本节从风险评估、应急预案评估、应急能力评估与应急决策四个方面展开文献综述,并对现有研究进行综合分析,为进一步研究奠定基础。
目前,有关风险评估的研究已很丰富,风险评估的方法也较多。风险评估一般包括几个步骤,即风险识别、风险可能性确定、可能后果的严重程度确定、风险等级确定以及给出控制风险的有效措施。风险识别方法一般有检查表方法、初步危险分析、变更分析、失效模式与影响分析(Failure Modes and Effects Analysis,FMEA) [3][4] 、危险与可操作性分析方法(Hazard and Operability, HAZOP)、结构化因果分析技术(Structured What If Technique, SWIFT)等。风险可能性确定方法有因果图分析方法、故障树(Fault Tree Analysis, FTA)分析方法、贝叶斯网络分析方法(Bayesian Network, BN)、马尔科夫分析方法等。可能后果分析方法主要有事件树分析方法(Event Tree Analysis, ETA)。而确定风险等级一般借助风险矩阵。目前,主流的风险评估方法主要是借助历史统计数据确定风险频率和事故的严重程度 [5][6][7] 。刘敬辉等 [5] 为定量分析铁路系统的风险,利用FTA确定危害事件发生的成因与可能性,利用ETA确定该危害事件可能导致的后果,进而确定危害事件的风险水平。程学庆等 [8] 与丁坚勇等 [9] 综合利用ETA与概率风险评估方法对高速铁路供电系统进行风险评估,该方法首先利用ETA确定风险因素以及发生的可能性,进而对事故发生的可能性、人员暴露程度和事故危害严重程度的数值进行相乘,得到某一风险因素的风险等级。程学庆等 [10] 利用蝴蝶结模型对高速铁路车站可能发生的风险事件(恐怖袭击、拥挤踩踏、火灾爆炸事件及疾病卫生事件)进行风险评估,该模型将事故树分析方法与事件树分析方法相结合,以分析风险事件发生的原因与可能的后果,以及可行的事前预防措施与事后控制措施。程宏波等 [11] 与谷山强等 [12] 利用国际雷电防护标准IEC62305所提的风险评估方法对高速铁路牵引供电系统遭受雷击灾害进行风险评估,该方法指出雷害风险水平由危险事件的数目、遭受雷击影响的概率与导致的损失三部分的乘积表示。
在实际情况下,铁路突发事件的相关历史数据往往不易获取。尤其是高速铁路,主要是因为其运营时间短、相关数据不充分且代表性不强。此外,即使得到相关的数据,由于多方面原因,数据的完整性、真实性也有待商榷。因此,如何提出一种科学的风险评估方法,在缺乏数据的情况下,能有效地确定铁路系统的风险等级,识别出重要的风险因素,并以此给出合理的控制措施,已成为国内外众多学者研究的重点。模糊集理论在处理模糊、不确定、不精确信息方面具有突出优势。因此,众多学者结合具体铁路应用背景,将模糊集理论应用到风险评估中,结合传统风险评估方法,提出众多新的风险评估模型。
Liu P等 [13] 在文献中构建了基于直觉梯形模糊数的事故树风险分析模型,并将其应用到高铁事故风险分析中。Zhan Q等 [14] 在文献中提出一种在模糊环境下的网络层次分析—决策试验和评价实验(Analytic Network Process-Decision Making Trial and Evaluation Laboratory,ANP-DEMATEL)方法,以判定铁路事故中的关键人为因素。An Min等 [15] 提出一种基于模糊推理与模糊层次分析法的铁路安全风险评估方法,该方法要求专家参考历史数据并依据自身的专业知识与经验,采用不同的信息表征方式给出风险评估信息,进而将不同的评估信息转换成模糊数,利用模糊推理模型以确定危害事件的风险水平,进而利用层次分析(Analytic Hierarchy Process,AHP)方法以及模糊集结算子确定系统的总体风险水平。然而,在该模型中,由于系统存在众多风险因子,利用AHP方法确定风险因子权重时,专家需提供大量两两对比的主观判断信息。这种情况易致使异常值的出现,为避免异常值对最终结果的影响,An Min等 [16] 提出基于梯形模糊数的模糊层次分析法,并给出一种偏好矩阵一致性检验与调整方法。
