城市轨道交通系统应对暴雨灾害的网络韧性评估模型研究

With the global warming and the acceleration of urbanization, there is a rapid increase of extreme weather in China, whcih is among the countries most affected by rainstorms. Safe operation of Urban Rail Transit System（URTS）in rainstorm currently is a great challenge. This project aims to improve the reliability and security of Urban Rail Transit System in rainstorm disaster. First, based on the Complex Network Theory and Resilience Theory, the rainstorm disaster’s impact on the safe operation of URTS will be systematically analyzed. Second，a network resilience evaluation model of URTS is proposed, considering the structure of URTS, the mutual influence among stations, and the important degree of stations in the whole network. Third, a case study of URTS resilience is analyzed with the help of proposed model and simulation methods. And resilience promotion strategies are designed based on the case study. Generally, on the one hand, the findings can promote the theoretical research of Resilience Theory and provide new research ideas and paradigms for relevant researches. On the other hand, it can provide a practical guidance for the urban rail transit management and references for improving the response capacity to rainstorm disasters of China's Urban Rail Transit System .

随着全球气候变暖与城镇化进程的加快，极端天气频繁出现，我国已是受暴雨灾害影响最严重的国家之一。暴雨灾害已给我国城市轨道交通系统的安全运营带来了巨大的挑战。本课题以提升城市轨道交通系统在暴雨灾害下运营的可靠性和安全性为目标，基于复杂网络理论和韧性理论等理论方法，系统解析暴雨灾害对城市轨道交通系统安全运营的作用影响机理，在此基础上依据城市轨道交通线网结构特征，结合轨道交通各个站点之间的相互影响，以及站点在整个网络中的重要程度，从站点到线网构建城市轨道交通系统应对暴雨灾害的网络韧性评估模型，并通过模型应用与仿真模拟手段，对我国典型城市轨道交通系统的网络韧性进行实证分析，进而提出网络韧性提升策略。研究成果一方面丰富了韧性评估的理论方法，为城市轨道交通系统应对暴雨灾害有关研究提供新的研究思路和范式，另一方面为城市轨道交通管理部门提供参考，为提升我国城市轨道交通系统应对暴雨灾害的能力提供有益借鉴。

随着全球气候变暖与城镇化进程的加快，极端天气频繁出现，我国已是受暴雨灾害影响最严重的国家之一。同时，城市轨道交通因为其特殊的地理位置，更容易受到极端性强降雨天气所造成的暴雨内涝现象的影响。近年来，我国多个城市轨道交通系均发生因暴雨内涝而停止运营的事件。暴雨灾害已给我国城市轨道交通系统的安全运营带来了巨大的挑战。因此，研究城市轨道交通系统在暴雨灾害情景下的韧性水平，有助于提升城市轨道交通系统在暴雨灾害下运营的可靠性和安全性，最终实现城市轨道交通系统的可持续发展。课题综合运用了SPRC模型、复杂网络理论、韧性理论、云模型、木桶指数、投影寻踪模型等理论和方法，首先分析了暴雨内涝下城市轨道交通地下站点韧性影响机理，在此基础上从抵抗能力、恢复能力、适应能力三个维度提出20个城市轨道交通地下站点韧性影响因素；基于自适应权值粒子群优化投影寻踪等级评价法构建暴雨灾害下城市轨道交通地下车站韧性评估模型；然后综合考虑轨道交通网络的结构特征、客流量以及站点运营功能对轨道站点重要度的影响，构建基于点度中心性、接近中心性、介数中心性、客流中心性和站点属性的站点重要度评价模型；最后基于木桶理论的木桶综合指数法，构建了暴雨灾害下城市轨道交通线路韧性评估模型。并以重庆市轨道交通为例，分别针对重庆市13个城市轨道交通地下站点和轨道交通10号线从站点和线网两个角度进行了实证研究。根据评估结果，重庆城市轨道交通南坪站、观音桥站、两路口站、石油路站、重庆北站北广场站、冉家坝站、谢家湾站属于综合韧性水平Ⅳ级，韧性水平较高。而重庆轨道交通10号线的整体线路韧性等级为Ⅳ级，韧性水平也处于较高水平。研究成果一方面丰富了韧性评估的理论方法，为城市轨道交通系统应对暴雨灾害有关研究提供新的研究思路和范式，另一方面为城市轨道交通管理部门提供参考，为提升我国城市轨道交通系统应对暴雨灾害的能力提供有益借鉴。