通用機場機坪運行安全風險評估方法研究

李明捷，黃詩軼

（中國民用航空飛行學院機場學院，廣漢 618307）

0 引 言

通用航空短途運輸相較于鐵路、公路等交通方式而言，具有受地形限制小、投資少、靈活性強等特點。自2020 年1 月1 日民航局《B 類通用機場備案辦法（試行）》實施以來，通用機場備案數量持續增加。截至2020 年6 月底，納入民航行業管理的通用機場數量達290 個，其中A 類通用機場111個（A1 類75 個，A2 類22 個，A3 類14 個），通用機場在數量上首次超過運輸機場，其類型主要為跑道型和高架直升機場。與運輸機場相比，通用機場具有航空器品種繁雜、使用機型多、飛行時間不確定、飛行作業項目多樣化、基礎設施不完善、機場運行保障資源不足、從業人員培訓不到位、運行管理不規范等特點，這給通用機場機坪運行安全帶來很大風險。

目前，國內外對民用航空運輸安全的研究多側重于運輸航空的飛行安全和空中交通服務。ISO/IEC 31010—2009《風險管理——風險評估技術》推薦了31 種用于風險評估的技術方法；劉剛等采用主觀賦權與客觀賦權相結合的組合賦權法確定評價指標的權重，建立了機場機坪安全風險雙層次灰色評價模型，綜合評價機坪的安全狀況，主客觀組合賦權得到更為科學合理的權重系數，所采用的灰色評價方法能與機坪的安全風險灰色特征相適應；張曉全等采用事故樹的方法定性分析原因，系統建立了機場機坪安全評價指標體系，采用灰色關聯分析對機場機坪區域的整體風險進行評價，定性分析和定量分析相結合的綜合評價模型較好地解決了評價指標難以準確量化和統計的問題，但所用的灰色評價方法只是對評判對象的優劣做出鑒別，并不反映絕對水平；陳明亮等運用事件樹、故障樹、Bowtie 等方法建立機坪運行的安全績效指標，提出基于安全績效的機坪運行風險評估模型，進行多層級運行風險評估，但權重的確定依據海恩法則并結合專家評價較為主觀。為克服常權的主觀性，突出較差指標對評估結果的影響，研究者對變權理論進行研究。為克服模糊綜合評價中隸屬度確定不明確，避免評價過程大量運用主觀判斷，導致因素權重的確定帶有一定的主觀性問題，還有一些研究者運用可變模糊集理論、相對差異函數等評價方法，去除風險評價中的主觀因素。

本文結合通用航空機坪運行特點，建立通用機場機坪風險評價指標體系；采用變權理論和相對差異函數相結合的方法，評估通用機場機坪運行安全風險；并以某飛行訓練機場為實例，對方法的可行性進行驗證。

1 通用機場機坪風險識別及風險評估指標體系的構建

本文采用專家咨詢法和模糊統計法，結合通用機場機坪典型不安全事件致因，參考中國民用航空局已施行的民用機場安全評估指標體系，依據《通用機場管理規定》（征求意見稿）、《運輸機場機坪運行管理規則》等相關的法律法規和規范性文件，從硬件、軟件、人和環境四個方面考慮，初選出評價指標。通過征求相關工作人員及專家，根據參考文獻［13-14］的要求，最終建立由設施設備因素A、管理因素B、人員因素C、環境因素D 共4個一級評價指標，及機坪道面完好率A等14 個二級指標的通用機場機坪風險評估指標體系，如圖1所示。由于通用航空機坪設施設備配備受機場用途、飛行區等級、使用時間和頻率等因素影響較大，故選取機坪道面完好率A、機坪隔離防護措施A、目視助航設施A及特種設備配置情況A作為評價指標；通用機場機坪運行安全管理主要參照運輸機場執行，管理水平參差不齊，因此選用規章制度完善程度B、應急預案完善程度B、車輛駕駛管理情況B、特種設備完好率B等作為評價指標；通用機場普遍存在專業人員短缺、培訓不到位等情況，故選取人員技術水平C、平均年齡C及培訓合格率C等作為評價指標；環境因素主要考慮天氣與氣象條件D、涉及連續作業或夜間運行的機坪動態環境條件D以及機坪衛生狀況D。

圖1 通用機場機坪安全風險評估指標體系Fig.1 Risk assessment index system of general airport apron

2 變權的基本原理

本文將變權思想引入到風險評價中來。變權原理的中心思想是：指標因素的權重隨著因素狀態值的變化而變化，以使指標因素的權重更好體現相應指標因素在評價中的作用。其基本步驟如下：

確 定 狀 態 變 權 向 量 S=[()，()，...，S()]。

當0≤x≤時，懲罰程度最大；當＜x≤時，懲罰程度隨x的增大而減小；當＜x≤時，對該指標因素主觀上既不懲罰，也不激勵；當＜x≤1時，對該指標因素進行激勵，且激勵程度隨x的增大而增大。

計算各評價指標變權值。由以上定義，根據變權原理，指標的變權可以表示為

變權向量w是常權向量與狀態變權向量S的Hardarmard 乘積。因此可以通過構造狀態變權向量的途徑來構造變權。

3 相對差異函數模型及其指標特征值的模糊化

常用的隸屬度向量確定方法有模糊統計方法、專家經驗法和利用分布函數將指標特征值模糊化等。模糊統計方法和專家經驗法往往受專家經驗和認識程度的影響，結果差別較大，且形式、區間固定，可調節性差。趙然杭等提出的可變模糊集理論中，相對差異函數模型的具體實質與優點詳見文獻［10］。因此本文采用該方法確定因素的安全隸屬度向量，相對差異函數的具體定義詳見文獻［10］。

