危險化學品公路運輸事故致因分析及安全管理對策

王旭磊, 孫春薇

(1. 青島農業大學 管理學院, 山東 青島 266109；2. 青島農業大學 理學與信息學院, 山東 青島 266109)

0 引言

隨著經濟的快速發展，我國危化品(危險化學品)公路運輸量快速增加，危化品公路運輸事故也頻繁發生。根據化學品事故信息網統計，2019年國內發生危化品事故1 653起，其中16.3%發生在運輸環節，危化品公路運輸的安全問題日益引起政府及運輸企業的高度重視。相關研究表明，危化品公路運輸是一個涉及眾多影響因素的復雜系統，事故致因也表現出系統性特點[1]。但目前的危化品公路運輸事故致因分析多采用統計分析方法，基于事故因果連鎖理論構建危化品公路運輸事故致因模型，通過對過往事故數據的統計分析，指明事故致因。這種分析方法便于發現引發事故的直接致因，但它忽視了事故影響因素間復雜的相互作用，難以清晰描述事故影響因素間的非線性關系。本研究從系統安全的角度出發，基于復雜網絡理論，綜合運用決策試驗、評價實驗室方法(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL)及解釋結構模型分析法 (Interpretative Structural Modeling，ISM)構建危化品公路運輸事故致因網絡模型，分析網絡模型特征，確定危化品公路運輸事故致因因素之間的相互關系與影響程度，提出加強危化品公路運輸安全水平的建議與措施。

1 相關文獻概述

自20世紀30年代海因里希提出多米諾模型以來，事故致因分析理論的研究先后經過了因果連鎖理論、動態變化理論、軌跡交叉理論、擾動起源理論等多個階段[1]。在上述理論的基礎上，相關學者提出了多種事故致因分析模型，如鏈式事故模型、Reason流行病學事故致因模型、系統事故致因模型等[1]。國內外相關研究者利用上述事故致因模型對危化品公路運輸事故致因進行了一系列研究[2-7]，為危化品公路運輸事故致因分析奠定了良好基礎。復雜網絡以節點表示系統內部各個元素，以邊表示元素間的關系，以構成的網絡來表達現實復雜系統的關系，通過分析系統的結構來研究系統功能和系統性質[8]。關鍵節點識別是復雜網絡研究的一個重要領域，它通過識別出復雜網絡的關鍵節點并對其進行有針對性的保護以提高網絡的安全性。基于上述原理，復雜網絡理論廣泛應用于生產安全事故的致因分析。汪送[9]將同類組元映射為事故致因因素，定義事故致因因素結構并利用DEMATEL算法生成復雜系統事故致因網絡層次結構模型。趙丹等[10]基于實際道路事故數據總結公路交通事故致因要素，提出低等級公路交通事故致因復雜網絡模型，并通過分析該網絡的總體結構特征、節點特征和網絡全局效率等指標，明確低等級公里交通事故關鍵致因要素及事故致因要素的相互作用機理。李小鵬等[11]基于復雜事故系統概念構建了電力 CPS 事故復雜系統，并利用 DEMATEL-ISM模型對事故因素間傳遞關系進行分析，得到各風險致因因素間層次結構和復雜網絡結構模型。陳全等[12]在對143起化工事故數據分析的基礎上，采用 Gephi 軟件構建化工事故致因網絡模型，通過對模型的網絡規模與模型特征值分析，確定事故關鍵節點并提出加強化工安全管理的建議。吳賢國等[13]將動態元網絡的分析方法應用于地鐵施工安全事故致因分析，建立地鐵施工安全事故網絡節點體系，提出重點控制因素。花玲玲等[14]利用Pearson相關系數分析鐵路事故致因因素間的相關性，構建鐵路事故致因網絡模型，并利用復雜網絡指標分析鐵路事故致因網絡的整體結構，確定了需要防控的關鍵因素。危化品公路運輸事故的致因分析同樣是一個復雜的系統分析過程，利用復雜網絡方法對危化品公路運輸事故進行致因分析能夠描述事故影響因素間相互作用的復雜關系，解釋事故發生的致因機理，為減少事故發生提供對策依據。

