安全管理网

安全科学原理研究综述

作者:中南大学吴超  来源:安全管理网 
评论: 更新日期:2016年01月12日

1安全科学原理研究的意义

每门学科都有其特定的基础科学原理。对于成熟的学科,其科学原理通常都基本形成了。但对于安全学科却很有必要和非常迫切开展基础性和系统性的安全科学原理研究,因为安全学科是以一门新兴综合交叉学科,安全科学原理形成是关系到安全学科能否被承认为独立的学科和拥有自己基础理论的学科的重大问题。因为目前安全科学原理还没有完全建立,国际上对安全学科是否为一门科学仍然存在着争议。

安全科学原理是安全活动或工作必须遵循的基本规律和原则,是基于经验或理论归纳得出的安全事物发展的客观规律。安全科学原理是为安全实践和事实所证明,反映安全事物在一定条件下发展变化的客观规律的论断,是人类安全活动的基本法则或方法论。安全科学原理是普适性的安全科学理论。

安全科学原理为安全科学发展和安全活动提供理论支持和方向引导,对安全科技工作实践具有指导性,是一切安全活动必须遵循的规律及基本原则。安全科学原理一般具有多个层次的功能和作用,可用于解释生产生活中的事故致因、概括事故灾难规律、用于指导预防事故灾难、确保人安全健康等。安全科学原理是安全学科的理论支柱、是安全科学理论的核心、是安全科学创新的基因、是安全科学发展的灵魂、是事故预防与控制的钥匙、是构筑安全系统的指南。

安全科学与工程学科在我国已经发展成为一级学科,在英美等发达国家中安全学科被列为与理、工、文、管、法、医、人文等学科交叉的综合学科。但作为安全学科的理论基础——安全科学原理,目前却远不能满足作为该学科发展的需要,国际上也如此,例如,由国际劳工局主编的《职业健康与安全百科全书》(第四版)[1]共四卷105章,其中仅有第56事故预防中的几个小节提及事故致因模型和事故预防原理,而事故预防原理仅仅是安全科学原理的一部分内容。

通过对安全科学原理本身及其发展开展基础、系统、深入的研究,可为安全科学与工程学科奠定坚实的理论基础,为安全科学的发展提供理论支持,并使安全学科能够持续发展下去。

2安全科学原理研究的三条途径

从安全科学学的高度,通过阅读大量相关文献并经过系统梳理和归纳总结得出:过去安全研究者对安全科学原理的研究主要有三条途径。

第一条研究途径,以事故预防为主线,从事故致因等研究中获得安全科学原理,这种研究的思想可以简称为逆向研究,即从事故来研究安全,从事故发生规律在获得安全规律。应该指出,事故致因理论并不等于安全科学原理,事故致因理论只是安全科学原理中的内容之一。走第一条研究途径的历史较为悠久,有近百年。

第二条研究途径,以风险控制为主线,从风险管理理论等研究获得安全科学原理,这种研究的思想可以简称为中间研究,即从未形成事故的隐患出发来研究安全。走第二条研究途径的研究通常也需要考虑隐患会导致什么样的事故,其历史沿革比第一条研究途径的较为短暂。

第三条研究途径,以系统安全为主线,从本原安全开始研究获得安全科学原理,这种研究思想可以简称正向研究,即一开始就从安全出发开展研究。走第三条研究途径的研究通常需要有第一条和第二条研究途径的思想为基础,从本原安全开始研究安全科学原理的方法经常需要用逆向研究中间研究的方法开展安全评估。走第三条途径的研究历史最为短暂。

下面分别就上述三条研究途径,分析国内外对安全科学原理的研究现状。

3事故致因理论出发的安全科学原理研究现状和分析

3.1国外研究现状

按时间维度综述,国外从典型事故致因理论出发研究安全科学原理的沿革大致如下:

1919年,格林伍德(M. Greenwood)和伍兹(H. H. Woods)提出了事故倾向性格论,后来纽伯尔德(Newboid)在1926年以及法默(Farmer)等人在1939年分别对其进行了补充[2]1931年,海因里希(H.W.Heinrich)提出了事故因果连锁理论,认为事故的发生类似于多米诺骨牌垮落的过程[3]1949年,葛登(Gorden)利用流行病传染机理来论述事故的发生机理,提出了用于事故的流行病学方法理论。1953年,巴内尔(Barer)将事故因果链发展为事件链,认为事故诸多致因的因素是一系列事件的链锁。1961年,吉布森(Gibson)提出并在1966年由哈顿(Hadden)引伸的能量异常转移论能量意外释放论1969年,瑟利(J. Surry)提出了瑟利模型,是以人对信息的处理过程为基础描述事故发生因果关系的一种事故模型。与此类似的理论还有1970年海尔(Hale)提出的海尔模型。1970年,帝内逊(Driessen)明确将事件链理论发展为分支事件过程逻辑理论,类似于事故树分析逻辑方法。1972年,威格尔斯沃思(Wigglesworth)提出了人失误的一般模型,对海因里希事故致因链进行了一些改进。1972年,贝纳(Benner)提出了在处于动态平衡的生产系统中,由于扰动导致事故的理论,即P理论。1974年,劳伦斯(Lawrence)根据GoellerWigglesworth两人提出的原理,发展成了矿山以人失误为主的事故模型1975年,约翰逊(W. G.Johnson)提出了管理失误和危险树(MORT)系统安全逻辑树;发表了变化-失误模型。1975年,斯奇巴(R. Skiba)提出生产操作人员与机械设备两种因素都对事故的发生有影响,并且机械设备的危险状态对事故的发生作用更大些,只有当两种因素同时出现,才能发生事故,及轨迹交叉论1976年,博德(Bird)和洛夫图斯(Loftus)也都对Heinrich事故致因链进行了一些改进。1978年,安德森(Anderson)等人发表了对瑟利模型的修正。1980年,泰勒斯(Talanch)在《安全测定》一书中介绍了变化论模型。1980年,海因里希在书中提及了用--的理论分析事故的系统安全方法[2-4]1990年,里森(J. Reason)提出了新的事故致因链瑞士奶酪模型Swiss Cheese),彻底改善了Heinrich的事故致因链的缺点,建立了事故原因中个人行为、不安全物态和组织行为之间的关系,且把事故的根本原因归结为事故发生组织的管理行为[5]1997年,拉斯姆森(J. Rasmussen)提出了社会技术系统事故致因模型[6-7]2000年,夏普乐(Scott A. Shappell[8]和魏格曼(Douglas A. Wiegmann)在为美国联邦民航局写的报告中Reason的模型进行了具体化。2000年,斯特瓦特(J. M. Stewart)提出了另一种链式事故致因模型[9]2004年和2011年,勒弗森(Leveson[10-11]分别发表文章,提出和推广其系统论事故致因STAMP模型。之后还有研究者陆续发表一些相关的文章。

3.2国内研究现状

20世纪80年代初,国内一些安全学者开始翻译国外的有关事故致因理论的文献并在国内推广,当时许多安全科研院所、高校和学会不断开设一些安全科学原理方面的专题讲座和开办一些安全科学原理培训班,如当时隋鹏程等一批安全界老专家积极地投入到上述工作之中,隋鹏程和陈宝智在1988年就在冶金工业出版社出版了《安全原理与事故预测》一书[12],是国内较早的一本安全科学原理类教材。20世纪90年代以来,安全科学原理被列为安全工程专业的核心课程,隋鹏程、陈宝智、金龙哲、张景林、李树刚等安全学者相继编写出版了多本《安全原理》类的教材[13-17],但教材介绍的安全科学原理内容甚少和不成体系,达不到支撑大安全学科理论基础的需要。

20世纪90年代末以来,我国实施的安全评价,基本上是基于系统论事故致因模型的,在大量的应用实践中已经做出了较多成果,但是事故原因分析尚需进一步具体化,与预防策略尚需进一步准确对应才能取得良好的事故预防效果。在事故链的基础上,一些研究者构建了基于复杂网络的灾害链数学模型,描述了各灾害节点的灾害损失速率和灾害损失度;提出了基于网络节点脆弱性和连接边脆弱性的断链减灾模式;从网络节点的结构重要性和功能重要性出发,根据均衡熵的概念对单功能网络的灾损敏感性进行了表征;引入脆性熵,对系统之间的脆性关联度进行了表征,构建了系统的灾损敏感性评估模型等[18]2001年以来,傅贵等先后发表《基于行为科学的组织安全管理方案模型》等系列论文[19-20],建立的基于行为科学的组织安全管理方案模型已经从第一版升级到第二版,该模型在安全管理实践中已经得到一定的证实和应用。

