肖 琴，羅 帆

(武漢理工大學管理學院，武漢430070)

0 引言

機場場面交通沖突指交通工具在跑道、滑行道、停機坪和服務道4個場面區(qū)域運行過程中，發(fā)生的不符合安全規(guī)范的行為，其中，交通工具包括航空器和場面保障車輛，因此場面交通沖突主要包括航空器與航空器之間、航空器與保障車輛之間、保障車輛與保障車輛之間產生的沖突.近年來，我國民航機場場面沖突事件頻繁發(fā)生，危害程度不斷增大，據統(tǒng)計50%的民航不安全事件都發(fā)生在機場場面[1].因此，開展機場場面沖突的研究至關重要.

國內外針對機場場面沖突的研究主要集中在場面沖突監(jiān)測與解決等方面.張睿等[2]提出了基于多Agent的場面沖突監(jiān)測與解脫算法，并通過仿真驗證了該算法的有效性和可行性.朱新平等[3]，針對先進機場場面引導與控制系統(tǒng)(A-SMGCS)，建立了Petri網模型，重點研究了對頭沖突預測與避免控制策略.牟奇峰等[4]，從滑行道沖突監(jiān)視告警、跑道侵入監(jiān)視告警、禁區(qū)闖入監(jiān)視告警、道路通過性檢測、偏離計劃告警5個方面設計了機場場面沖突監(jiān)測告警系統(tǒng).葛亞威等[5]采用先進的機場場面引導與控制系統(tǒng)對航空器滑行道和跑道運行沖突進行了分析，并構建了沖突探測系統(tǒng)框架.此外，系統(tǒng)動力學因其運用系統(tǒng)科學理論與計算機仿真結合研究系統(tǒng)反饋結構與行為的特點，而被廣泛運用于機場路面維修管理和機場終端性能評估[6]等方面.

目前，國內外已有研究只檢測了單一因素的作用結果，未研究因素間相互作用導致的場面沖突風險，部分學者對航空器運動帶來的沖突進行了研究缺乏針對場面保障車輛引發(fā)的場面沖突的研究.此外，已有的研究主要采用的是多Agent、Petri網等模型從靜態(tài)的層面研究了場面沖突風險，缺乏對場面沖突風險動態(tài)演化過程的分析.由于機場場面交通沖突風險是一個具有結構復雜、不確定性高等特點的系統(tǒng)，而系統(tǒng)動力學在仿真復雜系統(tǒng)方面具有其獨特的優(yōu)勢[7]，因此可以運用系統(tǒng)動力學研究該問題.基于此，本文在文獻分析和實地調研的基礎上，明確機場場面沖突的影響因素，構建機場場面沖突風險演化的系統(tǒng)動力學模型，探究因素間的相互作用關系，借助Vensim PLE軟件揭示場面交通沖突風險的演化規(guī)律，對基準情景和策略下的場面沖突風險進行仿真，以期在理論方面彌補既有研究未從管理的角度對場面沖突風險進行研究、無法動態(tài)演化場面沖突風險變化過程及無法反映影響因素相互作用的不足，在實踐方面為機場場面交通沖突風險管控提供有效的指導.

1 SD模型構建

1.1 系統(tǒng)邊界與研究假設

模型建立的目標是分析場面交通沖突風險隨時間的動態(tài)演化情況，以便確定風險控制的最佳時期，探究單風險因素的演化特點.文獻研究和現場調研結果顯示，人、設備設施、環(huán)境和管理是影響機場場面沖突的主要風險因素，增加機場安全投資和完善機場監(jiān)管機制能有效控制機場場面交通沖突風險.本文將機場場面交通沖突限定在交通工具之間，將整個機場場面作為一個系統(tǒng)，把人、設備、管理和環(huán)境作為4個子系統(tǒng)納入到場面交通沖突系統(tǒng)中，分析場面交通沖突風險隨時間的動態(tài)演化過程.

假設1風險值越大導致的損失就越大.

假設2不考慮政府政策、經濟景氣指數、科技發(fā)展水平、戰(zhàn)爭、自然災害等不可抗力對系統(tǒng)的影響.