2 基于復雜網絡的危化品公路運輸事故致因網絡模型的建立

2.1 危化品公路運輸事故影響因素分析與處理

危化品公路運輸是一個涉及危化品、駕駛及作業人員、車輛、安全監管、道路和天氣等環境的復雜系統。根據系統安全理論，事故系統主要涉及4個要素，即人的不安全行為、物的不安全狀態、環境因素以及安全管理的欠缺[1]。同樣危化品公路運輸事故也主要涉及上述4個因素。根據對危化品運輸企業的實地調研和相關參考文獻，給出表1 所示的危化品公路運輸事故影響因素。

表1 危化品公路運輸事故影響因素Tab.1 Influencing factors of accidents in hazardous chemicals road transport

為了構建反映危化品公路運輸事故影響因素間關系的復雜網絡，結合復雜網絡中的有關概念與危化品公路運輸事故特點，提出如下假設。

假設1： 危化品公路運輸事故致因因素用事故致因網絡模型中的節點表示，事故致因因素間作用關系用節點間的弧表示。

將事故致因因素作為復雜網絡的節點，將事故致因因素間復雜的相互作用關系定義為節點之間的弧。

假設2：危化品公路運輸事故致因網絡模型為有向網絡模型。

危化品公路運輸事故致因因素之間的作用存在方向性，弧的方向表示影響因素的作用方向。例如運輸企業管理失誤會導致車輛的維護檢修出現問題，二者之間存在正向誘導與反向反饋的作用，其關系用圖1表示。因此將本研究提出的危化品公路運輸事故致因網絡模型假設為一種有向網絡模型。

圖1 事故影響因素間的關系Fig.1 Relationship between accident influencing factors

2.2 基于DEMATEL和ISM 算法構建危化品公路運輸事故應影響因素網絡模型

構建復雜網絡的關鍵是判定節點間的聯系，本研究綜合利用DEMATEL和ISM方法來確認危化品公路運輸事故影響因素間復雜的相互關系。首先借助 DEMATEL 法確定事故影響因素間的相互作用關系，在此基礎上利用 ISM對各因素影響關系進行分層，從而獲得危化品公路運輸事故影響因素的層次結構[9-11]，步驟如下。

步驟 1：創建危化品公路運輸事故影響因素體系，設為a1,a2,…,an。

步驟2：構建危化品公路運輸事故影響因素直接影響矩陣X。選取9位對危化品公路運輸事故分析具有豐富經驗的專家對事故影響因素之間的相互影響程度打分，對結果取其平均值得到危化品公路運輸事故初始直接影響矩陣X。其中，危化品公路運輸事故影響因素之間的相互影響程度用0-4標度衡量，0表示不存在影響，1表示影響程度較弱，2表示影響程度中等，3表示影響程度一般，4表示影響程度很強。

(1)

步驟3：

(2)

利用式(2)對初始直接影響矩陣X進行規范化處理，得規范化矩陣G。式中xij是危化品公路運輸直接影響矩陣X中元素。

步驟4：

T=G(I-G)-1。

(3)

利用式(3)計算危化品公路運輸事故系統影響因素間的綜合影響矩陣T，式中I為單位矩陣。

步驟5：

(4)

(5)

分別利用式(4)和式(5)計算危化品公路運輸事故影響因素ai的影響度fi和被影響度ei。

步驟6：

mi=fi+ei,i=1, 2,…,n，

(6)

ni=fi-ei,i=1, 2,…,n。

(7)

分別利用式(6)和(7)計算危化品公路運輸事故影響因素ai的中心度mi與原因度ni。

中心度表示事故致因因素的重要性程度，中心度越大的致因因素在系統安全中的重要度越高。原因度表示致因因素對其他所有事故致因因素的影響程度，若其值為正，表示該因素對其他致因因素的影響大，為原因因素；若其值為負，則表示該因素受其他致因因素的影響大，為結果因素。

為進一步明確影響因素之間的層次關系，利用ISM方法確定事故致因因素之間的層次關系。

步驟7：

H=T+I。

(8)

利用式(8)獲得危化品公路運輸事故影響因素整體影響矩陣H。由于因素與自身是一一對應的，因此影響因素與其自身的關系可用單位矩陣表示，為反映系統影響因素的整體關系，在綜合影響矩陣T的基礎上加上單位矩陣I，獲得事故影響因素整體影響矩陣H。

步驟8：計算危化品公路運輸事故影響因素可達矩陣K。對于整體影響矩陣H，確定閾值λ，當hij≥λ時，取kij=1；當hij<λ時，取kij=0， 從而獲得由 0，1 元素組成的危化品公路運輸事故影響因素可達矩陣K。

