通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法研究

李明捷，黃詩(shī)軼

（中國(guó)民用航空飛行學(xué)院機(jī)場(chǎng)學(xué)院，廣漢 618307）

0 引 言

通用航空短途運(yùn)輸相較于鐵路、公路等交通方式而言，具有受地形限制小、投資少、靈活性強(qiáng)等特點(diǎn)。自2020 年1 月1 日民航局《B 類(lèi)通用機(jī)場(chǎng)備案辦法（試行）》實(shí)施以來(lái)，通用機(jī)場(chǎng)備案數(shù)量持續(xù)增加。截至2020 年6 月底，納入民航行業(yè)管理的通用機(jī)場(chǎng)數(shù)量達(dá)290 個(gè)，其中A 類(lèi)通用機(jī)場(chǎng)111個(gè)（A1 類(lèi)75 個(gè)，A2 類(lèi)22 個(gè)，A3 類(lèi)14 個(gè)），通用機(jī)場(chǎng)在數(shù)量上首次超過(guò)運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)，其類(lèi)型主要為跑道型和高架直升機(jī)場(chǎng)。與運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)相比，通用機(jī)場(chǎng)具有航空器品種繁雜、使用機(jī)型多、飛行時(shí)間不確定、飛行作業(yè)項(xiàng)目多樣化、基礎(chǔ)設(shè)施不完善、機(jī)場(chǎng)運(yùn)行保障資源不足、從業(yè)人員培訓(xùn)不到位、運(yùn)行管理不規(guī)范等特點(diǎn)，這給通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪運(yùn)行安全帶來(lái)很大風(fēng)險(xiǎn)。

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)民用航空運(yùn)輸安全的研究多側(cè)重于運(yùn)輸航空的飛行安全和空中交通服務(wù)。ISO/IEC 31010—2009《風(fēng)險(xiǎn)管理——風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)》推薦了31 種用于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的技術(shù)方法；劉剛等采用主觀(guān)賦權(quán)與客觀(guān)賦權(quán)相結(jié)合的組合賦權(quán)法確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，建立了機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安全風(fēng)險(xiǎn)雙層次灰色評(píng)價(jià)模型，綜合評(píng)價(jià)機(jī)坪的安全狀況，主客觀(guān)組合賦權(quán)得到更為科學(xué)合理的權(quán)重系數(shù)，所采用的灰色評(píng)價(jià)方法能與機(jī)坪的安全風(fēng)險(xiǎn)灰色特征相適應(yīng)；張曉全等采用事故樹(shù)的方法定性分析原因，系統(tǒng)建立了機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用灰色關(guān)聯(lián)分析對(duì)機(jī)場(chǎng)機(jī)坪區(qū)域的整體風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，定性分析和定量分析相結(jié)合的綜合評(píng)價(jià)模型較好地解決了評(píng)價(jià)指標(biāo)難以準(zhǔn)確量化和統(tǒng)計(jì)的問(wèn)題，但所用的灰色評(píng)價(jià)方法只是對(duì)評(píng)判對(duì)象的優(yōu)劣做出鑒別，并不反映絕對(duì)水平；陳明亮等運(yùn)用事件樹(shù)、故障樹(shù)、Bowtie 等方法建立機(jī)坪運(yùn)行的安全績(jī)效指標(biāo)，提出基于安全績(jī)效的機(jī)坪運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，進(jìn)行多層級(jí)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，但權(quán)重的確定依據(jù)海恩法則并結(jié)合專(zhuān)家評(píng)價(jià)較為主觀(guān)。為克服常權(quán)的主觀(guān)性，突出較差指標(biāo)對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響，研究者對(duì)變權(quán)理論進(jìn)行研究。為克服模糊綜合評(píng)價(jià)中隸屬度確定不明確，避免評(píng)價(jià)過(guò)程大量運(yùn)用主觀(guān)判斷，導(dǎo)致因素權(quán)重的確定帶有一定的主觀(guān)性問(wèn)題，還有一些研究者運(yùn)用可變模糊集理論、相對(duì)差異函數(shù)等評(píng)價(jià)方法，去除風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的主觀(guān)因素。

本文結(jié)合通用航空機(jī)坪運(yùn)行特點(diǎn)，建立通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；采用變權(quán)理論和相對(duì)差異函數(shù)相結(jié)合的方法，評(píng)估通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)；并以某飛行訓(xùn)練機(jī)場(chǎng)為實(shí)例，對(duì)方法的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系的構(gòu)建

