通用机场机坪运行安全风险评估方法研究

李明捷，黄诗轶

（中国民用航空飞行学院机场学院，广汉 618307）

0 引 言

通用航空短途运输相较于铁路、公路等交通方式而言，具有受地形限制小、投资少、灵活性强等特点。自2020 年1 月1 日民航局《B 类通用机场备案办法（试行）》实施以来，通用机场备案数量持续增加。截至2020 年6 月底，纳入民航行业管理的通用机场数量达290 个，其中A 类通用机场111个（A1 类75 个，A2 类22 个，A3 类14 个），通用机场在数量上首次超过运输机场，其类型主要为跑道型和高架直升机场。与运输机场相比，通用机场具有航空器品种繁杂、使用机型多、飞行时间不确定、飞行作业项目多样化、基础设施不完善、机场运行保障资源不足、从业人员培训不到位、运行管理不规范等特点，这给通用机场机坪运行安全带来很大风险。

目前，国内外对民用航空运输安全的研究多侧重于运输航空的飞行安全和空中交通服务。ISO/IEC 31010—2009《风险管理——风险评估技术》推荐了31 种用于风险评估的技术方法；刘刚等采用主观赋权与客观赋权相结合的组合赋权法确定评价指标的权重，建立了机场机坪安全风险双层次灰色评价模型，综合评价机坪的安全状况，主客观组合赋权得到更为科学合理的权重系数，所采用的灰色评价方法能与机坪的安全风险灰色特征相适应；张晓全等采用事故树的方法定性分析原因，系统建立了机场机坪安全评价指标体系，采用灰色关联分析对机场机坪区域的整体风险进行评价，定性分析和定量分析相结合的综合评价模型较好地解决了评价指标难以准确量化和统计的问题，但所用的灰色评价方法只是对评判对象的优劣做出鉴别，并不反映绝对水平；陈明亮等运用事件树、故障树、Bowtie 等方法建立机坪运行的安全绩效指标，提出基于安全绩效的机坪运行风险评估模型，进行多层级运行风险评估，但权重的确定依据海恩法则并结合专家评价较为主观。为克服常权的主观性，突出较差指标对评估结果的影响，研究者对变权理论进行研究。为克服模糊综合评价中隶属度确定不明确，避免评价过程大量运用主观判断，导致因素权重的确定带有一定的主观性问题，还有一些研究者运用可变模糊集理论、相对差异函数等评价方法，去除风险评价中的主观因素。

本文结合通用航空机坪运行特点，建立通用机场机坪风险评价指标体系；采用变权理论和相对差异函数相结合的方法，评估通用机场机坪运行安全风险；并以某飞行训练机场为实例，对方法的可行性进行验证。

1 通用机场机坪风险识别及风险评估指标体系的构建

本文采用专家咨询法和模糊统计法，结合通用机场机坪典型不安全事件致因，参考中国民用航空局已施行的民用机场安全评估指标体系，依据《通用机场管理规定》（征求意见稿）、《运输机场机坪运行管理规则》等相关的法律法规和规范性文件，从硬件、软件、人和环境四个方面考虑，初选出评价指标。通过征求相关工作人员及专家，根据参考文献［13-14］的要求，最终建立由设施设备因素A、管理因素B、人员因素C、环境因素D 共4个一级评价指标，及机坪道面完好率A等14 个二级指标的通用机场机坪风险评估指标体系，如图1所示。由于通用航空机坪设施设备配备受机场用途、飞行区等级、使用时间和频率等因素影响较大，故选取机坪道面完好率A、机坪隔离防护措施A、目视助航设施A及特种设备配置情况A作为评价指标；通用机场机坪运行安全管理主要参照运输机场执行，管理水平参差不齐，因此选用规章制度完善程度B、应急预案完善程度B、车辆驾驶管理情况B、特种设备完好率B等作为评价指标；通用机场普遍存在专业人员短缺、培训不到位等情况，故选取人员技术水平C、平均年龄C及培训合格率C等作为评价指标；环境因素主要考虑天气与气象条件D、涉及连续作业或夜间运行的机坪动态环境条件D以及机坪卫生状况D。

图1 通用机场机坪安全风险评估指标体系Fig.1 Risk assessment index system of general airport apron

2 变权的基本原理

本文将变权思想引入到风险评价中来。变权原理的中心思想是：指标因素的权重随着因素状态值的变化而变化，以使指标因素的权重更好体现相应指标因素在评价中的作用。其基本步骤如下：

确 定 状 态 变 权 向 量 S=[()，()，...，S()]。

当0≤x≤时，惩罚程度最大；当＜x≤时，惩罚程度随x的增大而减小；当＜x≤时，对该指标因素主观上既不惩罚，也不激励；当＜x≤1时，对该指标因素进行激励，且激励程度随x的增大而增大。

计算各评价指标变权值。由以上定义，根据变权原理，指标的变权可以表示为

变权向量w是常权向量与状态变权向量S的Hardarmard 乘积。因此可以通过构造状态变权向量的途径来构造变权。

3 相对差异函数模型及其指标特征值的模糊化

常用的隶属度向量确定方法有模糊统计方法、专家经验法和利用分布函数将指标特征值模糊化等。模糊统计方法和专家经验法往往受专家经验和认识程度的影响，结果差别较大，且形式、区间固定，可调节性差。赵然杭等提出的可变模糊集理论中，相对差异函数模型的具体实质与优点详见文献［10］。因此本文采用该方法确定因素的安全隶属度向量，相对差异函数的具体定义详见文献［10］。

点、与［，］及［，］的位置关系如图2 所示，点与区间定义及参数间的关系详见文献［6-10］。

图2 点x、M 与［a，b］及［c，d］的位置关系Fig.2 The positional relationship between the point x，M and［a，b］，［c，d］

