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城市地鐵網絡系統的脆弱性分析論文
【摘要】本文以降低城市地鐵網絡系統運行過程中的事故發生率為目的，本著盡量避免事故造成經濟損失，減少給社會帶來負面影響的的原則，對城市鐵路運行的脆弱性進行探討。以真實的事故案例的統計分析和對城市地鐵網絡系統的運行特點分析，歸結地鐵網絡運行的脆弱性為三大類，即物理、結構以及社會功能的脆弱性，來明確城市地鐵網絡系統運行脆弱性在事故發生中的地位，并為城市地鐵網絡系統在運行時的自系統故障、抵抗外界干擾能力中的缺陷等重新定義。借鑒以往的真實事例，我們不難分析出運行脆弱性的發生過程，旨在為提出降低城市地鐵運行脆弱性的優良方案提供參考和導向。
相關調查顯示，城市地鐵網絡運行脆弱性對地鐵事故的發生和最終造成的損失狀況有直接的影響，物理和社會脆弱性在地鐵事故中主要在事故發生的初始階段產生較大影響，結構脆弱性主要會導致事故的蔓延擴大，社會功能的脆弱性即決定著事故最終造成的損失情況。所以，從城市地鐵網絡系統的結構、網絡和社會功能三個方面入手，積極探討解決相關方面問題的最優方案，從而使得城市地鐵網絡運行的脆弱性能夠有效降低。
【關鍵詞】城市地鐵網絡；系統運行；脆弱性分析
1前言
我國經濟不斷發展，城市化進程也隨之加快，城市地鐵的發展也日漸普及，地鐵已經成為眾多城市的交通系統的最關鍵環節，有著不可替代的交通地位，為城市中人們的出行帶來極大的便利，可謂是城市交通的生命線。中國城市鐵路正走進網絡化地鐵時代，城市地鐵網絡系統的發展趨勢必然有單線向多線發展，其管理系統的建設也必然隨之而變得豐富和分工明確。城市地鐵的多元化復雜化發展也難免的帶來更多的問題，如城市地鐵網絡系統中的設備故障，人為失誤以及由于社會因素而導致的抵御系統內外部干擾能力的不足，更重要的是，目前的城市地鐵網絡系統不穩定性較高，在時有發生的事故中往往會造成重大的社會經濟損失，帶來較大的負面影響。城市地鐵網絡系統的安全穩定性在保障系統運行中的順暢和安全有重要意義，更對促進社會的和諧穩定有重要作用。所以努力提高城市地鐵網絡系統的抗干擾能力，綜合探討城市地鐵網絡系統的脆弱性，最大限度的避免地鐵運行事故的發生及其帶來的損失刻不容緩。
如今國內外對于城市地鐵網絡系統的研究主要集中在技術問題、社會影響以及自然災害等方面，緊緊圍繞可靠性和安全性來展開，而對于城市地鐵網絡系統的脆弱性方面的研究則相對缺失。城市地鐵網絡系統的的脆弱性研究主要從道路路網和公交網絡系統的脆弱性分析上借鑒參考，沒有自己獨立有效的分析系統。當前的探討主要偏向城市地鐵網絡系統的結構問題。總的來講，現在的對于城市地鐵網絡系統的脆弱性分析對于社會干擾因素的關注度還不夠，對于整個系統的綜合評價也不夠具體，在研究的過程中往往因為不合理的方案和分工使得城市地鐵網絡系統的設備、線路和工作人員以及乘客相互分割。本文將在傳統的以系統故障和網絡結構的研究基礎上，結合城市地鐵網絡系統的運行特點和社會影響，系統的探究城市地鐵網絡系統的運行脆弱性問題。力求取得良好的成效，保證系統運行的安全穩定性。
2城市地鐵網絡系統的運行特點
2.1單線向多線網絡運營的方式轉變
城市地鐵網絡系統的發展，主要是因為單線獨立運營向多線的交匯發散而有了質的跨越。單一的線路運行比較容易管理和保證列車的行車安全，不會產生線路之間相互影響的情況。而多元化發展后的城市地鐵，逐漸加大了線路、站點之間的復雜程度，擴大了局部問題對于整個系統的干擾，也使得更多的不同地區運力和運量的矛盾被放大，而給城市地鐵網絡系統帶來更打的影響。并且線路之間的統一協調問題也更加突出，增大了我們對其組織和處理的難度系數。如此一來，復雜程度的加大不可避免的導致小事故引發大問題的風險增加，處理好細節問題，規避城市受到大的影響已然成為我們的工作中心。