本文采用專(zhuān)家咨詢(xún)法和模糊統(tǒng)計(jì)法，結(jié)合通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪典型不安全事件致因，參考中國(guó)民用航空局已施行的民用機(jī)場(chǎng)安全評(píng)估指標(biāo)體系，依據(jù)《通用機(jī)場(chǎng)管理規(guī)定》（征求意見(jiàn)稿）、《運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)機(jī)坪運(yùn)行管理規(guī)則》等相關(guān)的法律法規(guī)和規(guī)范性文件，從硬件、軟件、人和環(huán)境四個(gè)方面考慮，初選出評(píng)價(jià)指標(biāo)。通過(guò)征求相關(guān)工作人員及專(zhuān)家，根據(jù)參考文獻(xiàn)［13-14］的要求，最終建立由設(shè)施設(shè)備因素A、管理因素B、人員因素C、環(huán)境因素D 共4個(gè)一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，及機(jī)坪道面完好率A等14 個(gè)二級(jí)指標(biāo)的通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，如圖1所示。由于通用航空機(jī)坪設(shè)施設(shè)備配備受機(jī)場(chǎng)用途、飛行區(qū)等級(jí)、使用時(shí)間和頻率等因素影響較大，故選取機(jī)坪道面完好率A、機(jī)坪隔離防護(hù)措施A、目視助航設(shè)施A及特種設(shè)備配置情況A作為評(píng)價(jià)指標(biāo)；通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪運(yùn)行安全管理主要參照運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)執(zhí)行，管理水平參差不齊，因此選用規(guī)章制度完善程度B、應(yīng)急預(yù)案完善程度B、車(chē)輛駕駛管理情況B、特種設(shè)備完好率B等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)；通用機(jī)場(chǎng)普遍存在專(zhuān)業(yè)人員短缺、培訓(xùn)不到位等情況，故選取人員技術(shù)水平C、平均年齡C及培訓(xùn)合格率C等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)；環(huán)境因素主要考慮天氣與氣象條件D、涉及連續(xù)作業(yè)或夜間運(yùn)行的機(jī)坪動(dòng)態(tài)環(huán)境條件D以及機(jī)坪衛(wèi)生狀況D。

圖1 通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系Fig.1 Risk assessment index system of general airport apron

2 變權(quán)的基本原理

本文將變權(quán)思想引入到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中來(lái)。變權(quán)原理的中心思想是：指標(biāo)因素的權(quán)重隨著因素狀態(tài)值的變化而變化，以使指標(biāo)因素的權(quán)重更好體現(xiàn)相應(yīng)指標(biāo)因素在評(píng)價(jià)中的作用。其基本步驟如下：

確 定 狀 態(tài) 變 權(quán) 向 量 S=[()，()，...，S()]。

當(dāng)0≤x≤時(shí)，懲罰程度最大；當(dāng)＜x≤時(shí)，懲罰程度隨x的增大而減??；當(dāng)＜x≤時(shí)，對(duì)該指標(biāo)因素主觀(guān)上既不懲罰，也不激勵(lì)；當(dāng)＜x≤1時(shí)，對(duì)該指標(biāo)因素進(jìn)行激勵(lì)，且激勵(lì)程度隨x的增大而增大。

計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)變權(quán)值。由以上定義，根據(jù)變權(quán)原理，指標(biāo)的變權(quán)可以表示為

變權(quán)向量w是常權(quán)向量與狀態(tài)變權(quán)向量S的Hardarmard 乘積。因此可以通過(guò)構(gòu)造狀態(tài)變權(quán)向量的途徑來(lái)構(gòu)造變權(quán)。

3 相對(duì)差異函數(shù)模型及其指標(biāo)特征值的模糊化

常用的隸屬度向量確定方法有模糊統(tǒng)計(jì)方法、專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法和利用分布函數(shù)將指標(biāo)特征值模糊化等。模糊統(tǒng)計(jì)方法和專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)法往往受專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)程度的影響，結(jié)果差別較大，且形式、區(qū)間固定，可調(diào)節(jié)性差。趙然杭等提出的可變模糊集理論中，相對(duì)差異函數(shù)模型的具體實(shí)質(zhì)與優(yōu)點(diǎn)詳見(jiàn)文獻(xiàn)［10］。因此本文采用該方法確定因素的安全隸屬度向量，相對(duì)差異函數(shù)的具體定義詳見(jiàn)文獻(xiàn)［10］。

點(diǎn)、與［，］及［，］的位置關(guān)系如圖2 所示，點(diǎn)與區(qū)間定義及參數(shù)間的關(guān)系詳見(jiàn)文獻(xiàn)［6-10］。

