基于高高原机场的管制员排班研究

肖 奇， 杨昌其

(中国民用航空飞行学院 空中交通规划与管理学院， 四川 广汉， 618300)

通常将海拔高度在2 438 m(或8 000 ft)及以上的机场称为高高原机场，在世界范围内共有46个高高原机场，主要分布在中国、尼泊尔、秘鲁、玻利维亚、厄瓜多尔等国。中国山地面积占全国面积的33.3%，高原面积占26%。中国共有19个高高原机场，约占世界总数量的41%，主要位于西藏、青海、四川、云南、甘肃、湖北6个省区，部分高高原机场基本情况见表1。

表1 中国部分高高原机场基本情况

高高原机场因其地理位置的特殊性，交通不便，相比较修建铁路、公路的巨大成本，航空交通运输的发展具有重大意义，在连接对外交通，带动经济社会发展，改善民生以及抢险救灾等方面有着重要作用，对巩固国防建设、反恐维稳、边界安定等方面也有着重大战略意义，所以关于高高原机场的建设、维护、运营十分重要。本文讨论中国高高原机场管制员在排班时应考虑的特别因素，对高高原机场管制员排班制度的设置提出科学合理的建议。

1 研究现状

目前，中国在高高原机场的运行方面有了许多研究，但是对高高原机场管制排班制度还没有一个全面深入的研究。李婷[1]基于气象数据对高高原机场的签派放行做出研究，统计分析青藏地区高高原机场的气象数据，构建了天气放行决策模型，通过实际航线验证了该决策模型的可靠性和准确性。张秉海等[2]对高高原机场运行特征、运行安全保障系统任务进行剖析，提出高高原机场运行安全保障能力的定义，建立高高原机场运行安全保障能力评价指标体系。张序等通过对“邦达—拉萨”[3]、“红原—拉萨”[4]两条航线的分析，研究了高高原航线签派放行与运行控制的条件和要求，找出其在签派放行的关键点研究分析，通过对相关要素研究，解决了高原航线运行控制难点。王莉莉等[5]利用层次分析法对管制员班组内排班影响因素进行综合分析，有针对性地提出了西北空管局管制员排班的改进策略，并通过对管制员工作时间的研究，建立了管制员排班模型，实现管制员排班的自动化，提高管制员排班的公平性，优化了人力资源配置。宋兵[6]分析和研究了沈阳管制中心管制员排班系统，根据实际值班情况，生成值班表，对管制员资质、执勤时间以及扇区主副班搭配等进行智能判断，杜绝了因人为排班失误而导致的管理安全隐患，提升工作效率。

上诉研究提到了从高高原机场的运行环境、气象特点出发，对高高原机场的控制运行和签派放行的工作进行研究，解决高高原运行困难的问题；以及在平原机场的基础上对管制员排班时的影响因素进行分析，提出管制员排班的公平性等方面的研究。但都没有对高高原机场管制员人员定额以及排班问题进行研究，没有一套针对高高原机场行之有效的管制员排班制度。下面将通过对高高原机场运行环境特点分析，得出高高原机场的管制员排班时的特别需要考虑的因素，通过人员定额算法得出高高原机场空中交通管制人员数量安排。

2 高高原机场运行特点

首先对于高高原机场的运行特点研究主要考虑的是其高高原的地理位置、复杂的地形地貌以及多变的气象条件3个方面对航空运行的影响。

1)高高原机场位于高海拔地区，其大气压力低，氧气分压低，空气稀薄，空气密度小，温度较ISA标准偏高，这一点对在高高原机场的工作人员来说，其身体素质各方面的要求都较平原机场运行管制人员的标准要高。

2)高高原地区通常伴随着高原山区，在其周围高山密布，地形复杂，净空条件差，对飞行员和管制员的技术要求都较高，工作人员需要对机场上空以及航线运行复杂的地形足够熟悉和了解。

