基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的高校學(xué)生公寓安全管理水平研究

■ 吳偉東 鐘明茜 黃鵬 姚燦 陳欣

西南石油大學(xué)土木工程與測繪學(xué)院 成都 610500

0 引言

高校學(xué)生公寓是學(xué)生展開日常學(xué)習(xí)與生活的首要場所[1]。學(xué)生公寓的安全是提升高校教育水平核心競爭力的前提、是高校開展正常教學(xué)以及科研工作的保障。而隨著高校教育模式的日益改革和學(xué)生對住宿需求的增加,學(xué)生公寓的建設(shè)要求將從多方面考慮,管理模式趨于多元化。同時(shí)由于集中居住的學(xué)生多數(shù)年級(jí)與專業(yè)存在差異，使教學(xué)和日常管理較為分散，增大了高校學(xué)生公寓在安全管理方面的工作難度,高校學(xué)生公寓日漸變?yōu)榘踩鹿实囊装l(fā)場所[2],發(fā)生事故主要類型為火災(zāi)、盜竊、遭遇傷害、宿舍人際關(guān)系。針對高校學(xué)生公寓安全事故頻發(fā)的情況，教育部在發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)高等學(xué)校學(xué)生公寓安全管理的若干意見》中，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生公寓安全問題是高校安全管理的重點(diǎn)[3]。因此需要對高校學(xué)生公寓安全管理水平進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)安全管理中的突出問題，以提高安全管理水平。

據(jù)此國內(nèi)外學(xué)者為解決高校學(xué)生公寓安全問題做了大量的研究工作，主要集中在火災(zāi)分析、用電安全、逃生疏散以及環(huán)境安全等。在火災(zāi)分析方面，張村峰[4]等分析了高校學(xué)生公寓火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)因素，利用事故樹-層次分析法計(jì)算各因素對火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的影響大?。桓哌M(jìn)東[5]通過灰色關(guān)聯(lián)度分析法將高校學(xué)生公寓火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)程度劃分為不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；胡潔[6]等采用火災(zāi)模擬軟件Pyro Sim 進(jìn)行火災(zāi)的動(dòng)態(tài)模擬來判斷逃生人員的危險(xiǎn)程度。在用電安全方面,孫立輝[7]等從限制電氣設(shè)備功率角度考慮，設(shè)計(jì)了多功能用電監(jiān)測系統(tǒng)；錢承山[8]等則利用Zig Bee無線通信技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的用電監(jiān)控系統(tǒng)，從而保障高校學(xué)生公寓用電安全。在逃生疏散方面，Lei[9]等運(yùn)用FDS+Evac軟件，提出了最適合學(xué)生公寓逃生疏散的走廊寬度以及張濤[10]等運(yùn)用Pathfinder 軟

1 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的高校學(xué)生公寓安全管理工作步驟

通過引入系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(system dynamic, SD)分析高校學(xué)生公寓安全管理問題的工作步驟如圖1所示，并按照PDCA(計(jì)劃、執(zhí)行、檢查、處理)循環(huán)的四個(gè)階段執(zhí)行[14]，①P(計(jì)劃)：前期工作首先根據(jù)已發(fā)生的高校學(xué)生公寓安全事故的致因以及大量相關(guān)文獻(xiàn)閱讀、資料收集和現(xiàn)場調(diào)研，從而確定系統(tǒng)邊界；②D(執(zhí)行)：結(jié)合整理的相關(guān)文獻(xiàn)信息資料定義涉及高校學(xué)生公寓安全的影響因素，首先運(yùn)用VENSIM 軟件繪制因果關(guān)系分析圖，確定反饋關(guān)系，再根據(jù)反饋關(guān)系繪制流量存量圖模型并建立SD方程式；③C(檢查)：對建立的流量存量圖模型進(jìn)行模型結(jié)構(gòu)、變量單位以及靈敏度的檢驗(yàn)。④A(處理)：檢驗(yàn)通過后，則對流量存量圖模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬仿真，通過分析仿真的數(shù)據(jù)得出結(jié)論。

