孫瑞山 唐 品

（中國民航大學(xué)民航安全科學(xué)研究所 天津 300300）

0 引言

近年來由于飛行器的可靠性、自動化程度和安全性都有了很大提高，故飛行事故顯著減少，但在世界范圍內(nèi)航空事故依舊時有發(fā)生，每次重大航空事故都給世界帶來1次震動，飛行安全水平仍然不能滿足人們的期望。據(jù)統(tǒng)計，2011年世界范圍內(nèi)就發(fā)生了29次飛行事故，共導(dǎo)致522人死亡［1］。為了提高航空安全水平、減少航空事故，ICAO 于2006年提出在各成員國建立安全管理體系（SMS），SMS自推廣實施以來也已取得一定成效。SMS的核心是安全風(fēng)險管理，安全風(fēng)險管理包括危險識別、風(fēng)險概率分析、風(fēng)險嚴(yán)重度分析、風(fēng)險的可容忍度評定以及控制／緩解安全風(fēng)險。飛行作為航空運行的核心內(nèi)容對保證航空安全來講至關(guān)重要，只有保證飛行安全才能最大程度的保證航空安全，這就要求必須識別、評定飛行風(fēng)險并對飛行風(fēng)險進(jìn)行控制／緩解。特內(nèi)里費空難是航空史上死亡人數(shù)最多的空難。當(dāng)時，洛司羅迪歐機(jī)場大霧、機(jī)場非常繁忙且只有1條跑道，荷蘭航空公司的機(jī)長也因長時間的等待而心煩意亂。這些潛在的大量風(fēng)險未被及時發(fā)現(xiàn)并加以控制和緩解，從而導(dǎo)致航空史上的慘案。如果在飛行前就能辨識航班的飛行風(fēng)險并將風(fēng)險控制在可接受水平之下，便很有可能避免此次事故的發(fā)生。因此，需要開發(fā)1個航班飛行安全風(fēng)險評估工具，在飛行前快速評估航班飛行風(fēng)險，及時作出風(fēng)險預(yù)警，為保證飛行安全提供支持。

1 國內(nèi)外飛行風(fēng)險評估工具分析

1.1 飛行風(fēng)險評估工具研究現(xiàn)狀

國外對航空安全研究的起步較早，已研發(fā)一些飛行風(fēng)險評估工具。1995年，飛行安全基金會（FSF）完成可控飛行撞地（CFIT）研究并形成CFIT 檢查單［2］，檢查單幫助FSF CFIT 研究小組實現(xiàn)5年內(nèi)將CFIT事故減少50%的目標(biāo)［3］。1996年，F(xiàn)SF 開始研究進(jìn)近和著陸事故，1998年完成工作，開發(fā)了ALAR（approach－and－landing accident reduction）工具箱［4］。ALAR 工具箱包含進(jìn)近和著陸預(yù)警工具［5］（approach and landing risk awareness tool）以及偏出跑道預(yù)警工具［6］（runway excursion risk awareness tool），用來分別評估進(jìn)近和著陸階段的風(fēng)險以及飛機(jī)偏出跑道的風(fēng)險。2007年7月3日，F(xiàn)AA發(fā)布了飛行風(fēng)險評估工具（flight risk assessment tool，F(xiàn)RAT）［7］。FRAT 來自對歷史事故原因的分析統(tǒng)計，分析評估了38類導(dǎo)致飛行事故的原因的可能性、嚴(yán)重度和權(quán)重值。美國國家航空運輸協(xié)會（NATA）也根據(jù)FRAT 開發(fā)了1個在線軟件IC Check，IC Check可自動計算每個航班的FRAT風(fēng)險值，但是需要手動填寫每個評估項目［8］。2010年3月3日，在包機(jī)安全基金會2010年（Air Charter Safety Foundation＇s 2010）的安全研討會上，NATA 又發(fā)布了一款能夠高效便捷地滿足安全管理體系需求的風(fēng)險評估工具RA Check［9］。RA Check通過自動化程序 整 合FRAT，使其操作更加快速，簡單和準(zhǔn)確。加拿大運輸部為小型航空運營人提供的安全管理工具箱中包含1個飛行前風(fēng)險評估工具（Pre－flight Risk Assessment）［10－11］，工具包 含14個飛行風(fēng)險因素。飛行風(fēng)險評估和檢查單（flight／no flight risk assessment and checklist）［12］由LSA North 發(fā)布，它采用檢查單的形式從人、機(jī)、環(huán)三方面分析評價航班飛行風(fēng)險。