2.2城市地鐵網絡系統的高復雜度
城市地鐵網絡系統之所以稱為系統，必然具有一定的綜合性和復雜性。我們可以這樣的解讀該系統，軌跡線路是邊，車站為點，縱橫交錯的鐵路運行線構成了這樣一個大網絡。城市地鐵網絡系統長期經受著許多不可預知的內外部干擾因素，有時會出現設備運轉不正常的情況，并影響到整個網絡系統的可靠性。自然災害、人為破壞、工作人員的操作不當等眾多內外干擾因素，會使得線網及客流的負擔加重，線網功能超載甚至損壞而導致運行效率降低，導致整個網絡的運行安全性受到影響。并且城市地鐵網絡系統在事故發生后的復雜程度也非常之高，不僅因為線網供給能力被破壞而缺失，更因為涉及到大量的人民群眾，所以，對于社會的復雜性給予高度重視非常必要。
2.3城市地鐵網絡系統的脆弱點和脆弱域
整個系統的復雜性不言而喻，那么其脆弱性的關鍵體現，就在城市地鐵網絡系統的脆弱點和脆弱域上，其存在也是系統不能正常運行的根本原因。當這些脆弱點和脆弱域受到自技術和社會自然的干擾時就會出現功能受到損害而缺失甚至系統癱瘓的狀況。研究表明，城市地鐵網絡系統的運行脆弱性主要存在于各單元的傳輸載體上以及整個網絡結構的組成上。在此我們從網絡失效后果和概率方面來進行解析，某些部分失效產生的影響就會增加網絡整體的脆弱性，這些容易失效，并且失效后果會導致網絡運行能力下降的部分即為脆弱點；在一定失效概率的基礎上發生的失效后果并在特定環境下有一定的變化范圍，就是網絡系統的脆弱域，它是城市地鐵網絡系統的抗干擾能力和事故后的恢復能力的集中體現。
3城市地鐵網絡系統的脆弱性分析以及事故的分類和分析
3.1城市地鐵網絡系統運行脆弱性解析
城市地鐵網絡系統的事故后恢復能力取決于系統對事故的敏感性以及事故發生的不同危害程度。我們知道，城市地鐵網絡系統的抵抗風險能力越強，在事故發生后的損失就越小，也就是說，系統的脆弱性直接關系都到地鐵網絡系統的安全穩定運行。城市地鐵網絡系統的運行脆弱性在結構上主要有物理脆弱性、結構脆弱性和社會功能的脆弱性。系統的元件以及設施本體是物理脆弱性探究的主要對象，城市地鐵網絡系統的車輛系統、供電、軌道系統以及通信系統包括其元件在受到干擾后的相互補給的協調性是城市地鐵網絡系統的主要表現，主要是要求物理設備具有一定的可靠性以及工作人員能滿足不同系統之間的相互協調。受干擾的部分受到損壞而喪失其既定功能，甚至會波及到其他元件和系統從而擴大了干擾的失效后果，嚴重時會導致整個網絡系統的運行受阻甚至停止運行。城市地鐵網絡系統的結構脆弱性作為網絡拓撲結構的內在屬性側重于探究整個網絡系統的拓撲結構和運行方式。拓撲網絡的失效過程是單元功能失效通過相連的點和線為傳播載體，從而在有效性的層面上產生失效的后果。
當地鐵的脆弱點或者脆弱域受到干擾，干擾通過地鐵線路、流動的乘客等載體在整個地鐵網絡系統中擴散，此時容易發生級聯效應，尤其是關鍵點的失效，對整個地鐵網絡系統的影響更加明顯和巨大。城市地鐵網絡系統的社會功能脆弱性的研究從整個網絡系統與社會之間的關系及服務特征方面展開。地鐵網絡的社會功能是交通運輸，所以其社會功能的脆弱性主要體現在乘客的滿意程度，提供的服務的效率以及為社會和國家帶來的經濟效益等方面。社會功能脆弱性最注重的就是在系統受到干擾時仍然可以實現系統應該發揮的功能為社會提供正常的服務或者能夠迅速及時的恢復其社會服務。地鐵受到干擾影響或者造成地鐵系統整體失效的情況下，會對乘坐地鐵的乘客產生不能到達目的地或者需要額外增加換乘才能到站的影響，會造成對乘客、企業乃至社會的經濟損失。在城市地鐵網絡系統的運行事故中，上述的三個脆弱性存在一定的關聯，他們在重大事故中出現損失和導致事故后果擴大的不同時段有著不同的影響。一般來說系統的物理脆弱性和社會功能脆弱性容易導致小事故的發生，也就導致脆弱點的出現，脆弱點受干擾的影響隨著系統網絡蔓延傳播而產生波及范圍更廣的二次干擾，就會出現脆弱域，在物理結構以及社會功能脆弱性的綜合影響背景下使得設備運行受損，人員傷亡，造成社會經濟的損失。