3.3存在问题分析

1)事故致因理论仅仅是安全科学原理的一小部分。事故致因理论是从大量典型事故的本质原因分析中所提炼出的事故机理和事故模型。这些机理和模型反映了某类事故发生的规律性,能够为事故原因的定性、定量分析,为事故的预测预防,为改进安全管理工作等,从理论上提供科学的依据。但事故致因理论的研究范围受到限制,故其发展缓慢。

2)现有的事故致因理论主要着重于从人的特性与机器性能和环境状态之间是否匹配和协调的观点出发,认为机械和环境的信息不断地通过人的感官反映到大脑,人若能正确地认识、理解、判断,做出正确决策和采取行动,就能避免事故和伤亡;反之就会发生事故和伤亡。但对安全教育、安全文化等方面的致因原理研究很少。

3)应用链式事故致因模型分析事故,得到的事故原因、逻辑比较清楚,应用也比较简单。其不足是链式事故致因模型所包含的事故原因不全面,实用分析的安全问题不够宽广,其实链式事故致因模型也同样是构成一个系统,还需要从系统的策略去开展研究。

4)从动态和变化的观点来分析事故致因的理论很少,事故致因理论的发展还很不完善,还未能系统给出对于事故调查分析和预测预防方面的普遍和有效的方法。

5)应用系统论事故致因模型分析事故,虽原因分析全面,但事故原因和原因发展的逻辑路线众多,在事故预防过程中协调难度大,实际应用比较困难。

6)对于已经发生的已知事故的致因是可以分析清楚了,但对于未发生的未知事故的具体原因人们仍然未知。这就使得从事故致因研究获得安全科学原理受到很大限制,多年来得不到很大的发展,这也是逆向研究安全科学原理自身存在的客观缺陷所致。

    7)我国的安全科技工作者比较注重借鉴和推广国外的相关理论成果,而对事故致因理论层面的研究非常缺乏。

4从风险管理原理出发的安全科学原理研究现状和分析

4.1国外研究现状

风险管理研究用于生产安全和防灾减灾领域是近几十年来才开始,较早时候的风险管理研究主要是针对经济风险领域[21-22]。一些典型的研究成果简述如下:1921年,马歇尔(Alfred Marshall)提出风险负担管理,认为可以通过风险转移和风险排除处理风险。1929-1932年美国经济危机,掀起了风险管理的研究热潮。1952年,马克维兹(Harry Markowitz)提出资产组合理论,其基本思想是风险分散原理[21]20世纪50 年代,美国通用汽车公司的安全生产事故,成为了风险管理学科发展的契机。1961年,吉布森(Gibson)提出了能量意外释放理论,认为事故是一种不正常的或不希望的能量释放,各种形式的能量构成伤害的直接原因。1970年,哈顿(Hadden)提出能量释放理论和哈顿模型,该理论将事故作为一种物理工程问题,通过控制能量,或者改变能量作用的人或财产的结构,提出了针对伤害三阶段的事故预防十项策略。1974年,英国法律推出ALARP风险接受原则,内涵为任何系统都是存在风险的,不可能通过预防措施来彻底消除风险;而且系统的风险水平越低,要进一步降低就越困难,其成本往往呈指数曲线上升。1976年考克斯(John Carrington Cox)和罗斯(Stephen A. Ross)提出风险中性定理,即假设所有的投资者对待风险的态度都是中性的,所有证券的预期收益率都等于无风险利率。1979年,查尔斯·佩罗(Charles Perrow)提出了正常事故理论,该理论认为很多失效事故是由于存在无法预知的相互作用导致的,很难甚至不可能检测到这些作用,应将事故预防的重心转移,事故分析的重心应该放在系统自身的属性上,而不是关注所有者、设计者或者操作员运行系统时犯下的错误1982年,维尔德(J W Wilder)提出风险动态平衡理论,认为每个人都有着自己固定的风险接受水平,风险风水不同时,人们的行动也会不同。1986年,伯德(Bird)与金尔曼(Gilman)在代表国际损失控制学会开发完成损失因果模型,即ILCI模型,该模型是对多米诺骨牌的一种修正。1986年,德国社会学家提出风险社会理论,认为现代社会风险普遍存在,威胁每一个人,需要一套新的方法对现代风险进行管理和控制。1988年,卡斯佩森(Kaspersen)等人提出社会性放大风险的理论框架,认为信息过程、社会团体行为、制度结构和个体反应塑造的风险的社会体验,从而促成风险结果。1990年,詹姆斯·雷森(J. Reason)提出了瑞士奶酪模型,该理论的主要思想是安全栅就像奶酪切片一样,在不同地方存在不同的孔(漏洞),这些孔即隐形失效或者隐形条件。1991年,拉普特(Laporte)和科索里尼(Corsorini)提出高可靠性组织理论,该理论关注的是采取主动措施,进行预测,尽可能早的避免可能的危险情况,其中组织性冗余是降低风险的核心策略。联合国在1992年的《里约宣言》中提出预防原则,其含义是在存在严重或者不可逆的破坏危险的场合,缺乏足够的科学根据不能成为拖延采取有限行动去阻止情况恶化的借口。1997年,拉斯姆森(Rasmussen)提出社会技术框架,此理论将风险管理视为社会技术系统中的一个控制问题,而意外后果的产生则是由于对实际过程缺乏控制造成的。德国学者提出MEM原则是指将自然原因死亡概率作为风险接受参考水平,要求任何技术系统都不可以显著提高风险水平。之后,许多学者对风险管理的具体理论和方法做了不断的提高和充实[21-22]

