海上运输通道关键节点安全韧性影响因素及评价

范瀚文　常征　王聪

摘要：为评价海上运输通道关键节点在遭遇外部干扰过程中的韧性，科学衡量关键节点遭受外部干扰前的准备力、遭受外部干扰中的抵抗能力和遭受外部干扰后的恢复能力，运用霍尔三维结构模型，从自然条件、恢复能力和保障能力等3个方面对影响海上运输通道关键节点安全韧性的因素进行客观识别，并引入熵权法对指标进行客观赋权。对我国目前海上运输的16个关键节点的安全韧性进行评价，结果表明：马六甲海峡、龙目海峡、巽他海峡、望加锡海峡的安全韧性较好，苏伊士运河、曼德海峡、民都洛海峡的安全韧性处于适中水平。评价结果为我国合理规划国际货物运输通道、保障海上运输通道安全提供科学依据。

关键词：  海上运输通道; 安全韧性; 熵权法则; 霍尔三维结构

中图分类号：  X951; U698文献标志码：  A

Influencing factors and evaluation of safety resilience of key nodes

in maritime transportation channels

Abstract： In order to evaluate the safety resilience of key nodes in maritime transportation channels during external interference， the preparation ability before external interference， the resistance ability during external interference and the recovery ability after external interference are scientifically measured. The influencing factors of safety resilience of key nodes in maritime transportation channels are identified objectively from natural condition， recovery ability and support ability by Hall 3D model， and the entropy weight method is introduced to objectively weight the indices. The safety resilience of 16 key nodes of Chinese maritime transportation is evaluated， and the results show that， the safety resilience of Malacca Strait， Lombok Strait， Sunda Strait and Makassar Strait is good; the safety resilience of Suez Canal， Mander Strait and Mindoro Strait is in a moderate level. The evaluation results provide scientific basis for China to reasonably plan international freight transportation channels and ensure the safety of maritime freight transportation channels.

Key words： maritime transportation channel; safety resilience; entropy weight law; Hall 3D structure

引言

建設海洋强国是我国的基本国策。随着海上运输贸易的不断发展，海上运输通道关键节点为保障海上货物运输发挥了至关重要的作用。根据中国航海学会2019年发布的《2019—2020年中国沿海散货水运形势报告》和国家统计局的相关数据可知，2019年全国累计煤炭进口量2.99亿t、原油进口量4.62亿t、粮食进口量1.36亿t，海上运输承担了我国90%的货物运输总量。海上运输通道是复杂的系统，其运行状态不仅受极端天气等的影响，还受外部政治环境、军事环境、法律政策以及海盗行为等因素的干扰。在单个关键节点遭受干扰后，首先受到影响的是该节点自身的运行效率，进而受到影响的是整个航运网络的稳定。2021年3月，长赐号货船由于强风天气影响搁浅并堵塞苏伊士运河长达6天，造成全球贸易中断。海上运输通道的关键节点是完成海上货物运输的必经之地，科学衡量关键节点吸收、抵抗外部干扰的能力和遭受外部干扰后的恢复能力，合理评估这些关键节点的安全韧性成为布局国际海上货运通道、增强全球贸易连通性亟待解决的问题。

