直升机海上运行平台起降阶段风险模型构建的应用研究

孙 佳，吴 乔，盖文妹,3，隋 佳

(1.中国民航管理干部学院航空安全管理系，北京 100102；2.东方通用航空有限责任公司， 天津 300300；3.北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083)

0 引言

随着我国低空航空开放政策的逐步推进，通用航空显现出迅猛发展之势。由于直升机硬件设施不完善、机动反应滞后、受外界环境影响大等特点，通用航空领域依旧处于安全管理基础薄弱、技术力量相对落后的状况[1]。加之海上错综复杂的飞行环境对飞行员心理状态、直升机操纵、技术动作等都有一定的影响，使得直升机海上运行平台起降事故频发，如2009年，某通航一架直9直升机在执行调机任务时离开科考船甲板后极速下降，并坠入江中。2013年，某公司S76C++型直升机执行海上客包任务，在平台进近过程中，发生直升机不能保持正常高度的现象[2,3]。因此，研究直升机海上运行平台起降阶段可能存在的不安全因素，并分析其产生的深层次原因，从而有效地制定风险控制措施或预防纠正措施并落实改进具有重要意义。

国外学者很早就开始关注航空风险管理，并建立了相应的数学模型。1972年Elwyn Edwards提出SHELL模型[4,5]的概念首先由于提出，1975年Frank Hawkins在其基础上用一个带齿边的方框模型形象地描述了航空系统中各因素的相互关系。1990年Reason提出“瑞士奶酪模型”[6]，认为事故的发生是由系统失效引起的，有人为差错和违章所致人不安全行为的显性失效，还有组织决策错误、监察不到位及操作者准备不充分等造成负面影响和延滞性的隐性失效。2007年Shapple应用人为因素分析系统(HFACS)对驾驶舱中存在的人为因素进行了系统分类[7]。国际民航组织提出的差错和威胁管理[8,9](THREAT AND ERROR MANAGEMENT，TEM)致力于应对广泛动态和复杂的运行环境中的人为表现。20 世纪90年代，国外人为因素的理论传入我国民航系统，我国学者在借鉴 Reason 模型、SHELL模型的基础上创建了基元事件分析方法(EEAM)，结合驾驶舱资源管理(CRM)展开了我国人为因素的研究，特别是对风切变各方面的风险管理研究取得了较大的成绩，但直升机的风切变研究与固定翼飞机相比，仍比较滞后，对于通用航空风险管理方面的研究还远远不足[10-13]。

因此, 如何对直升机海上运行平台起降风险进行系统的定量与定性评价, 建立科学的评价指标体系, 并提出一套切实可行的评价方法, 是研究直升机海上运行平台起降风险时需要解决的问题。本文以直升机执行海上飞行任务平台起降阶段不安全因素为研究对象，利用SHELL模型、TEM模型、HFACS模型组建的三维立体“楔子”模型为工具，通过对平台起降的关键点从人、软件、硬件和环境方面进行分解，然后对每个因素从威胁、差错、不安全状态、不安全行为前提、不安全行为监督、组织层面进行梳理分析，对飞行的各项准备、机组应急处置、直升机性能操作等各环节的人、机、环等各方面进行整理、分析和研究，从气象资料、设施设备、飞行机组、直升机维护、应急处置等各方面采取有效的控制措施，建立一套详尽、实用、明确和有效的操作流程和方法。

1 直升机海上平台起降阶段不安全因素分析与建模

1.1 传统的分风险析数学模型

“瑞士奶酪模型”认为事故的发生是由系统失效引起的，有人为差错和违章所致人不安全行为的显性失效，还有组织错误的决策、监察不到位及操作者准备不充分等造成负面影响和延滞性的隐性失效。“瑞士奶酪模型”直观、易于理解，但局限是没有明确奶酪中“洞”的含义，即没有明确系统失效的具体定义，且在民航系统中这些“洞”比想象中更加具有变化性[14]。

HFACS框架是Reason 模型的变形，描述了四个层次的失效，分别为：不安全行为，不安全行为的前提条件，不安全监督和组织影响。TEM模型是致力于应对广泛动态和复杂的运行环境中的人为表现的一种方法，有威胁、差错和非预期的安全状态三个基本部分，该模型可以应用到很多方面，比如可以作为对单个事件或几个事件进行系统化分析的安全分析工具，也可以作为明确人的需求、实力和弱点的执照考核工具，或者用作提升组织机构能力的训练工具。SHELL模型描述了航空系统中人员(L)、硬件(H)、软件(S)、环境(E)等四因素及他们的相互关系，强调各要素界面间必须谨慎匹配，否则将会成为不安全事件的根源。