4.2国内研究现状

国内学者对风险管理研究较早和较多的同样是针对经济领域和保险领域,将风险管理用于生产、生活安全的领域是近一二十年来的事,而且,研究者对风险管理原理的基础研究做得更少。20世纪90年代初,陈宝智等提出两类危险源理论,该理论认为一起事故是两类危险源共同作用的结果,第一类危险源决定事故的严重程度,第二类危险源决定事故发生的可能性[4]。吴宗之、刘茂、孙华山、邵辉、王凯全等[23-26]汇集多年从事城市公共安全和企业安全生产管理和监管经验,提出了一些城市和生产企业安全生产风险管理模式、方法、内容和过程。大量的风险管理研究更多的是与安全评价方法与技术结合起来使用。

4.3存在问题分析

1)现有风险管理原理基本是基于风险辨识-风险评价-风险控制三阶段的风险管理方法。风险管理原理目前主要用于经济安全领域,在事故灾难预防和控制方面的研究和应用有待于加强与拓展。

2)风险辨识方法主要有财务报表法、流程图法、事件树分析法、核对表法、保险清单法、环境分析法、德尔菲法等。这些方法大都来自事故分析方法,也比较简单,与事故分析方法没有太大的区别和发展。

3)风险评价方法主要有风险坐标图法或风险矩阵法、蒙特卡罗方法、关键风险指标管理法、压力测试法、苏黎世风险评价方法、道化学指数评价法、事故管理图评价法等。这些方法与安全评价原理基本相同。

4)风险控制方法主要有风险避免和减少法、风险分散化法、风险自留法、风险转移法、保险法等。其风险控制原理仍然处于就事论事的思维方式,从整体和系统的视角开展风险控制的方法和原理研究仍然不足。

5)多年来,风险管理原理的主要应用领域是经济和保险领域,在生产安全和生活安全的研究与应用并不太多。风险管理原理研究更多的是与安全评价方法与技术结合起来使用,未形成风险管理原理独特的方法论体系。

5从本原安全出发的安全科学原理研究现状

5.1国外研究现状

从安全本原开始研究安全科学原理的启蒙应属于安全第一,预防为主的思想,其实这一思想也体现出安全的一种基本原理。从方法论层面提出的安全科学原理还有人本原理、教育原理、管理原理、工程原理、系统原理等等。

典型的整体性安全科学原理成果应属于20世纪发展起来的系统安全工程原理及其配套的系列安全评价原理。1962年,美国军方首次公开发表了空军弹道导弹系统安全大纲,以此作为对民兵式导弹计划有关的承包商提出的系统安全的要求,这是系统安全理论的首次实际应用[27]1969年美国国防部批准颁布了最具有代表性的系统安全军事标准《系统安全大纲要点》(MILSTD882),对完成系统在安全方面的目标、计划和手段,包括设计、