點、與［，］及［，］的位置關系如圖2 所示，點與區間定義及參數間的關系詳見文獻［6-10］。

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

落 到點 左 側 時：

落 到點 右 側 時：

式中：為非負指數，通常可取=1，即相對差異函數模型為線性函數。

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

D()確定以后，根據式（5）可求解相對隸屬度μ()為

通過此方法可得到最終的隸屬度矩陣，方法步驟詳見文獻［10］。

4 實例分析

4.1 變權值的計算

以某飛行訓練機場為評價對象，首先采用層次分析法獲取各指標的常權，然后采用公式（1）和公式（2）計算評價指標體系的狀態變權和變權值。考慮民航高風險的行業特點，必需加大懲罰力度，相對減小激勵力度。但由于通用機場的設施設備配備與維護情況、人員的培訓情況、規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，激勵水平=0.9，激勵調節水平=0.8。即當某個指標因素評價模糊值低于0.6 時，對其懲罰程度達到最大；而在0.6～0.7 之間時，懲罰程度相對減小；在0.7～0.9 之間時，不懲罰也不激勵；在0.9～1.0 之間時才對該因素指標進行激勵，目的是減小評價指標因素的激勵程度。先采用層次分析法獲取各個指標的常權，然后通過專家打分分別得到風險可能性和風險嚴重度的分值，如表1所示。

表1 機坪安全風險評估指標體系及權重取值Table 1 Apron safety risk assessment index system and weight values

由于式（1）中的x一般是0～1 之間的一個數值，數值越大表示該項指標安全性越高，系統風險越小。故需采用極差變換法，對其進行標準化處理為［0，1］之間的無量綱數值，指標值越大表示該項指標安全性越好，處理后的結果見表1 括號中的數值。從表1 可以看出：變權考慮了各項指標在整個整體評價中的重要性，在指標A 中，該機場目視助航設施A的分值僅為0.50，位于否定水平之下，通過變權計算，將其權重由原來的0.073 調整至0.160，增強了該指標在整個評價體系中的權重。避免由于該因素對評價結果的影響被其他因素中和，而使得整個系統的危險性降低。

4.2 隸屬度的確定

安全風險是對危險源的可能性與嚴重程度的度量，即對危險源后果的評估。通常情況下，安全風險是通過可以度量的數字形式來確定的。安全風險=風險可能性×風險嚴重度，安全風險可能性是指危險源發生的可能性。如把安全風險可能性定義為［0，1）、［1，2）、［2，3）、［3，4）及［4，5］五個區間，每個區間分別對應極不可能、不可能、較少、偶爾、頻繁。安全風險嚴重度是指某一危險源導致的后果的嚴重程度。如把安全風險嚴重度定義為［0，1）、［1，2）、［2，3）、［3，4）及［4，5］五個區間，分別表示可忽略的、較小的、重大的、危險的和災難的。

以一級評價指標設施設備A 中的4 個二級評價指標為例，簡要說明其風險可能性和風險嚴重度隸屬度的計算。首先，確定4 個指標風險可能性和風險嚴重度的吸引域矩陣和全體范圍域矩。

其次，計算風險可能性，根據表1 數據，=(1 0.5 2.5 1.5)，根據的物理意義以及四個評價指標的特性，詳見上述隸屬度確定的定義與方法，得到：

運用公式（3）、公式（4）和公式（5）求取其風險可能性隸屬度矩陣，得到：

歸一化計算后得到：

同理可得其他各指標值的嚴重程度和隸屬度矩陣，由于篇幅限制具體計算過程不再羅列。

4.3 計算風險可能性和嚴重度向量

由同理可以計算得到通用機場機坪安全風險可能性向量和嚴重度向量：

同理，可計算得到指標A 的嚴重度向量以及B，C，D 的風險可能性和風險嚴重度向量，將以上數據進行整理得到整個評價指標體系的風險可能性矩陣及風險嚴重度矩陣，即：

由式（1）和式（2）計算得到A，B，C，D 的變權值w=（0.175 0.488 0.248 0.089）。

則通用機場機坪安全風險可能性向量和嚴重度向量為

4.4 模糊綜合值的計算

對和進行歸一化處理后，通用機場機坪安全風險可能性綜合值和嚴重度綜合值分別為：

某通用機場機坪系統風險綜合值為=×=3.203×3.272≈10.480。根據參考文獻［18-19］采用的分級方法，則該機場風險度分級如表2所示。

表2 風險度分級Table 2 Risk level grading

采用模糊綜合評價對該通用機場機坪安全風險狀況進行評估，結果對比情況如表3 所示。

表3 計算結果對比Table 3 Calculation results contrast

從表3 可以看出：變權與相對差異函數的運用，不僅可以考慮風險狀況較差的單個指標對評價結果的影響，使得評價結果更為客觀真實；并且能夠消除模糊評判隸屬度向量物理意義不確定、受專家經驗和認識局限等缺點，具有適合區間形式標準值等優點。根據變權與相對差異函數評價結果，則該機場的機坪處于高度風險，機場應立即采取措施，如加強目視助航設施的完善、增加特種設備的配置、加大對特種設備的維護力度、提高人員的培訓合格率、改善人員的工作條件、加強機坪衛生監管等，直至風險降低后才能恢復工作。

5 結 論

（1）本文采用變權方法對常權重進行調節，實現了對較差指標的“懲罰”，使得風險評估的結果更加客觀合理。

（2）利用可變模糊評價中的相對隸屬函數對風險度和后果嚴重程度的隸屬度矩陣進行計算，進而得到風險度對應的等級，便于對通用機場機坪安全風險狀況進行評估。

（3）變權和相對差異函數的方法為深入開展我國通用機場機坪安全評價提供理論參考依據。