系統(tǒng)動力學在電梯檢驗員檢驗中的安全風險分析應用

劉韋光

（深圳市特種設備安全檢驗研究院 深圳 518029）

系統(tǒng)動力學在電梯檢驗員檢驗中的安全風險分析應用

劉韋光

（深圳市特種設備安全檢驗研究院 深圳 518029）

有效控制檢驗事故能極大降低特種設備安全事故。抓住檢驗中檢驗員這一關鍵點建立系統(tǒng)動力學模型，分析辨識出整個過程中所有可能導致檢驗員相關安全事故的原因、事故可能導致的所有后果，以及細化出安全風險隱患所有相關因素間相互作用的反饋回路，為檢驗中事故的防控與整個檢驗過程的科學管理提供理論依據(jù)。

系統(tǒng)動力學 動態(tài)過程建模 原因后果分析 反饋回路研究

1 引言

隨著科技的進步，高聳的建筑將越來越離不開電梯，而電梯事故的頻發(fā)也將越來越關系到民生安全[1,2]。電梯檢驗作為預防電梯事故發(fā)生的重要手段，對電梯安全運行起著重要的作用。隨著近幾年電梯事故的頻發(fā)，電梯檢驗也越來越受到人們的關注。當前對電梯安全的相關研究，不少學者致力于電梯設備的安全評價[3-5]，以及操作者（與使用者）的安全行為研究[6-8]，對電梯檢驗過程這一活動中的安全問題涉及較少。在電梯檢驗活動中，因設備與環(huán)境狀態(tài)、人員自身行為條件的影響，相關人員將面臨著觸電、墜落等多種安全事故風險，而整個過程檢驗員起著決定性主導作用。因此，開展對電梯檢驗過程中檢驗員的安全風險分析將對整個檢驗過程、甚至整臺電梯日常安全運行起到先決保障作用。

2 系統(tǒng)動力學簡介

系統(tǒng)動力學是一種從復雜系統(tǒng)的結構和動態(tài)功能兩方面同時對研究對象進行分析的學科，它通過單元、單元運動及信息反饋三大因素對研究對象進行描述，能有效地揭示系統(tǒng)內部結構本質及子系統(tǒng)的相互聯(lián)系與作用[9,10]。系統(tǒng)動力學利用反饋這一核心理念對系統(tǒng)的動態(tài)行為進行仿真與分析，常用的方法有方框圖、因果關系圖法、流圖法、圖解法等。其中方框圖是最簡單的描述方法，它只有方框和帶箭頭的實線兩種描述符號，用方框表示系統(tǒng)中的元素和結構，而帶箭頭的實線描述元素間的相互作用關系、因果關系以及流量的運動方向。因果關系圖是能直觀地體現(xiàn)各事件發(fā)生的原因、各原因因素的先后發(fā)生、各原因因素的相互作用關系以及事件發(fā)生的后果，該方法用因果鏈來連接系統(tǒng)的變量，因果鏈也用帶箭頭的實線來表示因果關系的作用方向，其中因果鏈有“+”“-”兩種符號，分別表示“正向”“負向”兩種極性的作用方式。流圖法則用一系列能描述狀態(tài)變量、速率變量、輔助變量、流線與延遲、物質的源與匯及守恒子系統(tǒng)等功能的流圖符號來描述系統(tǒng)中各變量之間的相互作用影響關系。圖解法借助狀態(tài)速率曲線、狀態(tài)動態(tài)曲線、速率動態(tài)曲線三種曲線圖像分析工具主要用來分析一階線性和非線性系統(tǒng)的行為特征[10]。