3.2事故分類及分析
根據國內外事故案例的實際情況以及地鐵運營服務的現狀和危險因素的考慮，現在主要分為自身設備設施類事故、行車類事故、客運類事故和自然災害類事故等。設備類事故主要由設施的損壞或故障引起，主要表現為設備運轉失常，設施主體損壞；行車類事故主要表現為行車過程中能量外溢，主要后果是列車脫軌，擠岔碰撞等；客運類事故是受到客運服務功能障礙的影響而導致的車門夾人夾物，電梯扶梯的傷害；自然類事故則是自然環境及外部因素的影響，包括惡劣天氣、高溫、特殊環境等造成的列車運行事故。經調查顯示在城市地鐵網絡系統運行的事故中，設備類事故占58.2%，客運類事故占32.5%其他類事故占10%左右。這一數據對我們發現城市地鐵網絡系統中脆弱性導致的事故有重要參考作用，我們應在加強設備維護與保養，定期檢修工作上加大力度，保證設備設施的正常運轉和優質耐用，降低自身設備的故障率，完善監管制度，定期的認真排查設備故障，做好預防工作。也要加強新技術的開發，增強設備的反饋能力，加強設施正確使用的宣傳，盡量避免客運類事故的發生。優化城市地鐵網絡系統的構建方案，增強其抗干擾能力和在惡劣環境中運行的能力，最大限度的保證行車安全。
4結合實際案例的脆弱性分析
4.1事故介紹
本文中列舉的案例是11年9月發生在上海的10號線2列車在豫園至老西門百米標處發生的追尾事件，事故中多人受傷，造成巨大的經濟損失。后經調查證實事故是因設備失電導致運營信號中斷最終采取人工調度的行車方式過程中，調度員未能嚴格按照規定發布命令而導致。具體情況是調度員在未準確定位的故障區發布電話閉塞命令，與此同時接車站值班員在沒有確認路線空閑與否的情況下也沒有按照規定就同意了其發出的閉塞請求。最終才導致了慘劇的發生。該事故在上海市造成巨大影響，牽連到多個站點，事故發生后還實行了臨時封站，給相關線路的運行帶來極大不便，該處又處于上海的繁華地段，帶來很大的社會負面影響。
4.2針對案例的脆弱性討論
從本質來說，事故的發生不過是系統的小問題，但就是這樣的小的脆弱點在復雜系統中的蔓延使得整個系統受到的影響越來越大，最終導致整個網絡系統的崩潰。城市地鐵網絡系統的物理脆弱性導致某一特點發生事故，結構脆弱性促進了該小事故的蔓延過程而形成大面積的影響。從整個事件來就是看脆弱點的影響擴散到脆弱域進而影響整個網絡系統造成嚴重損失，是城市地鐵網絡系統脆弱性的綜合體現。事故的發生總是給我們帶來慘痛的教訓，所以我們應以此讓警鐘長鳴。
5結語
本文著重圍繞城市地鐵網絡系統的脆弱性進行探究，總結了現有探究對于城市地鐵網絡系統脆弱性分析的不足之處，并結合真實事例從物理、結構和社會功能三個大的方面對系統的脆弱性進行了進一步的剖析。我國對城市地鐵的投入使用不斷增多，保證地鐵的安全穩定的運行越發重要，主要從提高城市地鐵網絡系統的組成單元的可靠性，還有地鐵網絡設計的方案優化和科學合理的復雜性分析，充分的考慮到各關鍵點、銜接點，繁忙地段的干擾因素等等。重視流動的乘客給系統帶來的不確定影響，增強動態監測部門的監測能力，保證各個工作單位嚴格按照規定執行命令，為構建良好、安全、穩定的城市地鐵網絡系統做出十二分的努力！
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