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基于模糊綜合評價法的地鐵防雷安全評價

文檔作者：秦健袁媛文檔來源： 1．重慶市防雷中心 2．重慶市雷電災(zāi)害鑒定與防御工程技術(shù)研究中心3．重慶大學(xué)建筑設(shè)計研究院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年05月23日
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囝l攫溺 聵復(fù)賽嗣翟00 lll 。_。 毒?！?lllll ll _ll_ ll _l _： 年
基于模糊綜合評價法的地鐵防雷安全評價*
秦健 袁媛
(1．重慶市防雷中心，40l147，重慶；2．重慶市雷電災(zāi)害鑒定與防御工程技術(shù)研究中心，4()1147，重慶；
3．重慶大學(xué)建筑設(shè)計研究院，400045，重慶∥第一作者，工程師)
摘要地鐵雷電災(zāi)害事故時有發(fā)生，雷電災(zāi)害會影響地鐵運
營安全。通過合理選取影響地鐵防雷安全的主要因素，構(gòu)建安
全評價指標(biāo)體系，運用層次分析法獲得指標(biāo)權(quán)重集，根據(jù)單因素
隸屬度形成模糊評價矩陣，然后建立二級模糊綜合評價模型。
最后以重慶某地鐵線為例利用該模型進行了防雷安全實例分
析，研究表明該線地鐵防雷安全易損性等級為2級，屬于次高易
損性，為制定相應(yīng)的防雷減災(zāi)對策提供了科學(xué)依據(jù)。
關(guān)鍵詞地鐵；防雷安全；層次分析；模糊評價
中圖分類號U 231．96
Safety Assessment of M etro Lightning Protection by Fuzzy
Comprehensive Evaluation M ethod
Qin Jian，Yuan Yuan
Abstract Metro Ughthing disasters and the related accidents
happened from time to time，and seriously impacted metro op—
eration and safety．By reasonable selection of the main factors
that would impact metro lightning protection，a safety evalua—
tion indicator system is set up．Then，by using analytic hierar—
chy process，the index weight set is obtained．And thirdly，ac—
cording to the single factor membership degree，a fuzzy evalua—
tion matrix is established，followed by the secondary fuzzy
comprehensive evaluation mode．Finally，based on the case of
one Chongqing metro line，the mode is used to analyze the
lightning protection measures． The research shows that the
Ii曲tning protection safety vulnerable degree on this metro line
is 2，indicating the second-highest vulnerability．This study
provides a scientific basis for the establishment of correspond—
ing lightning protection mitigation strategy．
Key words metro；lightning protection；analytical hierar—
chy process；fuzzy evaluation
First-author’S address Lightning Protection Center of
Chongqing，401 147，Chongqing，China
我國城市軌道交通建設(shè)較發(fā)達國家起步較晚，
*重慶市科技平臺與基地建設(shè)項目(cstc2013pt-gcO0001)
· 126 ·
人員意識、設(shè)備技術(shù)和安全管理等方面都存在一些
薄弱環(huán)節(jié)。雖然地鐵系統(tǒng)是一個相對獨立的、封閉
的系統(tǒng)，但電氣設(shè)備、供電系統(tǒng)和電子系統(tǒng)等的耐受
雷電壓能力弱，一旦因雷電災(zāi)害造成地鐵故障，會引
起較大的社會影響，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。
文獻Eli等對城市軌道交通工程安全預(yù)評價、試
運營前安全評價、安全驗收評價及運營安全現(xiàn)狀評
