事故致因模型體系及建模一般方法與發(fā)展趨勢*

黃　浪，吳　超

(中南大學(xué) 資源與安全工程學(xué)院，湖南 長沙 410083)

0　引言

事故致因理論是從大量典型事故調(diào)查與分析中提煉出的事故發(fā)生機(jī)理，大量研究與實(shí)踐已經(jīng)證明事故致因模型在安全科學(xué)理論研究與事故預(yù)防實(shí)踐中的重要性，具體表現(xiàn)在：是事故預(yù)防與控制的理論依據(jù)，也是事故調(diào)查與分析工具；安全科學(xué)原理研究的路徑之一[1]，安全學(xué)是從研究生產(chǎn)安全事故層面發(fā)展起來的；是特定時期人們安全理念的集中反映，同時事故模型影響人們對安全的認(rèn)識[2]。針對已提出的大量事故致因模型，國內(nèi)學(xué)者鐘茂華[3]、羅春紅[4]、樊運(yùn)曉[5]、魏曉陽[6]，以及國外學(xué)者Sklet[7]、Swuste[8-10]等進(jìn)行了一些梳理，但在時效性、系統(tǒng)性等方面還存在欠缺，尤其是對事故致因建模的基本問題(如方法論、結(jié)構(gòu)體系等)的研究還不足。鑒于此，本文對目前國內(nèi)外的事故致因模型進(jìn)行總結(jié)與歸納，提煉事故致因建模的一般方法等基礎(chǔ)性問題。在此基礎(chǔ)上，對未來事故致因建模所遇到的挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢進(jìn)行展望，以期為事故致因建模的研究與應(yīng)用提供借鑒。

1　事故致因模型綜述與分析

1.1　已有事故致因模型歸類比較

吳超等[11]將安全系統(tǒng)劃分為微觀安全系統(tǒng)、中觀安全系統(tǒng)和宏觀安全系統(tǒng)；Coze[12]指出在系統(tǒng)安全分析和事故致因分析中，在個人層級和社會層級之間建立“微觀-中觀-宏觀”聯(lián)系屬于基礎(chǔ)理論和方法論問題；Durugbo[13]從“微觀-中觀-宏觀”3個維度論述系統(tǒng)信息流建模研究現(xiàn)狀；Yoon等[14]認(rèn)為在事故分析是應(yīng)該從宏觀、中觀和微觀3個層面分析事故致因?；诖?，以系統(tǒng)粒度為切入點(diǎn)，從微觀、中觀、宏觀3個層面綜述與比較事故致因模型(如圖1所示)：微觀層面的事故致因模型主要著眼于微觀安全系統(tǒng)，如以人或機(jī)為中心的、以人機(jī)交互為中心的事故致因模型；中觀層面的事故致因模型主要著眼于中觀安全系統(tǒng)，如以公司等組織系統(tǒng)為中心的事故致因模型；宏觀層面的事故致因模型主要著眼于宏觀安全系統(tǒng)，如以社會技術(shù)系統(tǒng)的大環(huán)境為背景的事故致因模型。對現(xiàn)有事故致因模型的歸納分析如表1所示。

從表1可知，現(xiàn)有事故致因模型主要集中在微系統(tǒng)層面和中系統(tǒng)層面，這是由生產(chǎn)方式的變化、人在生產(chǎn)過程中所處地位的變化和人們安全理念的變化決定的。

可預(yù)見的是隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，宏系統(tǒng)層面的事故致因模型將會得到越來越多的關(guān)注，這也是面對Leveson[61]提出的技術(shù)飛速發(fā)展、事故本質(zhì)發(fā)生改變、新的危險源類型的出現(xiàn)、系統(tǒng)復(fù)雜性和耦合性的提高、單類型事故容錯性下降、安全需求和功能需求沖突等挑戰(zhàn)時，新一代事故致因模型最基本的特征。

