单灾种三元安全评价体系模型研究及其推广

谢 宏，黄汉斌

（华北科技学院，北京东燕郊 065201）

0 引言

安全评价以理论和实践经验为支撑，识别和分析企业生产系统中潜在的危害和有害因素。 安全评价对于预测企业安全管理中的风险，减少安全生产事故发生率，及营造有利于安全生产的环境均发挥着关键作用。 因此，加大企业安全评价的力度，预防不安全行为的出现，并对安全生产管理实施规范化，对确保企业安全至关重要。

虽然企业安全评价已引起学者关注并被实际应用，众多国内学者对其进行了深入研究［1-4］，但是现有方法存在局限性：不同类型评价对象间的结果难以比较，适用性有限，进行全面、系统、清晰的研究仍是一大挑战。

系统动力学（System Dynamics，SD）是基于系统论、控制论和信息论等数学模型的大系统理论，用于计算机仿真分析复杂系统的动态行为的方法。 这种方法尤其适合处理高度非线性、多变量和多反馈的复杂系统［5］。 基于此，学者们已将SD 应用于多方面研究［6-10］，如煤矿安全管理的研究，通过SD 模型分析安全监管、安全投入等因素对矿安全的影响；对瓦斯综合治理的研究，利用SD 理论动态评估矿井瓦斯灾害风险，实时发现管理要点，促进瓦斯综合治理；对工程项目风险演化评价的研究，运用SD 理论方法对石油工程项目进行仿真验证，分析各个因素对于工程项目风险演化的影响程度，并提出建议；对安全生产水平预测与评价的研究，运用SD 理论构建安全生产水平预测和评价SD 模型，对安全生产水平进行预测和评价，弥补了安全生产评价方法单一性的不足；对瓦斯抽采稳定性评价的研究，运用SD 理论建立瓦斯抽采三元体系SD 模型，对瓦斯抽采达标进行综合性评价，丰富了瓦斯抽采安全评价方法。

综上所述，本文在现有评价方法的基础上，基于灾害致因的逻辑路径，从系统动力学视角，基于事故灾难这一单灾种为例，以安全能力、安全状态和安全业绩为核心要素，构建单灾种三元安全评价体系SD 模型。 通过动态评价和仿真分析安全生产状况，旨在解决实际安全生产问题，同时拓展安全评价的理论与方法范畴。

1 单灾种三元安全评价体系SD 模型构建与应用

1.1 模型构建综合分析

1.1.1 灾害形成的逻辑路径

在风险管理和灾害研究范式中，单灾种是指与其他灾害有明确界限、相互独立并有明显区别的单一灾害种类，是综合灾害的基础。 在灾害形成的过程中，孕灾环境、致灾因子与承灾体之间相互作用，最终演变为灾情。 灾害系统包括三个关键要素［11］：孕灾环境、致灾因子和承灾体。

探寻灾害形成的逻辑路径，有助于找到关键节点，运用其特性构建评价模型反馈指导防灾工作。 本文以生产实践为例，生产实践过程中，人为异动（如管理失误、不安全行为等）和技术异动（如机械故障、技术缺陷等）单独或共同出现时，衍生出的致灾因子与孕灾环境本身存在的致灾因子累加，从而增强了致灾因子的强度，当致灾因子的强度超出人们的应对能力，导致无法有效控制时，就会对人类的生命和财产造成重大损失，这时灾害因子形成了灾害，如图1 所示。

图1 灾害形成的逻辑路径

1.1.2 灾害系统

面部表情是传达内心情感、追求内在形象的最直接最有效的手段，是对完整舞蹈的一种补充。舞者应正确认识面部表情的基本内涵，结合面部表情的主要作用如突出表演性、加强艺术性以及突显独特性等，将面部表情、舞蹈动作有效结合。这样对于拉丁舞情感的表达、表演完整性的增强以及拉丁舞气氛的渲染都可发挥重要作用。

承灾体通常指的是直接受到灾害影响和损害的主体。 这主要包括“人”“机”“环”（库尔曼，1981）自身及其相互交互组成的社会系统和人因工程系统（后称“人工系统”）。 因此，本文将承灾体分为两大类：社会系统和人工系统。

孕灾环境通常指的是自然系统。 然而，在生产实践中，孕灾环境是由自然与社会的许多因素相互作用形成的。 在生产实践视域下，孕灾环境可被视为由社会系统、人工系统以及自然系统三者相互作用产生的致灾因子的承载地。