落 到点 左 侧 时：

落 到点 右 侧 时：

式中：为非负指数，通常可取=1，即相对差异函数模型为线性函数。

式（3）或 式（4）满 足：当=或=时，D()=0；当=时，D()=1；当=，=时，D()=-1。

D()确定以后，根据式（5）可求解相对隶属度μ()为

通过此方法可得到最终的隶属度矩阵，方法步骤详见文献［10］。

4 实例分析

4.1 变权值的计算

以某飞行训练机场为评价对象，首先采用层次分析法获取各指标的常权，然后采用公式（1）和公式（2）计算评价指标体系的状态变权和变权值。考虑民航高风险的行业特点，必需加大惩罚力度，相对减小激励力度。但由于通用机场的设施设备配备与维护情况、人员的培训情况、规章制度的完善情况普遍较低，取定否定水平=0.6，及格水平=0.7，激励水平=0.9，激励调节水平=0.8。即当某个指标因素评价模糊值低于0.6 时，对其惩罚程度达到最大；而在0.6～0.7 之间时，惩罚程度相对减小；在0.7～0.9 之间时，不惩罚也不激励；在0.9～1.0 之间时才对该因素指标进行激励，目的是减小评价指标因素的激励程度。先采用层次分析法获取各个指标的常权，然后通过专家打分分别得到风险可能性和风险严重度的分值，如表1所示。

表1 机坪安全风险评估指标体系及权重取值Table 1 Apron safety risk assessment index system and weight values

由于式（1）中的x一般是0～1 之间的一个数值，数值越大表示该项指标安全性越高，系统风险越小。故需采用极差变换法，对其进行标准化处理为［0，1］之间的无量纲数值，指标值越大表示该项指标安全性越好，处理后的结果见表1 括号中的数值。从表1 可以看出：变权考虑了各项指标在整个整体评价中的重要性，在指标A 中，该机场目视助航设施A的分值仅为0.50，位于否定水平之下，通过变权计算，将其权重由原来的0.073 调整至0.160，增强了该指标在整个评价体系中的权重。避免由于该因素对评价结果的影响被其他因素中和，而使得整个系统的危险性降低。

4.2 隶属度的确定

安全风险是对危险源的可能性与严重程度的度量，即对危险源后果的评估。通常情况下，安全风险是通过可以度量的数字形式来确定的。安全风险=风险可能性×风险严重度，安全风险可能性是指危险源发生的可能性。如把安全风险可能性定义为［0，1）、［1，2）、［2，3）、［3，4）及［4，5］五个区间，每个区间分别对应极不可能、不可能、较少、偶尔、频繁。安全风险严重度是指某一危险源导致的后果的严重程度。如把安全风险严重度定义为［0，1）、［1，2）、［2，3）、［3，4）及［4，5］五个区间，分别表示可忽略的、较小的、重大的、危险的和灾难的。

以一级评价指标设施设备A 中的4 个二级评价指标为例，简要说明其风险可能性和风险严重度隶属度的计算。首先，确定4 个指标风险可能性和风险严重度的吸引域矩阵和全体范围域矩。

其次，计算风险可能性，根据表1 数据，=(1 0.5 2.5 1.5)，根据的物理意义以及四个评价指标的特性，详见上述隶属度确定的定义与方法，得到：

运用公式（3）、公式（4）和公式（5）求取其风险可能性隶属度矩阵，得到：

归一化计算后得到：

同理可得其他各指标值的严重程度和隶属度矩阵，由于篇幅限制具体计算过程不再罗列。

4.3 计算风险可能性和严重度向量

由同理可以计算得到通用机场机坪安全风险可能性向量和严重度向量：

同理，可计算得到指标A 的严重度向量以及B，C，D 的风险可能性和风险严重度向量，将以上数据进行整理得到整个评价指标体系的风险可能性矩阵及风险严重度矩阵，即：

由式（1）和式（2）计算得到A，B，C，D 的变权值w=（0.175 0.488 0.248 0.089）。

则通用机场机坪安全风险可能性向量和严重度向量为

4.4 模糊综合值的计算

对和进行归一化处理后，通用机场机坪安全风险可能性综合值和严重度综合值分别为：

某通用机场机坪系统风险综合值为=×=3.203×3.272≈10.480。根据参考文献［18-19］采用的分级方法，则该机场风险度分级如表2所示。

表2 风险度分级Table 2 Risk level grading

采用模糊综合评价对该通用机场机坪安全风险状况进行评估，结果对比情况如表3 所示。

表3 计算结果对比Table 3 Calculation results contrast

从表3 可以看出：变权与相对差异函数的运用，不仅可以考虑风险状况较差的单个指标对评价结果的影响，使得评价结果更为客观真实；并且能够消除模糊评判隶属度向量物理意义不确定、受专家经验和认识局限等缺点，具有适合区间形式标准值等优点。根据变权与相对差异函数评价结果，则该机场的机坪处于高度风险，机场应立即采取措施，如加强目视助航设施的完善、增加特种设备的配置、加大对特种设备的维护力度、提高人员的培训合格率、改善人员的工作条件、加强机坪卫生监管等，直至风险降低后才能恢复工作。

5 结 论

（1）本文采用变权方法对常权重进行调节，实现了对较差指标的“惩罚”，使得风险评估的结果更加客观合理。

（2）利用可变模糊评价中的相对隶属函数对风险度和后果严重程度的隶属度矩阵进行计算，进而得到风险度对应的等级，便于对通用机场机坪安全风险状况进行评估。

（3）变权和相对差异函数的方法为深入开展我国通用机场机坪安全评价提供理论参考依据。