近年来，相关学者对海上运输通道做了较多的研究。SHEPARD等[1]研究了海盗活动对通过霍尔木兹海峡的油船数量以及对不同品类的油品出口量的影响。ZAMAN等[2]利用AIS数据分析了马六甲海峡的航行环境并分析了船舶在马六甲海峡航行的安全性。HUNTINGTON等[3]分析了商船通行对白令海峡造成的环境污染和文化破坏，构建了监管框架并建立了运输安全评价指标体系。ZBA 瘙 塁 等[4]构建了基于事故情景的仿真模型，评估船舶到达率、引航员数量等对海峡安全水平的影响，并进一步提出提高海峡安全水平的政策建议。在对海上运输通道关键节点的安全评价方面，LI等[5]考虑了海上运输通道关键节点应急能力的影响因素的关联性，利用因子分析法识别关键因素，构建基于Coupula函数的应急能力评价模型。李晶等[67]针对海上运输通道安全威胁因素的特点，先后运用因子分析-双因素评价模型和基于因子分析的改进突变模型评估海上运输通道关键节点的安全性和脆弱性，从不同角度分析海上运输通道关键节点的特征，并提出保障海上运输通道安全的建议。吕靖等[8]建立了我国海上能源运输通道的安全评价模型，采用投影寻踪方法对关键节点进行评价。朱乐群等[9]通过对海上运输通道历史风险事故的统计分析，结合高维突变级数思想构建海上运输通道安全预警模型，结合实例验证了模型的有效性。751ED905-B8B2-4E3F-89D3-75D727EA372E

综上所述，现有研究大多集中于关键节点的可靠性和脆弱性的客观评价，衡量的是关键节点抵御外部干扰的能力。而利用韧性理论能考虑到关键节点遭受外部干扰前的准备力、遭受外部干扰中的抵抗能力和遭受外部干扰后的恢复能力，能更全面地评价关键节点应对外部干扰的全過程。因此，本文借助韧性理论的相关研究，建立海上运输通道关键节点安全韧性评价的理论框架，系统分析影响我国海上运输通道关键节点安全韧性的因素。本文运用定性与定量分析相结合的方法，构建合理的海上运输通道关键节点安全韧性评价指标体系，为保障海上运输通道关键节点安全运行、提升运行效率提供依据。

1海上运输通道关键节点安全韧性评价

1.1海上运输通道关键节点安全韧性定义

韧性的概念源自拉丁文Resilio，指在遭受外部干扰的情况下，系统通过自身状态的改变实现降低损失，恢复到正常状态的能力。早期的韧性思想出现在系统工程学中，历经工程韧性、生态韧性、社会-生态系统韧性等发展过程逐步完善。虽然不同学科领域结合学科特性和背景给出了符合实际的韧性定义，但是韧性的核心内涵指的是系统应对侵扰时以及侵扰过后恢复到初始状态的能力[10]。

海上运输通道也可以视为一个复杂的系统，为准确分析其关键节点在应对外部干扰时的相应情况，需要分析海上运输通道关键节点安全韧性的特征：（1）自组织性。当关键节点受到外部威胁时，有相关的保障机构或组织机构保障其迅速恢复。（2）可替代性。当关键节点的功能丧失时，存在备用的替代节点可以保障海上运输的正常进行。（3）适应性。在受到外部干扰后，关键节点相关组织部门具备总结事故经验、完善管理制度、展开战略合作等提高应对外部干扰的能力。（4）稳定性。受到外部干扰时，关键节点的主要功能不会受到毁灭性的破坏。综上，本文认为海上运输通道关键节点的安全韧性指关键节点在面对外部的各种干扰时，在外界的帮助下吸收、抵抗外部干扰并在一定时间内恢复到原有状态的能力。

1.2海上运输通道关键节点评价理论对比

通过梳理海上运输通道关键节点的相关文献可知，利用可靠性/安全性理论和脆弱性理论也可以对海上运输通道关键节点的状态进行客观评估。不同理论的对比见表1。

2海上运输通道关键节点安全韧性评价指标体系构建

2.1影响因素识别

通过查阅海上运输通道关键节点事故的相关文献，并结合IMO以及海事部门的事故调查报告，海上运输通道关键节点安全韧性评价应该涉及外部干扰和内部自然属性两个方面。为科学、准确地评估海上运输通道关键节点在不同时间段的安全韧性，需要对关键节点进行全方位评估，从系统角度加以实现。霍尔三维结构模型是一种典型的系统方法理论，它通过构建时间维度、逻辑维度、知识维度三方面立体化的结构体系，将系统工程分为7个阶段和7个步骤，同时考虑完成每个阶段所需要的知识和技能结构[11]。影响海上运输通道关键节点安全韧性的因素霍尔三维结构示意图见图1。

