化工企业安全预警评价研究现状

Research Status on Safety Early Warning and Evaluation of Chemical Enterprises

摘要: 本论文针对化工企业安全预警评价基础研究及技术应用情况进行了综述。

Abstract: The basis and the technical application of safety early warning system which were applied on chemical enterprise were overviewed in this paper.

1. 引言

近年来，随着我国对于各类高端民用化工产品安全需求的不断增加，国家安监局针对高端化工企业集中生产及其化工产品集中安置的安全隐患给予了非常相当的高度重视，并针对其先后两次颁发了《危险化学品重大危险源监督管理暂行规定》(目前国家化工安监局总司令第40号令已公布，第79号令进行修正)、《危险化学品重大危险源辨识》(GB 18218-2018)等一系列安全规章制度标准，不断加大强化化工危险源的安全管控。但是，我国化工企业安全生产及产品储存加工过程的安全监控管理仍然存在安全监控基础设施不足够完善、监控事故预警系统信息化管理水平低等突出问题。根据中华人民共和国应急管理部统计信息，国内几乎每月都会有重大安全事故发生。

总体上来说，我国安全市场对各类危化品的旺盛市场需求和落后的安全管理手段之间的矛盾依然较为突出，安全形势依旧严峻，亟需研究搭建一个一套具有高度全面性和高度系统性的全国危化品生产基地安全风险预警监测评价体系模型。

2. 国外预警基础理论研究现状

预警分析理论最早起源于国外，主要为了有效应对二战以后可能会出现的各种社会风险问题，其发展进程如图1所示。虽然前期研究建立了很多与其相关的社会研究指标理论，很对早期研究过的学者仍然认为社会预警指标理论可以作为一个重要学科理论来源一说起初是源于社会经济学的早期研究，首先由法国美国经济学家弗朗里德(alfredfourille)首先研究提出 [1]。1888年，在巴黎全国统计学学术大会上，弗朗里德模型仿照中国天气预报的彩色晴雨表，用不同角度色彩图表来准确评价宏观经济运行状态，构造宏观经济管理领域的彩色晴雨表。随后在1917年，美国哈佛大学的珀森斯 [1] 模型提出了一个用来分析预测全国物价、产量和其他金融服务指数的“哈佛指数”，哈佛经济指数在分析集合13个宏观经济指标的理论基础上，构建了一个宏观经济管理指数预测系统分析模型。但是随着20世纪30年代的西方第一世界国际经济金融危机逐渐证实合成哈佛经济指数对中国宏观经济风险预警系统失效，在综合定量分析前期经济理论以及研究经济问题的理论基础上在1961年，穆尔和希斯金 [2] 通过对个别经济指标平均振幅的综合标准化研究提出了一种合成哈佛指数分析法，成为风险预警系统分析的早期核心研究方法之一，对之后几年构建中国宏观经济风险预警系统工作发挥了重要指导作用。

20世纪50年代后，预警系统已经被广发接受，其中比较具有重要代表性和特色的研究有20世纪50年代，美国的兰德公司为了适应国家计划和企业社会风险管理的实际要求，建立了一些诸如最新的优化预警分析及系统管理分析等研究方法 [3]。从20世纪60年代中期开始，社会研究预警指标体系已建立了社会预警研究指标体系。

国际上，20世纪从90年代开始，随着信息全球化程度的进一步加深，以及各国之间的经济和政治关系的日益紧密，各国针对安全预警工作给予了极大的重视并展开相关的研究工作，以期为政府决策提供借鉴，使得社会预警更好地服务于社会。各种学术组织或者机构，世界经合组织(1996)、联合国国家开发署(1998)、联合国教科文组织(1997)都在不同很大程度上的深入关注了这一课题内容的深入研究。

Figure 1. Development of basic theory of early warning system in foreign countries