我國民航對飛行風(fēng)險評估工具的研究較少，還沒有適用的評價航班飛行風(fēng)險的全面、快速的飛行安全風(fēng)險評估工具。已有的評估工具也并非直接針對我國民航，所以在某些地方可能并不適用于中國民航，因此要在借鑒已有的研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合中國民航實際，研究更完善的航班飛行安全評估工具，為建立實施航班安全風(fēng)險評估提供理論和技術(shù)支持。

1.2 飛行風(fēng)險評估工具全面性分析

飛行風(fēng)險評估工具包含的航班飛行風(fēng)險因素越全面，對航班飛行安全風(fēng)險評估越準(zhǔn)確、有效。因此，從工具包含風(fēng)險因素的全面性方面對飛行風(fēng)險評估工具進(jìn)行分析。分析分為2個步驟，一是分析影響航班飛行安全的風(fēng)險因素，二是具體分析各個飛行風(fēng)險評估工具的全面性。

1.2.1 航班飛行風(fēng)險因素分析

航班運行是1 個人－機(jī)－環(huán)系統(tǒng)，同時受到組織管理的影響，組織管理對航班安全來講一般無直接作用，但是可間接、長久的影響并作用于航班飛行安全，所以，應(yīng)從人機(jī)環(huán)管4方面分析航班飛行安全風(fēng)險因素。人指飛行機(jī)組，包括飛行員（正駕駛和副駕駛）以及飛行員間的人－人交接面。飛行員的風(fēng)險因素可概括為為能力、心理／生理狀態(tài)［13－15］；飛行員之間的人－人交接面即CRM［16－17］。飛機(jī)風(fēng)險可從飛機(jī)適航狀態(tài)方面進(jìn)行分析。環(huán)境不僅包括自然環(huán)境也包括運行環(huán)境。自然環(huán)境包含整個航線上的自然環(huán)境，即起飛機(jī)場、航路以及目的機(jī)場的自然環(huán)境；運行環(huán)境主要包括（起飛和目的）機(jī)場的運行環(huán)境、ATC／進(jìn)近程序和航班運行類型。分析組織管理對航班飛行安全的影響時應(yīng)從從政策制定的合理性和變更管理對航班安全的影響兩方面進(jìn)行。綜上，對航班飛行安全風(fēng)險的分析可從飛行員能力、飛行員生理狀態(tài)、飛行員心理狀態(tài)、CRM、飛機(jī)的適航狀態(tài)、機(jī)場和航路的自然環(huán)境、機(jī)場的運行環(huán)境、ATC／進(jìn)近程序、航班運行類型、組織管理10個維度展開。見圖1。

圖1 航班飛行風(fēng)險因素Fig.1 Flight risk factors

1.2.2 飛行風(fēng)險評估工具分析

FSF發(fā)布的CFIT 檢查單、進(jìn)近和著陸預(yù)警工具以及偏出跑道預(yù)警工具專門評估進(jìn)近和著陸階段的風(fēng)險，對起飛和航路階段的飛行風(fēng)險并未考慮，不能用來評估航班整個飛行階段的風(fēng)險。FAA 發(fā)布的FRAT 用來評價航班整個飛行階段的風(fēng)險，風(fēng)險因素包含飛行員的資格和經(jīng)驗、環(huán)境條件（包含自然環(huán)境和運行環(huán)境）和設(shè)備情況。FAA 稱FRAT是評估飛行風(fēng)險最全面、最有效的工具，但對FRAT 分析后發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)RAT 未納入機(jī)組執(zhí)行飛行前的心理狀態(tài)、機(jī)組資源管理（CRM）和管理方面的風(fēng)險因素。加拿大運輸部提供的飛行前風(fēng)險評估工具主要針對小型運營人而設(shè)計，為了使評估快速簡單，僅包含14個飛行風(fēng)險因素，未考慮飛行員的心理／生理狀態(tài)、機(jī)場設(shè)備、管制等情況。LSA North發(fā)布的飛行風(fēng)險評估和檢查單包含飛行員的生理／心理狀態(tài)風(fēng)險、天氣情況和飛機(jī)適航性3方面的因素，并未涉及到機(jī)場的跑道狀況、設(shè)備情況、飛行機(jī)組的資格經(jīng)驗和值班／休息情況等風(fēng)險因素。另外，工具中部分問題并無明確指標(biāo)，主要靠飛行員自己的主觀感知作答，如“我是否休息足夠并能保持警惕”，在回答這類問題時容易帶入飛行員自己的主觀想法，導(dǎo)致和實際情況產(chǎn)生偏差。見表1。