结合霍尔三维结构的分析思想，分析影响海上运输通道关键节点安全韧性的因素：从Z轴出发，在韧性评价过程中需要考虑系统在遭受干扰前、干扰中、干扰后等3个时间段的表现，因此分别取平面ZOX和ZOY上的点作为研究对象（如图中P、Q两点）。以点Q为例分析在不同时间段外因对关键节点安全韧性的影响。以发生海盗事件为例，在遭受干扰前，关键节点所在国家采取有效的保障手段可以提升安全韧性;在遭受干扰的过程中，有效的国际合作和及时的救援协助可以改善安全韧性;在遭受干扰后，及时复盘学习和增强安全预警能力可以增强安全韧性。基于此，识别出3个影响因素：关键节点所在国家的国际合作情况、海上安全预警能力，以及关键节点的专门安全保障机构数量。同理，对其他类型的事故进行分析可获得海上运输通道安全韧性的影响因素。

2.2评价指标体系的构建

通过查找相关文献、分析事故报告、咨询专家等方式确定指标选择的研究路线和参照依据。借鉴FRANCIS等[12]关于韧性评价指标体系构建的研究，结合利用霍尔三维结构模型挖掘识别出的影响因素，构造海上运输通道关键节点安全韧性评估框架，见图2。本文从3个方面识别影响关键节点安全韧性的因素：①自然条件，主要反映关键节点本身的自然属性，是研究关键节点安全韧性的基础，包含关键节点的宽度、深度以及船舶流量等。②恢复能力，用来反映关键节点应对外部环境变化的能力，包含政治环境、军事环境、法律环境和安全环境。③保障能力，它是针对外部环境的保障机制，包含国际合作、安全保障等。

从这3个方面对影响因素进行进一步细分，确定含有3个一级指标和17个二级指标的初始评价指标体系，见图3。

3海上运输通道关键节点安全韧性评价实例

结合我国“21世纪海上丝绸之路”的规划布局

以及海上能源运输通道的运行现状[13]，最终确定将台湾海峡、朝鲜海峡、大隅海峡、曼德海峡、马六甲海峡、龙目海峡、巽他海峡、霍尔木兹海峡、宗谷海峡、弗罗里达海峡、直布罗陀海峡、英吉利海峡、望加锡海峡、民都洛海峡、巴拿马运河、苏伊士运河等16个关键节点作为本文的研究对象。经过数据采集与处理、指标筛选与确认，以及熵权法求解客观权重后，得到关键节点的安全韧性评价结果。

3.1数据来源与预处理

通过查询地理信息书籍和相关资料，获得关键节点的自然条件;对IMO的GISIS数据库中2015—2020年的事故报告进行统计，获得本文研究的关键节点的海盗行动数量和海上恐怖袭击频率;同时，参考劳氏市场协会、Marine Traffic等机构发布的资料和部分参考文献的统计数据[14]。由于各指标的单位及性质存在差异，为保证评价结果的合理性，采用极差标准方法对各指标进行无量纲化处理：

正向指标：（1）负向指标：（2）式中：xij为第i个评价对象的指标j的取值;maxi（xij）和mini（xij）分别为指标j的最大值和最小值。751ED905-B8B2-4E3F-89D3-75D727EA372E

3.2指标处理与筛选

在建立初始评价指标体系后，需要考虑同一层指标信息的冗余性和评价能力。运用数据处理软件SPSS进行假设检验：如果p值大于0.05，则说明原假设被接受，两个变量之间不存在明显的线性相关关系;如果p值小于0.05，则说明原假設被拒绝，两个变量之间存在明显的线性相关关系。进一步运用SPSS求解指标之间的相关系数，当相关系数的绝对值大于等于0.90时，认为两个指标之间存在强相关关系。为保证评价指标体系的科学合理性和评价结果的全面性，利用相关分析剔除同一层中p值较小但相关系数较大的指标。

