基于FTA的快速公交系统运营风险研究

鲁梓宏

摘要： 近年来，快速公交系统的建设速度及数量逐年递增，为使其运营达到预期目标，需要找出导致运营失败的关键因素。采用故障树分析方法，根据快速公交系统的特点，建立快速公交系统运营风险因素模型，通过求解底事件的结构重要度，确定各因素对运营失败的影响程度，提出相应的控制措施。结果可为其他准备建设快速公交系统的城市提供借鉴，对项目的成功运营具有一定指导意义。

Abstract： The construction speed and quantity of BRT increased in recent years. It was necessary to find the key factors causing the failure of operation to make sure the operation target of BRT would be achieved. According to the traits of BRT， the model of operational risk factors of BRT was built by fault tree analysis method. The factors' degree affecting the failure of operation was confirmed to solve the events' structural importance of fault tree. And corresponding control measures were proposed. The results could provide guidance for other cities which would introduce BRT. It also had some guiding significance for the successful operation.

關键词： 故障树分析法；运营风险因素；快速公交；结构重要度

Key words： fault tree analysis method；operational risk factors；BRT；structural importance

中图分类号：U12 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0033-03

0 引言

近年来，随着我国城市化进程的加快，城市人口快速增长，交通拥堵、城市生态环境恶化等问题日益严重。快速公交系统（BRT）作为一种新型大容量快速交通方式，为大中城市改善交通拥堵和环境污染问题提供了可持续发展的交通选择方式[1]。快速公交系统具有承载运送能力高、建设维护经费少和施工期短的优点，受到越来越多政府机构的重视[2]。当前，国内已有28个城市先后建设运营了快速公交系统，这对快速公交系统的运营提出了更高的要求。因此，对国内已建成投入使用的快速公交系统的运营状况进行深入分析显得尤为重要。本文运用故障树法对快速公交类项目运营风险进行分析，旨在探寻引起运营失败的原因及各因素的发生对运营失败影响程度的大小，并根据分析结果给出相应的控制措施。

1 故障树分析方法

故障树分析法是一种逻辑分解的演绎分析方法，本质上是一个布尔逻辑模型，通过逻辑模型描述系统中各基本事件之间的关系。这些基本事件的不同组合最终导致顶上事件的发生。故障树分析是综合识别和度量风险的有力工具，其分析过程包括确定故障树的顶上事件、定性分析和定量分析4个方面。

1.1 确定故障树的顶上事件

顶上事件是故障树分析的出发点和源头，通常情况下，把最不希望发生的事件作为故障树的顶事件。

1.2 建立故障树

调查与事故有关的所有原因事件和各种因素，按建树原则，从顶上事件起，逐层往下分析各自的直接原因事件。根据彼此间的逻辑关系，用“与”、“或”、“非”3种逻辑门连接上下层事件，直到所要求的分析深度，按照其逻辑关系，形成一株倒置的逻辑树形图，即故障树。

1.3 定性分析

定性分析是求出故障树的所有最小割集。最小割集是指导致顶上事件发生的最起码的基本事件的组合，一般用上行法或者下行法求得。建立故障树的结构函数，即

y=（X1，X2，X3，…，Xn）= k （1）

式中：x1，x2，…，xn为故障树的n个基本事件；kj为第j个最小割集，kj= x。

结构函数表示顶事件和基本事件的逻辑关系，基本事件的组合最终导致顶上事件的发生，按照布尔代数规则进行计算。则第i个底事件的结构重要度I？准 （i）可表示为

I？准 （i）=1- 1- （2）

式中：kj为第j个最小割集；Nj（j∈kj）为第i个事件位于最小割集kj的底事件数；xj∈kj是第i个底事件属于第j个最小割集。

确定最小割集后，可根据式（2）求解底事件的结构重要度。底事件结构重要度从故障树结构的角度反映了各底事件在故障树中的重要程度。分析结构重要度，排出各种基本事件的结构重要度顺序，从结构上了解各基本事件对顶上事件发生的影响程度，以便按重要度顺序安排防护措施，加强控制。

1.4 定量分析

定量分析是在定性分析的基础上进行的，主要内容包括确定各个基本事件的概率，计算顶上事件的概率，计算概率重要度和临界重要度。

首先，在确定各基本事件发生概率的情况下，计算顶上事件的发生概率，并根据所取得的结果与预定的目标值进行比较。

P（A +A +…+A ）=1- [1-P（A ）]（3）

P（A ·A ·…·A ）=P（A ）·P（A ）·…·P（A ）（4）

如果事故的发生概率及其造成的损失为社会所认可，则不必投入更多的人力、物力进一步治理。如果超出了目标值，就应采取必要的系统改进措施，使其降至目标值以下。

其次，计算出概率重要系数（对顶事件的发生概率求解关于某基本事件发生概率的偏导）和临界重要系数（各基本事件的发生概率与顶事件发生概率的比值，再与各因素的结构重要度系数的乘积）。以便使我们了解，要改善系统应从何处着手，以及根据重要程度的不同，按轻重缓急，安排人力、物力，分别采取对策以加强人的控制，使系统处于最佳安全状态。