2 航班飛行安全風(fēng)險評估模型研究

2.1 航班飛行安全風(fēng)險指標(biāo)體系

建立評價航班飛行安全風(fēng)險指標(biāo)時應(yīng)遵循科學(xué)性、全面性、系統(tǒng)性和可行性的原則。因此，根據(jù)航班飛行特點，建立了基于“人－機(jī)－環(huán)－管”的航班飛行安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系U［18］見表2。指標(biāo)體系U是1個遞階層次結(jié)構(gòu)，由4級指標(biāo)體系組成。航班飛行安全風(fēng)險狀況由1級指標(biāo)中4個因素指標(biāo)的安全風(fēng)險狀況綜合得到。根據(jù)1級指標(biāo)的特點，將其分為10個2級指標(biāo)，層層向下演繹，得到便于量化的終端風(fēng)險因素，然后根據(jù)終端風(fēng)險因素形成4級指標(biāo)（略）。

表1 飛行風(fēng)險評估工具比較Tab.1 The comparison of flight risk assessment tools

表2 航班飛行安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系UTab.2 Index system U of flight safety risk assessment

這里僅以2 級指標(biāo)中的飛行員能力U11為例，給出3級指標(biāo)和4級指標(biāo)確定過程。其中3級指標(biāo)綜合反映2級指標(biāo)飛行員能力的風(fēng)險，將3級指標(biāo)向下演繹得到終端風(fēng)險因素，見圖2，T為終端風(fēng)險因素。

圖2 飛行員能力方面的風(fēng)險因素Fig.2 Risk factors about pilots’ability

然后，根據(jù)終端風(fēng)險因素得到評價3級指標(biāo)的4級指標(biāo)見表3。

表3 飛行員能力評價指標(biāo)Tab.3 Index of pilots’ability

2.2 航班飛行風(fēng)險計算模型

航班飛行受多種飛行風(fēng)險因素影響，但某些影響因素的界定具有一定的模糊性，如飛行員值班時間引起的疲勞程度等很難對其具體量化。另外，航班飛行安全風(fēng)險評估是1個多層次的評估過程，所以對多層次多因素且因素具有模糊性的航班飛行安全風(fēng)險評估問題采用層次分析法（AHP）結(jié)合模糊函數(shù)的方法進(jìn)行。航班飛行風(fēng)險值計算模型見圖3。

圖3 航班飛行風(fēng)險值計算模型Fig.3 Calculation model of flight risk value

根據(jù)統(tǒng)計資料得到1級指標(biāo)的權(quán)重，采用層次分析法確定2級指標(biāo)、3級指標(biāo)和4 級指標(biāo)的權(quán)重。航班飛行風(fēng)險值Risk 由1級指標(biāo)的風(fēng)險值綜合反映，計算模型為