为进一步分析各指标对海上运输通道关键节点安全韧性评价的重要程度，对指标评价能力进行分析，若指标对评价结果的贡献较小，则将其从评价指标体系中剔除。通过式（3）计算经过相关性检验筛选后所保留的各指标的内部一致性系数，结果见表2。                                  （3）式中：j和Sj分别为指标j的平均值和标准差。内部一致性系数的临界值为2。Qj<2说明指标j的内部一致性差，判别能力强;Qi>2说明指标j的内部一致性强，判别能力弱，应该把指标j从评价指标体系中剔除。

经过相关性检验筛选后保留的13项指标中，船舶流量、关键节点隶属国家的数量、海盗行动数量这3个指标的内部一致性系数（见表2）大于2，因此剔除这3个指标，保留剩余的10个指标。

3.3熵权法确定指标权重

熵权法的核心是根据各指标传递给决策者的信息量在总信息量中所占的权重进行赋权[15]。具体步骤如下：

步骤1根据式（1）和（2）计算标准化的数据矩阵。

步骤2计算第i个评价对象的指标j的值xij所占的比重fij：（4）步骤3计算指标j的信息熵：（5）步骤4计算指标j的差异系数：（6）步骤5计算指标j的权重：（7）步骤6计算综合评价值：（8）按照综合评价值（即安全韧性得分）的大小对评价对象进行排序，综合评价值越大，排序越靠前。利用熵权法计算的指标权重结果见表3。

3.4结果分析与讨论

将熵权法求解的客观权重作为指标重要程度的判断依据，代入式（8）求解各关键节点的安全韧性得分，见表4。关键节点的综合评价值越大，其安全韧性就越高，在受到外部干扰后恢复到稳定状态的能力就越强;反之，关键节点的综合评价值越小，其安全韧性就越低，在受到外部干扰后需要更长的时间恢复到稳定状态。

根据各关键节点的安全韧性得分，对这16个海上运输关键节点进行等级分类。在确定评价等级划分标准时，相对容易确定的是各关键节点安全韧性

得分的极大值和极小值，因此本文利用式（9）确定各评价等级量化评价标准的临界值：（9）式中：Fk表示第k级的量化评价标准的临界值，k=1，2，…，K。

将关键节点按照安全韧性得分分为3个等级，结果见表5。

从评价结果可以看出，不同关键节点的安全韧性存在较大的差距：A等级的关键节点马六甲海峡、龙目海峡、巽他海峡和望加锡海峡，其安全韧性得分较高，说明其应对外部干扰以及在干扰后恢复到稳定状态的能力较强;B等级的关键节点苏伊士运河、曼德海峡和民都洛海峡，其安全韧性得分在（0.24，0.45）区间内，与A等级的关键节点相比存在一定

的劣势，其中作为沟通地中海与红海并提供欧洲至印度洋、西太平洋附近土地最近航线的苏伊士运河处于适中水平;C等级的关键节点包括台湾海峡、朝鲜海峡等9个关键节点，其安全韧性得分较低，其中作为连接中东地区重要石油产地波斯湾和阿曼湾的霍尔木兹海峡，其安全韧性具有较大的提升空间。

为进一步识别出各关键节点的薄弱环节，将关键节点的各指标值与对应权重相乘，求出各指标的安全韧性得分，见表6。

马六甲海峡、苏伊士运河、霍尔木兹海峡、巴拿马运河被称为当今世界航运生命线，也是当今世界航运网络的“咽喉要道”[16]，我国80%以上的货物运输需要通过以上关键节点完成，因此本文分析以上通道安全韧性的影响因素，可为保障我国海上运输通道安全提供参考。

