第19卷第2期2021年06月
交通运输工程与信息学报
Journal of Transportation Engineering and Information
Vol.19No.2
Jun.2021
文章编号：1672-4747(2021)02-0046-07
于耀程，帅斌，黄文成
(西南交通大学，交通运输与物流学院，成都611756)
摘要：作为城市轨道交通的重要支柱之一，地铁已经成为现代城市生活中不可缺少的一部分。一旦 地铁运营发生事故，不仅会带来巨大的经济损失，也会威胁到人民的生命安全。本文将STAMP模型 与三角模糊DEMATEL-ISM模型相结合，以更加深入地分析地铁运营事故，对地铁事故影响因素进行等级划分， 绘制地铁事故影响因素多级阶梯图，深入剖析地铁事故因素之间的逻辑关系，从而有针对性地提出地铁事故的预防措施。以上海地铁10号线列车追尾事故为案例进行分析，结果表明：STAMP 模型与三角模糊DEMATEL-ISM模型的结合解决了传统STAMP模型无法突出重点的缺陷，也解决了传统ISM模型对二因素影响关系分类的局限性，可以更加全面深入地分析该事故各致因因素间的影响结果，从而有针对性地预防事故的发生。
关键词：地铁事故；STAMP模型；DEMATEL-ISM；上海地铁10号线
中图分类号：U298.1文献标志码：A DOI:10.3969/j.issn.1672-4747.2021.02.005
Analytical Approach to Metro Accidents Based on STAMP-ISM
博乐市属于哪个地区
YU Yao-cheng,SHUAI Bin,HUANG Wen-cheng
(School of Transportation and Logistics,Southwest Jiaotong University,Chengdu611756,China)
AbstractzAs an important pillar of urban rail transit,the metro has become an indispensable part of modem city life.Therefore,if accidents occur in the metro,they will not only bring huge economic losses,but also threaten people's lives.In this paper,the STAMP and triangular fuzzy DEMATEL-ISM models are combined to analyze metro accidents in depth and classify the influencing factors into a
multi-level ladder diagram.
After these,precautions to prevent such metro accidents can be proposed.Finally,the result is obtained by analyzing the accident on Shanghai metro line10.It is determined that the traditional STAMP model cannot highlight the key factors,and the traditional ISM has limitations in classifying the relationship between two factors.However,the combination of the STAMP and triangular fuzzy DEMATEL-ISM models can solve these problems and analyze the impact of the accident in depth for the purpose of accident prevention.
Key words:metro accidents;STAMP model;DEMATEL-ISM;Shanghai metro line10
0引言国城市轨道交通中占据着举足轻重的地位，一旦
地铁运营出现事故，将会带来巨大的损失，因此地铁是我国公民出行的主要方式之一，在我分析地铁事故从而制定有针对性的措施来保障
收稿日期：2020-07-15
基金项目：国家自然科学基金(71173177)；西南交通大学研究生创新实验实践项目(YC201507103)；西南交通大学研究生学术培养提升计划(跨学科创新培育)专题项目(2018KXK04)；西南交通大学2018
年优秀博士培育项目
作者简介：于耀程(1996—)，男，陕西咸阳人，硕士研究生，研究方向：事故致因分析，E-mail：*****************
通信作者：帅斌(1967—)，男，四川乐山人，教授，博导，研究方向：交通运输经济、事故致因分析等，E-mail：*************引文格式：于耀程，帅斌，黄文成.基于STAMP-ISM的地铁事故分析方法研究[J].交通运输工程与信息学报，2021,19(2):46-52.
YU Yao-cheng,SHUAI Bin,HUANG Wen-cheng.Analytical Approach to Metro Accidents Based on STAMP-ISM[J].Journal of Transportation Engineering and Information,2021,19(2):46-52.
