鐵系統的脆弱性，能夠有效識別系統自身存在的薄弱環節，并為合理制定抵御措施提供依據。

該文提出了突發公共衛生事件下地鐵系統脆弱性的4個層面7項指標，并應用可拓學中的物元分析理論建立脆弱性評價的物元模型，結合實例對模型進行驗證，最終得出符合突發公共衛生事件下地鐵系統脆弱性水平的實際結論。

1? 脆弱性評價指標體系構建

1.1 脆弱性的內涵

脆弱性研究開始于環境科學領域[1]。現如今，脆弱性已經遍及生態學和災害學等自然科學領域。在交通領域，脆弱性也受到了眾多學者的關注[2]。在突發公共衛生事件下，軌道交通脆弱性是該系統在面對擾動時的敏感性以及缺乏應對能力從而導致系統結構功能發生改變的特性。擾動與系統內部的相互作用驅動軌道交通脆弱性放大或縮小。系統內部眾多組成元素的差異使其在面對突發公共衛生事件時所受影響程度有所不同，進而導致不同系統之間的脆弱性存在差異。

1.2 脆弱性評價指標體系

1.2.1 評價指標選取

將系統脆弱性分成人員脆弱性、機器設備脆弱性、環鏡脆弱性和管理脆弱性4個一級指標，在一級指標下選取反映系統脆弱性的二級指標，構建評價指標體系圖（見圖1）。

1.2.2 指標量化分析

（1）所處線路日客流量。日客流量是指在一天時間內，乘坐某一地鐵路線的總人數。地鐵的日客流量越大，脆弱性也就越大。日客流量來源于地鐵運營部門統計數據。

（2）乘客安全防護水平。規范佩戴醫用口罩可以有效減少病毒的傳播，阻斷細菌的傳播和產生[3]。將安全防護程度分為規范佩戴醫用口罩、不規范佩戴醫用口罩、佩戴普通口罩和不佩戴口罩這4種情況。記錄一段時間內乘客所佩戴口罩的種類以及佩戴規范情況，以此來反映乘客自我安全防護水平。

（3）宣傳教育度。突發事件防控宣傳力度間接影響軌道交通系統脆弱性，宣傳力度越大，軌道交通脆弱性就越小。以被評價站點可見的宣傳材料投入數量來反映其脆弱性水平。

（4）物資準備水平。在公共衛生事件下，物資主要是指醫療物資和防控設備。醫用口罩、體溫監測儀器和消毒噴霧等按需備齊，消毒人員需要提前儲備至少兩周的個人防護物品和面對突發公共衛生事件時緊急處理用物資[4]。物資準備水平與軌道交通脆弱性負相關。采用實地調查法，通過統計待評價站點的物資儲備情況來量化這一指標。

（5）消毒水平。在突發公共衛生事件下，軌道交通工作人員按照規范實施清潔消毒，采用含鹽類的消毒藥劑進行噴霧或擦拭，均可以達到消毒的效果和要求[5]。通過實地調研，選取待評價站點每天消毒的次數來反映該站點的消毒水平。此指標與脆弱性成負相關關系。

（6）行車間隔。行車間隔是指兩列同行程載客列車的間隔時間。行車的時間間隔實質就是確定運營生產的“產量”[6]。根據客流預測情況，對地鐵行車間隔進行調整，考慮地鐵運行的組織水平，同時兼顧乘客的需要，根據供需兩方面來適當調整時間間隔[7]。這一指標與軌道交通脆弱性成正相關關系。通過查閱資料獲取相關數據并計算待評價站點的所有地鐵路線行車間隔平均值，由此度量行車間隔。

2? 城市軌道交通系統脆弱性評價模型構建

選取可拓綜合評價法，對突發公共衛生事件下城市軌道交通系統脆弱性進行評價。

可拓綜合評價模型構建的一般步驟為確定經典域和節域、確定待評價物元、確定評價因子的權重、確定關聯度、確定待評價物元的評價等級。

物元是由事物名稱N、特征C、量值V組成的三元有序組，可以表示為。當一個事物具有多個特征為，其對應量值為時，可產生n維物元。

2.1 確定經典域和節域

設有m個脆弱性評價標準，用來表示評價標準中各評價因子量值的范圍，則城市軌道交通系統脆弱性評價經典域R0表示為：

（1）

式（1）中，表示第i級脆弱性評價標準，表示第i個脆弱性評價因子，則表示第j級評價關于評價因子的值域。

節域表示為：

（2）

式（2）中，p表示脆弱性評價標準，表示評價標準關于評價因子的值域。

2.2 確定待評價物元

對待評價的城市軌道交通系統脆弱性水平，將檢測到的數據或者分析的結果用物元表示為：

（3）

式（3）中，Vn表示評價因子的實測值。

2.3 確定評價因子的權重

在衡量選取的影響城市軌道公共交通系統脆弱性的指標要素時，認為每個指標要素對脆弱性的貢獻是一樣的，故默認各評價因子權重一致。

2.4 確定關聯度

關聯度表示為：

（4）

式（4）中，表示脆弱性各評價因子關于評價標準j的關聯度。

2.5 確定待評價物元的評價等級

實地考察后，將所選指標分成5個等間隔區間段，其中每個區間段對應一個等級，即等級一至等級五，且規定系統脆弱性隨著等級數的升高而升高。所選指標具體等級確定見表1。

3? 城市軌道交通系統脆弱性評價實例分析

以北京地鐵W站、N站和G站為例，通過實地考察、數據資料查詢、專業人員訪談咨詢后，取得指標數值，見表2。

由kj0（r0）=maxkj（p）得，北京地鐵W站和G站處于等級五，故這兩處地鐵站脆弱性水平相對偏高;而N站處于等級一，故該地鐵站脆弱性水平相對較低。3個地鐵站橫向對比，脆弱性水平由高到底排序為：G站>W站>N站，所得出的評價結果與目前實際情況相符合，證明了此評價體系和模型能夠較為真實可靠地反映出城市軌道交通脆弱性水平，進而使系統在實際監管運營層面中完善其欠缺的方面，從而更好地應對突發事件。北京地鐵W站、G站、N站的脆弱性水平綜合評價表見表3至表5。

4? 結語

通過對影響系統脆弱性的典型指標的數據獲取和量化，利用可拓綜合評價對軌道交通脆弱性進行分析，基于MATLAB軟件構建評價模型，通過考察案例實證分析，真實反映不同站點的脆弱性水平。研究為其他軌道交通系統脆弱性評價提供了新的思路，為系統面對突發公共衛生事件的應急措施和有效管理提供了科學的參考建議。

參考文獻

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[3] 林清，黃韻芝，孫桂萍.新型冠狀病毒肺炎疫情中一次性使用醫用口罩重復使用及消毒方法的可行性探討[J].護理管理雜志，2020，20（4）：280-284.

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