【摘要】：城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)作為城市公共交通的重要組成部分,是一個復雜的公共交通系統(tǒng),一旦發(fā)生運營事故,輕則造成列車晚點或停運、乘客滯留無法疏散,重則造成全線路網(wǎng)癱瘓、重大設(shè)備毀壞、人員傷亡和重大經(jīng)濟損失。隨著投入運營的城市地鐵線路越來越多,網(wǎng)絡(luò)化運營條件下的地鐵運營安全問題引起了眾多研究人員和從業(yè)者的廣泛關(guān)注。地鐵運營事故的統(tǒng)計分析表明：設(shè)備設(shè)施易受干擾而產(chǎn)生的性能退化、運行故障及其傳播是導致運營事故發(fā)生的主要原因。因此,研究城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理脆弱性對提高地鐵運行安全具有重大的理論意義和應用價值。本論文從脆弱性的研究視角出發(fā),分析了地鐵系統(tǒng)物理脆弱性的形成機理,采用科學合理的方法識別、評價地鐵系統(tǒng)物理脆弱源,并提出物理脆弱性的控制方法和措施。(1)作者通過對大量已有研究文獻的梳理,總結(jié)了安全風險及脆弱性研究的理論與方法,闡述了脆弱性的研究現(xiàn)狀和研究方向,指出了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)脆弱性的研究不足。在此基礎(chǔ)上,介紹了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的概念、物理構(gòu)成及運營特征,分析了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理脆弱性的內(nèi)涵、特性及形成機理。進而,確定了物理脆弱性的研究層次,包括網(wǎng)絡(luò)拓撲層、設(shè)備設(shè)施層和故障模式層,其中,故障模式是物理脆弱性激發(fā)的直觀后果。(2)基于復雜網(wǎng)絡(luò)理論,提出了網(wǎng)絡(luò)脆弱性的測度方法,闡述了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)建方法,并以信號系統(tǒng)為例進行了實證分析。本論文將城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)分解為31個功能模塊,分析各功能模塊之間的物理關(guān)系和功能關(guān)系,運用Pajek軟件構(gòu)建了UMNS物理網(wǎng)絡(luò)模型。用Pajek軟件構(gòu)建了物理網(wǎng)絡(luò)模型。在基本拓撲特征分析的基礎(chǔ)上,提出了仿真策略,運用網(wǎng)絡(luò)脆弱性的測度方法研究了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的物理脆弱性,識別了關(guān)鍵的脆弱域。研究結(jié)果表明：基于復雜網(wǎng)絡(luò)理論對城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進行脆弱性研究是可行的,脆弱性最高的兩個子系統(tǒng)分別是列車自動監(jiān)控系統(tǒng)和車輛系統(tǒng)；在失效順序方面,脆弱性從高到低的三種失效順序依次為度順序、介數(shù)順序、隨機順序；在失效規(guī)模方面,脆弱性符合帕累托定律,20%的重要節(jié)點失效會造成80%的系統(tǒng)功能喪失。(3)在分析地鐵系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施運營特征的基礎(chǔ)上,構(gòu)建了地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理脆弱點的脆弱性評價指標體系,包括：千公里故障率、抗干擾能力、功能影響度、運營影響度、安全危害度、故障難檢度六大指標,建立了基于灰色關(guān)聯(lián)分析法和逼近理想解法(Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution,TOPSIS)的城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理脆弱點評價模型。本論文中以車輛系統(tǒng)為例,通過實地調(diào)研和專家問卷獲取研究資料,運用模糊集理論進行量化處理,所得數(shù)據(jù)為車輛系統(tǒng)的物理脆弱點提供了有力支撐。研究表明：基于灰色關(guān)聯(lián)TOPSIS方法對物理脆弱性進行評價是可行的；在車輛系統(tǒng)中,車門系統(tǒng)的脆弱性最高,其次是列車控制與管理系統(tǒng)。(4)基于復雜網(wǎng)絡(luò)免疫理論和熵增原理,結(jié)合地鐵系統(tǒng)的物理脆弱性的層次化特征,提出了城市地鐵網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)物理脆弱性的控制策略,即控制關(guān)鍵脆弱域中設(shè)備設(shè)施的運行狀態(tài)�；谠摽刂撇呗�,作者分析了地鐵系統(tǒng)設(shè)備設(shè)施運行狀態(tài)的演化過程,闡述了劣化度的分析方法,構(gòu)建了設(shè)備設(shè)施狀態(tài)評價模型,以輪對設(shè)備為例進行了實證分析。設(shè)備設(shè)施狀態(tài)評價可以為設(shè)備狀態(tài)預警閾值提供重要的參考依據(jù),對提高設(shè)備設(shè)施的維護效果具有重大的理論意義和實踐價值。作者在總結(jié)維護方式發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上,提出了面向物理脆弱性控制的設(shè)備設(shè)施維護方式的邏輯決策圖。研究表明：論文提出的物理脆弱性控制策略是科學合理的,在技術(shù)可行和經(jīng)濟可行的條件下,預防性維護可以極大的降低物理脆弱性的激發(fā)概率。(5)物理脆弱性激發(fā)的直接后果就是各種各樣的故障模式及其傳播,從而造成不確定范圍內(nèi)設(shè)備設(shè)施的功能失效或崩潰,從故障預控的角度進行物理脆弱性的控制研究顯得十分必要。作者通過實地調(diào)研和專家問卷獲取研究資料,利用模糊集理論進行量化處理獲取了所需數(shù)據(jù)�；诠收夏Ｊ�、影響與危害性分析(Failure Mode, Effects and Criticality Analysis, FMECA)方法分析設(shè)備設(shè)施的故障模式,運用影響圖理論識別出故障模式的關(guān)鍵影響因素,進而針對關(guān)鍵影響因素提出了可行有效的具體控制措施。研究表明：轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)故障模式中危害性最大的是輪對損傷,其次是減震器漏油；輪對損傷的關(guān)鍵影響因素依次為：維修體系不完善、檢修人員技能不足、駕駛?cè)藛T技能不足、溫度變化及惡劣天氣；針對故障模式的影響因素,在實踐中通過完善維護體系和人員控制等措施來降低故障發(fā)生頻率,能夠有效地降低物理脆弱性,符合地鐵運營的實際情況。
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【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：U231
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本文編號：2286168