步驟9：

(10)

(11)

對于致因因素i，利用式(10)獲得其驅動力Qi，表征該因素對其他致因因素的影響程度；利用式(11)獲得該因素的依賴性Yi，表征該因素受其他致因因素影響的程度。

對可達矩陣K中各行按其因素驅動力大小排序，列因素排序則以行因素的順序為準，從而得到重新排序的可達矩陣K′。在K′中根據驅動力的大小將事故致因因素劃分為不同的結構層級，獲得危化品公路運輸事故影響因素的遞階層次結構[17]。

3 結果分析

針對表1中14個事故影響因素，調查分別來自高校、危化品運輸企業、科研機構的9位專家，對專家們給出的事故影響因素間相互作用關系打分表取平均值后，利用步驟2～4獲得表2所示的危化品公路運輸事故影響因素間綜合影響關系。

由步驟6獲得危化品公路運輸事故各影響因素的影響度、被影響度、中心度和原因度，結果如表3所示。

3.1 事故致因因素的中心度和原因度分析

由表3數據可知，危化品公路運輸事故影響因素的中心度在(1, 1.5)區間內分布密集，取(1,1.5)區間的中間值1.3作為標準，將中心度大于1.3因素定為中心度關鍵因素，分別為S12，S13，S22，S23，S61，S62，說明這6個因素對危化品公路運輸事故的發生起關鍵作用。表3中原因度大于零的為原因因素，反之為結果因素。結果因素對危化品公路運輸事故起根本性作用，需對其進行重點關注和監管。原因因素與事故的發生有緊密的直接聯系，需要嚴格實時監督。若其出現問題容易直接導致事故發生，因此如果在運輸過程中發現原因因素出現問題，則危化品公路運輸應該立即停止，待問題解決后才可以繼續運輸。

表2 危化品公路運輸事故系統影響因素間的綜合關系Tab.2 Comprehensive relationship among influencing factors of accidents in hazardous chemicals road transport

表3 影響因素的影響度、被影響度、中心度、原因度Tab.3 Influencing degree, affected degree, centrality and cause degree of influencing factors

3.2 危化品公路運輸事故影響因素復雜網絡拓撲性質分析

根據表2中危化品公路運輸事故系統影響因素間的綜合影響關系數據，利用Pajek軟件繪制危化品公路運輸事故影響因素關系網絡。利用Pajek獲得網絡相關指標，見表4、表5。

由表4可知，危化品公路運輸事故致因網絡模型節點平均距離為1.37，表明事故影響因素間存在緊密聯系，平均只需要 1～2步就可實現2個致因因素間的相互作用，導致故障的傳播路徑短，相互作用強烈，極易由于故障快速傳播引發事故。為避免事故發生，需要對出現問題的致因因素盡快進行干預。

有向網絡中衡量節點的重要性指標主要包括節點的權威值(Authority)和樞紐值(Hub)[8]。由于危化品公路運輸事故影響因素網絡也是有向網絡，因此采用這2個指標評價事故影響因素的重要程度。其中，權威值反映事故影響因素受其事故影響因素的影響程度，而樞紐值反映該事故影響因素對其他事故影響因素產生的影響。由表5可知，權威值較高的影響因素是S22(0.42)，S23(0.41)，S32(0.44)，說明這些事故影響因素容易受其他事故因素影響導致事故發生，往往是事故發生的直接影響因素，應加強對這些影響因素的實時監管。樞紐值較高的影響因素是S13(0.40)，S61(0.53)，S62(0.46)，說明這些影響因素影響范圍廣，容易對其他事故影響產生影響，要重視對這類因素的預防控制和定期監督檢查。

表4 危化品公路運輸事故影響因素復雜網絡整體指標Tab.4 Overall indicators of complex network ofinfluencing factors of accidents in hazardous chemicals road transport

表5 危化品公路運輸事故影響因素復雜網絡節點指標Tab.5 Node indicators of complex network of influencing factors of accidents in hazardous chemicals road transport

