Другой проблемой является износ рельсов и шпал, которые необходимо заменять особенно на таких старейших линиях метро, как Сокольническая.
В рамках этих условий особую важность приобретает адекватный анализ реальной аварийности метро и профилактики предотвращений крупных аварий и катастроф.
Эффективность работы метро будет включать в себя как оценку комплексной программы модернизации составов московского метро и обновление его инфраструктуры, так и перечень конкретных мероприятий по созданию принципиально новой системы безопасности, которая способна значительно уменьшить сбои на линиях, а также снизить затраты на модернизацию.
Однако детальное рассмотрение аварийности такой сложной и многогранной механической системы, как метрополитен, является весьма громоздкой и системной задачей, успешное решение которой зиждется на достоверном анализе многочисленных аспектов: технических, финансовых и экономических.
Широкий спектр дискуссионных моментов, связанных с модернизацией московского метро и строительством новых линий, новые проблемы безопасности пассажиров, новые возникающие риски – всё это становится особо актуальным и востребованным для полноценного представления Московского метрополитена как единого, самостоятельного и целостного механизма.
Для снижения аварийности необходимо прежде всего создать результативную модель управления, которая будет основана на математическом моделировании возникновения рисков и реализации мероприятий по профилактике их предупреждения, что существенно позволит снизить риск возникновения ущерба.
В процессе исследования автор опирался на работы Гречко М.[7], Наумова М. С.[8], Цветковой Е. А.[9], Поляк Г. Б.[10], Софронова А. И.[11], а также Царенко А. П. и Фёдорова Е. А.[12]
В частности, один из первых статистических анализов движения метро в плане пассажироперевозок был приведён в монографии Г. Б. Поляк и Е. В. Софроновой «Генеральный план и бюджет Москвы».
К сожалению, сегодня отсутствуют углублённые исследования, которые бы охватывали полный спектр статистических данных по работе Московского метрополитена.
Статьи и монографии, изданные за последние 10–15 лет, не касаются анализа динамики аварий и не используют аппарат статистики, ограничиваясь лишь описанием эстетической составляющей московского метро (конструкционные особенности оформления станций, установка барельефов и т. д.), или же зачастую включают подробную описательную характеристику инфраструктуры. Также надо отметить полное отсутствие диссертационных исследований по данной тематике.
Таким образом, требуется дальнейшее исследование широкого спектра проблем, включающее анализ наиболее применяемых эконометрических моделей, изучение особенностей возникновения разных типов рисков, особенно тех, которые имеют нелинейный характер возникновения, а также создание единой централизованной модели управления рисками на метрополитене.
Предметом исследования являются процессы, связанные с аварийностью Московского метрополитена, процессы анализа степени аварийности всех линий метро, а также влияние аварийности на систему метро в целом.
Объектом исследования является Московский метрополитен и его система обеспечения безопасности в процессе функционирования.
Целью настоящей монографии является разработка теоретических и методических положений анализа системы метро на основе использования эффективной модели прогнозирования и предупреждения аварийных сбоев с помощью инструментальных средств, повышающих безопасность движения.
Цель исследования предопределила логику исследования и спектр решаемых задач:
1. Проанализировать современное состояние Московского метрополитена, оценить эффективность работы отдельных служб и отделов, а также систематизировать новые возникающие проблемы метро.
2. Исследовать возможность и целесообразность введения оптимальной модели управления на основе прогнозирования аварий и сбоев путём статистического анализа основных показателей работы метрополитена.
3. Разработать адекватную модель управления Московским метрополитеном, которая позволяет реально рассчитать месячное количество сбоев, среднее время восстановления и среднее время ожидания сбоя по каждой линии подземки.
4. Расширить спектр показателей эффективности управления Московским метрополитеном, что позволит более тщательно рассчитать общую результативность управления системой.
В данной монографии метро рассматривается в основном с точки зрения теории массового обслуживания[13]. В этом случае метро может быть рассмотрено как многоканальная система с отказами. В качестве каналов будут выступать линии метро, а под отказами будем подразумевать сбои и аварии.
Дадим некоторые определения, которые непосредственно будут связаны с расчётами в последующих главах настоящего исследования.
Сбой (авария) – остановка поезда в тоннеле более 2 минут, связанная с нарушением штатного графика движения состава метро и приводящая к скоплению пассажиров на станции. (Ед. измерения: 1….n раз, n – кол-во сбоев.)