圖2 點(diǎn)x、M 與［a，b］及［c，d］的位置關(guān)系Fig.2 The positional relationship between the point x，M and［a，b］，［c，d］

落 到點(diǎn) 左 側(cè) 時(shí)：

落 到點(diǎn) 右 側(cè) 時(shí)：

式中：為非負(fù)指數(shù)，通?？扇?1，即相對(duì)差異函數(shù)模型為線(xiàn)性函數(shù)。

式（3）或 式（4）滿(mǎn) 足：當(dāng)=或=時(shí)，D()=0；當(dāng)=時(shí)，D()=1；當(dāng)=，=時(shí)，D()=-1。

D()確定以后，根據(jù)式（5）可求解相對(duì)隸屬度μ()為

通過(guò)此方法可得到最終的隸屬度矩陣，方法步驟詳見(jiàn)文獻(xiàn)［10］。

4 實(shí)例分析

4.1 變權(quán)值的計(jì)算

以某飛行訓(xùn)練機(jī)場(chǎng)為評(píng)價(jià)對(duì)象，首先采用層次分析法獲取各指標(biāo)的常權(quán)，然后采用公式（1）和公式（2）計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的狀態(tài)變權(quán)和變權(quán)值?？紤]民航高風(fēng)險(xiǎn)的行業(yè)特點(diǎn)，必需加大懲罰力度，相對(duì)減小激勵(lì)力度。但由于通用機(jī)場(chǎng)的設(shè)施設(shè)備配備與維護(hù)情況、人員的培訓(xùn)情況、規(guī)章制度的完善情況普遍較低，取定否定水平=0.6，及格水平=0.7，激勵(lì)水平=0.9，激勵(lì)調(diào)節(jié)水平=0.8。即當(dāng)某個(gè)指標(biāo)因素評(píng)價(jià)模糊值低于0.6 時(shí)，對(duì)其懲罰程度達(dá)到最大；而在0.6～0.7 之間時(shí)，懲罰程度相對(duì)減??；在0.7～0.9 之間時(shí)，不懲罰也不激勵(lì)；在0.9～1.0 之間時(shí)才對(duì)該因素指標(biāo)進(jìn)行激勵(lì)，目的是減小評(píng)價(jià)指標(biāo)因素的激勵(lì)程度。先采用層次分析法獲取各個(gè)指標(biāo)的常權(quán)，然后通過(guò)專(zhuān)家打分分別得到風(fēng)險(xiǎn)可能性和風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度的分值，如表1所示。

表1 機(jī)坪安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系及權(quán)重取值Table 1 Apron safety risk assessment index system and weight values

由于式（1）中的x一般是0～1 之間的一個(gè)數(shù)值，數(shù)值越大表示該項(xiàng)指標(biāo)安全性越高，系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)越小。故需采用極差變換法，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理為［0，1］之間的無(wú)量綱數(shù)值，指標(biāo)值越大表示該項(xiàng)指標(biāo)安全性越好，處理后的結(jié)果見(jiàn)表1 括號(hào)中的數(shù)值。從表1 可以看出：變權(quán)考慮了各項(xiàng)指標(biāo)在整個(gè)整體評(píng)價(jià)中的重要性，在指標(biāo)A 中，該機(jī)場(chǎng)目視助航設(shè)施A的分值僅為0.50，位于否定水平之下，通過(guò)變權(quán)計(jì)算，將其權(quán)重由原來(lái)的0.073 調(diào)整至0.160，增強(qiáng)了該指標(biāo)在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中的權(quán)重。避免由于該因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響被其他因素中和，而使得整個(gè)系統(tǒng)的危險(xiǎn)性降低。

4.2 隸屬度的確定

安全風(fēng)險(xiǎn)是對(duì)危險(xiǎn)源的可能性與嚴(yán)重程度的度量，即對(duì)危險(xiǎn)源后果的評(píng)估。通常情況下，安全風(fēng)險(xiǎn)是通過(guò)可以度量的數(shù)字形式來(lái)確定的。安全風(fēng)險(xiǎn)=風(fēng)險(xiǎn)可能性×風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度，安全風(fēng)險(xiǎn)可能性是指危險(xiǎn)源發(fā)生的可能性。如把安全風(fēng)險(xiǎn)可能性定義為［0，1）、［1，2）、［2，3）、［3，4）及［4，5］五個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間分別對(duì)應(yīng)極不可能、不可能、較少、偶爾、頻繁。安全風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度是指某一危險(xiǎn)源導(dǎo)致的后果的嚴(yán)重程度。如把安全風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度定義為［0，1）、［1，2）、［2，3）、［3，4）及［4，5］五個(gè)區(qū)間，分別表示可忽略的、較小的、重大的、危險(xiǎn)的和災(zāi)難的。