图1. 国外预警基础理论研究发展状况

3. 我国预警理论基础研究现状

虽然我国的预警理论研究与时代的发展具有极大的相关性，如图2所示，我国的预警理论研究从20世纪的80年代中期就开始了，但相关的研究内容主要是借鉴国外的研究基础来开展相关的研究。而且当时也正处于我国改革创新开放发展过程中不断出现的各种矛盾，因此此时我国城乡矛盾、贫富差距分化、发展结构失衡等社会问题逐渐清晰进入了受到当代我国历史学者对其研究问题考察的重要视野之中 [4] [5] [6] [7] [8]。

Figure 2. Development of early warning system theory in China

图2. 我国预警理论研究发展状况

到了90年代，随着改革开放的推进，预警理论集中在高危行业的运行中，如：储罐泄露、矿井安全、工程安全等。王金桃和王浣尘 [9] 针对海塘建设工程的安全预警进行分析，并针对防台抗潮决策方面进行了分析。白绍鸣 [10] 针对易燃易爆重大危险源，重点是气罐的监控预警系统进行分析，并针对期经济投入的效益进行分析说明。肖全兴 [11] 研制了一款矿井通风安全管理预警提示系统，并进行了试用。廖光煊等 [12] 研究了油罐扬沸火灾预测方法并建立了一套安全预警系统。张纯 [13] 等人在不改变S100掘进机性能的基础上，加装安全预警系统，使掘进机履带行走、截割头动作、截割电机过载有语言预报警，并延时动作，从根本上杜绝了掘进机操作时无警铃提示而突然动作造成的不安全隐患。

到了21世纪，我国经济发展达到一定高度，此时预警理论得到了广泛的重视，不仅在高危行业中被关注研究，而且在其它领域中受到了相应的重视，如：人口发展、环境安全、网络安全等领域。吴满意等 [14] 从新的角度对构建国家预警系统所基于的理论依据进行了分析，提出了国家安全因素层次以及相互作用的数学模型。孙宏斌 [15] 提出了电网实时安全预警系统的可行方案，给出了其基本原理和主要特征，设计了其功能框架和体系结构。王学智 [16] 引进了一种安全预警装置并将其有效的应用在有毒、有害气体的危险源的监控上。宋晶 [17] 针对互联网的安全预警系统进行分析，并研究了相关预警措施。詹晓燕等 [18] 通过分析论述环境安全预警系统研究的进展及特点，提出环境安全预警系统的逻辑结构、系统总体架构和系统功能结构，以期从方法和技术角度为建立环境安全预警系统提供一个全面新颖的实现方案。谭克俭 [19] 讨论了建立人口安全预警系统所要遵循的基本原则，并从人口安全预警系统的建立和运行两个方面进行了框架性思考。

随着国家乃至全世界对安全预警系统的关注度越来越高，在2006年，数学统计方法已经开始被应用在安全预警系统中。李超和梁越 [20] 提出了一种新型的提高生产安全保障的系统；该系统采用独特的CAN总线和CTI技术相融合的技术，从而，提高了生产安全的管理效率。牛强等 [21] 结合煤矿安全生产的具体要求，将自组织神经网络原理运用于煤矿安全预警问题中，建立了多指标综合评价的安全预警系统网络模型，并以实测数据为例对所建模型进行了训练和检验。

目前，各种计算方法和人工智能已经成为目前安全预警系统中的一种重要分析方法。徐礼金 [22] 采用云计算的方式进行瓦斯浓度预警。李佳益 [23] 从生鲜食品供应链现状出发，运用层次分析法从生产、加工、运输、安全监管等方面中选出17个指标，构建食品供应链的质量安全预警指标体系，同时将各种指标以四象限进行分类，从而得到处理指标因素的优先级，基于此结果提出安全预警优化方案。王琼 [24] 基于人工智能技术构建建设项目安全预警平台，包括动态监测系统、预警诊断系统、协同响应系统、安全教育系统。