王富章 [17] 从管理、设备、人员、环境四个方面构建了铁路灾害风险评估指标,并提出从定性角度采用安全检查表,从定量角度采用层次分析法与模糊综合评价法对铁路灾害风险进行评估。张亚东等 [18][19] 利用模糊群体决策确定风险因素发生的可能性等级,利用模糊群体决策理论、层次分析方法、模糊综合评价法确定风险因素的后果严重度等级,进而基于风险矩阵分析方法确定风险因素的风险等级,以对高速铁路列车运行控制系统进行风险分析。张亚东等 [20] 从设备风险、操作风险、维修风险、环境风险、安全管理风险和更新改造风险六个方面构造列车运行控制系统运营安全风险评价指标体系,并提出利用模糊层次分析法确定指标权重,利用多级可拓评价法确定系统风险等级,以此对系统风险进行定量评价。张友鹏等 [21] 针对铁路信号系统风险评估问题,考虑风险评估的模糊性和随机性,综合不同的专家意见,提出基于云模型与证据理论的风险评估模型。徐征捷等 [22] 将基于云模型的模糊综合评判法应用于铁路信号系统风险评估中。杨能普等 [23] 针对铁路危险货物运输风险评估问题,提出基于事故树与模糊贝叶斯网络的综合评估方法。周荣喜等 [24] 依据《铁路安全管理条例》从设备安全、线路安全、运营安全、监督安全四个方面构建铁路系统安全风险评价指标体系,并构建基于ANP与BP神经网络的风险评估模型。李鹤田等 [25] 提出一种基于模糊综合评判理论的信息系统安全风险综合评估模型,并对铁路客票预定与发售系统进行安全风险评估。
在其他应用领域,一些学者也提出了相应的基于模糊理论的风险评估方法。如Zhang D等 [26] 针对内河航道航行风险评估问题,提出基于模糊理论与证据理论的风险评估模型。Ji Y等 [27] 针对水电站风险评估问题,提出基于集成熵权的多属性决策方法。Taylan O等 [28] 针对建设项目风险问题,提出集成Fuzzy-AHP与Fuzzy-TOPSIS的风险评估方法。Mandal S等 [29] 针对桥式起重机人为操作风险,提出基于Fuzzy-FMEA与Fuzzy-VIKOR的风险评估方法。Zhang L等 [30] 提出Fuzzy-BN风险分析方法对隧道风险进行评估。陈曼英 [31] 将模糊理论应用到地铁火灾风险评估中,提出基于模糊理论的故障树风险分析方法。王浩伦等 [32] 提出基于三角模糊软集的FMEA风险评估方法。
通过以上分析可知,已有众多研究在信息不充分的情况下往往将模糊集理论与传统的风险评估方法结合,如Fuzzy-ETA、Fuzzy-BN、Fuzzy-FMEA,也有基于传统模糊多属性决策方法的风险评估模型,如模糊综合评价法、Fuzzy-AHP、Fuzzy-ANP、Fuzzy-TOPSIS、Fuzzy-VIKOR等。
由于国外已构建起较为完善的应急预案体系与预案评估机制,相关的研究比较少,主要关注预案评估的机理分析与评估结果的应用。Alexander D [33] 与Perry R W等 [34] 给出了预案编制的相关建议,并指出可以以此为基准对预案的好坏进行评估。Lindell M K [35] 指出社区预案评估主要评估两方面内容,即评估预案是否对社区的风险源进行标定,而后评估预案是否包含应对风险的详细措施。
而国内有关预案评估的研究已较为丰富,多强调预案评估的机理分析和以发现问题为目的的预案评估研究,关注的评估指标多为具体的预案内容项,采用的评估方法也较为丰富,如故障树、层次分析法、模糊综合评价法、特征匹配方法、供需匹配方法等。张英菊等 [36] 将预案评价分为事前评价与事后评价,综述了事前评价与事后评价的相关研究成果,并分析了预案评价的几个关键问题,如预案评价的过程与环节、预案成功的内涵、预案评价方法的选择以及预案评价的难点等。而后,张英菊 [37] 针对应急预案实施效果评估问题,构建了相关的评价指标体系,并提出了基于灰色系统理论与多层次分析方法的评估模型。张英菊 [38] 构建了基于弹性视角的预案有效性评价的思路,指出预案的有效性主要体现在当应急预案无法完全实施时,现有预案能否使组织发挥出充分的健壮性、冗余性和重整的效率性。于瑛英等 [39] 也将应急预案评估分为预案实施的前评估与后评估,而后根据前评估与后评估的结果对预案进行修订。李慧等 [40] 从企业基本情况、风险源及事故影响、应急组织机构、预防及预警、应急响应及救治五个方面构建企业突发环境污染事故应急预案评估指标体系,以某市116家企业编制的相关预案作为评估对象,找出现有预案存在的不足。薛元杰等 [41] 以提升应急准备能力为目的,采用对照法针对应急预案的充分性、可行性、完整性、可接受性、复合型五个方面进行评估,进而提出具体的修订建议。刘吉夫等 [42][43][44] 针对自然灾害类应急预案,采用故障树分析方法对预案的完备性进行评价,同时采用责任矩阵分析方法对预案的职责分配是否恰当进行评价,并通过对预案文本中的关键信息与行动构建结构控制图的方式对预案的可操作性进行评价。