Интенсивность потока (сбоев) аварий – λ — частота появления аварий на линии метро. (Ед. измерения: сбой/день, сбой/час.)
Среднее время ожидания сбоя (аварии) – 1/λ[14] — среднее время, за которое происходят сбои на конкретной линии метро (часы). (Ед. измерения: часы, дни.)
Интенсивность восстановления после сбоя (аварии) – µ — эффективность восстановления линии после аварии. (Ед. измерения: восстановление после 1 сбоя/час.)
Среднее время восстановления после сбоя (аварии) – 1/µ — среднее время восстановления линии метро после очередного сбоя (часы). (Ед. измерения: восстановление работы линии после последнего сбоя за ед. времени.)
Вероятность безотказной работы метро (как системы в целом, так и отдельных линий):p(t)=e-λt; t – время, прошедшее с момента последнего сбоя, а λ – интенсивность отказов. (Ед. измерения: проценты.)
Отказ механизмов метро — выход из строя любого технического устройства метро, который не только связан с подвижным составом поездов, но и относится непосредственно к инфраструктуре (тоннелю, эскалатору и т. д.) (Ед. измерения: 1….n раз, n – кол-во отказов.)
Катастрофа в метро — происшествие, наносящее серьёзный ущерб метро и влекущее частичное разрушение инфраструктуры или разрушение, связанное с человеческими жертвами (Ед. измерения: 1….n раз, n – кол-во катастроф.)
Надо отметить, что указанные выше показатели можно рассчитать на основе эмпирических данных, полученных из СМИ и Интернета.
Основной информационной базой для получения сведений об авариях и инцидентах являются следующие источники:
– twitter metro (https://twitter.com/metrooperativno?lang=ru),
– телеграм-канал (https://tgram.ru/channels/metrooperativno),
– метро (http://mosday.ru/news/tags.php?metro).
Допущение 1
Совершенно очевидно, что значительная часть информации о происходящих сбоях и отказах не попадает ни в СМИ, ни в Интернет. Таким образом, в условиях информационной асимметрии некоторые показатели деятельности метро могут быть рассчитаны с незначительными погрешностями. Тем не менее они отражают реальную картину происходящих событий.
Допущение 2
Поток аварий метро считается:
– стационарным (вероятность появления k аварий на любом промежутке времени зависит только от числа k и от длительности временного промежутка t и не зависит от начала его отсчёта);
– ординарным (вероятностью наступления за элементарный промежуток времени более одной аварии можно пренебречь по сравнению с вероятностью наступления за этот промежуток не более одной аварии (то есть вероятность одновременного появления двух и более аварий равна нулю));
– «без последствий» (вероятность появления k аварий на любом промежутке времени не зависит от того, происходили или не происходили аварии в моменты времени, предшествующие началу рассматриваемого промежутка)[15].
Таким образом, поток аварий в метро можно считать пуассоновским[16].
Глава 1
Сущность и структура московского метро
§ 1.1. Теоретические предпосылки аварийности в метро
Прежде всего дадим общее определение аварийности. Согласно энциклопедии статистических терминов, понятие «аварийность на транспорте» – это показатель, характеризующий распространённость и травматичность транспортных происшествий[17].
Для анализа и оценки аварийности на транспорте используются показатели статистического учёта, которые в разной степени отражают объём нанесённого ущерба с учётом определённого числа раненых и погибших. Учитывая особенности различных видов транспорта, показатели аварийности подразделяют:
– по видам произошедших событий (сход с рельсов, наезд, опрокидывание, столкновение и т. д.);
– по видам транспортировок (пассажирские, грузовые);
– по причинам возникновения (использование неисправных транспортных средств, неудовлетворительное состояние дорожного (железнодорожного) полотна);
– в соответствии с формой собственности (коммерческая, муниципальная, государственная, смешенная форма и т. д.)[18].
Теперь перейдём к определению метрополитена.
Метро – один из видов железнодорожного транспорта, на долю которого приходится более трети всех грузо- и пассажироперевозок[19].
Метрополитéн (от фр. métropolitain, сокр. от chemin de fer métropolitain – «столичная железная дорога») – это подземная (внеуличная) городская железная дорога с курсирующими по ней маршрутными поездами для перевозки пассажиров, инженерно отделённая от любого другого транспорта и пешеходного движения[20].