價工作的主要內(nèi)容及評價重點進行了分析研究，文
獻[2]等分析了城市軌道交通在建設(shè)及運營過程中
存在的各種危險因素，文獻Es]等對地鐵施工安全進
行了評價。雷電災(zāi)害可能導(dǎo)致地鐵發(fā)生嚴(yán)重的事
故，防雷安全問題已成為保障地鐵安全運營的重要
一環(huán)，有必要對地鐵的防雷安全進行評價。地鐵系
統(tǒng)防雷安全評價是以實現(xiàn)地鐵防雷安全為目的，辨
識與分析系統(tǒng)中的危險有害因素，并評價其安全易
損性程度¨4]，這對于最大程度地減少、預(yù)防雷電災(zāi)害
事故，保障地鐵安全運營具有重要的現(xiàn)實意義。
1 防雷安全評價指標(biāo)體系
地鐵防雷安全涉及面廣，影響因素較多，通過整
理和分析相關(guān)文獻l5—83，建立了防雷安全措施、防雷
安全管理、設(shè)備因素和自然因素4個主因素及19個
子因素組成的評價指標(biāo)體系(見圖1)，指標(biāo)體系較
為全面地涵蓋了影響地鐵防雷安全的因素。
1．1 防雷安全措施
按照新建、改建、擴建工程項目防雷設(shè)施“三同
時”原則，防雷安全措施主要包括項目選址的雷電風(fēng)
險評估、防雷裝置設(shè)計、防雷裝置施工、防雷系統(tǒng)運
行情況以及雷電災(zāi)害預(yù)警信息的接收。安全措施貫
穿了項目的整個施工過程，其中某個環(huán)節(jié)留下不安
全因素和事故隱患，在地鐵運營過程中就可能釀成
防雷安全事故。
篙 曩 曩
地鐵防雷安全【，
目標(biāo)層
防雷安全措施
防雷安全管理
設(shè)備因素
自然因素
主因素層 i 子因素層
：
圖i 地鐵防雷安全評價指標(biāo)體系圖
1．2 防雷安全管理
防雷安全管理因素主要包括：規(guī)范、完備的安全
管理組織和規(guī)章制度，落實到個人的安全管理責(zé)任
制，發(fā)生雷電災(zāi)害突發(fā)事故時的應(yīng)急預(yù)案體系_9]，按
照相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求開展防雷裝置檢查及定期對
有關(guān)人員開展防雷安全教育與技術(shù)培訓(xùn)。
1．3 設(shè)備因素
地鐵系統(tǒng)的設(shè)備因素主要包括車輛系統(tǒng)、電氣
系統(tǒng)、通風(fēng)／排煙系統(tǒng)、給／排水系統(tǒng)、通信／信號系統(tǒng)
等，這些系統(tǒng)在運行過程中都可能存在一定的雷電
災(zāi)害風(fēng)險。車輛在運營過程中可能存在列車失控、
列車脫軌、列車相撞以及車內(nèi)各種設(shè)施故障等危險
因素；地鐵接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)斷線或絕緣子損壞，接觸到
金屬結(jié)構(gòu)物就會使其帶電，危及人身安全 ；通風(fēng)
系統(tǒng)無法正常工作，當(dāng)?shù)罔F發(fā)生火災(zāi)，積聚的高溫濃
煙很難自然排除，嚴(yán)重威脅人員的生命安全l1們；給／
排水系統(tǒng)不運轉(zhuǎn)，將無法排放侵入的地表水；通信／
信號系統(tǒng)發(fā)生故障，不能保證各種行車信息及控制
信息可靠傳輸。
1．4 自然因素
自然因素是影響雷電災(zāi)害事故的重要因素，包
括氣象因素、地理地質(zhì)因素和土壤因素等[1 。致災(zāi)
因子雷電屬于強對流天氣的一種。重慶特殊的氣象
環(huán)境導(dǎo)致它成為全國高雷暴地區(qū)之一，每年的雷暴
日多達51 d，一年中各月均有雷電發(fā)生，雷電的時
空分布特征很大程度上決定了雷電災(zāi)害發(fā)生的概率
和后果。重慶轄區(qū)以丘陵、山地為主，坡地面積較
大，丘陵地帶的地形抬升是造成雷電災(zāi)害事故多發(fā)
的原因之一。不同土壤類型有不同的土壤電阻率，
它影響雷電流散流的效果。
2 模糊綜合評價模型
模糊綜合評價法是建立在模糊數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)上
的一種預(yù)測和評價方法，它適合于將某些不易定量
的因素定量化，解決那些只能用模糊的、非定量的、
難以明確定義的實際問題。在確定評價因素、因子
的評價等級標(biāo)準(zhǔn)和權(quán)值的基礎(chǔ)上，運用模糊集合變
換原理，以隸屬度描述各因素及因子的模糊界線，構(gòu)
· 1 27 ·
一
囝l懿溺 鞣舞 交溷鼴
造模糊評價矩陣，通過多層復(fù)合運算，最終確定評價
對象所屬等級l1 H 。
2．1 評價指標(biāo)權(quán)重
評價工作中，各評價因素的重要程度往往是不
相同的，為此需要確定各因素集的模糊權(quán)重。本文
采用層次分析法確定各因素權(quán)重。根據(jù)建立的防雷
安全評價指標(biāo)體系構(gòu)造判斷矩陣，計算最大特征根
及對應(yīng)特征向量并做一致性檢驗，通過檢驗的特征
向量作為指標(biāo)權(quán)重值。
2．2 評價集
評價集是評價者對評價對象可能做出的各種評
價結(jié)果所組成的集合，通常用評價集V={ ，1， ，
?