式中：μi為1級指標(biāo)i的權(quán)重；Ui為1級指標(biāo)i的風(fēng)險值。

1）1級指標(biāo)風(fēng)險值。1 級指標(biāo)的風(fēng)險值Ui由2級指標(biāo)的風(fēng)險值綜合反映，計算公式為：

式中：γj為2級指標(biāo)j的權(quán)重；Uij為2級指標(biāo)j的風(fēng)險值。

2）2級指標(biāo)風(fēng)險值。2級指標(biāo)的風(fēng)險值Uij由3級指標(biāo)的風(fēng)險值綜合反映，計算公式為

式中：ωk為3級指標(biāo)k的權(quán)重；Uijk為3級指標(biāo)k的風(fēng)險值。

3）3級指標(biāo)風(fēng)險值。3級指標(biāo)的風(fēng)險值Uijk由4級指標(biāo)的風(fēng)險值綜合反映，計算公式為

式中：λp為4級指標(biāo)p的權(quán)重；Uijk（p）為4級指標(biāo)p的風(fēng)險值。

4）4級指標(biāo)風(fēng)險值。將4級指標(biāo)風(fēng)險值的范圍定義為1～10，數(shù)值越小風(fēng)險值越小，即1表示最低風(fēng)險，10表示最高風(fēng)險。按其量化的容易程度可將4級指標(biāo)分為2類，一類為容易量化的指標(biāo)，如雷暴天氣的風(fēng)險值；另一類為難以量化的指標(biāo)，這類指標(biāo)具有一定的模糊性，如前面提到的飛行員值班時間引起的疲勞程度。根據(jù)4級指標(biāo)的類型，采用不同的方法確定指標(biāo)風(fēng)險值Uijk（p）。

容易量化的指標(biāo)風(fēng)險值確定：采用不確定分布估計的方法，根據(jù)多個專家的多組經(jīng)驗數(shù)據(jù)（每位專家給出n組有關(guān)該指標(biāo)的經(jīng)驗數(shù)據(jù)），得到指標(biāo)的經(jīng)驗分布，根據(jù)經(jīng)驗分布估算指標(biāo)風(fēng)險值。

難以量化的指標(biāo)風(fēng)險值確定：由于指標(biāo)的模糊性，引入模糊函數(shù)計算指標(biāo)的風(fēng)險值。

3 航班飛行安全風(fēng)險快速評估工具設(shè)計

航班飛行安全風(fēng)險評估過程是由4級指標(biāo)層層向上推演，直至得出最上層風(fēng)險值即航班飛行安全風(fēng)險值的過程，運算過程較為復(fù)雜，且4級指標(biāo)中難以量化的指標(biāo)風(fēng)險值確定采用模糊函數(shù)確定，人工較難完成。因此，設(shè)計1個航班飛行安全風(fēng)險快速評估工具使評估過程快速簡單，快速評估工具需擁有以下特點：

1）航班飛行數(shù)據(jù)獲取方便快速。

2）實現(xiàn)自動評估航班風(fēng)險。

3）找出航班飛行中的高風(fēng)險因素，及時預(yù)警，與飛行員溝通以便提早準(zhǔn)備，或者根據(jù)高風(fēng)險因素做出風(fēng)險控制措施。

基于上述要求，設(shè)計了數(shù)據(jù)庫、快速評估方案和高風(fēng)險預(yù)警方案來支持航班飛行風(fēng)險評估工具的執(zhí)行，形成航班飛行安全風(fēng)險快速評估工具。

3.1 數(shù)據(jù)庫

3.1.1 數(shù)據(jù)庫組成

數(shù)據(jù)庫包括飛行員信息庫、飛機(jī)健康管理系統(tǒng)、機(jī)場信息庫、組織管理信息庫、航班信息五部分。

飛行員信息庫包含4個部分，分別為飛行員能力、心理狀態(tài)評估、生理狀態(tài)記錄和CRM 記錄。其中飛行員能力部分詳細(xì)記錄了飛行員的基本信息、取得的資格、飛行經(jīng)歷、培訓(xùn)情況、英語水平等；對飛行員的心理狀態(tài)評估記錄了飛行員生活事件以及人格測量結(jié)果；生理狀態(tài)記錄中記錄了飛行員值班／休息情況、睡眠質(zhì)量調(diào)查、身體狀況記錄三方面的信息。CRM 中記錄了機(jī)組搭配信息和CRM 培訓(xùn)信息等。飛機(jī)健康管理包含4個部分，分別為飛機(jī)基本信息、維護(hù)記錄、異常情況記錄和機(jī)載設(shè)備記錄。其中飛機(jī)的基本情況記錄了飛機(jī)的生產(chǎn)時間、機(jī)型、設(shè)備、發(fā)動機(jī)等信息。維護(hù)記錄包含飛機(jī)的大修、小修、改裝、定檢、服務(wù)通告／適航指令等情況。異常情況記錄記載了飛機(jī)曾出現(xiàn)的異常情況。機(jī)載設(shè)備記錄詳細(xì)記錄了飛機(jī)的機(jī)載設(shè)備情況以及飛機(jī)的MEL和CDL。機(jī)場信息庫包含機(jī)場位置、跑道狀況、基礎(chǔ)設(shè)施、平均起降架次、附近可供備降的機(jī)場以及備降機(jī)場的基本情況等。組織管理信息庫記錄了公司的政策制定、管理變更和主要職位人員變更的情況等。航班信息包含了航班號、航班的起降機(jī)場、航路結(jié)構(gòu)、航線氣象等信息。

