機場飛行區道面安全風險評價方法研究

顧時俊

（上海虹橋國際機場有限責任公司，上海 200335）

1 引言

上海虹橋國際機場位于中國上海市長寧區，為4E 級民用國際機場，是我國最為繁忙的大型民用機場之一。道面是飛行區內最為重要的結構設施，保證其始終處于正常、安全的使用狀態，對于飛行區安全至關重要。但由于其設計壽命限制，維護成本及病害復發的風險都有明顯上升的趨勢，總體屬于被動維護的工作模式。基于對飛行區道面存在的安全風險所產生的充分認識，有必要對歷史和現有的檢測與監測數據進行深入研究，深度總結和剖析虹橋機場飛行區道面的安全風險影響因素，分析安全風險的形成機理和發展規律，建立安全風險影響因素預警模型，并提出面向智慧機場建設的安全管控措施與對策。對于機場飛行區長治久安、機場未來的快速發展，以及建設四型機場具有重要意義。

2 道面安全風險評價指標分析

2.1 表觀安全風險評價指標

選用道面狀況指數（PCI）作為道面表觀安全風險評價指標之一[1]。除了利用PCI 評價道面破損情況，機場道面安全風險還與道面部分病害密切相關，因此，要對機場道面病害的單項指標進行評估。此次對水泥道面采用裂縫類指標、表面類病害指標。瀝青道面采用裂縫類指標、表面類病害指標和變形類病害指標。

2.2 結構安全風險評價指標

脫空問題是目前機場水泥道面普遍面臨的結構性問題。道面發生脫空后易引起角隅斷裂等結構性損壞，嚴重影響道面的使用和安全，因此，需要一個表征脫空的指標作為道面結構安全風險的指標[2]。經過調研，目前道面評價規范推薦的脫空率是廣泛認可的道面脫空評價指標，因此，仍然沿用脫空率指標表征區塊內道面板結構整體隱蔽損傷和脫空狀況。

2.3 表面安全風險評價指標

道面表面抗滑性能和跑道平整度是影響道面安全的最重要的功能要求。跑道狀況代碼是反映道面抗滑性能的重要指標之一，可將其列為跑道抗滑風險的評價指標。跑道不平整是跑道縱向范圍內的長波不平整，因此，可以采用波音平整指數（BBI）指標評估跑道不平整風險。

《運輸機場跑道表面狀況評估和通報規則》（民航規〔2021〕32 號）規定對道面污染的檢測主要側重于污染物的種類、狀態、厚度、面積等信息及這些污染情況對道面摩擦系數的影響，進而決定跑道的運行，并額外對道面積膠情況進行了詳細規定。因此，本項目針對機場跑道運行特點提出新的表征道面污染狀態的指標，并將其命名為 “道面濕和污染狀況指數”，以表征當前道面污染狀況。

2.4 沉降變形安全風險評價指標

道面沉降也是道面安全的關鍵影響因素。工后沉降和工后差異沉降是量化地基沉降變形的兩個指標[3]。其中，差異沉降導致表面長波不平整，降低飛機起降的舒適性，增加飛機滑跑安全的風險，從而無法滿足跑道的設計使用要求。因此，本項目采用差異沉降率評價跑道地基不均勻沉降風險。

3 道面安全風險評價方法研究

3.1 層次分析法

對于風險權重，采用層次分析法確定各指標權重。層次分析法采用專家評分的方式確定各層次元素之間的相對重要程度，構建判斷矩陣[4]。根據虹橋機場的實際特點，以水泥道面為例建立安全風險評價指標判斷矩陣。經過項目分析，最終確定的飛行區道面安全風險評價指標判斷矩陣見表1。

表1 機場水泥道面安全風險評價指標判斷矩陣

計算可得該矩陣最大特征值λmax=7.512，則一致性指標CI=0.085，當n=7 時，對應的平均隨機一致性指標RI=1.36，則一致性比例CR=0.063＜0.1，因此，可認為矩陣的一致性可以接受。

將判斷矩陣按列進行歸一化處理，得到歸一后的判斷矩陣，第i 個指標的權重可用式（1）進行計算：

將歸一化后的判斷矩陣代入式（1），求得水泥道面各道面安全風險評價指標權重為：

3.2 優劣解距離法

采用優劣解距離法（TOPSIS）表征風險等級的相對位置[5]。為了對風險指標進行量化，將各風險指標按照分類等級分別賦予特征值。

道面安全風險不同等級的各個評價指標的標準值可構成5 個風險等級，7 個風險指標的矩陣，為消除量綱的影響，對其進行標準化處理，標準化后的矩陣為：

定義最大值矩陣Z+為：Z+=（Z1+，Z2+，…，Z7+）=（max{z11，z21，…，z51，}，max{z12，z22，…，z52，}，…，max{z17，z27，…，z57}）；

定義最小值矩陣Z-為：Z-=（Z1-，Z2-，…，Z7-）=（min{z11，z21，…，z51}，…，min{z17，z27，…，z57}）。

則第i（1，2，3，4，5）個風險等級與最大值的相對距離采用基于層次分析法權重的加權距離Di+，按式（4）計算：

則第i 個風險等級與最小值的距離Di-按式（5）計算：

則第i 個評價對象在最大值和最小值間的相對位置Si可用式（6）計算：

由式（4）～式（6）計算得到機場水泥道面風險在最低、低、中、高、最高的相對位置分別為：

3.3 模糊綜合評價

基于模糊數學的隸屬度理論的模糊綜合評價方法，最終評價考慮多風險源的道面安全風險等級[6]。若待評對象某一單項指標的道面風險數值落入某一區間，則該指標對等級的相對隸屬度按式（7）進行計算：

根據機場水泥道面安全風險的低、中、高等級標準值在最大值和最小值之間的相對位置，可以得到各等級的隸屬度函數[見式（8）～式（10）]。

1）等級為低時，隸屬度函數為：

2）等級為中時，隸屬度函數為：

3）等級為高時，隸屬度函數為：

將某一需要進行風險評價的機場水泥道面的相對位置s代入隸屬度函數，求得該道面安全風險對各個等級的隸屬度。若水泥道面安全風險指數：max{h1，h2，h3}=hk，則要評價的水泥道面安全風險等級劃分為等級。

4 案例說明

以虹橋機場西跑道道面性狀指標為例，計算西跑道的道面安全風險等級，見表2。

表2 虹橋機場西跑道水泥道面安全風險指標值

將表2 水泥道面各風險指標數值代入式（4）、式（5），計算得到s=0.215，將s=0.215 代入式（8）～式（10）可知，k=1，即虹橋機場西跑道水泥道面目前處于低風險等級。

5 結論與建議

本文結合上海虹橋機場的特點分析確認了道面表觀、結構、表面以及沉降變形等多風險源的安全風險評價指標方法，并針對飛行區道面安全風險綜合評估體系和安全風險指標開展了參數化表達，最終評價考慮多風險源的道面安全風險等級，構建得到適用于虹橋機場的飛行區道面安全風險綜合評價方法。本文成果可為國內其他機場飛行區道面風險綜合評價體系的構建提供參考。