基于N-K模型的危化品道路运输安全风险因素耦合研究

陈晓,丁光

基于N-K模型的危化品道路运输安全风险因素耦合研究

陈晓1,丁光2

1. 三亚学院 管理学院, 海南 三亚 572022 2. 海口质量技术监督局, 海南 海口 570100

为研究危化品道路运输安全风险概率的变化情况，本文针对影响危化品运输安全的人、物、环境、管理等，从单因素、双因素和多因素的角度来分析危化品道路运输安全风险因素之间的耦合关系，并结合我国2008~2014年发生的危化品运输事故，利用N-K模型计算出不同风险耦合发生的概率。结果表明：耦合过程中参与的风险因素越多，事故发生的概率越大；主观因素（人的因素和管理因素）在危化品道路运输安全风险耦合过程中参与最多，造成的风险较大，需要加强防范。

危化品运输; 风险耦合; N-K模型

伴随着国家经济的快速发展，危化品具有的特殊作用使其在各领域应用逐渐广泛，各行各业对危化品的需求量也在不断增大；而在危化品的所有运输方式中，道路运输占据着较大比例且有不断增长的趋势；但随之带来的安全问题也越发显著，道路上行驶的运输危化品的车辆形成了流动的危险源，一旦发生运输事故，就有可能对人民的生命安全与国家财产造成威胁，更严重的还会对生态环境造成污染，如：2014年7月19日，在沪昆高速湖南邵阳段，一辆装有乙醇的货车，由于司机疲劳驾驶导致与客车相撞，致使54人死亡，经济损失达5300万元，2015年8月28日，在广东陆丰市沈海高速陆丰龙山路段，一辆装载亚硝酸铵的货车与客车追尾，造成5人死亡，20余人受伤，2016年3月19日，一台装有汽油的油罐车在京港澳高速公路汨罗市何家垄段行驶时发生爆炸，导致5人死亡，这些事故均给国家和人民带来了巨大的损失和恶劣的影响。

而N-K模型[10]起源于信息理论，以前通常用来对信息传输量的测度，现已成为分析复杂系统内部要素间相互作用、相互依赖对整体系统影响的通用工具，且在金融、地铁施工、航空等领域应用广泛，但目前尚缺乏在危化品运输安全风险领域的研究。基于此，本文结合危化品道路运输安全风险的特点及N-K模型的优势，构建危化品道路运输安全风险因素耦合度量模型，计算出该模型下安全事件发生的概率和风险值，并提出相应的风险应对措施，以减少风险耦合的概率，为危化品道路运输安全风险预防和控制管理提供理论依据。

1 危化品道路运输安全风险多维轨迹交叉耦合致因分析

人、物（危化品、运输车辆及其他设备设施）、环境、管理等四个子系统构成了复杂动态的危化品道路运输系统。且危化品运输事故的发生往往是由于人的不安全行为、物的不安全状态、脆弱的环境及管理的失效等风险因素造成的[11]，在这其中有些事故是由于系统的某些风险因素突破自身防御极值直接导致的，但也有某些因素并未突破自身风险阈值，而是与一些潜在的风险因素因相互作用、相互耦合，从而导致发生事故。具体如图1所示。

图 1 危化品道路运输安全风险多维轨迹交叉耦合致因

2 危化品道路运输安全风险单因素和多因素耦合分析

在物理学中，耦合通常是指把各种相互依赖、相互作用及相互影响的两个或两个以上的实体联合起来的现象[12]。而危化品道路运输系统是由复杂关联的若干元素及子系统组成的复杂动态系统，这就决定了危化品道路运输事故耦合风险不仅有人、物、环境、管理单个风险，还有其他因素间的耦合风险。因此，将危化品道路运输系统中人、物、环、管不同情况下的耦合风险分为单因素耦合风险、双因素耦合风险、多因素耦合风险，如图2所示。