2 基于SD的高校學(xué)生公寓安全管理模型的構(gòu)建

2.1 確定系統(tǒng)邊界

本文的研究目的之一是利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型探究高校學(xué)生公寓安全管理水平的影響因素作用路徑和作用方法，因而需要先設(shè)立一個(gè)系統(tǒng)邊界，將研究目標(biāo)所涉及的因素劃入，同時(shí)排除一些無重要關(guān)系的部分。所以系統(tǒng)邊界是剔除了相關(guān)度較小的高校學(xué)生公寓安全管理水平的影響要素集合[15]。在早期的研究中，已有學(xué)者針對公共建筑的風(fēng)險(xiǎn)問題構(gòu)建了由人、建筑物、環(huán)境3個(gè)子系統(tǒng)組成的“風(fēng)險(xiǎn)元”系統(tǒng)[16]。但高校學(xué)生公寓作為一種科教文衛(wèi)建筑與其它公共建筑在安全風(fēng)險(xiǎn)的形成機(jī)制上存在一定的差異，即安全事故的致因更具有多元性。因此，已有研究基于案例分析法深入剖析了高校學(xué)生公寓安全風(fēng)險(xiǎn)事故形成的機(jī)理，從實(shí)例的角度分析安全管理水平的影響因素。如謝飛[1]結(jié)合火災(zāi)案例分析，將導(dǎo)致高校學(xué)生公寓安全事故的致因歸為安防水平、人員水平、管理水平以及安全環(huán)境建設(shè)的缺失；李東[17]等基于DRR(Disaster Risk Reduction)教育理念，通過實(shí)例對高校學(xué)生公寓進(jìn)行了安全歸因剖析，將其事故致因主要?jiǎng)澐譃楹笄诮ㄔO(shè)薄弱、管理體系不完善以及管理人員和學(xué)生安全意識(shí)淡薄等方面。在上述文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，通過問卷調(diào)查和現(xiàn)場調(diào)研的方式，綜合考慮高校學(xué)生公寓的實(shí)際現(xiàn)狀并通過對近年來高校學(xué)生公寓安全事故的發(fā)生原因分析和對信息資料、相關(guān)文獻(xiàn)的查閱，遵循客觀性、可代表性、以及可操作性將高校學(xué)生公寓的安全管理網(wǎng)絡(luò)劃分為5個(gè)子系統(tǒng)（安防子系統(tǒng)、人員水平子系統(tǒng)、后勤子系統(tǒng)、環(huán)境水平子系統(tǒng)、管理水平子系統(tǒng)）和18個(gè)影響指標(biāo)（煙感報(bào)警裝置系統(tǒng)、電子門禁系統(tǒng)、防盜報(bào)警系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、宿舍樓棟學(xué)生組織設(shè)置、學(xué)生自我保護(hù)能力、學(xué)生安全理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)際操作培訓(xùn)、安全管理人員知識(shí)結(jié)構(gòu)水平、公物報(bào)修、寢室分配與查詢、樓棟例常檢查與維修、宿舍文化建設(shè)、消防設(shè)施和安全標(biāo)志、通風(fēng)條件、每周消毒工作、應(yīng)急救援方案、管理組織結(jié)構(gòu)、規(guī)章制度建設(shè)）。5 個(gè)子系統(tǒng)是依據(jù)涉及學(xué)生公寓安全考慮的總體劃分，并將各自涉及的影響因子范疇劃分如圖2所示。

2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

高校學(xué)生公寓的安全水平是由多個(gè)因素共同影響，而各影響因素之間以及各影響因素與整個(gè)安全系統(tǒng)之間具有動(dòng)態(tài)的反饋關(guān)系，并且通過因果鏈組成閉合的因果與關(guān)系圖如圖3。圖中因果鏈的正負(fù)號(hào)表示影響作用的性質(zhì)：+為箭頭指向的變量將隨源發(fā)的變量同向變化，-則與+起相反作用[18]。由于安全成本投入的增長，各子系統(tǒng)安全水平值隨之增長，整個(gè)系統(tǒng)水平值趨于安全值，從而減少安全成本。系統(tǒng)回路關(guān)系如下：

圖3 因果與相互關(guān)系圖

（1）學(xué)生公寓安全投入+ →安防系統(tǒng)投入+ →安防系統(tǒng)安全水平值+ →學(xué)生公寓安全水平值- →學(xué)生公寓安全投入；

（2）學(xué)生公寓安全投入+ →人員水平投入- →人員水平系統(tǒng)安全水平值+ →學(xué)生公寓安全水平值- →學(xué)生公寓安全投入；

（3）學(xué)生公寓安全投入+ →后勤系統(tǒng)投入+ →人員水平系統(tǒng)安全水平值+ →學(xué)生公寓安全水平值- →學(xué)生公寓安全投入；