姜艳萍等 [45] 通过确定突发事件的特征属性,并针对特征属性值为实数、区间数、模糊数和随机变量四种混合形式的信息,给出一种基于特征匹配的预案选择方法。荣莉莉等 [46] 从供需匹配的角度对应急预案进行评价。樊自甫等 [47] 针对通信保障应急预案有效性评估问题,提出基于流程的评估模型。张海龙等 [48] 提出采用模糊综合评估方法对应急预案进行评估。张丽等 [49] 从应急准备的合理性、预防预警的有效性、应急处置的高效性、各模块作业的协调性、后期处置的完善性五个方面构建应急预案评价指标体系,进而采用层次分析方法与模糊综合评价方法对预案进行评估。丁斌等 [50] 针对地方政府应急物流预案评价问题,提出了综合模糊层次分析方法与模糊综合评价方法的预案评估模型。邓万涛等 [51] 从预防、准备、响应、恢复四个方面构建煤矿应急预案评价指标体系,进而采用层次分析法与线性加权方法对预案进行评估。
以上一般预案评估研究主要以找出预案存在的不足为目的,也有一些研究还探讨预案的决策。郭子雪等 [52] 从处置的快速性、内容的合理性、保障的充分性、费用的合理性、广泛的适用性五个方面构建预案评估指标体系,进而提出基于直觉模糊集与TOPSIS的方法确定最佳预案。赵树平等 [53] 针对考虑评估专家的个人偏好以及评估信息以直觉不确定语言值表征的情况,提出基于诱导型直觉不确定语言集成算子的应急预案群体评估方法。
而关于铁路应急预案评估的研究不是很多,大致如下:
罗文婷等 [54] 从预案编制的合理性、处置突发事件的能力及其经济性三个方面构建预案评价指标体系,进而提出改进层次分析方法确定预案的不足之处。邢鑫鑫 [55] 从铁路应急预案的全面性、可操作性与可扩展性角度构建评价指标体系,进而提出基于模糊层次分析方法的评价模型。祝凌曦等 [56] 从输入、输出角度,利用DEA方法探讨铁路应急预案编制绩效问题,其中输入指标有风险源辨识、应急能力评估资料、学习资料、编制人员、修订原因;输出指标有完整性、可操作性、责任明确性与衔接性。汤兆平等 [57] 从预案全面性、实用性、可操作性与可扩展性角度构建铁路应急预案评价指标体系,进而提出模糊层次分析方法对预案进行评估。常建鹏等 [58] 基于在研究中所构建的评估指标体系,提出基于偏好信息的多阶段铁路应急预案评估模型。这五篇文献的共性是通过合适的评估方法确定预案的薄弱环节,为预案的修订提供参考。
李磊等 [59] 从完整性、针对性、可操作性、联动性与经济性五个方面构建铁路应急预案评价指标体系,进而提出基于熵的主客观赋权方法确定指标权重,最后利用改进VIKOR方法对铁路应急预案进行评估。而后,李磊 [60] 又探讨了基于区间二元语义多属性群体决策方法的应急预案评估模型,基于二元语义混合多属性群体决策方法的应急预案评估模型以及基于2TLPOWA算子多属性群体决策方法的应急预案评估模型。李小平等 [61] 基于在研究 [59] 中所构建的铁路应急预案评估指标体系,提出利用ANP与熵权法确定指标综合权重,进而对铁路应急预案进行评估。常建鹏等 [62][63] 从不同角度构建铁路应急预案评估指标体系,并考虑专家行为与指标关联,提出基于前景理论与Choquet的铁路应急预案评估模型,从时效性、可操作性、完备性、责任明确性、经济性角度探讨预案的有效性;从预案的内容角度对预案进行评价,如组织指挥机构与职责、应急保障措施、宣传培训演练、预防预警、应急响应、后期处置等。苟敏等 [64] 从完整性、可操作性、针对性与经济性四个方面构建铁路应急预案评价指标体系,进而采用基于模糊集的熵权法与层次分析方法确定指标组合权重,最后利用TOPSIS确定最佳预案。这六篇文献有一个共性,即通过构建合理的评估指标体系,提出合理的方法从预案集中选出最佳预案。
通过以上研究综述可知,现有研究侧重于应急预案评估指标的选定与评估模型的构建,较少探讨预案评估机理的研究与机制的构建;侧重以明确预案不足之处为目的的评估,也有探讨以选择最佳预案为目的的评估。