分析表6可知，作为连接太平洋与印度洋的咽喉要道，承担了我国大量原油进口和集装箱运输的马六甲海峡安全韧性较高，与替代通道龙目海峡和巽他海峡的安全韧性相差较小。作为中国沿海到印度洋的替代通道望加锡海峡和龙目海峡表现出的安全韧性水平较高，这主要是因为这2个节点的自然地理条件相对优越，同时具有在遭受海盗侵袭以及海上恐怖袭击后可以快速恢复到稳定状态的能力。我国需要长期观测这2个节点的安全韧性情况，以应对紧急情况。苏伊士运河具有专门的安全保障机构，如苏伊士运河专门管理局，同时埃及政府也实施了《苏伊士运河国有法则》等法律保障制度，但是苏伊士运河狭窄的河道限制了其在受到外部干扰后快速恢复到稳定状态的能力。苏伊士运河曾发生过因战争动乱而导致的封锁事件，因此我国需要密切关注苏伊士运河的安全状况，设计针对运河封锁的应急预案。作为连接中东地区重要石油产地波斯湾和阿曼湾的霍尔木兹海峡的安全韧性处于相对较低的水平，这是因为霍尔木兹海峡较浅且具有较差的通道替代性。同时，近年来美伊冲突不断升级，霍尔木兹海峡通航的不安全性因素增加。因此，未来我国应积极参与联合国、国际航运组织、IMO等国际协会事务，积极参与中东事务，尝试与中东国家建立更深的联系。充分发挥我国的政治影响力和军事保障能力，维护霍尔木兹海峡通道安全。作为连接太平洋与大西洋的航运要道，巴拿马运河的安全韧性得分较低，这主要是因为巴拿马运河有些地方太窄、国际合作保障措施不完善、巴拿马内部政局的不稳定性和海上恐怖袭击频繁等。由于巴拿马运河历经了美国实际控制阶段和逐步控制阶段的特殊发展历程，虽然专门负责巴拿马运河的管理局已逐步实现对运河的实际控制，但仍存在管理机构间沟通不畅、管理区域重叠以及管理职责模糊导致的运河通航效率低下的现状。未来我国应积极与关键节点的周边国家和海上安全保障机构建立合作关系，保障海上运输通道的运营安全。751ED905-B8B2-4E3F-89D3-75D727EA372E

4结束语

本文从自然条件、恢复能力和保障能力3个方面构建了海上运输通道关键节点安全韧性评价指标体系，结合霍尔三维结构模型分析关键节点遭受外部干扰时的抵抗、吸收和恢复能力，识别海上运输通道关键节点安全韧性的影响因素。运用定性与定量分析相结合、熵权法等方法构建了海上运输通道关键节点安全韧性评价模型，对我国目前海上运输的16个关键节点的安全韧性进行客观分析。结果表明：马六甲海峡、龙目海峡、巽他海峡、望加锡海峡的安全韧性较好;台湾海峡、朝鲜海峡、大隅海峡、宗谷海峡、巴拿马运河、弗罗里达海峡、直布罗陀海峡、霍尔木兹海峡、英吉利海峡的安全韧性较差。同时，进一步计算了各关键节点各指标的安全韧性得分，这有助于进一步完善安全保障措施，维护我国海上通道安全运行。

本文采用的数据为历史统计数据，在数据可获得的情况下，可以分析不同时间段各关键节点的安全韧性变化情况，进而挖掘影响因素的变动对关键节点安全韧性的影响，为进一步科学部署海上运输通道提供决策参考。

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（编辑赵勉）

收稿日期： 20210313修回日期： 20210916

基金项目： 国家自然科学基金（71603036）;中央高校基本科研业务费专项资金（3132021347）

作者简介： 范瀚文（1997—），男，辽宁本溪人，硕士研究生，研究方向为海上通道安全，（Email）1342557097@qq.com;

常征（1986—），女，吉林德惠人，副教授，博士，研究方向为运输线网优化，（Email）changzheng8712@163.com751ED905-B8B2-4E3F-89D3-75D727EA372E