（4）學(xué)生公寓安全投入+ →環(huán)境水平投入+ →環(huán)境水平系統(tǒng)安全水平值+ →學(xué)生公寓安全水平值- →學(xué)生公寓安全投入；

（5）學(xué)生公寓安全投入+ →管理水平投入+ →管理水平系統(tǒng)安全水平值+ →學(xué)生公寓安全水平值- →學(xué)生公寓安全投入；

（6）目標(biāo)水平值+ →學(xué)生公寓安全水平值- →學(xué)生公寓安全投入。

2.3 系統(tǒng)參數(shù)分析并創(chuàng)建SD模型

根據(jù)學(xué)生公寓安全管理網(wǎng)絡(luò)，選取相關(guān)參數(shù)變量并依據(jù)變量種類劃分為5大類建立模型變量集見表1.

表1 學(xué)生公寓安全管理模型主要參數(shù)變量

鑒于因果與相互關(guān)系圖僅是表達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的反饋關(guān)系,而不同性質(zhì)參數(shù)變量間的差異不能進(jìn)行區(qū)分[19]。因此為準(zhǔn)確地表述影響反饋系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，結(jié)合圖2-3 以及表1中SD 主要參數(shù)變量，運(yùn)用VENSIM 軟件繪制流量存量圖如圖4所示。

圖4 流量存量圖

2.4 建立流量存量圖模型方程

流量存量圖方程主要分為積累變量方程(LvS(t))、速率方程(rateS(t))、輔助方程(aux(t))。通過VENSIM 軟件對變量之間建立合理的方程,來獲取變量的數(shù)值。根據(jù)SD原理，建立流量存量圖模型方程如下：

3 模型檢驗(yàn)與模擬

3.1 定義參數(shù)賦值

模型參數(shù)賦值來源于對四川某高校學(xué)生公寓的調(diào)研結(jié)果。通過專家打分建立數(shù)據(jù)矩陣和模糊關(guān)系矩陣，其次運(yùn)用熵值法對數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行計(jì)算[20]，獲得各子系統(tǒng)和各影響因子的權(quán)重值為：

查閱相關(guān)行業(yè)規(guī)范與關(guān)聯(lián)文獻(xiàn)對高校學(xué)生公寓安全管理評(píng)價(jià)等級(jí)的設(shè)定，進(jìn)行參照并予改進(jìn)，設(shè)置等級(jí)評(píng)價(jià)集見表2。根據(jù)各影響因子權(quán)重與模糊關(guān)系矩陣求得綜合評(píng)價(jià)矩陣，再依據(jù)表2確定學(xué)生公寓安全管理網(wǎng)絡(luò)各子系統(tǒng)水平初值為：LT1(t).J=76.80,LT2(t).J=76.4,LT3(t).J= 81.5,LT4(t).=70.7,LT5(t).J=77.3。各子系統(tǒng)安全成本投入比重(Pi,i=1,2,3,4,5):0.2,0.2,0.2,0.2,0.2。同樣參考關(guān)聯(lián)文獻(xiàn)[21]將各因素間的作用因子范圍設(shè)置為0.5-1.5，通過專家問卷調(diào)研以及算數(shù)平均法獲得：A41toA22=1.29,A23toA22=1.40,A21toA22=1.27,A24toA51=1.11,A53toA21=1.2,A42toA51=1.31,A24toA53=1.23,

表2 等級(jí)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)

A24toA52=1.36。根據(jù)《企業(yè)安全生產(chǎn)費(fèi)用提取和使用管理辦法》中對安全費(fèi)用的要求設(shè)置SMAI值，并將高校學(xué)生公寓安全管理目標(biāo)水平值設(shè)定為90。

3.2 模型行為適合性檢驗(yàn)

通過對模型進(jìn)行參數(shù)靈敏度檢驗(yàn)，驗(yàn)證模型行為在參數(shù)數(shù)值一定范圍變化下是否敏感，從而確定模型的強(qiáng)壯性和信度。首先將SD 模型中所有影響因素間的作用因子數(shù)值設(shè)置在-0.2～+0.2 之間浮動(dòng)，設(shè)置模擬次數(shù)為200，分布類型為隨機(jī)均勻分布。如圖5線的寬度分布較窄，表明該模型對于參數(shù)在一定范圍波動(dòng)下下敏感度不大，模型強(qiáng)壯型較好。