1.2 直升机海上运行平台起降风险分析模型的建立

本文首先以奶酪模型为参考样例，将一个工作分为若干个关键阶段。例如将一个飞行过程分为：飞行前准备、飞行中操控、飞行后讲评、持续完善四个关键阶段，然后针对某个不安全状态分解为三维立体的“楔子”图，建立起降分风险析的“楔子”模型如图 1所示，该模型将事件作为原点，X轴为SHELL模型，分为人、软件、硬件、人；Y轴为HAFCE模型，分为不安全行为、不安全行为的前提、不安全监督、组织管理；Z轴为TEM模型，分为威胁、差错、不安全状态。

本文研究起降风险的识别是以从后往前的顺序，基于所建“楔子”模型，先通过SHELL模型查找直升机海上平台起降时的软件方面、硬件方面、环境方面、人自身方面以及人与各要素之间的关系形成29个关键因素，再用TEM模型查找其威胁、差错和不安全状态，然后用HFCS查找不安全行为的前提、监督和组织因素，综合分析评估后给出具体措施，进而实现循序渐进、持续改进的良性循环。通过上述分析，得出29个个人方面、14个班组层面、12个执管部门层面、6个监察部门层面、4个公司层面的因素，汇总结果见表1—表4。

图1 起降“楔子”风险分析的模型

个 人班 组部 门执管部门监察部门公 司S1起飞全重 未计算起飞全重 超过起飞全重起飞 单发时不能正常起飞 未按手册规定进行准备 SOP、工作程序 手册规章 安全政策S2直升机重心 未计算直升机重心 重心偏出正常范围 飞机处于非正常姿态 未按手册规定进行准备 SOP、工作程序 手册规章 安全政策

续表

表2 海上运行平台起降因素分析表(硬件)

表3 海上运行平台起降因素分析表(环境)

表4 海上运行平台起降因素分析表(人员)

图2 起降风险评估指标体系

1.3 直升机海上运行平台起降风险评价指标体系

本文对某航空公司执行飞行任务的某机组进行研究，结合第1.2节的分析结果来选择评估指标，在科学性、全面性、独立性、系统性的指标体系设计原则的指导下，将评价指标体系的准则层分为软件、硬件、环境和人员四类，要素层则按层次划分为个人、班组、执管部门、监管部门和组织五个层次，各指标之间的关联情况详见图 2。

2 直升机海上平台起降风险定性与定量分析原理

在建立了直升机海上运行平台起降风险因素之后，需要确定各影响因素的权重，合理的评测方法可以帮助操作者科学、快递、准确地得出评测结果，找出影响其的关键因素，并在后续工作中落实持续改进的建议。风险因素权重的大小主要由两方面因素决定：一是评判人员对各个风险因素的重视程度，反映了人的主观差异；二是各个风险因素本身提供的信息量大小和可靠程度不同，反映了风险因素间的客观差异。通过风险评价对系统存在的危险性进行定性和定量分析，从组织、部门宏观层面看到应抓住的重点，进行分类指导；也可为班组、个人微观层面看到我们一线人员、一线组织具体应该做好哪些工作，同时为制定基本预防和防护措施提供科学的依据，寻求最佳的对策。

2.1 基于AHP法的起降风险定量评价原理

分析直升机海上运行平台起降指标体系(图 2所示)可以看出，该指标体系具有明显的层次性，其权重的确定适合采用评价指标体系赋权方法中的AHP(Analytic Hierarchy Process，AHP)法[15]。AHP法确定指标权重的过程一般分为建立层次分析模型、构造专家判断矩阵、求特征向量、一致性检验并计算各专家判断矩阵的权重值和计算最后权重值等5个步骤。

1) 建立层次分析模型

根据图 2所示指标体系的一级、二级、三级、四级指标，每一级别作为一个层次，按照从高层到低层的形式排列起来建立四级模型。

2) 构造专家判断矩阵

本文通过专家调查法[16]获得层次分析中的判断矩阵A，其中A为aij的n×n矩阵，在确定评估值aij度时，采用1-9比例的标度，赋值见表 5。

(1)

1) 求特征向量

首先利用判断矩阵A建立标准判断矩阵B，B为bij的n×n矩阵。其中

(2)

然后，求出B对应于最大特征根λmax的特征向量W，

BW=λmaxW

(3)

2) 一致性检验，计算各专家判断矩阵的权向量

在此利用Saaty提出的一致性指标C.I.检验判断矩阵的一致性[17]：

(4)