图 2 危化品道路运输安全风险耦合类型

2.1 危化品道路运输安全风险单因素分析

2.1.1 人为因素风险在危化品道路运输过程中，人是处于整个危化品道路运输系统中的核心地位，往往是导致危化品运输事故的关键原因之一。伴随着我国科学技术的发展，系统设备的可靠性和环境系统的安全性得到了较大改善，而人的不安全行为往往是导致事故的直接原因。人因因素风险主要指驾驶人员疲劳驾驶，安全意识薄弱，生理素质、身体素质、精神素质，技术水平，教育水平低下等风险，如驾驶人员精神状态不佳违章驾驶从而导致运输事故。

2.1.2 物的因素风险物的因素风险通常是指危化品自身具有的易燃、易爆、毒害、腐蚀、放射性等危险性质，以及运输车辆和其他设备设施存在质量不合格、设备磨损老化等风险，如车辆磨损严重可能导致爆胎。刹车失灵等状况，从而引发交通事故,。

2.1.3 环境因素风险环境因素风险是指在运输过程中，不良的道路环境、气象环境、地形环境、沿线人口以及交通流等风险因素都可能增加危化品道路运输安全事故发生的概率，如天气大雾，导致路况视线不好从而引发事故。

2.1.4 管理因素风险管理因素风险是指在危化品运输过程中，由于管理计划不科学，危化品运输安全管理法规、标准体系不健全等引起的风险，管理风险因素包括车辆设备设施管理不善、安全管理制度不健全、安全培训教育不到位等情况，一旦管理失效就可能诱发危化品运输事故。

2.2 危化品道路运输安全风险双因素和多因素耦合分析

2.2.1 危化品道路运输安全风险双因素耦合分析在危化品道路运输过程中，运输安全只受两个风险因素之间的相互作用与相互影响，称之为危化品道路运输安全双因素风险耦合，其包括人-物因素耦合风险、人-环境因素耦合风险、人-管理因素耦合风险、环境-管理因素耦合风险、物-环境风险耦合因素、物-管理风险耦合因素等情况，如在人-物安全风险因素的耦合过程中，物的不安全状态可能受到人的不安全行为的影响，而反过来人的不安全行为也可能受到物的不安全状态的影响。如危化品运输车辆被运输人员违规改造从而导致事故，而运输车辆某些地方设计的不合理，会使运输人员在遇到紧急情况下在心理上可能产生急躁等情绪，从而产生不安全行为，造成运输事故；在影响危化品道路运输安全的物-环境风险耦合因素中，危化品自身具有的易燃、易爆、毒害、腐蚀、放射性等特性，增加了环境的危险性。而环境中的高温也可能引发车辆自燃或危化品爆炸等危险事故。

广西梧州市龙圩区税务局全面推行“放管服”改革后，不断优化纳税服务，极大地方便了纳税人办理涉税业务，节约了办税时间和成本，赢得了广大纳税人的点赞，纳税人的满意度也随之得到进一步提高。2017年在全市纳税人满意度测评中，从原来的第七名跃上到中上水平。另外，通过不折不扣地落实税收优惠政策，让纳税人应享尽享税收优惠，惠及面达100%。据统计，2017年度享受小型微利企业所得税优惠的企业共180户，优惠减免5726.9万元；享受政策性减免优惠2700户，减免增值税150万元。

2.2.2 危化品道路运输安全风险多因素耦合分析当危化品道路运输安全受到3个或3个以上的风险因素相互影响和相互作用时，这种情况就属于多因素耦合风险。而多因素耦合风险包括人-物-环境因素耦合风险、人-物-管理因素耦合风险、人-环境-管理因素耦合风险、物-环境-管理因素耦合风险及人-物-环境-管理因素耦合风险，如在人-物-管理耦合过程中，管理的因素往往这三个因素中起主导作用，在日常管理过程中对物的管理不到位时，就有可能致使车辆设备设施等维护保养不及时，出现磨损、老化等问题，同样对工作人员操作规程或技能培训等方面不落实到位的话，则工人在使用设备过程中出现失误的概率将会大大增加。因此为降低三者耦合的风险概率，必须加强对人的不安全行为和物的不安全状态的管理。再者在危化品道路运输整个过程中人-物-环境-管理同时耦合的概率很小，但一旦出现这样的情况，其造成的风险往往会高于四个风险因素简单叠加的效果。