目前,关于铁路应急能力评估的研究还比较少。相关的研究有:王艳辉等 [65] 从日常建设工作、预案管理及演练实施、应急救援行动、应急资源装备支持、事故后分析及管理五个方面构建三级铁路应急能力评价指标体系,并利用相似插值评价方法(Shepard,SP)对应急能力进行综合评价;陈振华 [66] 针对高速铁路列车调度应急处置能力评估问题,构建涵盖基础能力、交流能力、操作能力与调整能力四个方面的评估指标体系,进而采用模糊综合评价方法对应急处置能力进行评价;刘福华等 [67] 从应急能力与需求匹配度、节点设施匹配度、疏散流线匹配度三个方面探讨大型铁路客运枢纽社会应急能力匹配度问题;王霞等 [68] 针对大型铁路客运枢纽应急疏散能力问题,利用灾害理论从孕灾环境、致灾因子和承载主体三个方面对大型铁路客运枢纽进行风险分析,并从引导系统、疏散设施、疏散管理三个方面构建疏散能力评价指标体系,进而采用层次分析方法计算应急疏散能力;龙京 [69] 以铁路局作为研究对象,梳理了路局应急能力的要素构成,分析了路局应急能力的形成机理,并从监测预警能力、决策指挥能力、应急处置能力三个方面构建路局应急能力评价指标体系,进而提出采用灰色聚类评估方法对路局应急能力进行评估;刘民伟 [70] 针对铁路大型客运枢纽站突发事件应急能力评价问题,基于过程管理从事前检测预备能力、事中应对能力、事后恢复能力三个方面构建三级评价指标体系,并提出利用层次熵分析方法确定指标权重,进而综合利用集值统计风险分析模型与模糊综合评价模型以确定应急能力等级;陈序 [71] 依据在研究 [65] 中构建的应急能力评价指标体系,提出基于层次分析方法与模糊综合评价方法的应急能力评估模型。
相较于铁路应急能力评估研究,其他领域的应急能力评估的研究已较为丰富,主要从两个方面展开研究,即应急能力评估内容和指标体系确定与应急能力评估方法选择。
(1)评估内容方面。杨青等 [72] 指出城市灾害应急管理综合能力评估是一个周期性循环往复的过程,在每一个周期应通过分别对城市灾前预警能力、灾中应急能力与灾后恢复能力进行评估进而得到综合应急能力。杨斌等 [73] 基于全过程理念,将高校应急管理能力分为三个方面,即事前预防与准备能力、事中处置能力、事后恢复能力。郭太生等 [74] 指出重点单位突发事件应急能力应由预防能力、应急准备能力、先期处置能力和善后恢复能力构成。邓云峰等 [75] 在文献中构建了城市应急能力评估指标体系,该体系包括18个类别、76项属性。其中,18个类别分别是法制基础、管理机构、应急中心、专业队伍、专职队伍与志愿者、危险分析、监测与预警、指挥与协调、防灾减灾、后期处置、通信与信息保障、决策支持、装备和设施、资金支持、培训、演习、宣传教育、预案编制。铁永波等 [76] 从城市灾害监测与预警能力、城市灾害防御能力、城市居民的应急反应能力、政府部门的快速反应能力、应急救援能力、资源保障能力六个方面构建城市灾害应急能力评价指标体系。佘廉等 [77] 指出国家灾害应急能力主要是由应对灾害和重大公共安全事件的管理能力和资源能力组成。其中,管理能力由“一案三制”和国家应急平台构成,而资源能力则是由应急队伍、应急物资与保障构成。卢文刚等 [78] 基于危机目标管理的两个目标阶段(损失发生前目标管理、损失发生后目标管理)和危机管理的4R理论(缩减力、预备力、反应力、恢复力),从地铁公司和政府部门两个方面,构建地铁突发公共事件应急能力评价指标体系。杜军 [79] 认为应急能力可分为常态应急能力和战态应急能力两类。其中,常态应急能力包括常态组织管理能力、常态信息管理能力、常态技术准备能力、常态物资管理能力、常态关系管理能力;战态应急能力则包括敏捷动态学习能力、敏捷动态集成能力、敏捷动态适应能力、敏捷动态治理能力和敏捷动态实施能力。刘伟等 [80] 从应急管理过程能力、应急管理职能能力、应急管理能力要素三个维度构建高校应急管理能力结构模型。其中,应急管理过程能力体现为预防能力、反应处置能力、恢复建设能力和总结学习能力;应急管理职能能力包括计划、素质、指挥、控制和协调五大职能;应急管理能力要素包括资源、知识、技能三个方面。周进军等 [81] 从应急预案、法制基础、应急组织体系、风险分析与隐患排查、检测与预警、应急处置、事后回复与重建、培训宣传与教育、应急演练、基础保障与应急救援队伍等方面构建了地震灾害综合应急能力评估指标体系。杨翼舲等 [82] 从灾前监测预警及防御能力、灾时快速反应及救援能力、灾后评估重建能力、应急法制建设、社会配套资源保障能力、信息管理能力六个方面构建城市灾害应急能力自评价指标体系。陈伟珂等 [83] 基于时间维度从事前预防、事中控制与事后恢复三个维度构建高校突发公共事件应急管理能力评价指标体系。张吉军等 [84] 认为应急能力应由全过程应急能力与全系统应急能力综合构成。其中,全过程应急能力包括监测预警能力、事前准备能力、事中救援能力和事后恢复能力;全系统应急能力包括应急信息管理系统能力、应急辅助决策系统能力、应急指挥调度系统能力与应急处置实施系统能力。陈田田等 [85] 认为应急能力由应急应对能力与基础制度建设能力构成。其中,应急应对能力包括应急预测预警、应急处置协调与恢复重建能力;基础制度建设能力则是由通信与信息保障、应急运输保障、应急抢通保障、经费保障与应急准备工作构成。
