城市轨道交通运行风险演化网络动态仿真研究

城市轨道交通运行风险演化网络动态仿真研究

黄静 赵泉鑫 陈德木 钟泽俊

成都地铁运营有限公司，四川成都 610000

摘要：轨道交通运行风险可能在系统中多个节点同时孕育、传递，并演化出不可预料的结果，已有研究利用多准则妥协解排序法、D-S证据理论、修复策略等方法进行关键节点的识别与风险评估，复杂网络理论多用于高层建筑、施工安全等方向的研究，在轨道交通领域应用较少；针对轨道交通事故的已有研究停留在致灾因素单独作用层次，未对造成事故背后的风险演化关系进行深入、系统的分析。因此，基于风险演化网络开展风险失效仿真分析仍有较大的研究空间。本研究在已有轨道交通事故的基础上分析风险之间的演化关系，并借助复杂网络理论将风险视为节点，风险之间的演化视为关系构建城市轨道交通风险演化网络，对网络的静态拓扑特征进行分析，并从蓄意攻击失效角度进行动态模拟，得出对轨道交通运行具备重要影响的节点，为轨道交通运行期间的日常风险管控提供参考。

关键词：安全工程；轨道交通；动态仿真；复杂网络

引言

在城市交通问题日益严峻的背景下，地铁成为大中城市普遍应用的交通方式，这种交通工具具有运行效率高、通行速度快的特征，并且轨道交通占用的土地面积较少，设备设施基本都在地下，对日益紧缺的城市土地资源来说不失为理想的选择。而地铁交通的运行需要庞大的系统支持，这不仅包含电力系统、通信系统、动力系统、控制系统等，还要求具有科学、完善的安全管理体系和应急管理预案，在保证地铁基本运行的前提下，能够对地铁运行中存在的问题和隐患风险及时地排查和解决，做好事故的预防和处理，避免地铁交通系统的事故发生，一旦出现紧急情况，能够及时启动应急预案，采取高效、科学的救援行动。

1轨道交通发展背景和安全风险管理分析

在提出了轨道交通作为大城市交通建设的主要方向后，我国各大城市的轨道交通建设发展迅速，在形式上以地铁为主，轻轨、有轨电车、市域铁路、单轨和高端磁悬浮列车相继投入实践。虽然我国在城市轨道交通建设上取得了巨大的成就，但由于我国的城市轨道建设起步晚，发展经验不足，在安全管理上始终存在一定欠缺。从城市轨道建设本身的环境来看，以地铁为主的城市轨道交通始终处于高风险建设和高风险运作状态，城市轨道对岩土物理力学参数的要求很高。

2城市轨道交通运行风险演化网络动态仿真研究

2.1大断面浅埋暗挖坍塌冒顶应急预案

（1）施工中应遵循“多次测量、快速封闭、严格注浆、加强支护”的原则，重视对地表沉降的监测。（2）在具体施工时，本工程较适宜的地层加固模式为“前小导管+超前大管棚”；另外，本工程还可辅助使用“双侧壁导坑法”模式来进行地层加固与支撑，以更好地保证隧道内导洞弧形符合相应技术标准。正式开挖后务必做好掌子面封闭工作，以缩减下道工序的准备时间。（3）施工前须全方位掌握地质情况，依照“先探究后挖掘”的原则提前进行探测，以了解施工地的含水和土质情况，并展开全面评估。

2.2列车停运/延误、列车其他设施故障、火灾不论从拓扑特征分析还是失效仿真角度，均对网络有重要影响

列车停运/延误具备较高引发与被引发能力，其失效将显著降低网络的连通性，具体管控措施建议包括：完善列车行车调度系统，加强车辆检修和信号系统调试，制定有效的设备巡检管理制度，制定极端天气行车预案等。列车其他设施故障是指除列车脱轨、碰撞、制动等以外的其他设施故障风险，其涵盖面较广，排查难度高，因而对网络的影响较大，对其管控建议制定合理的列车设施全面体检计划，对异常部位进行及时监控，并以已发生的相关案例为警钟，对易忽略的设施及部件进行仔细排查等。火灾是轨道交通运行风险网络中最重要的风险之一，其规避将会显著降低网络效率，在轨道交通运行过程中需要对火灾风险进行重点防范，管控措施包括在车站及列车外层使用防火材料，完善消防设施配套并及时检查易损坏位置，制定火灾事故最优级应急预案，工作人员按时检查防火、灭火设施，严格禁止易燃易爆物品的携带，火灾发生时及时控制火势，疏散人流，减少由火灾引起的其他风险发生的可能性等。

