不停航机场改造工程风险识别与贝叶斯网络动态评估研究

戴 琦

（上海建科工程咨询有限公司， 上海 20032）

不停航机场改造工程风险识别与贝叶斯网络动态评估研究

戴 琦

（上海建科工程咨询有限公司， 上海 20032）

针对不停航机场改造工程的特点，结合工作分解结构(WBS)—风险分解结构(WBS)，对工程风险进行识别，形成主要风险事件的故障树。在此基础上，使用贝叶斯网络对风险事件进行评估，明确风险值，从而对后续的针对性防范措施提供依据。

故障树分析；工作分解结构(WBS) ；风险分解结构(RBS) ；贝叶斯网络；动态风险评估

0 引 言

随着我国国民经济的快速稳步增长，中国民航运输业也得到了高速发展。2006 年的旅客吞吐量达 3.32 亿人次，是 2000 年的 2.5 倍；年旅客吞吐量达到 1 000 万人次以上的机场共有 7 个，占全国机场总旅客吞吐量的 52%。2013 年，前十大旅客吞吐量的机场总量，占全国机场总旅客吞吐量的 51.41%。2014 年的前十大机场的平均旅客吞吐量为 3.940亿人次，比 2013 年前十大机场的平均旅客吞吐量 3.878 亿人次，又增加了 620 万人次。在这种情况下，如果国内主要的机场没有更快的扩建进展，机场必然越来越拥挤。从 2010 年起，国内已经逐步开始对部分机场实施较大规模的扩建或改建。其中一些机场的改造，是在保障飞行安全和航班正常的情况下进行的。在未来相当长的一段时间里，将会有越来越多的机场在此种模式下进行改扩建。在不停航状态下进行功能提升和流程改造，是机场建设和管理领域一个较新的课题和难题。笔者依托某大型机场不停航改造的工程实例，对工程实施过程中的风险实施四维度分析，并应用 WBS-RBS 方法建立风险故障树，最后利用贝叶斯网络对出现的风险进行评估，对日后类似工程的实施提出了针对性预防措施。

1 故障树分析方法与WBS-RBS分析法

1.1 故障树分析

故障树分析(Fault Tree Analysis，FTA)是综合识别和度量风险的有力工具。该方法把所关心的结果事件作为顶事件，用规定逻辑符号表示，找出导致这一结果事件发生的所有的直接因素和原因及处于过渡的中间事件，并由此深入分析，直至找出事故基本事件为止。

1.2 WBS-RBS分析

定性分析方法引用工作结构分解(WBS)的思想，将整个待风险评估的工程项目按照工程分部进行分解，分解到足以能够具体分析所产生风险的程度。运用同样的思想，针对业主关心的风险内容，将评估范围内的工程风险进行风险结构分解(RBS)，然后结合上述工程结构分解(WBS)和风险结构分解(RBS)进行对号入座，将 RBS 中的具体风险与 WBS 中的工程部位一一对应，识别出具体风险发生的工程部位和范围，并对可能发生的风险进行因果分析和描述，从而达到识别风险的目的。

2 不停航机场改造工程的风险识别

在对某大型机场不停航改造工程实施过程中产生的风险事件实例进行归类，运用 WBS-RBS 分析方法，从因素维、时间维、空间维和目标维四个维度进行识别，并将发生概率较高的设备设施损坏、高空坠物、空防侵界三个事件分别作为故障树的顶事件。

2.1 不停航机场改造工程工作分解结构

机场航站楼不停航改造工程施工，是在确保航站楼正常的运营功能的前提下进行的，涉及对原有建筑的部分拆除作业，并在此基础上进行程度不同的改造或扩建施工。根据此施工流程，WBS 结构分解如图 1 所示。

图1 航站楼改造工程WBS分解

2.2 不停航机场改造工程风险分解结构

机场航站楼不停航改造工程风险源可以归为：旅客安全风险、设施损坏风险和运营质量下降风险。旅客安全风险是改造施工中的最大风险源，具体考虑为火灾、空防和高空坠物。改造施工是在原有结构上或者原有结构周边进行的，因此从对原有主体结构、围护结构和原有管线的影响三个方面进行考虑。改造施工时，不能将全部施工内容集中安排在航班停航后，不可避免地要在运营时段安排必要的施工。此时，噪声、粉尘、异味就可能会不同程度地干扰正常运营。RBS 分解结构，如图 2 所示。

图2 航站楼改造工程RBS分解结构

2.3 不停航机场改造工程WBS-RBS耦合

以 WBS“工序”层为行向量、RBS“基本风险源”作为列向量形成耦合矩阵。其中，将二者耦合能够产生的风险因素填入相应的表格中。表 1 即为不停航机场改造工程 WBSRBS 风险耦合矩阵。

表1 WBS-RBS风险耦合矩阵表

2.4 不停航改造工程的风险故障树

依托某大型机场不停航施工风险实例，并从以 WBS-RBS分析得到的风险因素及风险事件(故障树中间事件)为基础，选取三个顶事件进行故障树分析(见图 3、图 4 和图 5)。

图3 设备设施受损风险故障树

图4 高空坠物风险故障树

图5 空防侵界风险故障树

3 不停航机场改造工程的风险评估

风险评估是指通过确定衡量风险水平的指标、采取科学的方法，将辨识出并经分类的风险事件按照其风险量估计的大小予以排序，进而根据给定的风险等级评定准则，对各个风险进行等级划分的过程。通过风险评估，可根据明确的风险等级，制定相应的风险对策，有针对、有重点地管理好风险。