， }表示?？梢愿鶕?jù)實際情況，用不同的等級、
評語或數(shù)字來表示評價因素對地鐵防雷安全影響程
度大小，具體評價集為V={高易損性／1級，次高易
損性／2級，中易損性／3級，低易損性／4級}。
2．3 模糊判斷矩陣
利用專家評分法確定單因素對各等級模糊子集
的隸屬度，建立模糊評價矩陣R。先由業(yè)內(nèi)專家填
寫評價卡，根據(jù)所評因素的具體情況，給出相應(yīng)的等
級；然后統(tǒng)計評價情況，列出評價結(jié)果統(tǒng)計表；由評
價結(jié)果統(tǒng)計表求出各因素屬于不同等級評語的隸屬
度，建立模糊評價矩陣R ]。
R =
， i11
ri2I
：
●
rim 1
ri1 2
ri22
：
●
r m2
● ● ●
r 2
：
●
r f 3
r i1 n
r I2
：
●
zm n
2．4 綜合評價
利用模糊評價矩陣尺和權(quán)重集 ，通過模糊變
換將 上的模糊向量 變?yōu)?上的模糊向量B，即
得到綜合評價模型：
B = A 。R = (b1，b 2，? ，b ) (2)
其中，“?！笔悄：阕?，這里采用“乘與和”算子。
2．5 評價結(jié)果
將模糊集B歸一化處理，得到B =(b ，b ，
h
?
，b )，其中b = ( =1，2，? ， )。常用的
Σ b
i=1
易損等級判定方法時按照最大隸屬度原則，根據(jù)其
在評價集中所處等級取得評價等級。但是，該方法
不能充分利用模糊集B所帶來的所有信息。這里
采用加權(quán)和對模糊綜合評價結(jié)果進行處理，已達到
更真實地反應(yīng)評價對象的易損性等級的目的。加權(quán)
· 1 28 ·
和模式如下l ]：
H— —受災(zāi)體易損性指數(shù)；
— — 評價因子評價級別；
D 歸一化的模糊集B 向量。
20l14年
(3)
3 案例應(yīng)用
應(yīng)用上述模型對重慶某地鐵線的防雷安全等級
進行評價。
3．1 確定模糊權(quán)重集
利用層次分析法確定權(quán)重。邀請地鐵行業(yè)相關(guān)
單位和防雷技術(shù)機構(gòu)的多位專家，根據(jù)地鐵防雷安
全評價指標(biāo)體系，對各指標(biāo)的重要性進行打分；然后
對所打的分值進行歸一化處理后構(gòu)造判斷矩陣，采
用和法計算最大特征根及對應(yīng)特征向量，并對計算
】 一¨
結(jié)果利用一致性指標(biāo)， = ( 為特征根的
凡一l
最大值；／2為向量個數(shù))、隨機一致性指標(biāo)， (查表
，
得到)和一斂性比率R = 做一致性檢驗，以判斷
1R
不一致程度是否在容許范圍0．1內(nèi)；如在容許范圍
內(nèi)，則認(rèn)為判斷矩陣賦值是合理的，否則需要重新進
行成對比較。計算結(jié)果見表1～表5。
表1 主因素層u 對目標(biāo)層u的判斷矩陣及權(quán)重
(i=1，2，3，4)
表2 子因素層lltj對準(zhǔn)則層【， 的判斷矩陣及權(quán)重
(．，=1，2，3，4，5)
×
Σ．f
=
H
中
式
繁 期0_0_ll≯疊曩曩 曩 疊 疊蓮 楚 囂 ； 羞 蠢
表3 子因素層“≈對準(zhǔn)則層【，：的判斷矩陣及權(quán)重
(．，=1，2，3，4，5，6)
注：一致性檢驗結(jié)果： =6．584 3，Ic=0．116 9，IR=1．24，Rc
=0．(}94 2< (】．1
表4 子因素層 對準(zhǔn)則層 的判斷矩陣及權(quán)重
(‘，=1，2，3，4，5)
注：一致性檢驗結(jié)果： 一=5．420 1，lc=0．105 0，1R=1．12，Rc
=()．()93 8< ()．1
表5 子因素層 對準(zhǔn)則層u 的判斷矩陣及權(quán)重
(．，=1。2，3)
注：一致性檢驗結(jié)果：A =3．009 2，Ic=0．004 6，jR=0．58，Rc
= 0．()07 9< ()．1
3．2 建立模糊評價矩陣
利用專家評分法。咨詢了10位專家，根據(jù)劃分
的4個等級分別對圖1的子因素進行評價，評價結(jié)
果統(tǒng)計見表6。專家評價后，分別計算各子因素的
隸屬度，構(gòu)造模糊評價矩陣。以 為例，10名專家