3 系統(tǒng)動力學在電梯檢驗員檢驗中風險分析的應用

3.1 系統(tǒng)動力學應用思想

電梯檢驗過程是涉及到檢驗人員、設計人員、業(yè)主代表、維保人員、政府監(jiān)管人員等多個單位人員的復雜系統(tǒng)，而檢驗人員在活動中起著決定性主導作用，檢驗人員的言行與決斷將直接影響到其他隨行人員的安全，因此開展對電梯檢驗風險分析應主要抓住檢驗人員這一主體。檢驗中，檢驗人員、設備、環(huán)境等各子系統(tǒng)相互聯(lián)系與作用共同構成檢驗系統(tǒng)的內部結構并體現(xiàn)系統(tǒng)的功能，其中各系統(tǒng)的相互作用具有動態(tài)性、復雜性和反饋性等特征，與系統(tǒng)動力學的核心思想具有普遍的相似性與匹配性。另一方面，電梯檢驗過程中各風險是由多種因素造成產(chǎn)生的，各因素間存在彼此影響，風險與風險之間也存在聯(lián)系與制約。通常，一種風險的發(fā)生是由不同的因素在不同的環(huán)境條件下發(fā)生從而導致下一種因素故障，這樣通過多種因素不斷的推動鏈式產(chǎn)生而最終導致風險事故的發(fā)生，換句話說，在這種鏈式反應進程中，每一因素都是受到上一級因素的推動而致發(fā)生，這與系統(tǒng)動力學的核心思想存在高度的一致性，因此本文運用系統(tǒng)動力學進行電梯檢驗員檢驗過程的風險辨識分析具有高度的適應性和可靠性。

3.2 電梯檢驗員檢驗過程風險識別反饋圖建立

風險的內容是相對的，不同的研究對象所涉及到的風險類型不盡相同。從檢驗人員在檢驗中可能遇到的外在因素，以及自身因素出發(fā)，根據(jù)風險來源，電梯檢驗中檢驗人員可能風險類型主要有人的不安全行為、設備的不安全狀態(tài)、環(huán)境缺陷三大方面。其中人的不安全行為包括疏忽大意、技術缺陷、精神差等多方面因素；設備不安全狀態(tài)包括設計缺陷、安裝缺陷、維護保養(yǎng)缺陷等；環(huán)境因素主要有電梯使用環(huán)境中水、電、其它物體的干涉等。按照3.1節(jié)的分析，各可能的風險因素又是受多種其它因素影響與制約，同時各因素本身也影響與制約著其它因素，在此運用系統(tǒng)動力學配套分析軟件Vensim PLE建立反饋圖，將電梯檢驗中檢驗人員的各風險因素系統(tǒng)的整合在一起，見圖1。

通過反饋圖可以發(fā)現(xiàn)，檢驗員在檢驗中的安全風險具有復雜性，這與檢驗員所處的環(huán)境系統(tǒng)相一致，檢驗過程中本身就是一個涉及人、機、環(huán)的復雜系統(tǒng)，因此很明顯其整個過程對其產(chǎn)生影響與作用的因素眾多，反應到風險識別反饋圖中就體現(xiàn)出其復雜化。

應該說，建立系統(tǒng)動力學的風險識別反饋圖的過程就是一個風險分析的系統(tǒng)過程。在建立電梯檢驗中檢驗員安全風險識別反饋圖時，首先即是從風險本身出發(fā)，利用系統(tǒng)動力學的正反饋、負反饋思想找出所有引起風險發(fā)生的上層原因，即風險發(fā)生的動力來源，并確認其反饋的作用形式，在此基礎上層層遞進，進一步找出觸發(fā)這些上層原因的二層原因，同樣確定所有原因對下一級因素的正負反饋形式，這樣層層遞進直至找出所有的因素發(fā)生的基層原因。風險識別反饋圖不僅能辨別出各風險事件的原因，另一方面，從逆向思維角度也是分析風險后果的過程。從風險本身出發(fā)，它構成了某一事故后果的先決條件，在條件滿足時對后果的發(fā)生具有推動作用，或者說風險本身就是風險發(fā)生后果的原因，因此，循著風險發(fā)生的路徑能直觀從反饋圖形中找出風險后果。需要注意的是，有的上層原因對下級因素的作用在時間域上存在一定的滯后現(xiàn)象，即不會立即引起下一級因素的發(fā)生，這在系統(tǒng)動力學上稱為“延遲”，例如檢驗過程中存在安全風險隱患并不一定馬上就會造成安全事故。延遲會使得系統(tǒng)復雜化，這就需要我們在進行管理與風險控制時予以重視。