假設3排除事件的次生影響，即對某一特定場面沖突風險的分析不受當前其他風險事件的交叉影響.

假設4場面交通沖突是一個復雜系統(tǒng)，主要包括人員風險、設備風險、管理風險、環(huán)境風險4個子系統(tǒng)，且每個子系統(tǒng)中的風險因素綜合作用于4個子系統(tǒng)風險.

1.2 SD模型因果關系分析

根據上述分析可知，機場場面交通沖突風險是一個具有內部邊界、存在反饋回路的復雜系統(tǒng)，具體因果關系如圖1所示.其中，包括4個子系統(tǒng)和27個風險因素，“+”表示正關系，即某個變量增加導致另一變量增加；“-”表示負關系，即某個變量增加會導致另一變量減小.由于系統(tǒng)中的反饋回路較多，下面僅選取各子系統(tǒng)中具有代表性的反饋回路進行分析.

(1)人為因素風險子系統(tǒng)中，當人為風險增加時，會加大場面沖突風險發(fā)生的概率，此時相關部門會通過完善場面監(jiān)管機制和規(guī)范機場工作人員的職業(yè)發(fā)展通道來降低人為風險，進而減少場面沖突風險.

(2)設備設施因素風險子系統(tǒng)中，當設備設施風險增加時，會加大場面沖突風險發(fā)生的概率，此時相關部門會通過完善場面監(jiān)管機制和引進新的設備設施來降低設備設施風險，進而減少場面沖突風險.

(3)環(huán)境因素風險子系統(tǒng)中，當環(huán)境風險增加時，加大了場面沖突風險發(fā)生的可能性，此時相關部門會通過完善場面監(jiān)管機制來降低環(huán)境風險帶來的場面沖突風險.

(4)管理因素風險子系統(tǒng)中，當管理風險增加時，會加大場面沖突風險發(fā)生的概率，此時相關部門會通過完善場面監(jiān)管機制、EAP建設、安全培訓投資、機場安全文化建設等手段減少管理風險進而有效控制場面沖突風險.

圖1 場面交通沖突風險因果關系Fig.1 Causality map of airport surface traffic conflict risk

1.3 SD模型流圖

系統(tǒng)流圖能夠清晰地反映系統(tǒng)要素之間的邏輯關系及系統(tǒng)中各變量的性質，進而闡明系統(tǒng)的反饋和控制過程.因此，本研究在機場場面交通沖突風險因果關系圖的基礎上通過量化處理，構建了系統(tǒng)流圖，具體如圖2所示.系統(tǒng)流圖包括5個狀態(tài)變量，6個速率變量，15個輔助變量和20個常數變量.

1.4 模型參數及方程的確定

本文選取我國某機場作為研究對象，該機場的場面沖突事件較頻繁，沖突的類型眾多，具有一定的代表性.通過調研、專家打分、歷史數據分析整理等方式確定模型的參數.采用方程的形式描述系統(tǒng)變量間的邏輯關系，機場場面沖突風險主要變量的表達式為

式中：INTEG是狀態(tài)函數；DELAY1是延遲函數；Y、Yz、Ys、Y0分別表示場面沖突風險的仿真值、增加量、減少量、初始值；A、△A、A0分別表示人員風險的仿真值、變化量、初始值；B、△B、B0分別表示設備設施風險的仿真值、變化量、初始值；C、△C、C0分別表示環(huán)境風險的仿真值、變化量、初始值；D、△D、D0分別表示管理風險的仿真值、變化量、初始值；a1、a2、a3、a4分別表示變量對結果變量的影響系數值.令Y0=0.335 0，A0=0.333 4，B0=0.307 8，C0=0.288 0，D0=0.363 8，a1=0.005 3，a2=0.003 3，a3=0.003 1，a4=0.005 6.