(2)评估方法层面。佟淑娇等 [86] 从预防、准备、响应和恢复四个方面构建企业应急能力评价指标体系,进而采用AHP方法进行评价;曾跃辉等 [87] 针对油库事故应急救援能力评估问题,构建覆盖灾前危机预防与预警能力、灾中危机反应与处置能力以及灾后评价与恢复能力三方面的评估指标体系,而后利用突变级数评估方法对灾前、灾中、灾后及事故总体应急救援能力进行评估。杨力等 [88] 从危险监测能力、应急准备能力、应急救援能力和事后恢复能力四个方面构建煤矿应急救援能力评价指标体系,进而提出集成综合层次分析法、熵权法和模糊综合评价法的应急救援能力综合评估方法。朱桂明等 [89] 针对石化企业应急救援能力评估问题,从应急系统监测预警能力、应急信息决策系统、应急救援设施情况、救援人员及救援能力、医疗救护能力、消防救援能力和应急恢复能力七个方面构建评估指标体系,进而采用可拓综合评估模型进行评价。马茂冬等 [90] 从“一案三制”角度构建应急能力评估指标体系,并提出模糊层次综合评价模型对应急能力进行评估。韩传峰等 [91] 为对政府突发事件应急能力进行评估,从组织体系、预警预报机制、快速反应机制、应急资源保障和事后评估机制五个方面构建评估指标体系,并提出基于层次分析方法与模糊综合评价方法的应急能力综合评估方法。韩晋平等 [92] 从矿井安全生产系统、应急救援任务、危险源监测、日常建设工作、培训与演练、通讯与警报系统、救援行动支持、恢复阶段八个方面构建应急救援能力评价指标体系,并提出基于灰色—模糊综合评估方法对应急救援能力进行评估。张永领 [93] 基于应急管理的三个周期,即应急准备、突发事件应对和恢复重建,构建应急能力评估指标体系,并利用Delphi法与最小判别法进行应急能力评估。何沙等 [94] 从监控预警能力、应急处理能力、恢复总结能力三个方面构建了石油企业应急能力的评价指标体系,进而采用AHP—最小判别的逐级判别方法对应急能力进行评价。王璐等 [95] 基于PDCA循环管理模式从应急计划能力、应急执行能力、应急检查能力及应急处理能力四个方面构建煤矿应急能力评价指标体系,进而考虑指标间的关联关系,采用ANP确定指标权重。高远等 [96] 从事前预防、应急准备、应急响应、应急恢复四个方面建立了化工企业应急管理能力的评估指标体系,并采用组合赋权法与VIKOR方法对应急管理能力进行评估。刘德海等 [97] 从监测与预警能力、基础保障能力、应急响应能力与应急恢复能力四个角度构建高速公路突发事件应急能力评价指标体系,进而基于最小偏差组合赋权方法确定各评价指标权重,以对应急能力进行评估。
此外,现有研究还探讨了应急能力评估机制与国内外应急能力评估现状等。张海波等 [98] 指出应急能力评估应分层次、差别化对待,如政府应急能力评估应分为村镇与城市社区、城市、都市区域、国家四个层次。他还指出,应急能力即绝对能力与相对能力的整合,也是现实能力与潜在能力的整合,还是减缓能力、准备能力、响应能力与恢复能力的整合,更是应对自然灾害、事故灾难、公共卫生事件、社会安全事件的各单项能力的整合。邓云峰等 [99] 分析了美国、日本以及中国台湾地区的灾害应急能力评估特点。史丽萍等 [100] 利用DEMATEL与国际安全管理规则(International Safety Management,ISM)构建了应急能力构成要素的多级递阶结构模型,进而分析了各要素之间的相互作用机制。吴新燕等 [101] 介绍了美国、日本以及中国台湾地区的应急能力评估实践现状,并分析了我国应急能力评估研究现状及存在的问题。张吉军等 [102] 研究了企业应急能力形成机理。
通过以上研究综述可知,关于应急能力评估的研究多关注于评估指标内容的确定与评估方法的选择,较少关注评估机制与评估体系的构建;所采用的评估方法多为模糊综合评价方法,将模糊集理论应用到应急能力评估中,能有效刻画评估过程中的不确定性与模糊性,但较少考虑多专家评估的情况
目前,关于铁路应急决策的研究不多,比较有代表性的有:张振海等 [103] 在文献中设计了一个分层Agent(代理)的铁路应急救援指挥控制结构,各层由相应的功能Agent组成,分别为救援人员Agent、指挥Agent和管理Agent,并分析了各层Agent的功能、相互关系以及决策模式。之后,针对管理Agent提出一种基于模糊综合评价方法的应急决策模型。而后,张振海等 [104] 探讨了基于案例推理的应急决策方法,设计了基于本体的案例知识建模方式,并提出了基于结构相似度与属性相似度的整体相似度案例检索方法。类似的,李磊等 [105] 提出了基于案例推理的铁路行车事故应急决策方法。左静等 [106] 将贝叶斯网络推理模型应用到铁路非常规突发事件应急决策中。李小平 [107] 在研究中指出铁路应急决策是一个分布式多任务多阶段群体决策过程,并给出了相应的决策机制。马齐飞扬等 [108] 在研究中提出基于改进TOPSIS方法的应急救援决策方法。