圖5 靈敏度圖

3.3 系統(tǒng)仿真分析

將SD 方程式和參數(shù)數(shù)值代入模型，模擬周期設(shè)置為24 個(gè)月，并通過VENSIM 軟件進(jìn)行模擬，能夠直觀地觀測模擬時(shí)間內(nèi)學(xué)生公寓安全管理水平值的動(dòng)態(tài)變化，如圖6。根據(jù)因果與相互關(guān)系圖可知，學(xué)生公寓安全管理水平值與目標(biāo)水平值正相關(guān)，并負(fù)反饋于安全成本投入。當(dāng)安全管理總水平值越趨近目標(biāo)值或達(dá)到并超過目標(biāo)值時(shí)，安全成本投入將相應(yīng)縮減，從而安全管理總水平值增長趨于減緩。如表3為安全管理總水平值仿真數(shù)據(jù)。

表3 學(xué)生公寓安全管理總水平值數(shù)據(jù)

圖6 學(xué)生公寓安全管理總水平值

3.3.1 調(diào)整安全成本投入模擬分析

如圖3所示，學(xué)生公寓安全成本投入(SMAI)、各子系統(tǒng)安全成本投入(Pi)與安全管理總水平值(SMAL)均存在反饋關(guān)系。通過設(shè)置不同方案的SMAI（見表4）和不同投入比值的Pi（見表5）進(jìn)行模擬，觀測SMAL數(shù)值的動(dòng)態(tài)發(fā)展變化（如圖7-8）。在SMAI的4 種方案設(shè)置中，原方案與方案一分別在在第19月和第18月達(dá)到了安全管理設(shè)定的水平目標(biāo)值。而方案二與方案三分別在第16月和第15月就完成目標(biāo)值設(shè)定。由此可知，通過加大系統(tǒng)安全成本投入，對安全管理水平的提升有著積極作用。

表4 SMAI不同方案設(shè)置

表5 Pi不同方案設(shè)置

圖7 不同SMAI方案下SMAL仿真對比結(jié)果

在Pi的6 種方案設(shè)置下，方案二最先達(dá)到安全管理設(shè)定的水平目標(biāo)值（在第16月），且最終達(dá)到的水平值最高(92.9)。而原方案、方案一、方案三、方案四、方案五分別在第19、21、24、23、17月完成目標(biāo)值設(shè)定。據(jù)此可知，通過調(diào)整不同子系統(tǒng)安全成本的投入比重，對安全管理水平值會(huì)產(chǎn)生直接影響。根據(jù)圖8可知，將投入比值設(shè)置為方案二是最佳方案。

圖8 不同Pi方案下SMAL仿真對比結(jié)果

3.3.2 對各影響因子模擬分析

各子系統(tǒng)影響因子是學(xué)生公寓安全管理網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。通過將各影響因子的水平增加量依次增長0.2，同時(shí)保持其他影響因子不變進(jìn)行仿真模擬，并選取算數(shù)平均法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到安全管理總水平均值見表6。以原方案安全管理總水平均值85.65 為基準(zhǔn)值（SMAL0），其他方案安全管理總水平均值設(shè)置為(SMALij)，式(6)為各影響因子作用率(Eij)：

表6 各影響因子等額水平增加量后的安全管理總水平均值

由式(6)計(jì)算的各影響因子作用率分別為：

(E11,E12,E13,E14)=(0.0018,0.0020,0.0012,0.0013);(E21,E22,E23,E24)=(0.0019,0.0016,0.0023,0.016);(E31,E32,E33)=(0.0013,0.0012,0.0015);(E41,E42,E43,E44)=(0.0015,0.0015,0.0013,0.0009);(E51,E52,E53)=(0.0020,0.0012,0.0023)。

由式(6)計(jì)算的各影響因子作用率結(jié)果可知，各子系統(tǒng)影響因子實(shí)際作用結(jié)果存在顯著差異。其中E23、E53、E12、E51、E21、E11的作用率最高，分別為0.0023、0.0023、0.0020、0.0020、0.0019、0.0018。

4 結(jié)論及建議

4.1 結(jié)論

高校學(xué)生公寓的安全管理問題得到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。通過運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論構(gòu)建SD 模型，模擬高校學(xué)生公寓的安全管理水平值，得出以下結(jié)論：