圖1　安全系統(tǒng)的劃分Fig.1　Division of safety system

表1　事故致因模型歸類

1.2　事故致因的層次體系

根據(jù)上述分析及文獻(xiàn)[52]對事故致因因素的數(shù)目與分布的論述，人們對事故致因的認(rèn)識經(jīng)歷了從局部到系統(tǒng)的轉(zhuǎn)變，即從系統(tǒng)元素到系統(tǒng)整體的轉(zhuǎn)變。因此，以“點(diǎn)-線-面-體”為主線分析事故致因的結(jié)構(gòu)體系(如圖2所示)，其中：點(diǎn)源事故致因模型將事故歸咎于單一致因(如圖2中的“A1-A”，“A2-A”等)，只是從某一方面或某一角度研究事故發(fā)生規(guī)律，如早期的事故頻發(fā)傾向理論和事故遭遇傾向性理論。該類模型忽略了事物間的普遍聯(lián)系，因此逐漸被新的事故鏈模型所取代，由單一致因因素向多因素理論發(fā)展；線源事故致因模型將單個的“點(diǎn)源”因素視為有前后關(guān)聯(lián)的事件，將事故描述為線性的鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)(如圖2中的“A11-A1-A”，“A31-A14-A1-A”等)，如Heinrich提出的因果連鎖模型，以及后期Bird，Adams和北川徹三改進(jìn)Heinrich模型以后分別提出的事故因果連鎖模型。線源事故模型從縱深方向理清了事故致因，但忽視了因素間的橫向關(guān)聯(lián)。此外，該類模型將“線”的末端作為事故的初始事件，這和點(diǎn)源事故致因模型類似；面源事故致因模型，隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，事故致因的范圍不再局限于單一的點(diǎn)源或線源事故模型，而是“多點(diǎn)”、“多線”組成的事故致因網(wǎng)絡(luò)，即面源事故致因模型(如圖2中的“A11-A1-A”和“A31-A3-A”組成的事故致因網(wǎng))，如軌跡交叉模型、瑟利模型、流行病學(xué)模型、“2-4”模型等；體源事故致因模型，事故致因不再是簡單的事故連，也不是同一層面的事故致因網(wǎng)絡(luò)，而是在線源事故致因和面源事故致因的基礎(chǔ)上，考慮不同致因鏈關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)之間的橫向關(guān)聯(lián)，即事故致因具有等級層次結(jié)構(gòu)的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)(如圖2中的“A11-A1-A”，“A13-A14-A2-A”，“A31-A3-A”和“A11-A14-A31”之間的立體事故致因體系)。該類模型指出事故因素間存在遞進(jìn)的層次結(jié)構(gòu)，這種層次結(jié)構(gòu)的躍遷對應(yīng)著事故的涌現(xiàn)過程，如綜合論事故致因模型、AcciMap模型、STAMP模型等。

圖2　事故致因的結(jié)構(gòu)體系Fig.2　Structure system of accident-causing

2　事故致因建模的一般方法

方法是1種特定順序或形式，即單一目的的規(guī)程或?qū)嵺`，方法學(xué)是研究方法、方式的綜合與提煉。在事故致因建模方法方面，魏曉陽等[6]進(jìn)行了初步分析，但對事故致因建模方法的提煉方面還存在欠缺。因此，筆者在對上述50余種事故致因模型歸納分析的基礎(chǔ)上，從建模的理論基礎(chǔ)與建模的一般方法2方面提煉事故致因建模的方法學(xué)基礎(chǔ)性問題。事故是復(fù)雜的系統(tǒng)涌現(xiàn)現(xiàn)象，事故致因理論建模涉及多種建模理論，如模型輪、相似理論、系統(tǒng)論和系統(tǒng)辨識等最基本理論，還有復(fù)雜系統(tǒng)理論、自組織理論、網(wǎng)絡(luò)理論、定性理論等。

基于安全科學(xué)方法學(xué)[3]的視角，通過分析與歸納現(xiàn)有事故致因模型的構(gòu)建思路與方法，提煉事故致因建模的一般方法：相似比較法、概率統(tǒng)計法、推理歸納法、組合改進(jìn)法、因果分析法(見表2)。

3　事故致因建模方法的發(fā)展趨勢

不同的生產(chǎn)力發(fā)展階段出現(xiàn)的安全問題不同，現(xiàn)有模型都是在特定的時代和特定的應(yīng)用背景下提出來的，因此也就有其特定的適用范圍。隨著社會技術(shù)系統(tǒng)復(fù)雜性的提高，尤其是進(jìn)入信息時代、大數(shù)據(jù)時代、工業(yè)4.0時代、人工智能時代以后，傳統(tǒng)的事故致因模型將不能滿足復(fù)雜系統(tǒng)事故調(diào)查與分析。因此，如何抓住科技和社會變革時機(jī)，扭轉(zhuǎn)傳統(tǒng)的事故致因建模理論、方法與技術(shù)滯后于科學(xué)技術(shù)發(fā)展的局勢，提前對事故致因建模所受到的沖擊和變革進(jìn)行研究將會對人類的安全發(fā)展，以及安全科學(xué)學(xué)科發(fā)展帶來巨大影響。

