基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法的江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理策略模擬及其效果分析

鄭義彬 楊慧慧 倪榮

【摘 要】 為提高江漢運(yùn)河船舶的通航安全水平，從人工渠化運(yùn)河的特殊性和人、船舶、環(huán)境和管理等4個(gè)方面分析得出影響江漢運(yùn)河船舶通航風(fēng)險(xiǎn)的主要因素。運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（Systems Dynamics）方法建立江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理模型，借助Vensim軟件模擬江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)中各個(gè)因素間的相互作用關(guān)系，針對(duì)系統(tǒng)各個(gè)子系統(tǒng)中的部分人為可控變量及人為不可控變量提出有效的管理策略以達(dá)到抑制通航風(fēng)險(xiǎn)的目的。仿真結(jié)果表明，江漢運(yùn)河船舶通航風(fēng)險(xiǎn)可通過調(diào)節(jié)船舶設(shè)備運(yùn)行正常率、信息化水平、助航設(shè)施完備率、船員專業(yè)素養(yǎng)水平及交通密度等可控變量來降低。

【關(guān)鍵詞】 江漢運(yùn)河;通航風(fēng)險(xiǎn);人工渠化運(yùn)河;限制性航道;系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（SD）

0 引 言

江漢運(yùn)河自開通以來，依托其獨(dú)特的區(qū)位優(yōu)勢及長江和漢江腹地經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，其貨運(yùn)量不斷增加，船舶通過量逐年增長。截至2018年6月，江漢運(yùn)河累計(jì)通航船舶艘次，貨運(yùn)量999.24萬t，船舶通航量增長明顯。此外，隨著漢江航道整治工作的完成，江漢運(yùn)河貨運(yùn)量將進(jìn)一步增長。江漢運(yùn)河通航船舶數(shù)量的增加及船舶大型化趨勢，導(dǎo)致運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)日益凸顯。

國內(nèi)外許多學(xué)者都非常重視通航風(fēng)險(xiǎn)研究。劉清等[1]應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（Systems Dynamics， SD）方法，借助Vensim軟件模擬船舶在各因素影響下的通航風(fēng)險(xiǎn)演變過程;張笛等[2]從長江干線枯水期容易發(fā)生擱淺等事故出發(fā)，利用模糊層次分析法（FAHP）從人、船、環(huán)境和管理等4個(gè)方面分析影響船舶通航風(fēng)險(xiǎn)的因素;覃盼等[3]應(yīng)用結(jié)構(gòu)方程模型（SEM）方法探討船舶在三峽壩區(qū)航行時(shí)影響船舶通航安全的主要因素，研究結(jié)果表明環(huán)境、航道，管理行為、船舶和船員是影響船舶通航安全的主要因素。在內(nèi)河船舶通航風(fēng)險(xiǎn)研究方面，現(xiàn)有研究主要集中在長江干線及支流上，較少涉及人工挖掘的限制性航道;因此，筆者考慮江漢運(yùn)河航道及船舶航行環(huán)境的特殊性，基于SD方法分析影響江漢運(yùn)河船舶通航風(fēng)險(xiǎn)的主要影響因素，建立江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理模型，并借助Vensim軟件模擬其演化過程，揭示江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)變化規(guī)律，提出相關(guān)對(duì)策建議以達(dá)到降低江漢運(yùn)河船舶通航風(fēng)險(xiǎn)的目的。

1 影響江漢運(yùn)河通航安全的風(fēng)險(xiǎn)因素

內(nèi)河船舶的航行安全通常受航行環(huán)境、船舶性能、船員、航道等因素的影響。江漢運(yùn)河是當(dāng)代最大的人工運(yùn)河，連通長江與漢江。江漢運(yùn)河通航系統(tǒng)有其特殊性，主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：

（1）江漢運(yùn)河通航凈空受各種公路橋、生產(chǎn)橋、線纜等跨河建筑物高程和運(yùn)河水位的雙重影響;

（2）江漢運(yùn)河航道水位與運(yùn)河外部水位存在一定的落差;

（3）江漢運(yùn)河水體流速慢而平穩(wěn)，泥沙較易沉降形成淤積，對(duì)航道富余水深有一定影響;

（4）江漢運(yùn)河未設(shè)置錨地，但設(shè)有引航道、回旋水域等供船舶等待、停泊、轉(zhuǎn)向等的特定水域。

依據(jù)SD理論，結(jié)合江漢運(yùn)河通航現(xiàn)狀，將影響江漢運(yùn)河通航安全的風(fēng)險(xiǎn)分為4類：

（1）人員，包括管理人員專業(yè)素質(zhì)水平、管理人員安全意識(shí)、船員素質(zhì)水平、船員安全意識(shí)、船員工作負(fù)荷等因素;

