航运网络风险-失效交互传播的动态模拟与韧性优化研究：基于ISDIRS-CACF模型的丝路海运网络分析

【编辑推荐】本文创新性提出集成易感-危险-感染-恢复-易感元胞自动机级联失效模型（ISDIRS-CACF），通过双向风险传播（backward risk propagation）与级联失效（forward cascading failure）交互机制，首次系统量化了丝路海运网络（SRMN）在极端天气、地缘冲突等复合扰动下的动态脆弱性。案例验证该模型较传统方法灵敏度提升90%，为全球供应链韧性管理提供新范式。

　　

Highlight

航运网络（SN）在极端天气、地缘政治冲突和公共卫生事件中日益脆弱。传统研究多聚焦孤立风险，难以真实刻画网络脆弱性。本研究基于复杂网络理论，首创风险-失效交互传播框架——集成易感-危险-感染-恢复-易感元胞自动机级联失效模型（ISDIRS-CACF），包含节点攻击、逆向风险传播、正向级联失效、交互传播及节点失效状态转换五大机制。该模型能动态捕捉风险-失效交互效应，其节点状态转换机制可全面反映港口节点及整体网络脆弱性。

Methodology

通过构建风险-失效流网络，ISDIRS-CACF模型模拟了节点攻击策略触发的初始失效。随时间推移，正向级联失效（如港口拥堵）沿供需关系扩散，而逆向风险传播（如物流延误）则反向渗透。模型创新性引入节点失效程度指标（网络失效强度率、最大连通率），突破传统二值化节点表征局限。

Case study

以丝路海运网络（SRMN）为例：

1）地缘冲突情景显示，ISDIRS-CACF对节点攻击的灵敏度较传统模型提高33–50%；

2）协同恢复风险节点与失效航线可使网络稳定性提升90%，验证了"整体网络恢复"策略的优越性。

Conclusion

ISDIRS-CACF模型首次实现风险-失效交互的动态量化，为航运网络韧性管理提供三方面洞见：

1）需同步监控风险（如供应链中断）与实效（如港口关闭）；

2）节点关键性评估应结合动态传播阈值；

3）恢复措施应覆盖风险节点与失效路径双维度。该模型为"21世纪海上丝绸之路"的供应链安全提供决策支持。