（1）高校學(xué)生公寓安全管理網(wǎng)絡(luò)涉及因素較多，基于實(shí)地現(xiàn)場的調(diào)研和參考高校學(xué)生公寓的實(shí)際現(xiàn)狀等，將其分為5個(gè)方面來建立安全管理系統(tǒng)。通過設(shè)置系統(tǒng)安全水平目標(biāo)值，并模擬分析，能夠直觀地觀測模擬時(shí)間內(nèi)學(xué)生公寓安全管理水平值的動(dòng)態(tài)變化，為學(xué)生公寓安全管理提供了思路，對學(xué)生公寓安全的長期管控有著重要意義。

（2）根據(jù)SD 成本投入角度，加大系統(tǒng)安全成本的投入，有利于安全管理水平的提升，但隨著后期繼續(xù)投入，安全管理水平的增長趨于平緩，此時(shí)再繼續(xù)加大成本投入，對安全管理水平的促進(jìn)收效甚微。所以如何設(shè)置安全管理目標(biāo)水平值以及對學(xué)生公寓安全成本投入的設(shè)置值得思考。

（3）各子系統(tǒng)安全成本投入比值的差異，會(huì)對系統(tǒng)安全管理水平值產(chǎn)生直接影響。通過調(diào)整各子系統(tǒng)投入比值，得到方案二（即各子系統(tǒng)投入比值設(shè)置為0.15、0.4、0.15、0.15、0.15）為最佳方案，最先達(dá)到安全管理設(shè)定的水平目標(biāo)值（在第16月）。因此調(diào)整各子系統(tǒng)投入比值，能夠選擇出安全管理最佳水平值。

（4）系統(tǒng)安全管理水平值受各子系統(tǒng)影響因子作用，且實(shí)際作用結(jié)果存在顯著差異。其中學(xué)生安全理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)際操作培訓(xùn)、規(guī)章制度建設(shè)、電子門禁系統(tǒng)、應(yīng)急救援方案、宿舍樓棟學(xué)生組織設(shè)置、煙感報(bào)警裝置系統(tǒng)的作用率最高，分別為0.0023、0.0023、0.0020、0.0020、0.0019、0.0018。

4.2 建議

（1）根據(jù)系統(tǒng)仿真結(jié)果可知，安全理論知識(shí)學(xué)習(xí)和實(shí)際操作培訓(xùn)以及規(guī)章制度的建設(shè)對于提高高校學(xué)生公寓的安全管理水平最明顯。因此安全管理的重點(diǎn)控制工作在于加強(qiáng)對這兩方面的建設(shè)，如組織學(xué)生參與防火、防盜、緊急情況逃生與自救等安全培訓(xùn)的教育和安全設(shè)施、設(shè)備的實(shí)際操作培訓(xùn)，增強(qiáng)學(xué)生的安全意識(shí)，提高學(xué)生的安全技能；其次，建立合理的規(guī)章制度，制定標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化制度細(xì)則，設(shè)立指導(dǎo)老師巡查機(jī)制，每周不固定日期進(jìn)行安全衛(wèi)生和晚就寢巡檢，做到發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

（2）創(chuàng)新高校學(xué)生公寓的管理模式，將數(shù)字化新技術(shù)與學(xué)生公寓的制度文化進(jìn)行深度融合。設(shè)立電子門禁系統(tǒng)，將學(xué)生進(jìn)出信息實(shí)時(shí)上傳于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行記錄；設(shè)置煙感報(bào)警裝置，當(dāng)發(fā)現(xiàn)住宿區(qū)域煙霧濃度異常時(shí)，自動(dòng)開啟警報(bào)以及自動(dòng)撲滅濃煙。

（3）加強(qiáng)應(yīng)急管理體系和應(yīng)急管理能力的建設(shè)。高校需依據(jù)校情合理編制并完善應(yīng)急預(yù)案，定期開展應(yīng)急救援演練，對預(yù)案進(jìn)行實(shí)戰(zhàn)檢驗(yàn)，同時(shí)在危機(jī)出現(xiàn)時(shí)要正確評(píng)估和啟動(dòng)預(yù)案，發(fā)揮應(yīng)急預(yù)案的防范作用；健全學(xué)生組織體系，設(shè)置公寓樓棟學(xué)生組織，實(shí)行學(xué)生參與性的管理形式，通過學(xué)生組織在住宿學(xué)生中進(jìn)行溝通、幫助，解決日常問題。