3 基于N-K模型的危化品道路运输安全风险耦合作用度量

3.1 N-K模型

1993年，考夫曼在研究生物基因组合进化问题时提出了N-K模型，该模型能较好的解决复杂问题，其主要包含两个重要参数N和K，且在危化品道路运输系统中，N指的是人、物、环境、管理等4个数目的子系统，K为危化品运输系统复杂动态网络中各子系统相互作用、相互耦合的数目[13]。如果整个系统中有N个子系统，而不同子系统的组元有种相互结合的方式，即共有n种组合方式，则不同的组元按照一定的方式组合起来就构成了多维网络模型K，K的取值范围为[0,-1]。

危化品道路运输系统是一个较大的复杂动态系统，其共包括四个风险组元，分别是人、物、环境和管理。而每个组元依据它们是否突破自身的风险阈值，可分为0和1两种状态，当风险组元未突破自身阈值时，记为“0”，突破自身风险阈值时记为“1”[14]，且影响危化品道路运输安全的所有风险因素绝大多数情况下都是由部分风险因素通过局部耦合过程达到风险阈值。当不同类型的风险组元通过不同的形式进行耦合，耦合的频次越多，表明该耦合方式出现的概率就越大，即用耦合值来表示事故发生风险及概率的大小，耦合值越大则风险越大，越容易引发事故，因此本文结合N-K模型对危化品道路运输安全风险因素耦合进行度量。其计算公式如下：

式中：,,分别表示人、物、环境、管理4类风险因素；P,i,j,k表示人在第种状态下、物在第种状态下、环境在第种状态下、管理在第种状态下，4种因素风险耦合发生的概率，P，P，P，P分别表示人、物、环境、管理在，，，状态下的发生概率。

代表了危化品道路运输安全风险耦合在完全耦合状况下的数量化评估，计算得到的Ｔ值越大表明该组元耦合程度越高，对系统安全影响更大。而在实际事故中由四个风险因素完全耦合造成的事故概率很小，较多是由四个风险因素发生局部耦合，那么只需要计算三维空间下的风险因素之间的信息交互，总共4种组合，其计算公式如下：

同理，当局部风险因素耦合为双因素耦合时的交互信息计算公式为：

其中：

4 实例分析

影响危化品道路运输安全的风险因素有人、物、环境和管理等因素，这四大风险因素共有16种可能的耦合形式。其中0000、1000、0100、0010、0001代表了五个单因素风险耦合；而双因素风险耦合有1100、1010、0110、0101、1001、0011等6种情况；多因素风险耦合则共有5种情况，分别用1011、1101、110、0111、1111表示（人、物、环境、管理４种因素分别对应千、百、十、个位上的数字，某种因素未发生和发生的情况用0和1来代表）。通过对我国2008~2014年发生的危化品道路运输事故调查统计分析，得到总共发生事故约1047起，其中，单因素风险耦合、双因素风险耦合和多因素风险耦合导致的危化品道路运输事故的次数和频率如图3所示。

图 3 因素耦合事故频次频率

（1）单因素风险耦合分析，为了计算交互信息值，首先计算以下不同方式风险耦合发生的概率，根据式1，需计算P，P，P，P的值，当人为因素不参与风险耦合时危化品运输事故发生概率为0…=0000+0100+0010+0001+0110+0101+0011+0111=0.2709，同理，0…，·0…，·1…，…0·，…1·，…0，…1，计算结果如下表1。

表 1 单因素风险变化概率

（2）双因素风险耦合分析，根据公式2~8，可知需要计算P，P，P，P，P，P的值。因此计算人为因素与物的因素均不参与风险耦合时危化品运输事故发生概率为00··=0000+0010+0001+0011=0.0668，同理计算其他值，具体见表2。

