系统动力学在电梯检验员检验中的安全风险分析应用

刘韦光

（深圳市特种设备安全检验研究院 深圳 518029）

系统动力学在电梯检验员检验中的安全风险分析应用

刘韦光

（深圳市特种设备安全检验研究院 深圳 518029）

有效控制检验事故能极大降低特种设备安全事故。抓住检验中检验员这一关键点建立系统动力学模型，分析辨识出整个过程中所有可能导致检验员相关安全事故的原因、事故可能导致的所有后果，以及细化出安全风险隐患所有相关因素间相互作用的反馈回路，为检验中事故的防控与整个检验过程的科学管理提供理论依据。

系统动力学 动态过程建模 原因后果分析 反馈回路研究

1 引言

随着科技的进步，高耸的建筑将越来越离不开电梯，而电梯事故的频发也将越来越关系到民生安全[1,2]。电梯检验作为预防电梯事故发生的重要手段，对电梯安全运行起着重要的作用。随着近几年电梯事故的频发，电梯检验也越来越受到人们的关注。当前对电梯安全的相关研究，不少学者致力于电梯设备的安全评价[3-5]，以及操作者（与使用者）的安全行为研究[6-8]，对电梯检验过程这一活动中的安全问题涉及较少。在电梯检验活动中，因设备与环境状态、人员自身行为条件的影响，相关人员将面临着触电、坠落等多种安全事故风险，而整个过程检验员起着决定性主导作用。因此，开展对电梯检验过程中检验员的安全风险分析将对整个检验过程、甚至整台电梯日常安全运行起到先决保障作用。

2 系统动力学简介

系统动力学是一种从复杂系统的结构和动态功能两方面同时对研究对象进行分析的学科，它通过单元、单元运动及信息反馈三大因素对研究对象进行描述，能有效地揭示系统内部结构本质及子系统的相互联系与作用[9,10]。系统动力学利用反馈这一核心理念对系统的动态行为进行仿真与分析，常用的方法有方框图、因果关系图法、流图法、图解法等。其中方框图是最简单的描述方法，它只有方框和带箭头的实线两种描述符号，用方框表示系统中的元素和结构，而带箭头的实线描述元素间的相互作用关系、因果关系以及流量的运动方向。因果关系图是能直观地体现各事件发生的原因、各原因因素的先后发生、各原因因素的相互作用关系以及事件发生的后果，该方法用因果链来连接系统的变量，因果链也用带箭头的实线来表示因果关系的作用方向，其中因果链有“+”“-”两种符号，分别表示“正向”“负向”两种极性的作用方式。流图法则用一系列能描述状态变量、速率变量、辅助变量、流线与延迟、物质的源与汇及守恒子系统等功能的流图符号来描述系统中各变量之间的相互作用影响关系。图解法借助状态速率曲线、状态动态曲线、速率动态曲线三种曲线图像分析工具主要用来分析一阶线性和非线性系统的行为特征[10]。

3 系统动力学在电梯检验员检验中风险分析的应用

3.1 系统动力学应用思想

电梯检验过程是涉及到检验人员、设计人员、业主代表、维保人员、政府监管人员等多个单位人员的复杂系统，而检验人员在活动中起着决定性主导作用，检验人员的言行与决断将直接影响到其他随行人员的安全，因此开展对电梯检验风险分析应主要抓住检验人员这一主体。检验中，检验人员、设备、环境等各子系统相互联系与作用共同构成检验系统的内部结构并体现系统的功能，其中各系统的相互作用具有动态性、复杂性和反馈性等特征，与系统动力学的核心思想具有普遍的相似性与匹配性。另一方面，电梯检验过程中各风险是由多种因素造成产生的，各因素间存在彼此影响，风险与风险之间也存在联系与制约。通常，一种风险的发生是由不同的因素在不同的环境条件下发生从而导致下一种因素故障，这样通过多种因素不断的推动链式产生而最终导致风险事故的发生，换句话说，在这种链式反应进程中，每一因素都是受到上一级因素的推动而致发生，这与系统动力学的核心思想存在高度的一致性，因此本文运用系统动力学进行电梯检验员检验过程的风险辨识分析具有高度的适应性和可靠性。

3.2 电梯检验员检验过程风险识别反馈图建立

风险的内容是相对的，不同的研究对象所涉及到的风险类型不尽相同。从检验人员在检验中可能遇到的外在因素，以及自身因素出发，根据风险来源，电梯检验中检验人员可能风险类型主要有人的不安全行为、设备的不安全状态、环境缺陷三大方面。其中人的不安全行为包括疏忽大意、技术缺陷、精神差等多方面因素；设备不安全状态包括设计缺陷、安装缺陷、维护保养缺陷等；环境因素主要有电梯使用环境中水、电、其它物体的干涉等。按照3.1节的分析，各可能的风险因素又是受多种其它因素影响与制约，同时各因素本身也影响与制约着其它因素，在此运用系统动力学配套分析软件Vensim PLE建立反馈图，将电梯检验中检验人员的各风险因素系统的整合在一起，见图1。