介數中心性指在復雜網絡中經過某個節點的最短路徑的數目[18]，它定義了一個節點對于網絡節點之間沿著最短路徑傳輸信息的控制能力。從信息傳輸的角度而言，介數越高的節點其重要性也越大，因此對于危化品公路運輸事故復雜網絡而言，網絡中介數越高的節點對事故及其他因素的影響程度也越高。由表5可知，S21的介數值最大，S11，S13，S61次之，其余節點介數值近乎為零。從網絡結構性質而言，介數值較大的節點失效或出現問題會導致整個網絡癱瘓或失效，在危化品公路運輸安全管理中，加強上述致因因素的預防管理以及出現問題后的應急處置能有效降低事故發生概率，減輕事故帶來的傷害。

由表4可知，整個網絡的聚類系數平均值為0.63，表明該網絡整體離散程度較低，事故致因因素間存在緊密聯系，任何一個影響因素出現問題其影響都容易在相關影響因素間傳播，造成復雜的鏈式反映事故。具體來看，S32(防護設備安全)、S51(道路狀況)和S62(政府部門監管)的聚類系數較高(0.65)，反映出這3個致因的相鄰節點間存在高連接性和集聚效應，相互作用強烈。從加強危化品公路運輸安全角度而言，日常管理中應加強對這些影響因素的檢查和管理，避免這些因素出現問題，若出現問題則應盡可能在最短時間內消除故障，避免這類故障發生后快速引發其他故障，造成連鎖反應以致發生事故。

分析發現，危化品公路運輸事故致因模型的平均路徑長度(1.37)較短，而聚類系數(0.63)較高，具有典型的小世界網絡效應。事故致因因素之間通過較少的路徑便能互相作用，導致影響因素故障間的傳播速度極快，增加了控制故障傳播的難度。為了降低事故發生，一定要加強平時檢查，對于問題強調早發現，早解決。

3.3 危化品公路運輸事故致因因素層次結構分析

對于整體影響矩陣，根據致因因素層次劃分的需要， 取λ=0.06，由步驟7，8，9獲得影響因素重排列可達矩陣，如表6所示。

表6 危化品公路運輸事故影響因素重排列可達矩陣Tab.6 Re-arrangement reachable matrix of influencing factors of accidents in hazardous chemicals road transport

根據事故分析需要，將事故影響因素根據驅動力大小分為3個層級，即直接影響因素、間接影響因素、深層影響因素，獲得如圖2所示的事故影響因素層次結構。從圖2可知，S13，S41，S61，S62大多是安全事故的根源，即事故的深層影響因素。S11，S12，S31，S33，S51是關聯直接影響因素和深層影響因素的間接影響因素，S21，S22，S23，S32，S42是事故的直接影響因素。對于事故的直接影響因素要加強實時監管、監控，出現問題時需及時解決。底層的深層影響因素是引發安全事故的基礎致因，中間的間接影響因素起著橋梁作用。由于直接影響因素出現問題往往是瞬間發生，難以立即發現和及時干預，因此要從根本上預防安全事故，除了加強對事故直接影響因素的監控和檢查外，更要強調平時加強對事故深層影響因素的整改和監管。

圖2 危化品公路運輸事故影響因素層次結構Fig.2 Hierarchical structure of influencing factors of accidents in hazardous chemicals road transport

4 結論

在系統事故理論的基礎上，結合復雜網絡理論，以危化品公路運輸事故影響因素為節點，以影響因素間因果關系為鏈接弧，基于DEMATEL和ISM方法建立危化品公路運輸事故致因復雜網絡模型。分析發現：

(1)危化品公路運輸事故影響因素中關鍵因素是操作失誤、安全意識不足、危險化學品包裝及裝卸失誤、企業管理及政府部門監管力度是危險化學品公路運輸事故中的重要致因，這6個因素對危化品公路運輸事故的發生起關鍵作用。降低危化品公路運輸事故發生率應加強這些影響因素的監管和控制。

(2)危化品公路運輸事故致因模型具有小世界網絡特性，事故影響因素間相互作用廣泛，傳播速度極快。為了降低事故發生，對于任何細小的安全隱患均不能輕視，要加強對事故影響因素的平時檢查和監督。

(3)危化品公路運輸事故影響因素可分為直接影響因素、間接影響因素和深層影響因素3個層次。從安全監管的角度而言，運輸企業及安全監管部門在運輸過程中對于事故直接影響因素應重點關注，強調運輸過程中的全面實時監管，當事故直接影響因素出現問題時，要及時解決或終止運輸。對于中間層和深層影響因素要注重平時的監督和整改，盡量避免其故障影響的存在和傳播。