戴 琦

（上海建科工程咨詢有限公司， 上海 20032）

不停航機場改造工程風險識別與貝葉斯網(wǎng)絡動態(tài)評估研究

戴 琦

（上海建科工程咨詢有限公司， 上海 20032）

針對不停航機場改造工程的特點，結(jié)合工作分解結(jié)構(gòu)(WBS)—風險分解結(jié)構(gòu)(WBS)，對工程風險進行識別，形成主要風險事件的故障樹。在此基礎上，使用貝葉斯網(wǎng)絡對風險事件進行評估，明確風險值，從而對后續(xù)的針對性防范措施提供依據(jù)。

故障樹分析；工作分解結(jié)構(gòu)(WBS) ；風險分解結(jié)構(gòu)(RBS) ；貝葉斯網(wǎng)絡；動態(tài)風險評估

0 引 言

隨著我國國民經(jīng)濟的快速穩(wěn)步增長，中國民航運輸業(yè)也得到了高速發(fā)展。2006 年的旅客吞吐量達 3.32 億人次，是 2000 年的 2.5 倍；年旅客吞吐量達到 1 000 萬人次以上的機場共有 7 個，占全國機場總旅客吞吐量的 52%。2013 年，前十大旅客吞吐量的機場總量，占全國機場總旅客吞吐量的 51.41%。2014 年的前十大機場的平均旅客吞吐量為 3.940億人次，比 2013 年前十大機場的平均旅客吞吐量 3.878 億人次，又增加了 620 萬人次。在這種情況下，如果國內(nèi)主要的機場沒有更快的擴建進展，機場必然越來越擁擠。從 2010 年起，國內(nèi)已經(jīng)逐步開始對部分機場實施較大規(guī)模的擴建或改建。其中一些機場的改造，是在保障飛行安全和航班正常的情況下進行的。在未來相當長的一段時間里，將會有越來越多的機場在此種模式下進行改擴建。在不停航狀態(tài)下進行功能提升和流程改造，是機場建設和管理領域一個較新的課題和難題。筆者依托某大型機場不停航改造的工程實例，對工程實施過程中的風險實施四維度分析，并應用 WBS-RBS 方法建立風險故障樹，最后利用貝葉斯網(wǎng)絡對出現(xiàn)的風險進行評估，對日后類似工程的實施提出了針對性預防措施。

1 故障樹分析方法與WBS-RBS分析法

1.1 故障樹分析

故障樹分析(Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA)是綜合識別和度量風險的有力工具。該方法把所關(guān)心的結(jié)果事件作為頂事件，用規(guī)定邏輯符號表示，找出導致這一結(jié)果事件發(fā)生的所有的直接因素和原因及處于過渡的中間事件，并由此深入分析，直至找出事故基本事件為止。

1.2 WBS-RBS分析

定性分析方法引用工作結(jié)構(gòu)分解(WBS)的思想，將整個待風險評估的工程項目按照工程分部進行分解，分解到足以能夠具體分析所產(chǎn)生風險的程度。運用同樣的思想，針對業(yè)主關(guān)心的風險內(nèi)容，將評估范圍內(nèi)的工程風險進行風險結(jié)構(gòu)分解(RBS)，然后結(jié)合上述工程結(jié)構(gòu)分解(WBS)和風險結(jié)構(gòu)分解(RBS)進行對號入座，將 RBS 中的具體風險與 WBS 中的工程部位一一對應，識別出具體風險發(fā)生的工程部位和范圍，并對可能發(fā)生的風險進行因果分析和描述，從而達到識別風險的目的。

2 不停航機場改造工程的風險識別

在對某大型機場不停航改造工程實施過程中產(chǎn)生的風險事件實例進行歸類，運用 WBS-RBS 分析方法，從因素維、時間維、空間維和目標維四個維度進行識別，并將發(fā)生概率較高的設備設施損壞、高空墜物、空防侵界三個事件分別作為故障樹的頂事件。

2.1 不停航機場改造工程工作分解結(jié)構(gòu)

機場航站樓不停航改造工程施工，是在確保航站樓正常的運營功能的前提下進行的，涉及對原有建筑的部分拆除作業(yè)，并在此基礎上進行程度不同的改造或擴建施工。根據(jù)此施工流程，WBS 結(jié)構(gòu)分解如圖 1 所示。