2 快速公交类项目运营失败风险分析

2.1 故障树的建立

近年来，学者们开始注重在服务、市场化方案以及所产生的综合效益对BRT系统进行研究[3]。快速公交系统作为面向社会、服务大众的公益性基础设施项目，其运营成功与否的评价标准除了取决于传统的经济效益评价（包括建设期投入、运营期的盈利能力和畅通交通带来的经济效益）外，还应考虑乘客满意评价（其是否能做到运行服务最优、最大程度上满足乘客需求）和社会环境评价（项目本身所产生的社会影响和环境影响），如机动性的公平分配、废气和温室气体排放、车辆噪声对居民区的影响等。

首先将运营失败作为顶上事件，并从快速公交系统的服务质量、经济效益和项目自身产生的影响三个角度去分析可能导致运营效果不佳的因素，由此建立如图1所表示的运营失败故障树。

图1的符号含义如表1所示，基本事件主要通过逻辑关系“与”和“或”连接构成故障树。

2.2 结构重要度分析

根据式（2）求解各底事件的结构重要度，计算结果如表2所示。

進而根据结构重要度系数的大小进行排序，系数越大，底事件对顶事件发生的影响也越大。

I（X1）>I（X17）=I（X16）=I（X15）>I（X23）=I（X22）=I（X21）>

I（X5）=I（X4）=I（X3）=I（X2）>I（X20）=I（X19）

=I（X18）=I（X11）=I（X10）>I（X6）>I（X29）=I（X28）=I（X27）

=I（X24）>I（X14）=I（X13）=I（X12）>I（X9）=I（X8）=I（X7）>

I（X31）=I（X30）=I（X26）=I（X25）

3 基于FTA的运营失败风险应对措施

分析结果显示，结构重要度系数大于0.5的影响因素有X1（与后续的城市用地及城市规划形成冲突）、X15（票款收入少）、X16（收入来源少）、X17（其他收入有限）、X21（高峰时段交叉口优先权对横向车流的影响）、X22（占用过多的地面空间）、X23（噪声、空气污染、光污染），可以看出影响运营的主要因素集中在城市规划、经济收益和环境三个维度。

X1（与后续的城市用地及城市规划形成冲突）、X21（高峰时段交叉口优先权对横向车流的影响）、X22（占用过多的地面空间）等因素的产生均源于项目初期设计规划的不合理；X23（噪声、空气污染、光污染）的问题则可通过通过优化能源结构来解决。许多城市的快速公交系统投资建设了新的专用行车道路，在设计阶段应最大程度上考虑到行车道路对后期城市建设的影响，尽可能与其他基础设施、开发项目匹配。同时，为了避免高峰时段对普通车道车流的影响，道路规划时应适当与其他城市交通主干道错开，合理分流车流，尽可能使公交线网结构优化；道路占地面积不宜过大，科学合理地引导城市用地布局以提高土地利用效率；最后，快速公交车辆可以选择电能、天然气等绿色能源，降低对化石能源的依赖程度。

从经济收益的视角来看，引起经营亏损的主要因素有X15（票款收入少）、X16（收入来源少）、X17（其他收入（广告等）有限）、X18（补贴方式不合理）、X19（补贴金额测算不准确）、X20（产生的社会效益得不到补偿）等。快速公交系统的社会公益性地位决定了其不应采取市场化的高票价政策，因而票款收入有限，很大程度上依赖政府补贴。政府应该根据运营情况，运用社会边际成本等经济学模型对运营成本中的公益性部分进行测算并补贴。补贴总额既要能保证公共交通系统维持高服务水平，同时还要有利于促进运营企业通过自身挖潜提高效率，并不会对公共财政产生巨大的负担，使政府投入具有可持续性[4]。在补贴金额的测算方式上，建议先计算单位运营成本、累计车辆的运营里程数得出总运营成本后给以一定比例的补贴。

从乘客满意度的视角来看，引起整体服务质量下降的主要因素有X2（车站位置选取不合理）、X3（运营线路规划欠佳）、X4（道路条件不佳）、X5（调度管理不及时）、X6（线路拥堵）、X10（停靠站规模小）、X11（高峰时段未安排大型车辆）。快速公交系统在车站选址、线路规划上应考虑到城市内不同片区的人口密度、办公商圈及居民区的位置等，项目设计阶段应充分预估未来的潜在客运量以免后期运营过程中设施无法满足乘客需求。在日常运营中，对车辆的行驶速度应制定相应规范，同时需注意定期对车道路面进行检查、养护，加强对工作人员的培训，以便其针对高峰时段能及时做出调度指挥、分流客运量、缓解客运压力。

4 结论

快速公交系统在国内正处于飞速发展时期，提升快速公交的运营效果显得尤为重要，运用故障树法建立了快速公交系统的运营风险模型，求解基本事件结构重要度研究导致运营失败的风险因素及其相互关系，由于项目个体差异及统计数据的缺乏，使得该方法不适宜进行定量分析，无法计算顶事件发生的概率。但该方法对提高快速公交系统的运营管理水平、保证服务质量、增强项目的盈利能力具有一定的作用，同时也为其他准备建设快速公交系统的城市提供借鉴，对项目的成功运营具有一定指导意义。

参考文献：

[1]王亚东.城市快速公交系统运营效果后评价研究[D].吉林大学，2014.

[2]美国国家科学院运输研究委员会.巴士快速交通实施指南[M].2009：227.

[3]王玮.基于模糊综合评价法的快速公共交通系统评价研究[D].长安大学博士论文，2012.

[4]陈坤.快速公交的经济与财务研究[D].昆明理工大学博士论文，2014.