4. 化工企业相关预警技术研究现状

化工企业从生产的起始到成品的放置都具有一定的危险性。而且，化工企业的危险性具有很多种类，由于不同风险的成因、特点以及处理方法都具有相应的特点，因此必须要进行相应的划分 [25] [26]。一般来说，化工企业安全风险主要分为其中静态性的风险和其中动态性的风险较大两类。静态性的风险主要是危害主体，一般来说是由安全生产技术设备和安全生产管理系统的不足和完善性所导致的，这类风险不可避免，只能利用先进的技术将风险降到最低。动态化的风险则通常是不定期的风险，主要是由生产过程中的人为因素导致，所以具有不确定性，属于潜在风险。这类风险可以通过加强技术管理和安全管理尽量避免。

为了更好地做好风险把控，化工企业的风险监控与安全管理预警技术正在从应急模式向监控预防模式转变。目前化工风险监控与安全管理预警技术主要把控在采集风险信息、企业风险的辨别和管理、信息分析、风险预警提示、安全管理动态监控与对策、紧急事故应急措施等几个方面。

整体上来说，我国化工企业对于安全预警系统的关注相对较晚，在2008年才见到相关的报道，是关于煤化工的安全防控 [27]。近几年来，由于国家对于安全的重视，我国关于化工企业的安全预警的程度逐年增加 [28] [29] [30] [31]。

从以上统计上来看，化工企业的安全预警系统目前的研究还处于初始阶段，其理论基础仍然来自于其它行业，其中主要是数学模型理论应用。

5. 大数据与化工企业安全评价

随着国内大数据的快速发展，通过数据共享，模糊计算理论得到了广泛的技术应用。在国外，McCulloch和Pitts以及L.A. Zadeh [32] [33] 建立相关的模糊计算模型，将其进行了应用，并取得了一定的成果；Box和Jenkins、A.L. Staaty、Sims [34] [35] [36] 根据相应的精确计算模型提出了相应的安全预警理论，并取得了相应的成果。国内基于大数据的安全评价系统相对起步较晚，在2016年 [37] 才见到相关的报道，2017年后得到快速发展。目前在大数据基础上应用的安全评价系统已经被应用在很多行业。刘芳竹等 [38] 基于大数据和云计算技术的研究现状和社会调研的分析，结合数学建模的思想建立贝叶斯模型进行数据评价，并进一步匹配出不同统计需求时安全系数最高的算法。李凤生等 [39] 在水闸安全评价相关理论、方法和应用经验的基础上，引入大数据理论与技术，协同应用多种水闸运行管理数据，设计水闸安全评估的大数据总体应用框架。孙辉泰等 [40] 将大数据应用在广东省道路运输安全生产风险分级管控与处置研究中，并取得一定效果。耿文莉等 [41] 提出了一种基于灰色神经网络的云存储大数据安全风险评估模型。吴继英等 [42] 在明确大数据安全内涵的基础上分析企业大数据安全要素，运用SHEL模型，建立涵盖大数据基础安全、管理安全和应用安全的评价框架，构建的“三维一体”企业大数据安全评价指标体系。

但整体上来说，大数据在企业安全预警体系的研究还处于初级阶段，目前还没有见到具体实施的案例，但是大数据体系作为一种非常有效的人工智能分析系统，在本行业的发展中具有非常大的潜力。

总之，随着科学技术的发展，化工企业安全预警系统需进一步完善，以避免相关的损失。另外，随着大数据的广泛应用，自动控制系统理论和新型人工智能相互的结合为石油化工企业安全生产预警系统建设提供了良好的技术保障，目前初步研究形成了新型的人工智能自动控制系统理论，为后期化工企业安全系统的进一步完善提供技术保障。

基金项目

国家留学基金委西部地区人才培养特别项目(留金法[2017]5086)；贵州省科学技术厅重点项目(黔科合基础[2018]1421)；贵州省教育厅青年项目(GZZJ-Q2017014)。

NOTES

^*通讯作者。