致灾因子，是由孕灾环境产生的各种异动因子。 它们可分为三类：一是自然异动如暴雨、台风、地震等产生的自然致灾因子；二是人为异动如管理失误、不安全行为等产生的人为致灾因子，这些往往会导致严重的社会灾害；三是技术异动如机械故障、技术缺陷等产生的技术致灾因子，这类致灾因子通常源自技术或工业环境，生产上的安全事故就是比较典型的技术致灾因子，技术致灾因子也可能是自然致灾因子直接作用的结果。 为明确界定，本文将社会系统、人工系统以及自然系统三者相互作用产生的对人类构成危害的渐发或突发性因素统称为致灾因子。

综上所述，在灾害系统中，保障系统安全的核心在于稳定社会系统、人工系统以及自然系统致灾因子的状态，系统安全问题就是三元系统交互的安全问题。 基于此，本文提出灾害致因的三元体系交互模型，如图2 所示。

图2 灾害致因的三元体系交互模型

由图2 可知，社会系统本质是一系列相互关联的社会实体“人”（如个人、群体、组织和机构）运用“管”和“法”进行持续实践形成的动态系统；人工系统本质是为了实现一些特定的目标或解决特定问题，由“人”通过理论和科技创造“机”并与其交互形成的动态系统；自然系统本质是反映出“环”（自然环境）的状态与进程，且不受人类直接控制。 在社会—人工—自然耦合系统中，灾害的致因变得更加多元和复杂，灾害由社会系统的致灾因子、人工系统的致灾因子与自然系统的致灾因子（三者间相互影响）的交互所致。 具体致因逻辑关系如下：

（1） “人”在缺失“管”和“法”的前提下发生不安全行为，产生致灾因子，使系统内各因素之间关系紊乱，从而使社会系统动态失衡；

（2） “人”在不安全行为下与“机”进行交互，导致“机”发生不稳定状况，产生致灾因子，致使系统内各因素之间关系紊乱，从而使人工系统动态失衡；

（4） 社会系统、人工系统和自然系统彼此之间相互扰动，灾害因子彼此之间相互影响，在此情形下，三者所产生的灾害因子（超限状态）耦合形成灾害。

系统安全是为解决复杂系统中的安全性问题而开发的一套安全理论和方法体系［12］。 在安全生产领域，影响因素繁多，各个因素之间以及整体与单个因素之间的相互作用构成了一个典型的非线性、多变量的复杂动态反馈系统［13］。 明确灾害系统内部要素之间的关系对于预防灾害的发生和保障安全生产至关重要。 因此，对灾害系统进行深入的动态分析是必要的步骤。

1.2 单灾种三元安全评价体系SD 模型的构建

1.2.1 单灾种三元安全评价体系SD 建模目的

单灾种三元安全评价体系SD 建模是为了更深入地理解和预测灾害发生的复杂过程，评估安全等级，并提出针对性的整改措施，以优化安全生产水平。 该模型揭示了灾害触发的因素以及各因素之间的关联，并提供了对灾害形成过程动态变化的见解。 通过模拟和比较分析不同情景，该模型能够预测在特定条件下灾害可能的发展路径，并据此为防灾准备、灾害抑制及恢复管理提供实用的建议。

1.2.2 单灾种三元安全评价体系SD 模型结构

从微观角度出发，并基于系统安全理论及前文讨论，可见灾害系统与社会系统、人工系统及自然系统等子系统存在着紧密的联系。 因此，本研究提出一种结合安全生产要素的协调发展模型，涉及社会、人工和自然这三个系统。 系统动力学SD 模型是一个开放的复杂系统，运用系统动力学软件Vensim 来描述系统的因果关系，并据此绘制图3。 本文中，“安全能力”定义为组织应对和控制致灾因子的能力，此能力是管理和专业水平的综合体现。 同时，“致灾因子状态”表示致灾因子的强度。 而“安全状态”则指灾害的稳定状态，它相对于“致灾因子状态”而言，当“安全能力”降低致灾因子的威胁时，“安全状态”相应提升，反之则下降。 “安全业绩”描述了企业在灾害治理和抵御能力上的实际效能，表现为通过能力达到的生产环境的稳定性，体现了减少灾害风险的安全成果。