圖2 場面交通沖突風險SD流量圖Fig.2 SD flow graph of airport surface traffic conflict risk

2 SD仿真及結果分析

2.1 模型有效性檢驗

為了保證模型的準確性，在模擬之前需要對模型進行檢驗.首先對模型的結構進行檢驗，在構建機場場面沖突系統(tǒng)動力學模型前，參考了大量的文獻，并結合實地調研提出了機場場面交通沖突風險因素，排除了相關度低的外生因素.此外，軟件的模擬運行結果表明，模型中變量的函數關系式合理.因此，模型的結構符合建模目的，具有合理性.

接著采用現實性測驗和極限測驗兩種模型測試方法來檢驗模型的有效性.對SD模型進行現實性檢驗，假設場面監(jiān)管機制受到某些原因的影響使得其轉化率大大提高，比如政策的鼓勵和懲罰力度加大，此時設置投資轉化率1=IF THEN ELSE(time＜=24,0.243,0.93)，新的運行結果和初始結果不同，多次反復測驗均通過，具體如圖3(a)所示，說明模型的現實性檢驗通過.對模型的極端情況進行檢驗，在機場場面沖突風險、人員風險、設備設施風險、環(huán)境風險、管理風險完全得到控制的情況下，各風險因素會減少至接近0；當各類風險均得不到有效控制時，各風險值會增加至接近1，具體如圖3(b)和圖3(c)所示，該仿真結果符合自然規(guī)律，通過極限檢驗.

2.2 風險預警級別確定

通過征詢專家意見確定機場場面沖突風險、人員風險、設備設施風險、環(huán)境風險、管理風險的預警級別.場面沖突風險、人員風險、管理風險的預警級別均為，無警[0.00,0.38)，輕警[0.38,0.40)，中警[0.40,0.45)，重警[0.45,1.00]；設備設施風險預警級別為，無警[0.00,0.40)，輕警[0.40,0.45)，中警[0.45,0.53)，重警[0.53,1.00]；環(huán)境風險預警級別為，無警[0.00,0.42)，輕警[0.42,0.00)，中警[0.50,0.60)，重警[0.60,1.00].

2.3 模型情景分析

重點研究場面監(jiān)管機制、安全文化建設、規(guī)范職業(yè)發(fā)展通道、引進新的設備設施這4種干預措施在應對場面沖突風險、人員風險、設備設施風險、環(huán)境風險、管理風險過程中的有效性.對基準情景和實行干預方案下的機場場面沖突風險狀況進行仿真，假設分別在4種干預措施方面增加投入30萬元，其中方案1～方案4表示分別在完善場面監(jiān)管機制、安全文化建設、規(guī)范職業(yè)發(fā)展通道、引進新的設備設施方面增加投入30萬元，組合策略表示將30萬元按照18萬、6萬、3萬、3萬元的方式分配到上述4種干預措施.以2017年4月為基期，仿真時間設置為60個月，時間步長設置為1個月.

圖3 模型的有效性檢驗Fig.3 Validation of SD model

2.3.1 機場場面沖突風險

機場場面沖突風險預警仿真結果如圖4所示.初始條件下場面沖突風險值為0.335，在第16個月的時候增加到0.381，第28個月的時候增加到了0.401，第52個月時增加到了0.450.其中有55%的時間處于中警和重警的警級，說明機場場面沖突風險警情較嚴重.由圖4可知，方案1＞組合策略＞方案3＞方案2＞方案4＞初始結果，即完善場面監(jiān)管機制、機場安全文化建設、規(guī)范機場員工職業(yè)發(fā)展通道、引進新設備設施、組合策略均能緩解場面沖突風險，且完善場面監(jiān)管機制的效果最顯著，機場安全文化建設、規(guī)范機場員工職業(yè)發(fā)展通道、引進新設備設施雖然能使風險值有所降低但是效果不明顯，組合策略對降低場面沖突風險的效果不如單獨完善場面監(jiān)管機制的效果好.