而关于一般应急决策以及应用于其他领域的应急决策研究较多。国外研究主要侧重两个方面:一方面是具体应用背景下的决策方法选择,如针对水污染事故、化学品事故、地铁事故等背景下的应急决策方法构建;另一方面是考虑特殊情景下的一般应急决策方法构建,如决策专家的风险偏好、大群体决策下的意见冲突等。Qu J等 [109] 针对水污染事故,提出一种多阶段应急技术方案决策模型:第一阶段利用案例推理方式选择可行方案;第二阶段确定事故威胁水平;第三阶段针对各威胁水平提出一种基于TOPSIS方法的最佳方案确定模型。Shi S等 [110] 针对化学事故应急决策问题,提出利用事件树方法确定可行的应急处置技术方案,而后提出利用群体层次分析方法确定最佳处置方案。Mohammadi S K等 [111] 针对应急配电调度问题提出一种模糊决策方法。Zhao B等 [112] 针对地铁事故应急决策问题,提出一种模糊多属性决策方法。其他的相关研究还有:Liu Y等 [113] 将前景理论应用到应急决策中,此后他又提出一种基于故障树的应急决策方法 [114] ;Wang L等 [115] 考虑动态参考点的情况提出基于情景理论的应急决策方法。Xu X H等 [116] 针对大群体应急决策中群体一致性问题,提出一种基于动态一致性调整算法;Yu L等 [117] 考虑群体一致性问题,提出一种多属性应急群体决策方法;Xu Y等 [118] 针对非常规突发事件,提出一种考虑冲突消解机制的群体决策方法。
而国内的研究不仅关注决策方法的构建,还关注应急决策机理的分析。曾伟等 [119] 分析了应急决策的特点,进而从基于模板的规划、组织决策协调与基于MAS(Multi-Agent System)的协调以及MAS马氏决策规划三个方面对应急决策的关键理论与方法进行研究现状分析,而后针对应急决策的不确定性与多部门协调性,对预案的决策规划、基于协调机制的决策规划等内容进行研究。李明磊等 [120] 针对非常规突发事件,研究并对比了基于应急预案、范例推理和智能规划三种应急决策方法,并指出基于智能规划的应急决策方法更适用于非常规突发事件的复杂决策环境。吴倩 [121] 在研究中提出了非常规突发事件应急决策的敏捷集群决策原理、集群决策询议决原理以及集群决策心理应急原理,进而对非常规突发事件应对的集群决策信息集成机理与集群决策情景—应对机理进行分析论证。钟开斌 [122] 在研究中指出应急决策是一个多主体、多阶段、多层级的适应性动态演进过程,并构建了“信息源—信息渠道”解释框架,指出只有信息源清晰、信息渠道畅通并且两者匹配恰当,决策者才能做出高效决策。刘霞等 [123] 指出应急决策是在事件紧迫、资源受限、信息不对称、目标冲突为突出特征的应急决策情境下,通过情景表征、风险认知、经验提取、信息参照、研判互动、政治考虑、策略生成和风险选择八个环节及应急决策者、决策情境、算法规则和启发策略四个要素的序列心理加工而生成应急决策的基本规律。杨从杰 [124] 将不确定分析、动态分析和阶段性决策角度进行结合,提出一种基于“情境—应对”分析的应急决策机制。
而国内有关应急决策模型构建的研究,综合考虑不同决策场景,从不同角度构建了众多应急决策模型,如考虑部门协调、决策专家风险偏好、应急决策动态演变、群体决策意见冲突等情形构建应急决策模型。具体如下:
(1)应对某一突发事件往往需要多个部门协同配合,如铁路应急决策中的客运部门、工务部门、电务部门、机务部门以及相关车站等。即使是同一部门内部,由于任务不同,也存在相互协调的问题。陈兴等 [125] 针对应急决策的动态性、多目标性、协同性特点,构建了多阶段、多目标、多部门的应急协同决策模型。王剑等 [126] 在分析决策主体、决策以及决策方案关系的基础上,设计了基于贝叶斯网络的多Agent应急决策规则。刘丹等 [127] 指出应急决策是一种分布式组织决策,为评价应急决策效率,提出一种基于多主体建模应急决策组织的方法,通过对决策过程模拟,得出组织配置和协调机制是影响应急决策效率的主要因素。徐选华等 [128] 在研究中针对应急决策多部门多指标大群体的情况,提出一种应急决策模型。