表 2 双因素风险变化概率

3)多因素风险耦合分析,根据式2~8可知，需要计算P，P，P，P的值，计算人的因素、物的因素和环境因素不参与风险耦合时事故发生概率为000.=0000+0001=0.0115，同理可以计算其他值，具体如表3。

表 3 多因素风险变化概率

根据式2~8，分别计算下列各项风险的耦合的值为4=1.138，31=0.278，32=0.249，33=0.295，34=0.219，21=0.0278，22=0.036，23=0.0257，24=0.0219，25=0.0246，26=0.016，从计算结果可知：4>33>31>32>34>22>21>23>25>24>26。

4.1 综合分析

（1）在危化品道路运输系统中，随着参与耦合的因素的越多，其造成的危化品道路运输安全总风险也随之增大。从上述计算结果可知晓，4个风险因素耦合的发生概率最大，其次为3个风险因素耦合的情况，且3个因素耦合风险值大于双因素耦合风险值，这与日常生活中发生的危化品道路运输事故原因相符合。

（2）在危化品道路运输安全三因素风险耦合中，人-环境-管理风险因素耦合的值最大，其次通过计算数据可发现，若事故发生的原因中有人为因素和管理因素参与风险耦合，则事故发生的概率均比较高，这表明主观因素(人为因素和管理因素)是造成事故发生的重要原因。

（3）在双因素耦合风险中，人-管理因素耦合风险和人-环境因素耦合风险要大于物-环境因素耦合风险和物-管理因素耦合风险，而环境-管理耦合因风险是双因素耦合风险里最小的。这表明人的不安全行为是威胁到危化品运输安全的关键风险因素。

5 结论与建议

本文针对危化品道路运输安全风险耦合作用进行分析，构建了危化品道路运输风险耦合N-K模型，并利用N-K模型对危化品道路运输安全风险耦合作用进行度量，结果显示：随着参与风险耦合因素的增加，危化品道路运输安全风险会逐渐增大，多因素风险耦合导致事故发生的概率往往要大于双因素风险耦合。在人、物、环境、管理等4个因素中，人的因素和管理因素所参与的风险耦合造成事故发生的概率相对较大。

通过上述分析，对危化品道路运输安全风险耦合提出如下建议：

（1）有针对性控制对系统起关键作用因素之间的耦合。通过计算危化品道路运输安全风险要素之间不同耦合形式的风险度量值，可以发现人的因素和管理因素在整个系统风险耦合过程中参与最多，造成的风险最大，因此在日常管理过程中，应该建立健全相关法律法规，加强安全责任制的落实，加大执法和监管力度严格市场准入，加强从业人员培训教育，提高安全管理水平。

（2）影响危化品道路运输安全的风险因素较多，因此应该避免多个因素之间发生耦合作用。当人、物、环境、管理中的某一因素出现危险源时，在消除此危险源的同时，应加强对其他风险因素的检测和监控，防止产生新的耦合风险源，造成更大的损失。

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Study on Coupling Safety Risk Factors on Dangerous Chemicals Transportation Based on N-K Model

CHEN Xiao1, DING Guang2

1.572022,2.570100,

To study on the safety risk probabilities changing in dangerous chemicals transportation, this paper analyzed the coupling relation among safety risk factors in dangerous chemicals transportation from a single, double and multifactors perspective aiming at people, things, environment, management and so on affecting transportation safety, and calculated probabilities coupling various risks with N-K model combining with dangerous chemicals transportation accidents from 2008 to 2014 a. The results showed The more risk factors involved in the coupling process, the greater the probability of accident; Subjective factors (human factors and management factors) were the most involved in the risk coupling process of road transport safety of dangerous chemicals, causing greater risks that need to be reinforced.

Dangerous chemicals transportation; risk coupling; N-K model

U492.3+36.3

A

1000-2324(2019)04-0709-06

2018-03-10

2018-05-02

陈晓(1980-),女,硕士,讲师,研究方向:工程项目管理. E-mail:2245036738@qq.com