3.1.2 數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)分類

類如飛行員的人格、培訓(xùn)情況以及機(jī)場設(shè)備等信息在短期內(nèi)變化不會太大，而飛行員的值班時間、天氣等這些數(shù)據(jù)都在不斷更新，所以根據(jù)數(shù)據(jù)更新的快慢將數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)劃分為兩類，即動態(tài)數(shù)據(jù)和靜態(tài)數(shù)據(jù)。動態(tài)數(shù)據(jù)隨時更新，為實時數(shù)據(jù)，靜態(tài)數(shù)據(jù)定期更新。但是對定期更新的數(shù)據(jù)來講，不同信息變化快慢也會存在不同，比如飛行員的人格在短期內(nèi)變化并不大，而心理狀態(tài)受各種生活事件的影響可定在短期內(nèi)會發(fā)生變化，基于這種情況將靜態(tài)數(shù)據(jù)的更新周期分為6個月、3個月和1個月。見圖4。

圖4 兩類數(shù)據(jù)Fig.4 two kinds of data

3.2 快速評估方案

系統(tǒng)通過3個途徑實現(xiàn)航班飛行安全風(fēng)險快速評估；①自動整合數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)；②采用直接調(diào)用信息的模式；③自動計算航班值。所謂的自動整合是指根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的信息，系統(tǒng)自動將其整合為評估工具中的指標(biāo)信息。直接調(diào)用模式是通過將飛行員的工號、飛機(jī)尾號、公司名稱、航班號與數(shù)據(jù)庫中的信息相連實現(xiàn)的；評估時，只需輸入員工工號、飛機(jī)尾號、公司名稱、航班號即可得到航班飛行風(fēng)險因素。而后，系統(tǒng)按照系統(tǒng)中設(shè)定的算法自動計算出航班飛行安全風(fēng)險值。如此便實現(xiàn)了評估過程的簡單快速。見圖5。

圖5 航班飛行安全風(fēng)險快速評估過程Fig.5 The rapid assessment process of flight safety risk

3.3 高風(fēng)險預(yù)警方案

在評估結(jié)果中給出航班飛行安全風(fēng)險值的同時，也輸出1，2，3，4級指標(biāo)的風(fēng)險值，并將高風(fēng)險的指標(biāo)（風(fēng)險值大于8）的指標(biāo)用紅色標(biāo)出，較高風(fēng)險指標(biāo)（風(fēng)險值為6～8）用黃色標(biāo)出，運營人只需觀看航班飛行風(fēng)險值即可掌握航班風(fēng)險程度，同時也可根據(jù)指標(biāo)的風(fēng)險程度了解需要特別小心之處，以便提高警惕或?qū)Ω唢L(fēng)險因素作出風(fēng)險控制措施。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)有的飛行風(fēng)險評估工具的基礎(chǔ)上結(jié)合中國民航特點建立了航班飛行安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系，利用層次分析法結(jié)合模糊函數(shù)構(gòu)建了航班飛行風(fēng)險計算模型。為了使評估快速高效，設(shè)計了航班飛行安全風(fēng)險快速評估工具。在工具中設(shè)計了數(shù)據(jù)庫、快速評估方案和高風(fēng)險預(yù)警方案，使其在使用時更加快速高效。航空公司可將此快速評估工具納入SMS中作為安全管理工具的一部分，為安全管理服務(wù)。在航班起飛前可使用航班飛行安全風(fēng)險快速評估工具評估航班的飛行風(fēng)險，以期及時作出風(fēng)險預(yù)警，方便管理者和飛行員采取措施，控制風(fēng)險。

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