其中，C.I.为一致性指标；n为标准判断矩阵B的维数。若B通过检验，特征向量W归一化处理后即为权向量；若B未通过检验，则需重新构造成对比较阵。

3) 计算最后权重值

对所有计算得到的指标权重值进行加和求平均，最后得到评价指标的权重值。

2.2 起降风险的定性分析原理

定性法的主要优点是可从研究人员的知识和经验中提取出一些深层次的想法，从而使分析结果更全面、深刻[18]。定量分析的方法需要积累大量的数据，分析结果才更解决实际，而班组、执管部门、监察部门和公司层面的因素涉及的数据较多，如果数据收集不够不够充分，往往使得分析结果偏离实际情况，限于目前所掌握的数据资料，本文对其采用定性分析的方法，由于该方法以研究人员的知识和经验为主，可使分析结果更全面、深刻。基本方法是通过所建起降风险指标体系网络关系，对班组、执管部门、监察部门和公司层面的问题进行定性分析，发现其中存在的主要问题。

3 实例分析

29个个人因素采用层次分析法计算权重，进行定量分析，班组、执管部门、监察部门和公司层面的因素采用定性分析法分析。

3.1 起降风险个人因素定量分析

3.1.1 问卷调查与专家打分

根据图 2建立的指标体系，通过基于专家的直升机海上运行平台起降问卷调查，收集所需数据。专家素质的高低是建立科学、全面指标体系的重要环节，选取的专家应当熟悉管理学、安全管理理论和通航海上运行实际，主要以从事海上飞行一线工作的资深飞行员、管理专家为主。一般规模中，选取10～15人的专家组成咨询组就可以得到比较合理的结果。本文涉及的领域比较专一，所以选取10名专家。10位专家的基本情况：从事海上飞行10年以上的机长和教员，从事飞行管理和带飞工作，其中有3人是局方委任代表。由此得出，所选专家较为代表性。由于都是民航资深专家，本文各专家打分按同等权重计算，即加和求平均值。

3.1.2 指标权重的确定

1) 准则层指标权重

根据已经建立的指标体系，构建准则层的专家判断矩阵，见表 6，然后把矩阵的每一元素除以其相应列的总和，得到标准的专家判断矩阵，如表 7，计算得出特征向量(0.282，0.097，0.146，0.46)T，并计算得到最大特征根λmax=4.051。根据一致性检验指标C.I.=0.017<0.1，,可知专家判断矩阵通过一致性检验，因此，可得出准则层各指标权重：软件为0.277，硬件为0.466，环境为0.161，人为0.096。

表6 准则层四个维度的专家判断矩阵

表7 准则层四个维度的标准判断矩阵表

2) 要素层指标权重(软件维度为例)

根据已经建立的指标体系，构建要素层的判断矩阵，见表 8，然后把矩阵的每一元素除以其相应列的总和，得到标准的专家判断矩阵，如表 9。根据两两比较矩阵，计算得出特征向量：(0.160，0.064，0.042，0.101，0.381，0.252)T，并计算得出最大特征根λmax=6.061，C.I.=0.012<0.1，根据一致性检验指标可知专家判断矩阵通过一致性检验，因此，得出准则层各指标权重：起飞全重为0.160，直升机重心为0.064，燃油为0.042，检查单,(为)0.101，起降决断点为0.381，悬停检查为0.252。

表8 软件维度的专家判断矩阵

表9 软件维度的标准判断矩阵表

3) 最终权重的确定

根据上述方法，同理可求得其他各级指标的权重；得出专家1给出各指标的相对权重，同理可求得10位专家对指标体系给出的权重。限于篇幅，不再详细列出计算过程。对10位专家给出的权重，逐一加和求平均值，得出权重如表 10所示。

表10 指标权重列表

3.1.3 结果分析

风险因素权重的大小主要由两方面因素决定：一是评判人员对各个风险因素的重视程度，反映了人的主观差异；二是各个风险因素本身提供的信息量大小和可靠程度不同，反映了风险因素间的客观差异。评价指标在指标体系设计原则的指导下，按层次划分为个人、班组、执管部门、监管部门和组织五个层次，从个人29个因素的得分，依据五个层次间的网络关系，分别看出班组、执管部门、监管部门和组织中各因素的重要性。通过风险评价对系统存在的危险性进行定性和定量分析，从组织、部门宏观层面看到应抓住的重点，进行分类指导；也可为班组、个人微观层面看到我们一线人员、一线组织具体应该做好哪些工作，同时为制定基本预防和防护措施提供科学的依据，寻求最佳的对策。

通过对准则层软件(S)、硬件(H)、环境(E)、人(L)打分，其权重重要性排序依次是人(L)、软件(S)、环境(E)、硬件(H)。对于老牌通用航空公司来说，成立时间长，盈利能力欠缺，经济基础薄弱，航空器多为老旧机型，工作环境又和任务性质相关，是无法改变的事实，所以只有从人这个最活跃的因素抓起，相关的规章制度等软件全面、实用、有效并且能认真执行，才能更好地弥补环境和硬件的不足。同样，对近些年新成立的通用航空公司来说，航空器是比较先进的，作业环境也是无法改变的，抓手关键依然是人和规章制度、规章程序。