圖4 場面沖突風險仿真結果Fig.4 Simulation result of airport surface traffic conflict risk

2.3.2 人員風險

人員風險的仿真結果如圖5所示.初始條件下人員風險值為0.333，在第17個月時增加至0.382，第27個月時增至0.402，第48個月時增至0.454.其中有26.67%的時間處于無警、16.67%的時間處于輕警、35%的時間處于中警、21.67%的時間處于重警，說明機場人員風險警情較嚴重.方案3＞方案1＞組合策略＞方案2＞方案4=初始結果，即規(guī)范機場員工職業(yè)發(fā)展通道、完善場面監(jiān)管機制、組合策略對降低人員風險的效果顯著，機場安全文化建設雖然能在一定程度上緩解人員風險，但是卻未能改變其變化趨勢，組合策略的效果沒有單獨規(guī)范職業(yè)發(fā)展通道和完善場面監(jiān)管機制的效果佳.

圖5 人員風險仿真結果Fig.5 Simulation result of human risk

2.3.3 設備設施風險

設備設施風險仿真結果如圖6所示.初始條件下人員風險值為0.308，在第36個月時增加至0.401，第58個月時增至0.402，第48個月時增至0.453.其中只有5%的時間處于中警級別，大部分時間處于無警狀態(tài)，說明設備設施風險的警情不是很嚴重.方案1＞方案4＞組合策略＞方案2=方案3=初始結果，即完善場面監(jiān)管機制、引進新設備設施、組合策略均能顯著降低設備設施風險，且完善場面監(jiān)管機制的作用更顯著.

圖6 設備設施風險仿真結果Fig.6 Simulation result of equipment risk

2.3.4 環(huán)境風險

環(huán)境風險仿真結果如圖7所示.初始條件下人員風險值為0.288，在第50個月時增加至0.424，到第60個月時增至0.459.環(huán)境風險在所有時間中均處于輕警及以下級別，說明環(huán)境風險的警情相對較輕.方案1＞組合策略＞方案2=方案3=方案4=初始結果，即完善場面監(jiān)管機制、組合策略均能將環(huán)境風險有效地控制在無警狀態(tài)，且單獨完善場面監(jiān)管機制的效果更優(yōu).

圖7 環(huán)境風險仿真結果Fig.7 Simulation result of environment risk

2.3.5 管理風險

管理風險仿真結果如圖8所示.初始條件下人員風險值為0.364，在第11個月時增加至0.382，到第25個月時增至0.401.其中有60%的時間處于中警級別，說明管理風險警情較嚴重，需要采取有效措施預防中警轉化為重警.方案1＞組合策略＞方案2＞方案3=方案4=初始結果，即完善監(jiān)管機制、機場安全文化、組合策略建設均能有效控制管理風險，使其處于無警狀態(tài)，且單獨完善場面監(jiān)管機制的效果好.

圖8 管理風險仿真結果Fig.8 Simulation result of management risk

3 結論

本文在機場場面沖突風險影響因素分析的基礎上，構建了場面沖突風險的系統(tǒng)動力學演化模型，描述了場面沖突風險因素間的相互作用關系，揭示了場面沖突風險、人員風險、設備設施風險、環(huán)境風險、管理風險的演化機理.模擬仿真了不同的策略對場面沖突風險改善效果.完善場面監(jiān)管機制、建設機場安全文化、規(guī)范員工職業(yè)發(fā)展通道、引進新設備設施能有效緩解場面沖突風險；完善場面監(jiān)管機制、建設機場安全文化、規(guī)范員工職業(yè)發(fā)展通道能有效緩解人員風險；完善場面監(jiān)管機制、引進新設備設施能有效緩解設備設施風險；完善場面監(jiān)管機制能有效緩解環(huán)境風險；完善場面監(jiān)管機制、建設機場安全文化能有效緩解管理風險；同時增加完善場面監(jiān)管機制、建設機場安全文化、規(guī)范員工職業(yè)發(fā)展通道、引進新設備設施方面的投資能有效降低場面交通沖突風險、人員風險、設備設施風險、環(huán)境風險、管理風險，但均沒有單獨增加完善場面監(jiān)管機制投資的效果理想，因為總有方案能使其對應的風險降低，然而多數方案對該風險的效果不明顯或者無效果，當采取組合策略時，總體效果會受到無效方案的限制不能發(fā)揮最大效應，所以組合策略的效果不如單一策略的效果好.本文為機場完善場面沖突風險預防方案和制定針對性風險緩解策略提供了有力支撐.