城市轨道交通网络化运营风险评价指标体系研究

陈明利，翟怀远，许 葭，张玉杰

（北京交通大学 经济管理学院，北京 100044）

城市轨道交通网络化运营风险评价指标体系研究

陈明利，翟怀远，许 葭，张玉杰

（北京交通大学 经济管理学院，北京 100044）

随着我国城市轨道交通建设的快速发展，网络化运营的特征越加明显，线网结构的复杂性使得轨道交通网络化运营安全风险问题也愈加突出。在分析城市轨道交通运营网络结构特点的基础上，结合复杂网络相关理论知识，构建了城市轨道交通网络化运营的风险评价指标体系，为后续对城市轨道交通运营网络关键站线及网络风险的实时、动态、量化评价奠定了基础。

城市轨道交通；网络化运营；风险评价；评价指标

1 引言

21世纪以来，我国各大城市的轨道交通已经进入一个新的快速发展时期。截至2016年末，中国大陆地区共30个城市开通城市轨道交通运营，共计133条线路，运营线路总长度达4 152.8km。随着运营线路增多，运营线路网络化的发展趋势愈加明显，其中，以北京、广州、上海为代表的特大城市已基本形成了城市轨道交通网络化运营局面。线路之间相互影响程度大大增加，同时面临的运营风险也越来越大。

基于现有研究现状，国外主要对安全风险管理相关的法律法规、标准规范以及组成系统等方面研究较多，如：欧盟的IEC61508、EN50126、EN50128、EN50129等，内容包括从规划设计、建设、运营各阶段的安全风险管理规范；美国的CFR659，对城市轨道交通运营单位的基本项目有系统安全促进计划与系统保障安全计划；日本近年来也开始导入RAMS的概念进行安全风险管理等。国内主要对城市轨道交通运营线路、局部系统、子系统进行风险管理，而对整个城市轨道交通网络化运营安全风险管理相对较少。部分研究忽略了网络的功能和任务，评估缺乏动态性，难以有效地指导城市轨道交通风险管理的实践工作。对于城市轨道交通而言，随着运输能力和客流的变化，网络性能也随之发生变化，本文尝试基于复杂网络理论，结合城市轨道交通运营网络客流影响的特点，构建一套可供动态、实时评估运营网络风险状态的评价指标体系，为城市轨道交通的风险评价和控制提供依据。

2 城市轨道交通网络化运营风险内涵的认识

城市轨道交通网络化运营风险的大小主要体现在运营网络受到外界威胁影响的程度，一方面是从整个运营网络结构和功能的角度，考虑哪些站点和线路对运营网络的影响比较重大，另一方面是从当运营网络面临不同的威胁扰动时，考虑不同站点和线路的影响程度的大小，本文主要涉及运营网络中流动的客流和车流对站线产生的冲击。根据上述理解和指标构建的基本原则，构建城市轨道交通网络化运营安全风险的函数表达式，如下：

RN—城市轨道交通网络化运营风险；

RS—城市轨道交通运营网络结构风险；

RF—城市轨道交通运营网络功能风险；

RL—城市轨道交通运营网络负载风险。

即从轨道交通运营网络的结构、功能和负载的风险三个维度来综合分析整个运营网络的风险情况。

3 城市轨道交通运营网络特性分析

城市轨道交通车站是城市轨道交通网络中的基本组成元素，而轨道交通线路使各个车站彼此相互连通，因此城市轨道交通网络可以看作由站点和线路所构成的复杂网络，其中线路中的站点对应于节点，而各个车站间的线路对应于边。根据网络的基础理论和城市轨道交通运营的特点，城市轨道交通运营网络中的站点（节点）和线路（连接节点的边）不仅具有网络的部分属性，还有其自身特性。由城市轨道交通网络拓扑图可知，网络中任意节点的所有邻居节点间都不存在实际相连接的边。在运营过程中，由列车构成的车流和由乘客构成的客流在运营网络中流动，其中，各条轨道交通线路彼此独立，线路之间不能互通列车，不同轨道交通线路相交形成换乘站；乘客可以通过线路换乘站通达各运营线路上的任意站点。

4 城市轨道交通网络化运营风险评价指标研究

4.1 建立评价指标的原则

根据城市轨道交通网络化运营的特点，建立相应的风险评价指标体系应遵循如下原则：

（1）科学性：指标体系应能科学地反映城市轨道交通网络化运营的风险特征，指标设置要基于科学分析，内涵明确。在分析大量关于城市轨道交通运营风险研究文献的基础上，走访咨询地铁运营公司和科研单位相关专家，综合考虑风险指标的准确性进行多次筛选。