从软件(S)中的六个要素的权重得分来看，排序依次是起降决断点(S5)、悬停检查(S6)、起飞全重(S1)、检查单(S4)、直升机重心(S2)、燃油(S3)。可以看出决断点、悬停检查和起飞全重是其中比较重要的风险点，也是容易疏忽或心存侥幸的点。决断点是决定继续还是终止的关键点，也是单发时采取相应操作可以保证安全的最低点。悬停检查分为外部检查和内部检查，是为了再次核对飞机的状态，确保后续着陆或起飞的有力保障。

从硬件(H)中的四个要素的权重得分来看，排序依次是老旧机型(H1)、多种机型(H2)、保留故障(H3)、临时设备(H4)。可以看出老旧机型故障多、多发常发问题多是通用航空公司一大难题，同时为占领市场，多机型同时存在，为航材储备、维修人员搭配、飞行机组搭配等也是一大难题。

从环境(E)中的九个要素的权重得分来看，排序依次是起降平台(E1)、平台风向(E4)、平台周围障碍物(E2)、风切变(E9)、能见度(E5)、大面积海域(E8)、平台导航设施(E3)、平台稳定性(E6)、平台防滑网(E7)。可以看出起降平台小，又是海陆交接处，还受周围障碍物限制、导航设施等限制，落错平台或平台错落都带来很大的安全隐患。海上风向不固定，平台有风斗等简单观测风向设施，在降落时一定要再次核实风向，严禁顺风起降。

从人(L)中的十个要素的权重得分来看，排序依次是标准喊话(L9)、机组分工(L7)、交叉检查(L8)、心理素质(L3)、飞行技能(L2)、机组搭配(L6)、疲劳(L4)、飞行作风(L5)、资质(L1)、乘客教育(L10)。可以看出机组成员个人素质技能固然重要，但是人就会犯错，采用机组搭配的方式避免由于个人疏忽导致差错的产生，机组搭配之间的驾驶舱资源管理尤为重要，标准喊话能让目标和行动一致起来，同心协力共同完成动作。机组分工明确能让每位飞行员精力分配得当，专心处理好当前主要事务。

3.2 起降风险其他方面因素的定性分析

通过网络关系表对班组、执管部门、监察部门和公司层面的问题进行定性分析发现，班组层面主要问题可以看出主要是飞行前准备不足的问题、未按手册规定准备和机组排班的问题。班组是将各项规章制度、手册程序运用到实际生产运行中的重要组织，也起着对每位一线人员执行情况的监督功能，同时担任着收集一线信息并反馈给执管部门和监察部门的重要职责。执管部门层面主要问题主要是工作程序、SOP、CRM的制定完善上，手册规章完善有效、实用可行，才能给一线人员带来有力的指导和执行标准，在手册规章的制定上，除了符合国家、局方及上级机构的明确要求的文文相符外，更要切合公司实际情况，做好文实相符。作为安监部门对手册规章、培训记录、工作记录的监督检查更为重要，不仅仅是检查其中的不符合要求的地方，更重要的是听取下面的意见和反馈，实施动态管理，创造更有效的遵章守纪途径的氛围。对于通用航空来说，公司的发展战略和安全投入尤为重要，只有明确发展定位，才能更好地规划专业人员和航空器，加快航空器更新速度和专业人员梯队型的培养，更好地保障安全。

4 结论

1) 本文以直升机海上运行平台起降阶段的不安全因素为研究对象，通过构建分风险析的三维立体“楔子”模型，对直升机海上运行平台起降阶段的风险管理研究和分析，汇总了29个个人、14个班组、12个执管部门、6个监察部门、4个公司五大方面的风险因素。

2) 建立了起降风险评价指标体系，其中涉及软件、硬件、环境及人员4个方面的准则层风险因素，以及个人、班组、执管部门、监察部门和公司5个方面的要素层风险因素。

3) 通过实例验证，对所建起降风险指标体系的定量与定性的分析，并制订了相应措施。采用层次分析法对起降风险评价指标体系中29个个人方面的风险因素进行定量分析和评价，然后运用定性方法对班组、执管部门、监察部门和组织的风险因素进行分析，最后针对公司层面的发展战略和安全投入、监察部门层面的手册规章和记录的监督检查、执管部门层面的工作程序和SOP等手册的完善、班组层面飞行准备和机组排班等，以及个人层面人机环主要问题等方面制定了控制措施。

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