（2）船舶，包括船舶超載率、船舶危險(xiǎn)品運(yùn)輸比例、船舶標(biāo)準(zhǔn)化水平、船舶設(shè)備運(yùn)行正常率等因素;

（3）環(huán)境，包括自然環(huán)境的能見度、風(fēng)力等因素和通航環(huán)境的凈空、航道水深、助航設(shè)施完備率、交通密度、航道淤積程度、交匯水域交通流復(fù)雜程度等因素;

（4）管理，包括安全管理制度、安全培訓(xùn)教育、協(xié)同交流水平、日常安全管理、應(yīng)急管理機(jī)制及裝備、信息化水平、船舶設(shè)施設(shè)備維護(hù)水平及船閘設(shè)施設(shè)備維護(hù)水平等因素。

2 通航風(fēng)險(xiǎn)SD模型的構(gòu)建

首先將江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)劃分為人員系統(tǒng)、船舶系統(tǒng)、管理系統(tǒng)及環(huán)境系統(tǒng)等4個(gè)子系統(tǒng)，然后分析各個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)變量間的因果關(guān)系，并基于各變量間的因果關(guān)系分析系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的流動(dòng)關(guān)系確定系統(tǒng)流，最后根據(jù)因果關(guān)系及系統(tǒng)流確定各因素間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。

2.1 通航風(fēng)險(xiǎn)因果關(guān)系圖

分析江漢運(yùn)河船舶通航風(fēng)險(xiǎn)成因，應(yīng)用Vensim軟件繪制江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理模型因果關(guān)系圖（圖1）。

2.2 江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)演化流程

由于圖1只能描述系統(tǒng)內(nèi)各因素之間的相互作用關(guān)系，因此為更全面清晰地表示系統(tǒng)中各因素?cái)?shù)據(jù)量的動(dòng)態(tài)積累過程，應(yīng)用Vensim軟件繪制江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)流圖（圖2）。

2.3 SD模型參數(shù)和權(quán)重的確定

2.3.1 確定參數(shù)

SD模型中參數(shù)值可通過實(shí)地調(diào)研獲得，考慮到參數(shù)值的定性和隨機(jī)性，對(duì)助航設(shè)施完備率、安全培訓(xùn)教育率等參數(shù)用常數(shù)表示，另一些參數(shù)則需要借助Vensim軟件中的函數(shù)表示。表1為部分參數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，表2為異常天氣與時(shí)間（月份）的表函數(shù)關(guān)系。

2.3.2 確定權(quán)重

由于本文模型中因素之間的相互作用關(guān)系難以直接量化為具體數(shù)值，因此為確定模型中各因素間的比例關(guān)系，筆者向從事內(nèi)河運(yùn)輸領(lǐng)域研究的專家及江漢運(yùn)河航道管理處工作人員、船員等進(jìn)行問卷調(diào)查，總計(jì)回收答卷69份，有效答卷62份，回收率達(dá)90%。為驗(yàn)證此次調(diào)查問卷及調(diào)查結(jié)果的有效性，本文借助SPSS軟件對(duì)整理后的調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行信度檢驗(yàn)，得問卷的Cronbach's系數(shù)為0.696，即此次問卷調(diào)查結(jié)果數(shù)據(jù)有效。

再用SPSS軟件對(duì)問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（為減小問卷調(diào)查結(jié)果中的極值問題，本文采用幾何平均數(shù)法），最后對(duì)用SPSS軟件處理后的幾何平均值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。

由于江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)中通航風(fēng)險(xiǎn)、人員風(fēng)險(xiǎn)、船舶風(fēng)險(xiǎn)等參數(shù)受到多個(gè)參數(shù)的相互作用，因而需對(duì)多參數(shù)相互作用的影響系數(shù)作歸一化處理，使其值滿足要求。

3 通航風(fēng)險(xiǎn)管理策略模擬及其效果分析

3.1 通航風(fēng)險(xiǎn)管理策略的提出

分析模型中可調(diào)控的參數(shù)變量，提出調(diào)節(jié)人員保障、船舶性能、環(huán)境控制及風(fēng)險(xiǎn)管理等方面的參數(shù)值，模擬江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)變化趨勢，尋找合理的管理策略。