（2）系统性：指标体系应能系统反映城市轨道交通网络化运营风险情况的局部和整体情况，做到全面、综合。尽管强调网络化运营结构，但是构成这个网络结构的节点和边对其产生的影响不容忽视，也就是轨道交通运营车站及运营区间对于交通运营网络的影响，局部风险可能引发全网问题。

（3）适用性原则：要达到能够实时、动态地对轨道交通网络化运营风险进行监测评价的效果，指标的设置应考虑现实评价过程中数据的可获得性以及操作性，数据越客观准确，越便于后续评价实施和监测。

4.2 运营网络结构重要度指标

运营网络结构重要度指标是表征城市轨道交通运营网络物理拓扑结构特征的基本指标，用于描述轨道交通运营站点（节点）和线路（节点连接的边）在整个轨道交通运营网络物理结构中的重要程度。

（1）站点节点度。主要体现轨道运营网络中某站点与周围站点之间建立直接联系的能力，由与该站点直接相连的站点数目来表示。与之直接相连的站点数越多，该站点对于整个运营网络结构的重要程度越大。

（2）站点（边）介数。主要反映该轨道运营网络中某站点（边）在整个网络中的作用和影响力，由网络中所有的最短路径中经过该站点（边）的最短路径数量比例来表示，反映了相应站点（边）在整个网络中的作用和影响力。

（3）网络平均路径长度。主要反映了轨道交通运营网络中站点的离散程度，由网络中任意两个站点（节点）之间距离的平均值来表示。其中，连接两个站点（节点）之间的最短路径的区间（边）数目表示为两个站点（节点）之间的距离。

（4）区间强度。该指标反映了轨道交通运营网络各区间在运营过程中的安全重要度，由两个站点（节点）区间小时断面客流量与网络区间小时断面客流量的比值来表示。区间强度越大，对路网的影响程度越大。

4.3 运营网络功能特征重要指标

运营网络功能特征重要指标是表征城市轨道运营网络在运营过程中反映网络运输能力和功能的基本特征。

（1）运营网络连通效率。该指标反映了城市轨道交通运营网络连通能力的情况。用两个节点之间最短距离倒数之和的平均值表示网络连通效率的程度。即：从一个车站到达另一个车站平均需要经过的站数，平均经过的站数越少，网络连通性越好。

（2）网络可达性。该指标反映了各节点间交通的便捷程度。由网络中所有节点可达性的平均值来表示。某一节点的可达性是指某点出发抵达任意目的地的行驶距离、行驶时间的大小。可达性越小，交通越便捷。

（3）网络换乘能力匹配度。该指标反映了城市轨道交通网络的综合换乘能力，由每个换乘车站换乘能力匹配度乘以相应站点的节点度权重所得值来表示。每个换乘车站的实际换乘量的比值为换乘车站换乘能力匹配度。

（4）最大连通图相对大小。该指标反映了城市轨道交通网络遭受破坏的程度，用网络最大连通子图所包含的节点数与原始网络拓扑结构所包含的节点数之比来表示。最大连通图相对大小越大，表明运营网络受影响的程度越低。

4.4 运营网络负载特征重要指标

运营网络负载特征重要指标是表征城市轨道交通运营网络在运营过程中受到客流、车流冲击的情况，也是反映运营网络受到运营环境外界威胁扰动的重要指标。

（1）网络客流高峰时长。该指标反映了运营网络受高峰客流冲击的程度，由网络中所有线路每日高峰客流时长的所占比例之和来表示。网络客流高峰时长越大，网络运营的风险越大。

（2）网络客流负荷强度。该指标反映了轨道交通运营中网络运力与运量的匹配情况，由某时刻网络客流量与网络运营长度的比值来表示。在正常运营过程中，网络客流负荷强度越大，风险性越大。

（3）站点拥挤程度。该指标反映了轨道交通运营网络节点站点客流的密集程度，由某时刻站点区域（涉及站台、通道、电梯、站厅等关键区域）客流数量与站点区域面积的比值来表示。单位面积客流量越大，风险性越大，越容易发生拥挤、踩踏及乘客坠落等安全事故。

（4）线路车辆负荷强度。该指标反映了轨道交通运营网络中行车车辆的密集程度，由某时刻网络线路中车辆发车间隔时长来表示。在正常运营过程中，网络车辆负荷强度越大，风险性越大。