圖1 航站樓改造工程WBS分解

2.2 不停航機場改造工程風險分解結(jié)構(gòu)

機場航站樓不停航改造工程風險源可以歸為：旅客安全風險、設施損壞風險和運營質(zhì)量下降風險。旅客安全風險是改造施工中的最大風險源，具體考慮為火災、空防和高空墜物。改造施工是在原有結(jié)構(gòu)上或者原有結(jié)構(gòu)周邊進行的，因此從對原有主體結(jié)構(gòu)、圍護結(jié)構(gòu)和原有管線的影響三個方面進行考慮。改造施工時，不能將全部施工內(nèi)容集中安排在航班停航后，不可避免地要在運營時段安排必要的施工。此時，噪聲、粉塵、異味就可能會不同程度地干擾正常運營。RBS 分解結(jié)構(gòu)，如圖 2 所示。

圖2 航站樓改造工程RBS分解結(jié)構(gòu)

2.3 不停航機場改造工程WBS-RBS耦合

以 WBS“工序”層為行向量、RBS“基本風險源”作為列向量形成耦合矩陣。其中，將二者耦合能夠產(chǎn)生的風險因素填入相應的表格中。表 1 即為不停航機場改造工程 WBSRBS 風險耦合矩陣。

表1 WBS-RBS風險耦合矩陣表

2.4 不停航改造工程的風險故障樹

依托某大型機場不停航施工風險實例，并從以 WBS-RBS分析得到的風險因素及風險事件(故障樹中間事件)為基礎，選取三個頂事件進行故障樹分析(見圖 3、圖 4 和圖 5)。

圖3 設備設施受損風險故障樹

圖4 高空墜物風險故障樹

圖5 空防侵界風險故障樹

3 不停航機場改造工程的風險評估

風險評估是指通過確定衡量風險水平的指標、采取科學的方法，將辨識出并經(jīng)分類的風險事件按照其風險量估計的大小予以排序，進而根據(jù)給定的風險等級評定準則，對各個風險進行等級劃分的過程。通過風險評估，可根據(jù)明確的風險等級，制定相應的風險對策，有針對、有重點地管理好風險。

考慮到不停航機場改造工程風險事件數(shù)據(jù)是建立在已收集的事故案例之上，為了得到較高的評估精度，通過對不同風險評估方法的比較，最終選擇貝葉斯網(wǎng)絡技術(shù)來進行評估。

3.1 貝葉斯網(wǎng)絡方法簡述

一般，根節(jié)點的先驗概率是通過一定的數(shù)理統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫整理得到的給定值。

3.2 貝葉斯網(wǎng)絡風險評估步驟

不停航改造工程采用貝葉斯網(wǎng)絡方法進行風險評估。通常風險評估需要完成以下四項工作，分別是：建立貝葉斯網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)；獲得風險事件的發(fā)生概率；對風險因素發(fā)生后導致的損失進行計算；最后獲得風險值，確定風險等級。

3.2.1 建立貝葉斯網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)

將已建立的風險故障樹，映射成貝葉斯網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)。

獲得風險事件的發(fā)生概率通常有兩種方式：第一種方法是設計問卷進行調(diào)研訪談，根據(jù)專家的經(jīng)驗，直接給出每個節(jié)點的條件概率表；第二種方法是獲取大量的事故數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)形式為每個事故的原因分析，與所構(gòu)建的網(wǎng)絡中節(jié)點內(nèi)容相對應，形成樣本數(shù)據(jù)庫，通過貝葉斯數(shù)據(jù)學習得到每個節(jié)點的條件概率表。

考慮到兩種方式的優(yōu)缺點，采用第二種方式獲得初始條件概率，然后利用貝葉斯網(wǎng)絡進行精確計算。

這里以概率形式定義施工中各風險事件發(fā)生的概率值，即在給出了每個風險事件發(fā)生的概率值后，通過貝葉斯網(wǎng)絡進行線性推理，從而得到每個風險事件發(fā)生的概率。

本文為了進行模糊風險評判，現(xiàn)定義對數(shù)概率為

其中，p 為任一個風險事件的自然概率(條件概率或聯(lián)合概率)，在本文中為通過數(shù)據(jù)庫得到的基本風險事件的統(tǒng)計條件概率和通過貝葉斯網(wǎng)絡推理得到的中間事件的聯(lián)合概率。