考虑到不停航机场改造工程风险事件数据是建立在已收集的事故案例之上，为了得到较高的评估精度，通过对不同风险评估方法的比较，最终选择贝叶斯网络技术来进行评估。

3.1 贝叶斯网络方法简述

一般，根节点的先验概率是通过一定的数理统计数据库整理得到的给定值。

3.2 贝叶斯网络风险评估步骤

不停航改造工程采用贝叶斯网络方法进行风险评估。通常风险评估需要完成以下四项工作，分别是：建立贝叶斯网络结构；获得风险事件的发生概率；对风险因素发生后导致的损失进行计算；最后获得风险值，确定风险等级。

3.2.1 建立贝叶斯网络结构

将已建立的风险故障树，映射成贝叶斯网络结构。

获得风险事件的发生概率通常有两种方式：第一种方法是设计问卷进行调研访谈，根据专家的经验，直接给出每个节点的条件概率表；第二种方法是获取大量的事故数据，数据形式为每个事故的原因分析，与所构建的网络中节点内容相对应，形成样本数据库，通过贝叶斯数据学习得到每个节点的条件概率表。

考虑到两种方式的优缺点，采用第二种方式获得初始条件概率，然后利用贝叶斯网络进行精确计算。

这里以概率形式定义施工中各风险事件发生的概率值，即在给出了每个风险事件发生的概率值后，通过贝叶斯网络进行线性推理，从而得到每个风险事件发生的概率。

本文为了进行模糊风险评判，现定义对数概率为

其中，p 为任一个风险事件的自然概率(条件概率或联合概率)，在本文中为通过数据库得到的基本风险事件的统计条件概率和通过贝叶斯网络推理得到的中间事件的联合概率。

通过(式 1)可以求得每个风险事件的对数概率 P。

3.2.3 对风险因素发生后导致的损失进行统计计算

大数据，又称巨量资料，最早由美国芝加哥大学商学院教授詹姆斯·麦肯锡提出，如今在各个行业和领域中都变成了不可或缺的生产因素。人们对收集到的庞大数据进行整合和分析整理，可以发现新知识、创造新价值，实现资讯的有效利用。近年来大数据在教育领域的应用也渐变得广泛起来。

对于风险事件发生后的后果分析，本文提出了损失率 T的概念，即定义：一旦某一风险事件发生后，其引起的损失率为 Ti。

在以往风险评估项目中，对于风险损失概率，往往仅通过直接经济损失来计算。但此种计算方法，会根据工程规模的大小程度，带来缩小或扩大风险事情影响的情况。本项目基于不停航施工的机场改造工程，为了更加全面地衡量风险事件影响的大小，除了已经发生的风险事件造成的直接经济损失以外，对于此种风险情况一旦发生所造成的其他后果，包括工期损失、运行环境影响、人员伤亡、社会影响等也纳入考虑范围。

由于此种损失率较难获得准确数据，因此本项目中采用专家问卷法获得可信性数据。

对于某一风险事件的损失率 Ti可能出现大于 1 的情况，本文中规定，大于 1 的情况统一取值为 1。将损失率 Ti定义五个区间，分别为：1～0.1，0.1～0.01，0.01～0.001，0.001～0.0001，<0.0001。

现定义对数损失率 C 的概念，即某一风险事件发生的对数损失率为

3.2.4 风险值确定

对于任一个风险事件，均可通过 3.2.2 和 3.2.3 分别求得其对数概率和对应的模糊对数损失率。本文定义风险为：

从而可以求得任何一个风险事件的风险值 R。

3.3 不停航机场改造工程风险评估

在不停航机场改造工程中，以设施设备受损为例，将分析得出的故障树进行映射，得到贝叶斯网络(见图 6)，从而进行计算，得到确切的风险值如下(见表 2 和表 3)。

图6 设施设备受损贝叶斯网络

表2 设施设备受损风险事件发生概率统计表

表3 设施设备受损风险事件发生对数概率

使用同样方法进行计算，得到高空坠物、空防侵界的风险发生概率，形成风险事件发生概率统计表(见表 4、表 5 和表 6)。

表4 高空坠物、设施设备受损、空防侵界风险事件发生概率统计表

表5 高空坠物、设施设备受损、空防侵界风险事件的损失对数概率

表6 高空坠物、设施设备受损、空防侵界风险事件的风险值

从以上评估结构可以看出，高空坠物、设备设施受损、空防侵界的风险等级均为 3 级，风险事故后果一般，对工程可能造成破坏的范围较小，但不希望其发生，可均衡风险损失与风险控制成本采取适当的控制措施，并制定应急预案。

4 风险应对

根据风险评估结果，应采取有针对性的措施。如设备设施受损风险事件中，施工前，应加强对原设备设施和原设计的符合性检查及运行情况的排摸，做好改建区域原设备设施的保护，并要严格审查相关的施工方案，要求施工单位落实施工交底。施工中，应要求施工单位严格按照方案进行施工，并做好应急预案。

5 结 论

本文采用 WBS-RBS 的方法建立不停航机场改造工程主要风险事件的故障树。在此基础上，用贝叶斯网络进行风险概率计算并评估，明确风险事件的风险值，从而有助于采取有针对性的应对措施。

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2015-07-01