以一級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)設(shè)施設(shè)備A 中的4 個(gè)二級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)為例，簡(jiǎn)要說(shuō)明其風(fēng)險(xiǎn)可能性和風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度隸屬度的計(jì)算。首先，確定4 個(gè)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)可能性和風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度的吸引域矩陣和全體范圍域矩。

其次，計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)可能性，根據(jù)表1 數(shù)據(jù)，=(1 0.5 2.5 1.5)，根據(jù)的物理意義以及四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的特性，詳見(jiàn)上述隸屬度確定的定義與方法，得到：

運(yùn)用公式（3）、公式（4）和公式（5）求取其風(fēng)險(xiǎn)可能性隸屬度矩陣，得到：

歸一化計(jì)算后得到：

同理可得其他各指標(biāo)值的嚴(yán)重程度和隸屬度矩陣，由于篇幅限制具體計(jì)算過(guò)程不再羅列。

4.3 計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)可能性和嚴(yán)重度向量

由同理可以計(jì)算得到通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安全風(fēng)險(xiǎn)可能性向量和嚴(yán)重度向量：

同理，可計(jì)算得到指標(biāo)A 的嚴(yán)重度向量以及B，C，D 的風(fēng)險(xiǎn)可能性和風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度向量，將以上數(shù)據(jù)進(jìn)行整理得到整個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的風(fēng)險(xiǎn)可能性矩陣及風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重度矩陣，即：

由式（1）和式（2）計(jì)算得到A，B，C，D 的變權(quán)值w=（0.175 0.488 0.248 0.089）。

則通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安全風(fēng)險(xiǎn)可能性向量和嚴(yán)重度向量為

4.4 模糊綜合值的計(jì)算

對(duì)和進(jìn)行歸一化處理后，通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安全風(fēng)險(xiǎn)可能性綜合值和嚴(yán)重度綜合值分別為：

某通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)綜合值為=×=3.203×3.272≈10.480。根據(jù)參考文獻(xiàn)［18-19］采用的分級(jí)方法，則該機(jī)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)度分級(jí)如表2所示。

表2 風(fēng)險(xiǎn)度分級(jí)Table 2 Risk level grading

采用模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)該通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安全風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果對(duì)比情況如表3 所示。

表3 計(jì)算結(jié)果對(duì)比Table 3 Calculation results contrast

從表3 可以看出：變權(quán)與相對(duì)差異函數(shù)的運(yùn)用，不僅可以考慮風(fēng)險(xiǎn)狀況較差的單個(gè)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響，使得評(píng)價(jià)結(jié)果更為客觀(guān)真實(shí)；并且能夠消除模糊評(píng)判隸屬度向量物理意義不確定、受專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)局限等缺點(diǎn)，具有適合區(qū)間形式標(biāo)準(zhǔn)值等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)變權(quán)與相對(duì)差異函數(shù)評(píng)價(jià)結(jié)果，則該機(jī)場(chǎng)的機(jī)坪處于高度風(fēng)險(xiǎn)，機(jī)場(chǎng)應(yīng)立即采取措施，如加強(qiáng)目視助航設(shè)施的完善、增加特種設(shè)備的配置、加大對(duì)特種設(shè)備的維護(hù)力度、提高人員的培訓(xùn)合格率、改善人員的工作條件、加強(qiáng)機(jī)坪衛(wèi)生監(jiān)管等，直至風(fēng)險(xiǎn)降低后才能恢復(fù)工作。

5 結(jié) 論

（1）本文采用變權(quán)方法對(duì)常權(quán)重進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)較差指標(biāo)的“懲罰”，使得風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)果更加客觀(guān)合理。

（2）利用可變模糊評(píng)價(jià)中的相對(duì)隸屬函數(shù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)度和后果嚴(yán)重程度的隸屬度矩陣進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而得到風(fēng)險(xiǎn)度對(duì)應(yīng)的等級(jí)，便于對(duì)通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安全風(fēng)險(xiǎn)狀況進(jìn)行評(píng)估。

（3）變權(quán)和相對(duì)差異函數(shù)的方法為深入開(kāi)展我國(guó)通用機(jī)場(chǎng)機(jī)坪安全評(píng)價(jià)提供理論參考依據(jù)。