(2)由于应急决策往往具有时间紧迫性、信息缺失性等特征,不合理的决策会导致严重的后果。因此,决策人员在面对突发事件时,并不具有完全理性。于是,一些研究针对应急决策的风险特征,考虑决策人员的有限理性行为,将心理行为学的相关理论应用到应急决策中。樊治平等 [129] 针对应急方案应对突发事件时可能导致不同的人员伤亡和财产损失的情况,提出一种基于前景理论的应急响应风险决策方法。王亮等 [130][131] 在研究中针对应急决策中的决策者动态调整心理参考点的情况,提出基于前景理论的应急方案动态调整方法。王增强等 [132] 考虑决策者倾向于使用不同粒度的语言短语给出决策信息的情况,提出基于多粒度不确定语言和前景理论的应急方案选择方法。考虑决策者后悔规避心理特征,袁媛等 [133] 与张晓等 [134] 从不同角度提出了基于后悔理论的应急决策方法。
(3)突发事件具有情景演变的特点,决策方案也要随着情景的变化随时进行调整。针对应急决策的多阶段、动态调整的特性,一些研究给出了相应决策方法。姜艳萍等 [135] 在研究中描述了应急决策中方案调整的问题与过程,并通过考虑调整方案的处置效果、转换成本和应对损失等因素来确定最佳调整方案。之后,姜艳萍等 [136] 又针对应急决策多阶段的特性,给出决策方案链的概念,进而考虑相邻阶段子方案间的相容性,提出一种应急决策方案链的决策模型。徐选华等 [137] 针对多阶段大群体应急决策问题,基于区间模糊数提出一种决策模型,该模型以最小化冲突水平为目标构建优化模型确定聚集权重和阶段权重,进而对各阶段的专家偏好进行集结获得方案在整个决策过程的综合群体偏好,进而确定最佳方案。吴凤平等 [138] 针对突发事件态势不断演变、多阶段、不确定性的特征,利用等差数列确定阶段权重,进而提出一种基于直觉模糊数与TOPSIS的多阶段应急决策模型。韩传峰等 [139] 利用SD因果关系模型,构建了非常规突发事件应急决策动态调整机制。
(4)应急决策面临的决策环境复杂多变,时限性强,不确定性高,这些均要求决策专家在信息不充分、各种因素限制的情形下迅速做出合理可行的决策。因此,应急决策对决策专家应急决策能力提出很高要求。为提升应急决策结果的可靠性与健壮性,应急主体往往组织多方面共同决策,即群体决策。然而,群体决策过程必须对各决策专家给出的评估信息进行群体一致性检验与调整,以避免某一专家给出异常值进而影响决策结果,即构建冲突消解机制以提升应急决策的群体一致性。徐选华等 [140][141] 针对突发事件应急大群体决策中存在的意见冲突问题,在研究中给出两种不同的冲突消解方法。李小平等 [142] 在研究中构建了非常规突发事件应急决策集结框架,并提出一种改进的应急决策集结算法,该算法要求在集结过程中通过群体冲突程度指标修正决策信息,以改善偏好修正时的主观性与随意性。
此外,一些研究人员从历史案例检索、情景构建等角度生成突发事件应对方案。袁晓芳 [143] 在研究中将情景分析方法与案例推理技术相结合,提出一种新的非常规突发事件应急决策方法。张贤坤 [144] 研究了基于案例推理的应急决策方法中的两个关键问题,即不确定情形下案例的知识表示和基于强相关逻辑的推理。夏登友 [145] 利用动态贝叶斯网络、案例推理、云理论等技术开展基于“情景—应对”的应急决策研究。
通过以上分析可知,关于一般应急决策方法的研究很多,而关于铁路突发事件应急决策的研究较少。目前,所提出的决策方法种类众多,且均倾向于尽可能模拟突发事件应急决策的真实情景,如决策者的风险偏好、群体决策的意见冲突、决策方案的动态调整、多部门协同决策等。此外,现有的应急决策方法多采用多属性决策方法或多目标决策方法,考虑决策环境的不确定性与复杂性,利用模糊数给出评估信息。
通过以上文献综述可知,现有关于风险评估、应急预案评估、应急能力评估与应急决策的研究更侧重方法层面,即评估指标的确定、评估或决策方法的构建,较少关注评估与决策问题分析与机制构建。在方法层面,现有研究考虑到评估与决策环境的复杂性、评估与决策专家的主观性、评估与知识的局限性以及相关信息的模糊性与不确定性,往往将模糊理论应用到评估与决策模型的构建,即利用模糊数来刻画评估与决策信息。