第2期于耀程等：基于STAMP-ISM的地铁事故分析方法研究47
地铁运营安全有着重要意义。如：陈慧阳⑴以地铁火灾事故为研究对象，建立地铁火灾事故故障树模型，并得出了危险源识别表，为地铁火灾事故的预防奠定了一定的理论基础；吴海涛図对国内外多起事故案例进行深入分析，从而得出导致地铁部分事故的主要风险因素；刘建卩］对地铁消防系统的各项特征指标进行分析，同时使用物元分析对地铁消防系统的安全性、可靠性进行详细的评价，最后基于评价结果得出地铁消防系统的薄弱环节及管理重点。但是，国内地铁运营事故定量化研究较少。
系统理论事故建模与过程(Systems-Theoretic Accident Modeling and Process,STAMP)是针对复杂系统提出的事故致因模型，可从控制的角度厘清各组织内及组织间的事故原因，被广泛地应用于各种事故分析中。如：李华⑷利用STAMP 模型揭示建筑安全事故致因因素间的相互关系从而对其进行有效预防和控制，章仕杰同运用STAMP模型从控制角度详细分析了丰城重大坍塌事故。但使用STAMP模型分析事故不易突出重点，也无法得到事故影响因素的影响强度，使得在制定相关预防措施时无法抓住重点。为了解决这一缺陷，本文在STAMP模型的基础上引入解释结构模型。解释结构模型(Interpretative Structural Modeling,ISM)可以分析复杂系统因素间的相互作用关系，如：杨永旭同提出了基于解释结构模型的可持续供应商绩效影响因素分析方法；王凌峰⑺使用ISM分析了上市公司高管薪酬-绩效敏感性的17个影响因素间的作用关系。传统ISM方法假设各因素间的关系只有两种情况，即有宜接关系和无宜接关系，但在实际情况中，影响因素之间的情况较为复杂，不能简单地归为有直接关系和无直接关系，为此本文需要引入决策试验和评价试验法⑷(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory,DEMATEL)与三角模糊数来对ISM进行改进得到三角模糊DEMATEL-ISM模型，该模型可以更加深入详细地分析两因素之间的关系。
综上所述，本文将使用STAMP模型与三角模糊DEMATEL-ISM模型相结合，对地铁事故因素进行详细、深入的研究，得出各个致因因素间的因果关系，从而有针对性地提出事故预防措施，为我国地铁运营安全提供一定的实践指导。
1STAMP模型
STAMP模型认为事故是由不充分的控制和安全约束的缺失造成的，它将安全问题转化为控制问题。STAMP模型主要使用3种基本结构来分析事故致因因素，分别是安全约束、分层控制结构与过程模型。
安全约束与分层控制模型如图1所示冈，整个安全系统被分为多层，子系统之间以上、下层的关系联系在一起，其中上层系统发出安全约束条件用以约束下层系统的行为与决策，同时下层系统所收到的结果也将反馈于上层子系统，这就是STAMP模型中的安全约束与分层控制模型。
图1分层控制模型
过程模型如图2所示，控制器向执行器输入控制命令，执行器执行控制过程并将控制效果反馈给控制器，辅助其制定下一步控制决策
。
48交通运输工程与信息学报第19卷
干扰
图2过程模型
根据我国地铁相关运营规定，使用STAMP 模型制定地铁运营安全控制结构，可分为：物理层、基层、管理层以及政府层。（1）物理层主要包含运营设备和自然环境。运营设备的故障以及暴雨等自然灾害可能会导致事故发生。（2）基层主要包括地铁值班人员和地铁值班站长。值班人员接受值班站长的指挥，对地铁运营过程进行一系列的操作，保障地铁列车的安全运营。（3）管理层主要包括地铁公司董事长与地铁公司总经理。地铁公司董事长负责在收到新规定或政策后及时召开董事会讨论相关规定或政策的落实方法，并将讨论结果拟定成文件；地铁公司总经理负责根据上述文件并结合实际情况协调各站总揽具体落实工作。（4）政府层主要指国家交通运输部，主要为地铁运营制定相关规范和规则，同时也对地铁运营工作进行监督检查。
2三角模糊DEMATEL-ISM模型解释结构模型可以将复杂的系统分解为多个子系统因素，利用专家经验知识确定其中任意两因素之间的关系，即确定它们之间是否有直接关系，最终得出一个多级阶梯的结构模型何。而当引入DEMATEL时，则需要专家对这两因素之间的关系进行更加详细的分类打分。为
了提高专家打分的客观性，将专家的评价分值转化为三角模糊评价变量［期，打分规则如表1所示。由表1可知专家的每一个评价分值都对应一个三角模糊评价变量。
表1两因素关系专家评分及三角模糊评价变量表两因素关系评价分值三角模糊评价变量无影响0(0,0,1)
非常低影响1(0,1,2)
低影响2(1,2,3)
高影响3(2,3,4)
非常高影响4(3,4,4)
三角模糊DEMATEL-ISM的求解步骤如下：
（1）定义系统影响因素集合S,S={$“•••,$”}。
（2）邀请m位专家依据表1的规则对S中任两因素间关系进行打分，并根据专家对这两因素关系的打分结果建立系统中任两因素的平均直接影响矩阵E*（E*表示通过第丘位专家打分得到的平均直接影响矩阵）。建立步骤如下所示：首先，通过第k位专家的评价分值冷得到"X"的影响因素评价分值矩阵/；
再将矩阵/中的每一个评价分值根据表1一一对应为三角模糊评价变量（百，呛，初；最后，将每一个三角模糊变量做下式所示的处理得到平均直接影响矩阵0：
式中，S，略，初为第丘位专家的评价分值《所对应的三角模糊评价变量；《表示第&位专家对因素用与号影响关系强度的评价分值；砖表示通过第£位专家评价分值计算得到的平均宜接影响矩阵E*中第i行第/列元素的值。
（3）根据专家权重比例求取加权之后的平均宜接影响矩阵中第i行第/列的元素取值如下：
E y=锚+马砖（2）式中，©为专家丘的权重；血为加权后平均直接影响矩阵E中第i行第/列的元素