图3 因果关系图

如图3 所示，管理与专业水平可整合为安全能力，而安全能力与安全状态共同构成了安全业绩。 安全投入、安全能力、致灾因子状态、安全状态及安全业绩紧密相连并相互影响，形成了系统的反馈机制。

1.3 单灾种三元安全评价体系SD 模型反馈回路

系统动力学（SD）模型的反馈回路是其核心组成部分，它阐释了系统内各变量之间的相互作用及其对整体系统行为的影响。 在单灾种三元安全评价体系SD 模型中，反馈回路主要分为两类：首先，正向反馈回路，其中一个系统变量的改变会引起其他变量的连锁反应，从而放大了最初的变化；其次，负向反馈回路，这种回路反映了系统的自我调节能力，某状态变量的变化引发其他变量的调整，进而使系统趋于稳定。

理想中的反馈系统应处于封闭状态，其内部清晰地揭示了研究对象内部各要素之间的相互作用，并阐释系统内的行为模式。 理论上，封闭系统的边界不允许任何物质的流动。 但在实践中，大多数系统是开放的，它们与外部环境进行着频繁的变量交换。 由图3 可知，各系统之间关系形成一个复杂的反馈回路，逻辑路径为：安全能力上升，致灾因子状态下降，同时安全状态上升；安全能力与安全状态上升，安全业绩上升。

1.4 系统变量的选取

在构建系统动力学（SD）模型的过程中，选择恰当的系统变量是关键一步，因为这些变量必须精准地代表系统的核心特征及其行为模式。 对于单灾种三元安全评价体系SD 模型，在选取变量时，既要反映安全业绩，又要考量直接影响安全业绩的各种因素和致灾因子状态的影响。 这要求对组成要素及其体系结构进行深刻且客观地分析，以确立模型的关键组成。 根据综合分析的结果，最终确定了单灾种三元安全评价体系SD 模型所需的状态变量数量为6 个，速率变量为6 个，以及辅助变量为7 个。 各具体变量说明见表1。

表1 变量说明

2 单灾种三元安全评价体系SD 模型仿真与应用

2.1 SD 模拟仿真

利用系统动力学专用软件Vensim，绘制了系统流图，如图4 所示。

图4 单灾种三元安全评价体系SD 流图

图4 中，管理团队和专业团队的建设程度、管理体系完善程度、专业装备配备合格程度，反映了企业在规章制度和软硬实力建设上的实施情况；管理水平和专业水平代表企业通过各种举措所达到的水平变化存量；安全能力指的是企业应对灾害以及治理灾害因子的水平变化存量；致灾因子状态指的是灾孕环境存在的致灾因子强度的水平变化存量；安全状态代表了可接受的作业环境或低灾害风险状态的水平变化存量；安全业绩指的是安全能力与安全状态函数和的水平变化存量，用于评价和预测企业安全生产活动的执行情况和结果。 本文采用了主观与客观的量化方法，并主要通过模拟仿真来进行分析说明。

2.2 模拟仿真及评价

在系统动力学中以状态变量作为衡量安全能力、安全状态及安全业绩的指标，通过对变量数值的调整，动态观测三个状态变量的变化趋势及其变化原因。 具体变化趋势界面如图5所示。

图5 仿真趋势

本次模拟仿真用表函数模拟时间周期内安全投入的变化量，通过对增长速率和下降速率的控制，对整个系统进行模拟仿真。 由图5 可知，安全能力的提升可以有效地治理作业环境中的灾害因子，随着灾害因子强度的下降，作业环境的安全状态随之上升，安全业绩呈现安全能力变化量和安全状态变化量耦合比例上升。 同时，当安全业绩达到期望值时，可以对安全投入适当减少。

3 结论

（1） 理清了灾害形成的逻辑路径，研究分析得出灾孕环境中的致灾因子强度和应对能力为核心要素，以三元体系为轴心，建立单灾种三元安全评价体系SD 模型。

（2） 通过分析变化趋势，实现对安全能力、安全状态以及安全业绩的预测。 在不同的情境分析中，还能探寻系统内的薄弱环节，从而采取措施避免因致灾因子增强而导致灾害的发生。

（3） 后续研究方向将致力于基于系统动力学的多灾种评价模型的建立，通过应用多灾种评价模型进行灾前预防的安全评价，能够有效地预测和评价各类灾害的安全水平变量，通过分析变化趋势，识别系统内的薄弱环节，并制定相应的整改策略，以确保安全生产。 此外，该模型具有广泛的应用潜力，适用于多个领域。