中沒有人認(rèn)為是“高易損性”，1人認(rèn)為是“次高易損
性”，4人認(rèn)為是“中易損性”，5人認(rèn)為是“低易損
性”，則對 的評價為(()．0，0．1，0．4，0．5)。同理
可得到其它因素的隸屬度，則防雷安全措施U 各子
因素評價矩陣為；
表6 評價結(jié)果統(tǒng)計表
R 1=
0．0
0．2
0．3
0．0
0．4
()．1
0．6
0．5
0．6
()．3
()．4
0．1
0．2
0．2
0．2
0．5
()．1
0．0
0．2
0．I
防雷安全管理【，。各子因素評價矩陣為：
R =
0．3
0．1
0．4
0．1
0．2
0．4
0．3
0．2
0．2
0．3
0．2
0．3
O．3
0．4
()．2
0．4
0．3
()．3
設(shè)備因素【，。各子因素評價矩陣為：
R 3
0．0
0．2
0．5
0．1
0．2
0．4
0．4
0．2
0．2
0．3
0．4
0．2
0．2
0．4
0．3
0．1
O．3
0．2
()．2
0．4
()．0
0．2
0．2
0．1
0．3
0．2
自然因素【， 各子因素評價矩陣為：
一
L()．2 0．3 0．4 0．i
· 129 ·
攢溺{聵羹 疊瓣≯ 0_00 00 囊00 。0。ll_。。≯。∥。。。。00一。。 |I 姆霉
3．3 建立綜合評價模型
首先從最低層開始進行評價，評價算法依據(jù)模
糊運算公式B：A。R進行，得到各個指標(biāo)的二級模
糊評價向量，再根據(jù)二級模糊運算結(jié)果和一級指標(biāo)
權(quán)重進行一級模糊綜合運算。
3．3．1 第二層模糊評價
B1=A 1。R1= (0．384 4，0．317 6，0．175 1，0．075 2，0．047 8)。
(()．135 2，()．376 0，()．245 1，0．243 8)
同理，可得B2=A2。R2= (()．247 5，0．258 4，
()．323 0，()．178 2)，B ：A 。尺 =(0．224 3，()．260 7，
0．304 0，0．211 1)，B4=A4。R4=(()．345 5，0．229 7，
()．275 7，0．149())。
將B 、B 、B。、B 分別歸一化得：B ： (0．135
()．()
()．2
()．3
()．()
()．4
()．1
【)．6
()．5
0．6
0．3
0．4
()．1
()．2
()．2
0．2
【)．5
0．1
【)．0
0．2
0．1
2，0．376()，0．245 1，0．243 8)，B 2=(()．247 5，0．258
4，0．323()，0．178 2)，B 3：(0．224 3，0．260 7，()．31)4
()，0．211 1)，B = (()．345 5，0．229 7，0．275 7，()．149
())。
3．3．2 第一層模糊評價
)·135 2 ()·376 0 ()·245 1 ()·243 8]
B 。尺- ( 他3 7,0．089 4,0．217 5．( 0
2
2
2
4
4
7
3
5 0
()．2
2
6
5
()
8 4
7
0
【)．3
3
(
2
)4 (
3
)
17
?
I． ． ． () ()． 8 2 1}
_(】．345 5 ()．229 7 o．275 7()．149()j
(()．284 4。()．257
將B進行歸一化，得B =
1，()．1 77())。
1，0．282 3，0．176 8)
(0．284 2，0．257 0，0．282
3．4 防雷安全評價結(jié)果及分析
根據(jù)式(3)計算得到地鐵雷電易損性指數(shù)H=
2．351)6，它的數(shù)值接近2，所以判斷易損性等級為2
級，屬于次高易損性，偏向于高易損性。
4 結(jié)語
本文通過合理選取地鐵防雷安全評價影響因素
建立丫評價指標(biāo)體系，運用層次分析法確定了指標(biāo)
權(quán)重集；然后利用模糊綜合評價模型對地鐵防雷安
全易損性進行了綜合評價；最后根據(jù)加權(quán)和原則確
定r重慶某地鐵線的防雷安全易損性等級為2級，
屬于次高易損性，需要采取安全、合理的雷電防護措
施，以降低地鐵運營過程中存在的雷電災(zāi)害風(fēng)險。
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