圖1 電梯檢驗中檢驗員安全風險識別反饋圖

3.3 電梯檢驗中檢驗員風險原因分析

利用Vensim PLE提供的分析風險原因與后果的功能，以電梯檢驗中檢驗員安全風險隱患為出發(fā)點，逆向找出上一級的原因因素，以此類推，對上級原因再次進行逆推找出上上級因素，對所有因素都進行該過程，直至某一因素已經(jīng)在前面追溯中出現(xiàn)過或者該因素是無法再追溯的基層原因。利用這一思想，Vensim以一種樹形結構圖將這些因素關系反映出來，得到檢驗員檢驗中安全風險隱患的原因如圖2所示。

通過風險識別樹可以很清晰地反應出各因素的層次結構以及各因素與風險的關系。通過風險識別圖直觀發(fā)現(xiàn)，檢驗中檢驗員安全風險的相關原因因素眾多，說明其發(fā)生事故的概率較大，因此，檢驗員在檢驗過程中的安全問題應引起檢驗單位等相關主體責任人的重視與關注，提前采取相關措施，制定好預案以保證檢驗活動的順利進行。

圖2 引起檢驗中檢驗員風險的因素識別

3.4 電梯檢驗中檢驗員風險后果分析

同風險原因分析一樣，風險后果分析也是遵循追溯的原則，以某一風險為出發(fā)點，一次向后續(xù)因素進行辨識，直至所有后果因素都已辨別出來或已到達最后層后果因素為止，也通過樹形結構圖反映出來，如圖3所示。

圖3 檢驗中檢驗員風險的后果識別

通過后果識別圖可以很快知道風險引起的后果，圖形中樹形結構越復雜說明該風險產(chǎn)生的后果影響越多。應該注意，風險引起的后果在系統(tǒng)動力學研究中體現(xiàn)出的不僅僅是事故等消極結果，也會促使進行整改，從而產(chǎn)生積極效果，這與系統(tǒng)動力學分析中“負反饋”“正反饋”是一致的。

3.5 電梯檢驗中檢驗員風險反饋回路分析

如前2.3與2.4節(jié)所述，當以電梯檢驗中檢驗人員風險為出發(fā)點時既可以逆向追溯風險原因，也可以順向推斷風險后果，又因為事故的發(fā)生是受多種原因的影響，因此在該風險的識別圖中可能存在閉環(huán)結構。此外，有些風險原因與風險本身相互構成原因與后果，反應到風險識別反饋圖中構成了閉環(huán)結構，這些閉環(huán)結構就是系統(tǒng)動力學中謂之的反饋回路。對風險進行反饋回路分析有助于進一步認識該風險的動態(tài)演化過程。此外，我們知道每一因素對下一級因素的作用都存在正負反饋的不同方式，分別代表著風險的強化與弱化的效果，而當不同的因素對風險的作用分別構成各自的反饋回路時，該風險的綜合效果如何卻不得而知，因此，進一步對風險的反饋回路進行分析能辨識出風險從產(chǎn)生到被處理后的總體后果。運用Vensim分別對九個風險各自的反饋回路進行分析，其結果如下所示。

1）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)環(huán)境缺陷→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（正極性）

2）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)環(huán)境缺陷→(+)設備不安全狀態(tài)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（正極性）

3）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)環(huán)境缺陷→(+)意外→(+)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（正極性）

4）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)事故處理→(+)整改→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

5）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)人員傷亡→(+)整改→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

6）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)人員傷亡→(+)整改→(-)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

7）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)事故處理→(+)整改→(-)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

8）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)財產(chǎn)損失→(+)整改→(-)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

9）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)環(huán)境缺陷→(+)誤操作→(+)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（正極性）

10）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)財產(chǎn)損失→(+)整改→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

11）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)財產(chǎn)損失→(+)整改→(+)教育培訓→(-)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

12）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)事故處理→(+)整改→(+)監(jiān)督檢查→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

13）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)財產(chǎn)損失→(+)整改→(+)監(jiān)督檢查→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

14）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)人員傷亡→(+)整改→(+)教育培訓→(-)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

15）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)事故處理→(+)整改→(+)教育培訓→(-)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

16）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)環(huán)境缺陷→(+)設備不安全狀態(tài)→(+)意外→(+)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（正極性）

17）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)人員傷亡→(+)整改→(+)監(jiān)督檢查→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

18）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)事故處理→(+)整改→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)意外→(+)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