3.1.1 方案1

分析4個(gè)子系統(tǒng)中對(duì)江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)影響較大的可控變量，通過調(diào)整其參數(shù)值觀察對(duì)通航風(fēng)險(xiǎn)的影響程度。

（1）人員保障方面：分析人員系統(tǒng)中的可控變量后可知，船員的專業(yè)素養(yǎng)水平對(duì)江漢運(yùn)河船舶的通航安全影響較大，筆者提出將船員專業(yè)素養(yǎng)水平提高10%來觀察江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)趨勢的變化。

（2）船舶安全方面：筆者提出將船舶設(shè)備運(yùn)行正常率提高10%，觀察其對(duì)江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)的影響程度。

（3）風(fēng)險(xiǎn)管控方面：由于保障船舶安全航行、確保江漢運(yùn)河管理部門的風(fēng)險(xiǎn)管理策略是通過監(jiān)測船舶、船閘以及航道等動(dòng)態(tài)信息來實(shí)現(xiàn)的，因此筆者提出將信息化水平提高10%，觀察其對(duì)江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)的影響。

（4）環(huán)境控制方面：由于目前江漢運(yùn)河沿線助航設(shè)施布設(shè)情況還可進(jìn)一步加強(qiáng)，因此筆者提出將助航設(shè)施完備率提高10%，觀察其對(duì)江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)的影響。

3.1.2 方案2

由于異常天氣等不可控因素對(duì)通航安全也有較大的影響，因此筆者提出將能見度降低10%，以及在能見度降低10%的情況下將交通密度降低20%來抑制由能見度降低時(shí)所帶來的影響。

3.2 通航風(fēng)險(xiǎn)管理策略仿真效果分析

3.2.1 方案1

考慮江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理模型中的可控變量，對(duì)上述所提出的方案1進(jìn)行模擬仿真，模擬結(jié)果見圖3。

從圖3中可以看出，實(shí)施方案1后，江漢運(yùn)河船舶通航風(fēng)險(xiǎn)值較當(dāng)前均有明顯下降，各個(gè)影響因素對(duì)江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理的影響程度從大到小為：船舶設(shè)備運(yùn)行正常率>信息化水平>助航設(shè)施完備率>船員專業(yè)素養(yǎng)水平，表明船舶設(shè)備運(yùn)行正常率對(duì)船舶通航安全影響較大。

3.2.2 方案2

考慮江漢運(yùn)河通航風(fēng)險(xiǎn)管理模型中的不可控變量，對(duì)上述所提出的方案2進(jìn)行模擬仿真，模擬結(jié)果見圖4。

從圖4可以看出，當(dāng)能見度降低10%時(shí)，通航風(fēng)險(xiǎn)值明顯上升，冬季尤為明顯。為抑制能見度引起的通航風(fēng)險(xiǎn)值升高，本文提出將交通密度降低20%，在降低交通密度后通航風(fēng)險(xiǎn)值明顯下降，說明該方案對(duì)于抑制通航風(fēng)險(xiǎn)有效。

4 結(jié) 論

在人為可控的風(fēng)險(xiǎn)管控層面，由方案1得出江漢運(yùn)河管理部門的工作重點(diǎn)，即應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)船舶性能的監(jiān)控，其次是管理水平、航道環(huán)境和人員的管控?？刹扇∫韵麓胧┙档徒瓭h運(yùn)河船舶通航風(fēng)險(xiǎn)：①增強(qiáng)對(duì)船舶設(shè)施設(shè)備的安全檢測以提高船舶設(shè)備運(yùn)行正常率;②加大信息化設(shè)備投入以提高江漢運(yùn)河航道的信息化水平;③加強(qiáng)助航設(shè)施布設(shè)以保證通航船舶的安全航行;④增加安全培訓(xùn)次數(shù)以提高船員的專業(yè)素養(yǎng)水平。

在人為不可控的風(fēng)險(xiǎn)管控層面，由方案2得出在能見度不良時(shí)，可通過控制交通密度來降低船舶的通航風(fēng)險(xiǎn)。仿真結(jié)果說明此方案具有可行性。

由于篇幅所限，本研究在進(jìn)行江漢運(yùn)河船舶通航風(fēng)險(xiǎn)模型仿真時(shí)，只選取了通航風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)中的部分因素，因而仿真內(nèi)容不夠全面，研究結(jié)論也會(huì)存在欠缺。本研究中的部分難以量化的數(shù)據(jù)采用專家打分法確定，因而這些數(shù)據(jù)存在一定的主觀性，使得研究結(jié)果可能與現(xiàn)實(shí)情況存在一定偏差，需進(jìn)一步改進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：

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