。
第2期于耀程等：基于STAMP-ISM的地铁事故分析方法研究49
(4)计算标准化参数p，利用p对矩阵E进行标准化处理得到矩阵Q-
P=-------------0，丿=1,2,•…,72)(3)
丿=1
Q=P E(4)
(5)求取综合影响关系矩阵：
F=Q(I-Q)1(5)式中，/为单位矩阵。
(6)求取整体影响关系矩阵U：泰国旅游攻略自由行
U=I+F(6)
(7)求取可达矩阵K a首先求取阈值“,“的取值是矩阵F所有元素的均值与标准差之和，可达矩阵第i行第j列元素ky的取值规则如下式所示：
J[0,Uy<fi,i,j=
式中，福=1代表因素®对号有影响，福=0代表因素皿对号无影响。
(8)根据可达矩阵K计算可达集R(sJ、先行集B(sJ以及共同集T(sJ，计算规则如下面几式所示：
R(sJ={sj同eS血=1},i,j=(8)
B(sJ=爸 |Sj e S,k fi=1},i,j=(9)
T(sJ=R(sJriB(sJ(10)
(9)若共同集满足T(sJ=7?(sJ，则T(sJ中所包含的影响因素旳为当前最底层元素，接着从可达矩阵中删除最底层所含元素对应的行和列。重复该步骤直到所有因素都被分层，则ISM模型影响因素分层完成。
(10)根据影响因素分层绘制ISM多级阶梯图。3案例分析
2011年9月27日14:51分上海地铁10号线列车由豫园站向老西门站运行过程中下行区间百米标176处两列车不慎发生追尾。经初步统计，约有40余名乘客受伤，大部分为轻微伤，未发现重伤。
3.1地铁运营安全控制结构的建立
依据STAMP模型并结合地铁运营的实际情况，建立上海地铁10号线运营的安全控制结构，如图3所示。国家交通运输部制定出城市轨道交通中地铁运营的政策与规定，下发至各地铁运营公司，由董事长带头召开董事会讨论政策、规定的落实办法并将讨论结果拟定成文件，由总经理负责执行。总经理根据文件内容协调各站工作任务后，将具体任务告知各站站长，再由各站长指挥站内值班人员对地铁运营设备进行操作。因运营设备还会受到外界环境的干扰，故为了保证地铁一宜处于正常运营，操作人员需要及时接收运营设备反馈的信息，并汇总后上报各值班站长。站长再反馈给总经理，总经理汇总所有结果将政策的落实情况反馈给董事长，董事长再召开董事会针对规定政策落实的结果商议下一步改进措施。
图3上海地铁10
号线运营安全控制结构图
50
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每隔一段时间，国家交通运输部会收集各地铁公 司的运营情况，从而对相关政策和规定进行进一 步完善修改。
3.2地铁运营事故影响因素分析
通过分析上海地铁10号线“9 • 27”事故调
查报告，并与地铁运营安全控制结构图相结合，
从物理层、基层、管理层和政府层出发，深入分 析造成上海地铁10号线事故的主要影响因素，
最终得到如表2所示的11个主要影响因素以及
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每个因素所属层级和主要表现。
表2上海地铁10号线事故影响因素分析
系统层次
控制结构致因因素具体表现
运营设备运营设备S1相关运营设备故障，如信号系统故障或失灵后，导物理层
致信息无法第一时间反馈给上级自然环境
自然灾害S2
暴雨地震等自然灾害导致事故
操作不当S3
设备故障后未能按照正确的处理方式进行操作
地铁值班人员
玩忽职守S4值班人员玩忽职守导致事故
基层
疲劳工作s 5值班人员疲劳工作注意力无法集中导致事故地铁值班站长判断错误S6
设备故障后指挥人员无法正确判断可能造成的后果
指挥不当57设备故障后，指挥不当使得相应事故无法避免管理层
地铁公司总经理
协调不当旳
总经理未做好地铁各运营部门的协调工作，致使事 故发生
地铁公司董事长政策落实不及时、不彻底S9
董事长未能及时彻底落实新政策导致事故
政府层
交通运输部
政策制定不完善S10
有关地铁事故的应急措施还不够完善
监督检查失职S"
未能及时检查出地铁运营管理公司中存在的隐患
3.3 基于三角模糊DEMATEL-ISM 模型的
地铁事故影响分析
根据式(11)可求得第一层对应可达集、先
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行集以及共同集，如表3所示。
邀请6位专家对表2中11个因素中两两因 素的影响强度进行打分，构建相应的评价分值矩
阵，对应求得三角模糊评价变量矩阵，并依据前
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面三角模糊DEMATEL-ISM 的求解步骤(2) ~ (7)计算得到可达矩阵K 的取值如下所示:
AT= 00100111000
（11）
_10000000000_01000000000001000000000011000000000101000000001000110000010001100000000011100101001111101
010*******
表3第一层可达集、先行集以及共同集
影响 因素
可达集
先行集
共同集澳门特景点
S111, 10, 111S2
22
2S3
33,4, 5, 6, 7, &10, 11
3
$4
3,4
44$53,5
5
5
$6
3,6, 7,86, 106Sy
3,7,86, 7, & 9, 10, 117,8旳3,7,86, 7, & 9, 10, 11
7,8
旳
7, &99, 10, 119$10
1,3,6, 7, 8, 9, 1010
10
1,3,7, 8, 9,11
1111
由表3可知第一层所含影响因素为Si 、S2、S3,