通过反馈图可以发现，检验员在检验中的安全风险具有复杂性，这与检验员所处的环境系统相一致，检验过程中本身就是一个涉及人、机、环的复杂系统，因此很明显其整个过程对其产生影响与作用的因素众多，反应到风险识别反馈图中就体现出其复杂化。

应该说，建立系统动力学的风险识别反馈图的过程就是一个风险分析的系统过程。在建立电梯检验中检验员安全风险识别反馈图时，首先即是从风险本身出发，利用系统动力学的正反馈、负反馈思想找出所有引起风险发生的上层原因，即风险发生的动力来源，并确认其反馈的作用形式，在此基础上层层递进，进一步找出触发这些上层原因的二层原因，同样确定所有原因对下一级因素的正负反馈形式，这样层层递进直至找出所有的因素发生的基层原因。风险识别反馈图不仅能辨别出各风险事件的原因，另一方面，从逆向思维角度也是分析风险后果的过程。从风险本身出发，它构成了某一事故后果的先决条件，在条件满足时对后果的发生具有推动作用，或者说风险本身就是风险发生后果的原因，因此，循着风险发生的路径能直观从反馈图形中找出风险后果。需要注意的是，有的上层原因对下级因素的作用在时间域上存在一定的滞后现象，即不会立即引起下一级因素的发生，这在系统动力学上称为“延迟”，例如检验过程中存在安全风险隐患并不一定马上就会造成安全事故。延迟会使得系统复杂化，这就需要我们在进行管理与风险控制时予以重视。

图1 电梯检验中检验员安全风险识别反馈图

3.3 电梯检验中检验员风险原因分析

利用Vensim PLE提供的分析风险原因与后果的功能，以电梯检验中检验员安全风险隐患为出发点，逆向找出上一级的原因因素，以此类推，对上级原因再次进行逆推找出上上级因素，对所有因素都进行该过程，直至某一因素已经在前面追溯中出现过或者该因素是无法再追溯的基层原因。利用这一思想，Vensim以一种树形结构图将这些因素关系反映出来，得到检验员检验中安全风险隐患的原因如图2所示。

通过风险识别树可以很清晰地反应出各因素的层次结构以及各因素与风险的关系。通过风险识别图直观发现，检验中检验员安全风险的相关原因因素众多，说明其发生事故的概率较大，因此，检验员在检验过程中的安全问题应引起检验单位等相关主体责任人的重视与关注，提前采取相关措施，制定好预案以保证检验活动的顺利进行。

图2 引起检验中检验员风险的因素识别

3.4 电梯检验中检验员风险后果分析

同风险原因分析一样，风险后果分析也是遵循追溯的原则，以某一风险为出发点，一次向后续因素进行辨识，直至所有后果因素都已辨别出来或已到达最后层后果因素为止，也通过树形结构图反映出来，如图3所示。

图3 检验中检验员风险的后果识别

通过后果识别图可以很快知道风险引起的后果，图形中树形结构越复杂说明该风险产生的后果影响越多。应该注意，风险引起的后果在系统动力学研究中体现出的不仅仅是事故等消极结果，也会促使进行整改，从而产生积极效果，这与系统动力学分析中“负反馈”“正反馈”是一致的。

3.5 电梯检验中检验员风险反馈回路分析

如前2.3与2.4节所述，当以电梯检验中检验人员风险为出发点时既可以逆向追溯风险原因，也可以顺向推断风险后果，又因为事故的发生是受多种原因的影响，因此在该风险的识别图中可能存在闭环结构。此外，有些风险原因与风险本身相互构成原因与后果，反应到风险识别反馈图中构成了闭环结构，这些闭环结构就是系统动力学中谓之的反馈回路。对风险进行反馈回路分析有助于进一步认识该风险的动态演化过程。此外，我们知道每一因素对下一级因素的作用都存在正负反馈的不同方式，分别代表着风险的强化与弱化的效果，而当不同的因素对风险的作用分别构成各自的反馈回路时，该风险的综合效果如何却不得而知，因此，进一步对风险的反馈回路进行分析能辨识出风险从产生到被处理后的总体后果。运用Vensim分别对九个风险各自的反馈回路进行分析，其结果如下所示。

1）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)环境缺陷→(+)检验中检验员安全风险隐患（正极性）

2）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)环境缺陷→(+)设备不安全状态→(+)检验中检验员安全风险隐患（正极性）

3）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)环境缺陷→(+)意外→(+)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（正极性）