通過(式 1)可以求得每個風險事件的對數(shù)概率 P。

3.2.3 對風險因素發(fā)生后導致的損失進行統(tǒng)計計算

大數(shù)據(jù)，又稱巨量資料，最早由美國芝加哥大學商學院教授詹姆斯·麥肯錫提出，如今在各個行業(yè)和領域中都變成了不可或缺的生產(chǎn)因素。人們對收集到的龐大數(shù)據(jù)進行整合和分析整理，可以發(fā)現(xiàn)新知識、創(chuàng)造新價值，實現(xiàn)資訊的有效利用。近年來大數(shù)據(jù)在教育領域的應用也漸變得廣泛起來。

對于風險事件發(fā)生后的后果分析，本文提出了損失率 T的概念，即定義：一旦某一風險事件發(fā)生后，其引起的損失率為 Ti。

在以往風險評估項目中，對于風險損失概率，往往僅通過直接經(jīng)濟損失來計算。但此種計算方法，會根據(jù)工程規(guī)模的大小程度，帶來縮小或擴大風險事情影響的情況。本項目基于不停航施工的機場改造工程，為了更加全面地衡量風險事件影響的大小，除了已經(jīng)發(fā)生的風險事件造成的直接經(jīng)濟損失以外，對于此種風險情況一旦發(fā)生所造成的其他后果，包括工期損失、運行環(huán)境影響、人員傷亡、社會影響等也納入考慮范圍。

由于此種損失率較難獲得準確數(shù)據(jù)，因此本項目中采用專家問卷法獲得可信性數(shù)據(jù)。

對于某一風險事件的損失率 Ti可能出現(xiàn)大于 1 的情況，本文中規(guī)定，大于 1 的情況統(tǒng)一取值為 1。將損失率 Ti定義五個區(qū)間，分別為：1～0.1，0.1～0.01，0.01～0.001，0.001～0.0001，<0.0001。

現(xiàn)定義對數(shù)損失率 C 的概念，即某一風險事件發(fā)生的對數(shù)損失率為

3.2.4 風險值確定

對于任一個風險事件，均可通過 3.2.2 和 3.2.3 分別求得其對數(shù)概率和對應的模糊對數(shù)損失率。本文定義風險為：

從而可以求得任何一個風險事件的風險值 R。

3.3 不停航機場改造工程風險評估

在不停航機場改造工程中，以設施設備受損為例，將分析得出的故障樹進行映射，得到貝葉斯網(wǎng)絡(見圖 6)，從而進行計算，得到確切的風險值如下(見表 2 和表 3)。

圖6 設施設備受損貝葉斯網(wǎng)絡

表2 設施設備受損風險事件發(fā)生概率統(tǒng)計表

表3 設施設備受損風險事件發(fā)生對數(shù)概率

使用同樣方法進行計算，得到高空墜物、空防侵界的風險發(fā)生概率，形成風險事件發(fā)生概率統(tǒng)計表(見表 4、表 5 和表 6)。

表4 高空墜物、設施設備受損、空防侵界風險事件發(fā)生概率統(tǒng)計表

表5 高空墜物、設施設備受損、空防侵界風險事件的損失對數(shù)概率

表6 高空墜物、設施設備受損、空防侵界風險事件的風險值

從以上評估結(jié)構(gòu)可以看出，高空墜物、設備設施受損、空防侵界的風險等級均為 3 級，風險事故后果一般，對工程可能造成破壞的范圍較小，但不希望其發(fā)生，可均衡風險損失與風險控制成本采取適當?shù)目刂拼胧?，并制定應急預案。

4 風險應對

根據(jù)風險評估結(jié)果，應采取有針對性的措施。如設備設施受損風險事件中，施工前，應加強對原設備設施和原設計的符合性檢查及運行情況的排摸，做好改建區(qū)域原設備設施的保護，并要嚴格審查相關(guān)的施工方案，要求施工單位落實施工交底。施工中，應要求施工單位嚴格按照方案進行施工，并做好應急預案。

5 結(jié) 論

本文采用 WBS-RBS 的方法建立不停航機場改造工程主要風險事件的故障樹。在此基礎上，用貝葉斯網(wǎng)絡進行風險概率計算并評估，明確風險事件的風險值，從而有助于采取有針對性的應對措施。

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2015-07-01