铁路应急评估与决策是铁路应急管理的重要环节,也可说是铁路应急管理中必不可少的管理活动。铁路突发事件具有巨大的危害性,铁路系统为有效避免或降低这种危害性,必须采用一系列科学的管理方法。目前,铁路系统构建起了囊括铁路应急管理法制、铁路应急管理机制、铁路应急管理体制、铁路应急预案、铁路应急管理保障体系与铁路应急管理信息系统六个方面的应急管理体系 [1][2] 。该体系要求铁路应急主体事前做好应急管理体系构建、风险评估、风险缓解、演练、培训与教育等工作;事发做好监测与预警工作;事中做好组织协调、调度指挥、应急处置与救援等工作;事后做好恢复重建、善后处理等工作。该体系通过这些科学的管理活动,保障铁路系统能够有效预防和减少各类铁路突发事件的发生,控制、减轻和消除突发事件造成的影响。然而,科学的管理离不开评估与决策环节。铁路应急管理主体在开展评估与决策活动时,需先正确认识应急管理评估与决策的含义、内容、范围与概念界定等,还需明确评估与决策的主体、对象、方法、过程等。这些内容即是现有研究的不足之处,也是本书的重要研究内容。
在应急管理评估与决策中,评估与决策专家往往利用模糊数刻画评估与决策信息,这点在现有研究中已达成共识。在实际的评估与决策环境下,由于评估与决策环境的复杂性、相关信息的模糊与不确定特质以及评估与决策专家的知识局限性,评估与决策专家很难用确定的、精确的数值给出相关评估与决策信息。而模糊集自Zadeh L A [146] 提出以来,凭借其在刻画不确定信息方面的突出优势,已在经济、管理、工程等领域得到大量的研究与应用 [147] 。随着模糊理论的深入研究与应用领域的不断扩大,除经典的模糊数之外,模糊集合已经发展成为包括区间数、三角模糊数、梯形模糊数、直觉模糊数、犹豫模糊数 [148][149] 和Type-2型模糊数等多个分支在内的庞大模糊体系 [147] 。作为一种特殊的模糊数,语言术语对评估与决策专家而言更易定性描述与主观评价。随着语言信息理论的不断发展和完善,经典语言术语已拓展到不确定语言变量、二元语义 [150] 、不平衡语言术语集与犹豫语言术语集等 [147] 。其中,Rodríguez等 [151][152] 指出相较于一般语言术语,专家更倾向于利用CFGJ(Context-Free Grammar Judgements)给出决策与评估信息,以语言术语集“差、较差、一般、较好、好”为例,CFGJ形式的决策信息如“至少为较好”“在一般与较好之间”“至多为一般”。由此可知,CFGJ形式的语言信息不仅有一般语言模糊数的优势,还能有效表征决策专家的犹豫与不确定特征。据此,Rodríguez等 [151][152] 基于语言模糊数与犹豫模糊数 [148] ,提出了HFLTS(Hesitant Fuzzy Linguistic Term Set)。进而,Wu Z B等 [153][154] 对HFLTS给出了一种新的解释模型,即PD-HFLTS(Possibility Distribution-Hesitant Fuzzy Linguistic Term Set) [155][156] ,该语言模糊集不仅包含决策专家对多个语言术语的犹豫信息,还含有决策专家对可能语言术语的偏好信息。为克服传统HFLTS计算模型因要求元素个数相同或只考虑上下界元素而致使的计算精度不足问题,Wu Z B等 [153][154] 进一步提出基于PD-HFLTS的集结算子,该算子要求语言术语元素保持不变,只对可能性程度信息进行集结,有效避免了原始信息的丢失,提升计算结果的精度。基于CFGJ、HFLTS、PD-HFLTS的优势,本书提出一系列新的应急管理评估与决策模型。这些模型要求评估与决策专家利用CFGJ或PDHFLTS给出评估与决策信息,而后利用基于PD-HFLTS的相关运算公式对评估与决策信息进行运算,以确定最终评估与决策结果。
应急管理评估与决策问题复杂性高,涉及面广,甚至会牵涉不同的利益主体。若应急管理主体组织单一专家进行评估与决策,很难得到可信度较高的结果。针对该情况,应急主体往往会组织不同专家共同参与评估与决策,以发挥不同专家的智慧与群体的优势,进而提升评估与决策的科学性及可靠性。已有一些学者针对应急群体评估与决策展开研究,而铁路应急管理群体评估与决策的研究较少。本书将在所构建的一系列铁路应急管理评估与决策模型中做出这一方面的努力。还需指出的是,在群体评估与群体决策问题中,由于不同评估与决策人员的利益期望、知识结构、经验、对问题的了解程度等不同,在评估与决策过程中不可避免存在意见冲突问题,且应急管理的时效性与后果严重性进一步加深决策群体的意见分歧。较小的意见分歧能有效发挥群体决策的优势,但较大的意见分歧能影响应急决策的结果,甚至降低应急决策的效率。然而,现有的研究中除了个别研究 [140][141][142] 外,其他研究尚未探讨此类问题。针对该情况,本书在所构建的一系列群体评估与决策模型中,考虑群体意见的冲突水平或一致性程度,在不同应用背景下,提出了相应的基于PD-HFLTS的群体意见一致性程度检验与调整算法,以确保评估与决策信息的冲突水平在合理范围内。