5 城市轨道交通网络化运营安全风险评价指标体系评价功能分析

在上述特征指标研究的基础上，最终形成一个多维度、多指标的城市轨道交通网络化运营风险评价指标体系层次结构框架，如图1所示。

图1 城市轨道交通网络化运营风险评价指标体系层次结构框架示意图

5.1 城市轨道交通网络化运营关键站点的评价

对于关键站点的评价：（1）通过节点度和介数来反映其在网络结构中的重要性，节点度大于等于3的均为换乘车站，介数较高说明经过该站点的最短路径多；（2）通过站点拥挤程度来反映各站点不同区域实时反映客流密度的情况；（3）通过最大连通图相对大小来反映某一站点一旦出现功能失效，会给整个运营网络带来的影响程度。

5.2 城市轨道交通网络化运营关键线路的评价

对于关键线路的评价：（1）通过边介数可以反映经过线路上某些区间的在网络结构中的重要性，边介数越高说明经过区间的最短路径越多；（2）通过区间强度实时反映当前线路区间段的客流强度；（3）通过线路高峰时长反映线路高峰负荷的持续情况；（4）通过线路车辆负荷强度实时反映线路车流密度情况。

5.3 城市轨道交通运营网络的风险评价

综合了网络结构、网络功能和网络负载三个维度的评价指标，其中：（1）静态指标有：站点节点度、站点（边）介数、网络平均路径长度、网络连通效率、网络可达性、最大连通图相对大小、网络客流高峰时长；（2）动态指标有：区间强度、网络换乘能力匹配度、网络客流负荷强度、站点拥挤程度、线路车辆负荷强度。通过上述指标可以实现：同一网络不同时段的动态评价和同一时刻不同网络的静态评价。

6 结论

本文通过分析城市轨道交通网络运营的结构特点，结合复杂网络的相关理论知识，构建了城市轨道交通网络化运营安全风险评价指标体系。该体系中既有静态指标又有实时采集的动态指标，所有指标数据均可通过网络结构和运营监测手段收集采集。所得指标数据与后续风险评价方法相结合，经过数据处理后，可为城市轨道交通运营风险管理提供对关键站点、关键线路（区间）和运营网络风险的静态、动态评价功能打下基础，最终实现对运营网络中的关键站线的风险监测监控提供预警及时采取风险控制措施的目的，提高轨道交通运营网络的风险管理水平。

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CNKI推出《中国高被引图书年报》

日前，中国知网（CNKI）中国科学文献计量评价研究中心推出了一套《中国高被引图书年报》，该报告基于中国大陆建国以来出版的422万余本图书被近3年国内期刊、博硕、会议论文的引用频次，分学科、分时段遴选高被引优秀学术图书予以发布。据研制方介绍，他们统计并分析了2013-2015年中国学术期刊813万余篇、中国博硕士学位论文101万余篇、中国重要会议论文39万余篇，累计引文达1 451万条。根据统计数据，422万本图书至少被引1次的图书达72万本。研制方根据中国图书馆分类法，将72万本图书划分为105个学科，分1949-2009年和2010-2014年两个时间段，分别遴选被引最高的TOP10％图书，共计选出70 911本优秀图书收入《中国高被引图书年报》。统计数据显示，这7万余本高被引优秀图书虽然只占全部图书的1.68％，却获得67.4％的总被引频次，可见这些图书质量上乘，在同类图书中发挥了更加重要的作用。该报告还首次发布各学科“学科h指数”排名前20的出版单位的评价指标，对客观评价出版社的社会效益——特别是学术出版物的社会效益具有重要的参考价值。

该报告从图书被引用的角度出发，评价图书的学术影响力，弥补了以销量和借阅等指标无法准确评价学术图书的缺憾，科学、客观地评价了图书、图书作者以及出版单位对各学科发展的贡献。

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Study on Risk Evaluation Index System of Networked Operation of Urban Rail-transit System

Chen Mingli,Zhai Huaiyuan,Xu Jia,Zhang Yujie
(School of Economics&Management,Beijing Jiaotong University,Beijing 100044,China)

In this paper,based on an analysis of the structural characteristics of the operational network of the urban rail-transit system,and by using the relevant knowledge of the complex network,we built the risk evaluation index of the networked operation of the urban rail-transit system,laying the foundation for the real-time,dynamic and quantified evaluation of the risk exposure of the key stations and lines in the operational network of the urban rail-transit system.

urbanrail-transit;networkedoperation;risk evaluation;evaluation index

F570.7

A

1005-152X(2017)07-0001-04

10.3969/j.issn.1005-152X.2017.07.001

2017-05-21

北京市哲学社会科学界联合会青年项目（QNRC201614）；中央高校科研基本业务费项目（2014JBM047）

陈明利，女，讲师，主要研究方向：安全管理、风险管理和安全文化。