В 1981 году Комитет метрополитенов МСОТ[21] предложил такое определение метрополитеновской железной дороги: «железная дорога, предназначенная быть составной частью сети, позволяющей перевозить большие количества пассажиров в пределах урбанизированной зоны посредством транспортных средств на рельсах с внешним управлением, находящаяся в пространстве, целиком или частично расположенном в тоннелях и безраздельно отданном под такое использование»[22].
Согласно Швандалю, признаками метрополитена являются то, что он:
– используется в урбанизированной местности (в городах и городских агломерациях);
– работает на электротяге;
– полностью отделён от любого другого движения;
– работает часто (с рабочим интервалом в дневное время не более 30 минут)[23].
Московский метрополитен – это уникальная «подземная» артерия, обеспечивающая оперативную доставку большого количества людей из одного района Москвы в другой.
В последнее время аварии и сбои, происходящие в московской подземке, чётко обозначили проблему необходимости повышения эффективности управления метро как системой в целом и выявили необходимость введения дополнительных мер по обеспечению безопасности.
Оптимальное управление системой метро напрямую зависит от таких параметров, как регулярность движения и надёжность (бесперебойность) работы, которые обеспечиваются соответствующими службами метро. Любое нарушение поездом графика движения ведёт к сбою[24], который провоцирует «коллапс» на всей ветке и отражается в целом на других «артериях метро», вызывая негативные последствия.
Особое место занимают технические отказы оборудования, которые относятся ко всей системе метро в целом. В этом смысле отказы отличаются от сбоев тем, что они распространяются на каждый элемент инфраструктуры метро, включая эскалатор, шестерёнку в механизме, дверь в вагоне и т. д. К сожалению, в отчётах метро нет статистических данных об отказах за каждый год. Однако в 2013 году в аналитической сводке всё же приводится число отказов, равное 2111 (за 2012 год)[25].
В этих условиях особую важность приобретает адекватный анализ реальной аварийности метро и профилактики предотвращений крупных аварий и катастроф.
Отметим наиболее важные причины возникновения аварийности в московском метро. Они делятся на внутренние и внешние.
Внутренние причины связаны с самой системой метро и её функционированием:
– износ составляющих элементов (кабелей, электрических приводов, стрелок и т. д.);
– устаревание моделей вагонов и несвоевременное оснащение линий новыми вагонами;
– оседание рельса в тоннелях вследствие размывания почвы;
– протекание и затопление из-за дождевых потоков;
– человеческий фактор (халатность, работа в «две смены» и т. д.);
– отсутствие эффективных положений и правил на случай аварии;
– плохая координация «восстановительных работ» при аварии;
– особенности рельефа отдельных линий метро (например, на БКЛ) и вследствие этого затруднение эвакуации людей из тоннеля;
– уровень квалификации и оперативность реагирования «аварийных бригад»;
– состояние трансформаторных подстанций метро;
– состояние эскалаторного полотна;
– состояние переходов между станциями.
Внешние причины:
– зацепинг;
– падение людей на рельсы;
– акты вандализма в вагонах и на станциях;
– теракты;
– вынужденные закрытия станций вследствие ремонта или митинга;
– недостаток средств на капитальное обновление инфраструктуры метро;
Отдельные виды технических аварий приведены в таблице 1.
Таблица 1
Виды технических аварий метро
* Источник/Source: составлено на основе данных из открытых источников.
Важно отметить, что статистика по сбоям и авариям Московского метрополитена ведётся только с 1974[26]. До этого времени, вероятно, считалось, что в московском метро не происходит никаких происшествий.
Ниже приводим данные по сбоям Московского метрополитена (по каждой из 11 линий).
Таблица 1.1
Динамика сбоев в московском метро с 2008 по 2018 год (в разрезе линий)
* Источник/Source: рассчитано на основе данных из открытых источников, а также согласно статистике компании «Покровка-Финанс»[27]. Calculated on the basis of data from open sources, as well as according to statistics Pokrovka-Finance.
Анализируя данные таблицы 1.1, мы видим, что рекордное количество сбоев в 2017 году приходится на Таганско-Краснопресненскую линию, являющуюся печальным «лидером» по задержкам. Второе «почётное» место принадлежит Серпуховско-Тимирязевской линии, третье – Замоскворецкой линии.