2.3加强轨道交通安全风险管理体系的信息化建设

信息化是现代各领域建设升级的重要方向。在城市轨道交通安全风险技术管理体系的构建中，也要做好向信息化方向的普及和建设，这样能更好地提升风险管理体系的执行回馈效率，提高指导意义。在整个体制系统的信息化的建设中，要做好核心平台的智能化建设、传输流程的快速化建设和末端设备的完善化建设。在核心平台上，要将城市轨道安全风险管理体制从定性转化到定量的角度，提升核心平台收发数据、存储数据、分析数据、监管数据的能力，加强其智能化建设，能自动对异常发出警报和响应。在传输流程的优化中，要善于使用机器设备替代人工进行风险管理数据传输，提升系统应急响应效率。该步的重点是要做好轨道交通安全风险技术管理体系的业务化拆解，将安全管理内容从系统化的人类语言转化为机器可理解的机器语言，让每一条监控指标变成机器可执行的数字化监控指令。在末端，要积极普及物联网传感技术，安装更多先进的监测设备和传感器，在信息传输中，要善于利用有线加无线等多种通信方式保障信息传递质量，在核心区域，要加强数据的分析处理能力建设，提升对数据的全流程监管，同时能对异常数据做出警示，这可大大提升对异常风险点位的响应速度，最快对安全隐患完成处理。

2.4做好建设方案，加强施工建设的管理

想要做好城市轨道交通安全管理和应急管理工作，首先要做好轨道交通的建设工作，并全程监控轨道交通施工建设，强化施工建设的监督与管理。而我国在轨道交通的发展中，因为技术与施工设备的问题，存在较多的问题。因此，要确保轨道交通的安全稳定发展，需要加强对轨道交通的规划设计，首先要对施工区域进行地质的勘探，掌握具体的土层信息，并结合当地的自然环境和地理特点，选择合理的施工技术和方式，同时，在施工中还要加强对施工人员的安全管理和监督，确保轨道交通施工的质量，从而减少轨道交通在后期运营中的风险和隐患，提升运行稳定性。

结语

（1）基于核心-边缘分析确定风险移除规则，从蓄意攻击失效角度出发探究了风险对城市轨道交通运行的影响大小。分析得出，火灾的失效对整个网络效率影响最大，达到30.32%，列车停运/延误失效后网络连通度下降最快，达到11.89%，对火灾、列车停运/延误进行严格防控与规避，将大幅降低整个风险网络的连通度与网络效率。当失效节点数为2时网络连通度出现拐点，风险失效后复合网络应对蓄意攻击的能力逐渐增大。鉴于此，对制动故障、列车其他设施故障采取必要的风险防范措施将有效提高轨道交通运行的安全性。（2）基于静态风险演化网络构建与动态网络仿真，识别出对城市轨道交通运行安全具有重要的影响的风险节点，有助于提高提高轨道交通的安全管理针对性，为优化城市轨道交通站的设计、布局等工程措施提供了理论依据。但本研究仅停留在已有事故的理论分析层面，尚未结合具体案例进行分析，此外，对于轨道交通事故的风险演化规律还有待进一步研究。

参考文献

[1]马超群,张爽,陈权等．客流特征视角下的轨道交通网络特征及其脆弱性[J]．交通运输工程学报,2020,20(5):1-9.

[2]王正武,况爱武,王贺杰.考虑级联失效的交通网络节点重要度测算[J].公路交通科技,2012,29(5):96-101+120.