4）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)事故处理→(+)整改→(-)设备不安全状态→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

5）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)人员伤亡→(+)整改→(-)设备不安全状态→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

6）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)人员伤亡→(+)整改→(-)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

7）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)事故处理→(+)整改→(-)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

8）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)财产损失→(+)整改→(-)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

9）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)环境缺陷→(+)误操作→(+)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（正极性）

10）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)财产损失→(+)整改→(-)设备不安全状态→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

11）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)财产损失→(+)整改→(+)教育培训→(-)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

12）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)事故处理→(+)整改→(+)监督检查→(-)设备不安全状态→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

13）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)财产损失→(+)整改→(+)监督检查→(-)设备不安全状态→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

14）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)人员伤亡→(+)整改→(+)教育培训→(-)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

15）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)事故处理→(+)整改→(+)教育培训→(-)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

16）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)环境缺陷→(+)设备不安全状态→(+)意外→(+)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（正极性）

17）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)人员伤亡→(+)整改→(+)监督检查→(-)设备不安全状态→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

18）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)事故处理→(+)整改→(-)设备不安全状态→(+)意外→(+)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

19）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)财产损失→(+)整改→(-)设备不安全状态→(+)意外→(+)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

20）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)人员伤亡→(+)整改→(-)设备不安全状态→(+)意外→(+)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

21）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)事故处理→(+)整改→(+)监督检查→(-)设备不安全状态→(+)意外→(+)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

22）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)财产损失→(+)整改→(+)监督检查→(-)设备不安全状态→(+)意外→(+)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

23）检验中检验员安全风险隐患→(+)检验过程中安全事故→(+)人员伤亡→(+)整改→(+)监督检查→(-)设备不安全状态→(+)意外→(+)人员不正当作业→(+)检验中检验员安全风险隐患（负极性）

利用系统动力学反馈回路分析时的“回路中所含负向因果链的个数为偶数时回路极性为正，含负向因果链的个数为奇数时回路极性为负”思想，分别对所有的反馈回路进行极性判断，分别标注于每个反馈回路的后面。

通过对电梯检验中检验员安全风险的反馈回路分析可知，其安全风险的因果回馈路径较多，这说明检验中检验员的安全状态受到多方面的因素影响。23条反馈回路中有5条正极性回路和18条负极性回路，正极性回路有自我强化的终极效果，反应在检验过程中各风险通过不断的风险强化使得安全风险加大，而负反馈回路则相反，它起着自我调节的功能，通过负反馈的循环回路调节，能降低风险的出现及发生。通过比较分析回路可发现，回路中的负反馈主要体现在：（1）整改能减少人员不正当作业、设备不安全状态；（2）教育培训能减少人员不正当作业；（3)监督检查能减少设备不安全状态。因此，在现实检验管理中应加强教育培训以及监督检查，对发现的隐患缺陷及时予以整改，能有效降低检验员在检验过程中的安全事故发生。

4 结论

本文通过分析了检验中检验员相关活动的动态性、复杂性和反馈性等特征，很好的与系统动力学建模思想匹配起来，从而建立了以检验中检验员这一关键点为核心的动力学模型。通过对模型的全面研究，结合系统动力学配套软件向前进行了整个检验过程中所有可能导致检验员风险事故发生的动态原因（或因素）分析，向后预先总结了所有事故可能产生的后果（或结果），以及辨识出了以检验中检验员安全风险隐患为中心的所有相关因素相互作用与影响的闭环反馈回路，从而实现了整个检验中任何一个因素都能简单明了的找出其影响因素与产生后果，为检验过程的安全控制提供直接依据。为更形象的描述出检验员在检验中的安全风险相关因素，论文将所有因素都以定性的角度进行整合，而实际中所有的因素都有其本身的影响重要性（权重），这为日后结合定性与定量的综合研究提出了进一步的要求。

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Application of System Dynamics in Safety Risk Analysis of Elevator Inspectors During Inspecting and Testing

Liu Weiguang
(Shenzhen Institute of Special Equipment Inspection and Test Shenzhen 518029)

The effective control of testing accident can greatly reduce the special equipment safety accident. Inspector is considered as the key point in the establishment of the system dynamics model. This paper analyzes all the reasons which may lead to Inspectors related accidents, all possible consequences that accidents may cause, the refined interreaction feedback loops between the related factors of hidden safety risk. The above results may provide theoretical basis for the scientific management to prevent and control the accident in the whole inspection process.

System dynamics Dynamic process modeling Causes and consequences analysis Feedback loops research

X924.2

B

1673－257X(2015)11-0050-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.11.010

刘韦光（1987～)，男，硕士，检验员，从事电梯、起重机等特种设备安全检验工作。

2015-07-24）