3)复杂的地形对应着高高原机场复杂多变的气象条件，对流天气多，时常有大风、乱流、雷暴等天气，昼夜温差大。

一般机场的管制员排班制度满足不了高高原机场的需求，所以需要一套特殊的管制员排班，在减少管制员疲劳、提高管制效率方面发挥实际作用。

3 影响因素分析

3.1 人的因素

人在航空运输环节中担任着非常重要的角色。空中交通管制员是整个航空运输的指挥者，利用分层法将人员因素分为个人特征和班组特征两层，分析了影响管制工作的一些重要因素，如图1所示。

图1 管制员排班影响因素

对于高高原机场来说，其空中交通管制员排班时需要考虑比平原机场更多的影响因素：

1)在高高原机场工作的管制员工作能力要求要比一般机场高。高高原地形、气象条件复杂，相比较而言管制员需要更强的工作能力来应对多变的飞行情况，熟悉地形地貌、气象情况，掌握应对方案，与飞行员更好地配合，完成每次的安全飞行。在计划排班前，在系统中录入详细的管制员信息，排班时选择资质能力较强的管制员进行管制席位工作，搭配相对不熟悉环境的管制员，实现老带新的搭配，避免因管制员对业务不熟悉从而诱发安全事故。

2)管制员的身体素质情况十分重要。管制工作是一个需要高度紧张和专注的工作，在大脑缺氧时会严重影响到人的注意力，降低辨识能力，在不知不觉中影响管制员，导致出现差错，影响飞行安全。所以每位管制员在工作前都需要进行一次“I’m safe”的自我检查，确保身体状况良好，可以正常工作，并且管制席位的管制员可以进行短时间多次数地休息。

3)在管制员班组搭配上必须按照《高原机场运行管理规定》中的要求，良好的班组搭配能够提高管制员的工作效率，最大限度地发挥每一位管制员的作用，班组搭配讲究“老带新”、工作能力相近搭配、尽量少安排女性管制员值夜班、性别搭配等。

3.2 环境因素

高高原机场复杂的地形地貌通常伴随着天气环境多变的情况，而气象条件是影响航空运输安全非常重要的一个客观因素，如表2所示。

表2 环境因素影响

针对以上情况，可以从管制员排班上作出以下调整：

1)减少管制员连续执勤时间，每个班组在连续工作2 h后休息30 min，保证连续执勤时间不超过8 h，降低管制员疲劳。

2)由于低压低氧环境极易发生高原缺氧情况，导致工作能力降低，管制员排班应适当减少连续操作时间，如在工作1.5 h后，管制席与助理席互换岗位等。

3)管制员应熟悉管辖范围内的各项管制条件，提高管制能力。

3.3 管理因素

在建立高高原机场的管制员排班制度的过程中，首先要满足制度约束，需要依据《民用航空空中交通管理规则(CCAR-93-R5)》[7]中对管制员值班时间的要求。管制员的执勤时间与管制员疲劳程度息息相关，而管制员工作时的状态又与航空运行安全密切联系。有研究表明由于人体疲劳所产生的重大交通事故有15%～20%。航空安全报告系统(aviation safety reporting system,ASRS)表明，由飞行员和管制员疲劳导致的民航事故占比21%。英国航空安全资源报告系统(Confidential Human Factors Incident Reporting Programme)的研究资料数据表明，13%的航空运行差错与管制员的疲劳有直接关系。

对于高高原机场，管制单位在安排工作时应满足CCAR-93-R5中对管制员执勤时间的要求，同时顾及在高高原的工作环境下人的疲劳程度情况。首先，在制度约束的基础上，考虑白夜班比例、工作时间段繁忙程度，以及管制员的身体素质和资质能力等因素；其次，管理层应该安排一线管制员进行定期培训考核，针对机场的情况不断更新培训内容；最后，建立一套针对本机场的排班制度，不断完善制度以服务于管制员的日常工作。