1)大數(shù)據(jù)思維與方法將對事故調(diào)查與分析、事故致因建模產(chǎn)生變革性影響：由于數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析方法的限制，傳統(tǒng)的事故致因建模可能忽視或簡化了一些致因因素，大數(shù)據(jù)將改變安全數(shù)據(jù)的采集、挖掘和分析方法，實(shí)現(xiàn)安全數(shù)據(jù)的全樣本采集與分析，更加科學(xué)地揭示事故致因；傳統(tǒng)事故致因模型注重因果關(guān)系分析和對事故的解釋(解釋型事故致因模型)，基于大數(shù)據(jù)的事故致因建模更加注重事故現(xiàn)象和安全數(shù)據(jù)之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的分析；傳統(tǒng)的事故致因模型基本都是定性分析，基于大數(shù)據(jù)的事故模型可發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生的潛在規(guī)律，如事故發(fā)生的周期性、關(guān)聯(lián)性、地域性、時間性等規(guī)律，使事故致因分析從定性向定量轉(zhuǎn)變；傳統(tǒng)的事故模型都是基于對已經(jīng)發(fā)生的事故分析基礎(chǔ)上構(gòu)建的，盡管對預(yù)防事故具有重要意義，但通過經(jīng)歷事故來獲取預(yù)防措施具有滯后性。大數(shù)據(jù)的核心理念是如何利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，基于大數(shù)據(jù)的事故模型有助于提前、快速的識別將要發(fā)生的事故，真正做到事故的超前預(yù)防；基于大數(shù)據(jù)的事故致因模型可構(gòu)建全新的安全科學(xué)分支學(xué)科(即安全大數(shù)據(jù)學(xué))，進(jìn)而拓展安全科學(xué)的內(nèi)涵和外延；從動態(tài)和變化的觀點(diǎn)來分析事故致因的模型很少，不利于系統(tǒng)分析事故致因，基于大數(shù)據(jù)的事故致因模型可給出對事故調(diào)查分析、預(yù)測預(yù)防更為普遍和有效的方法。

表2　事故致因理論建模一般方法

2)在人工智能時代和工業(yè)4.0時代，社會技術(shù)系統(tǒng)越來越數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、復(fù)雜化與智能化，將對傳統(tǒng)的事故致因建模產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響：復(fù)雜巨系統(tǒng)事故的多米諾效應(yīng)越來越大，而這些變化都是以信息驅(qū)動為基礎(chǔ)的，系統(tǒng)對信息的依賴性更強(qiáng)，系統(tǒng)信息流(信息損失、不正確信息和信息流異常流動)或信息不對稱在事故致因中將越來越突出，基于“安全信息”的事故致因建模可能成為新一代的主流事故模型；傳統(tǒng)的事故致因理論和系統(tǒng)安全各自發(fā)展，從不同的視角提供事故預(yù)防的手段，但二者之間缺少聯(lián)系，新形勢下人類的安全認(rèn)識觀和安全價值觀將發(fā)生變化，向事故學(xué)習(xí)的觀念也將發(fā)生變化；雖然系統(tǒng)思維已經(jīng)成為社會技術(shù)系統(tǒng)事故分析的主導(dǎo)范式，認(rèn)為事故是1種復(fù)雜的系統(tǒng)現(xiàn)象，但對事故的認(rèn)識仍然是不完全的，社會技術(shù)系統(tǒng)重特大事故依然時有發(fā)生。此外，基于傳統(tǒng)事故模型的事故調(diào)查與分析還可導(dǎo)致處于系統(tǒng)“尖底”的人或設(shè)備被不正確指責(zé)；事故性質(zhì)的變化，數(shù)碼技術(shù)、信息技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)給大多數(shù)行業(yè)帶來一場革命，帶來新的系統(tǒng)故障模式，進(jìn)而改變事故性質(zhì)。例如一些應(yīng)用于電器元件的傳統(tǒng)方法(冗余)，在面對使用數(shù)字技術(shù)和軟件技術(shù)而導(dǎo)致的事故時是不充分的。冗余在某種程度增加系統(tǒng)的復(fù)雜性，進(jìn)而增加系統(tǒng)風(fēng)險；安全科學(xué)的研究對象和研究手段也將發(fā)生變化，事故調(diào)查與分析、事故致因建模需要跨學(xué)科、跨領(lǐng)域、跨部門的新研究模式。

此外，新的安全科學(xué)研究范式(如安全韌性理論、高可靠性理論、正常事故理論等)也會對對事故致因模型及其建模方法產(chǎn)生沖擊。

4　結(jié)論

1)以系統(tǒng)粒度為切入點(diǎn)，提出以“微觀-中觀-宏觀”為主線的事故致因模型比較分析框架，并對現(xiàn)有國內(nèi)外已經(jīng)提出的50余種事故模型進(jìn)行歸納分析。

2)通過分析現(xiàn)有事故致因模型從系統(tǒng)局部到系統(tǒng)整體的發(fā)展沿革，提煉以“點(diǎn)源-線源-面源-體源”為分析主線的事故致因模型結(jié)構(gòu)體系。

3)基于安全科學(xué)方法學(xué)的視角，通過分析與歸納現(xiàn)有事故致因模型的構(gòu)建思路與方法，提煉事故致因建模的一般方法：相似比較法、概率統(tǒng)計法、推理歸納法、組合改進(jìn)法與因果分析法，并通過實(shí)例分析，論證了所提煉方法的合理性和科學(xué)性。

4)對新形勢(信息時代、大數(shù)據(jù)時代、工業(yè)4.0時代、人工智能時代)下的事故致因模型及其建模方法所遇到的挑戰(zhàn)與發(fā)展趨勢進(jìn)行了分析。

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