19）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)財產(chǎn)損失→(+)整改→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)意外→(+)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

20）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)人員傷亡→(+)整改→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)意外→(+)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

21）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)事故處理→(+)整改→(+)監(jiān)督檢查→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)意外→(+)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

22）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)財產(chǎn)損失→(+)整改→(+)監(jiān)督檢查→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)意外→(+)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

23）檢驗中檢驗員安全風險隱患→(+)檢驗過程中安全事故→(+)人員傷亡→(+)整改→(+)監(jiān)督檢查→(-)設備不安全狀態(tài)→(+)意外→(+)人員不正當作業(yè)→(+)檢驗中檢驗員安全風險隱患（負極性）

利用系統(tǒng)動力學反饋回路分析時的“回路中所含負向因果鏈的個數(shù)為偶數(shù)時回路極性為正，含負向因果鏈的個數(shù)為奇數(shù)時回路極性為負”思想，分別對所有的反饋回路進行極性判斷，分別標注于每個反饋回路的后面。

通過對電梯檢驗中檢驗員安全風險的反饋回路分析可知，其安全風險的因果回饋路徑較多，這說明檢驗中檢驗員的安全狀態(tài)受到多方面的因素影響。23條反饋回路中有5條正極性回路和18條負極性回路，正極性回路有自我強化的終極效果，反應在檢驗過程中各風險通過不斷的風險強化使得安全風險加大，而負反饋回路則相反，它起著自我調節(jié)的功能，通過負反饋的循環(huán)回路調節(jié)，能降低風險的出現(xiàn)及發(fā)生。通過比較分析回路可發(fā)現(xiàn)，回路中的負反饋主要體現(xiàn)在：（1）整改能減少人員不正當作業(yè)、設備不安全狀態(tài)；（2）教育培訓能減少人員不正當作業(yè)；（3)監(jiān)督檢查能減少設備不安全狀態(tài)。因此，在現(xiàn)實檢驗管理中應加強教育培訓以及監(jiān)督檢查，對發(fā)現(xiàn)的隱患缺陷及時予以整改，能有效降低檢驗員在檢驗過程中的安全事故發(fā)生。

4 結論

本文通過分析了檢驗中檢驗員相關活動的動態(tài)性、復雜性和反饋性等特征，很好的與系統(tǒng)動力學建模思想匹配起來，從而建立了以檢驗中檢驗員這一關鍵點為核心的動力學模型。通過對模型的全面研究，結合系統(tǒng)動力學配套軟件向前進行了整個檢驗過程中所有可能導致檢驗員風險事故發(fā)生的動態(tài)原因（或因素）分析，向后預先總結了所有事故可能產(chǎn)生的后果（或結果），以及辨識出了以檢驗中檢驗員安全風險隱患為中心的所有相關因素相互作用與影響的閉環(huán)反饋回路，從而實現(xiàn)了整個檢驗中任何一個因素都能簡單明了的找出其影響因素與產(chǎn)生后果，為檢驗過程的安全控制提供直接依據(jù)。為更形象的描述出檢驗員在檢驗中的安全風險相關因素，論文將所有因素都以定性的角度進行整合，而實際中所有的因素都有其本身的影響重要性（權重），這為日后結合定性與定量的綜合研究提出了進一步的要求。

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Application of System Dynamics in Safety Risk Analysis of Elevator Inspectors During Inspecting and Testing

Liu Weiguang
(Shenzhen Institute of Special Equipment Inspection and Test Shenzhen 518029)

The effective control of testing accident can greatly reduce the special equipment safety accident. Inspector is considered as the key point in the establishment of the system dynamics model. This paper analyzes all the reasons which may lead to Inspectors related accidents, all possible consequences that accidents may cause, the refined interreaction feedback loops between the related factors of hidden safety risk. The above results may provide theoretical basis for the scientific management to prevent and control the accident in the whole inspection process.

System dynamics Dynamic process modeling Causes and consequences analysis Feedback loops research

X924.2

B

1673－257X(2015)11-0050-05

10.3969/j.issn.1673-257X.2015.11.010

劉韋光（1987～)，男，碩士，檢驗員，從事電梯、起重機等特種設備安全檢驗工作。

2015-07-24）