4 管制员排班计算

4.1 人员定额计算

空中交通管制工作是为了满足正常航空运输要求，保证飞行活动安全有序，考虑到人员因素、环境因素以及其他因素，高高原机场的管制人员数量往往存在“供不应求”的现象，导致管制员的工作疲劳累加。以某高高原机场(下文简称A机场)为例，做塔台管制人员定额计算，依据2019年空管行业检测数据报告中得到的相关数据有

S=[(TkfN×7)/40]×1.6(结果向上取整)

(1)

式中：S为人员配备最低标准；Tkf为日岗位开放时间；N为管制员同时在岗位值班数量。

根据所获得的A机场在2020年8月某天(典型工作日)的数据分析可得该天的管制员工作时间从早上7点左右到晚上11点以后，其准确的管制工作时间为16.3 h(16 h 18 min)，减去每个任务之间等待时间(将间隔大于等于30 min的时间称为等待时间)，可得A机场塔台管制员每日实际执勤时间为16.3-5.2+5.2×0.5=13.7 h，以岗位执勤人员2人(持有执照)计算，计算过程为

每周管制时间为2×13.7×7=191.8 h；

最低管制人员数量为S=[(TkfN×7)/4]×1.6=[(13.7×2×7)/40]×1.6=7.672人，结果向上取整的最低管制人员数量为8人。

4.2 管制员排班

以A机场为例，将该机场的工作时间设置为16 h，分为上午班7：00—15：00，下午班15：00—23：00，每个班8 h，2位管制员在岗。将A机场的8名管制员进行30 d的排班，以满足管制员制度为基础条件，进行基础排班模型建立，再加入高高原运行环境因素对模型限制，优化排班模型，得出高高原机场管制员排班计划。

在以下模型中，以管制员的实际在岗时间的方差保证每名管制员在该模型中排班次数和工作时间相差不大，以此为该模型的目标函数。

设定如下参数：

二元决策变量：

(2)

目标函数：

(3)

基本约束条件：

1)管制员连续执勤时间不超过10 h，故该机场管制员每人每天只能上上午班或者下午班，即一名管制员一天最多只能上一个班。

2)每名管制员连续7 d的执勤时间不能超过 40 h，即该机场管制员7 d内执勤次数不能超过5次(天)。

3)综合考虑高高原机场客观因素，在4 h工作时间后，指挥席与助理席交换位置，降低管制人员疲劳。

则有

Xi,j,w+Xi,j,(w+1)≤1

(4)

(5)

(6)

(7)

综上，将A机场的8名管制员(n=8)代入上述排班模型进行为期30 d(j=30)的排班，简单计算中v约为170 h，将参数和模型代入LINGO.12软件中，得到表3所示的排班结果。其中，以A，B，…，H表示8名管制员。

表3 管制员排班计划

从表3中可以看出，每一名管制员连续24 h的执勤时间不超过10 h，在一个日历周的执勤时间最多为32 h，达到基本管制员执勤时间要求，并且由于高高原工作环境，该排班保留了20%的时间用于管制员休息，降低管制员连续工作带来的疲劳积累，提高管制员工作的安全能力。由此可以得出该排班模型相对合理，针对A机场的高高原运行情况，得出适宜的排班计划。

综上，该模型结合了管制员工作的影响因素以及管制执勤时间制度要求，由A机场可推演到其他相似的高高原机场，由此得到针对高高原机场运行管制员排班模型。

5 结语

管制工作与航空运输安全息息相关，而管制员排班是一项复杂的工作，需要从多方面考虑。高高原机场的管制工作除了基础约束条件外，还需要考虑其他多方面的因素，包括地形、气象、人员招聘困难等，做好高高原管制员排班的计划，有利于高高原机场的发展，并且科学合理的管制员排班制度在减少管制员疲劳、提高管制员身体对环境的适应能力方面有着重要意义。从高高原的运行环境特点考虑，从“人、环、管”3个方面说明环境对人的影响，以及从管理角度应该如何降低风险，做好高高原机场的地面以及空中活动的保障工作。