李銳 吳愛軍 楊苗
(西南科技大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院 四川綿陽 621010)
近幾年來安全事故不斷,對此,人們往往只關(guān)注到表面的原因,驚訝于事故發(fā)生的突然性,而不曾識別其本質(zhì)問題,即危險(xiǎn)是始終存在的,究其原因是人們對“安全”的本質(zhì)認(rèn)識不清。
目前,關(guān)于“安全”的定義闡釋主要有:安全是指客觀事物的危險(xiǎn)程度能夠?yàn)槿藗兤胀ń邮艿臓顟B(tài)[1];安全是免除了不可接受的損害風(fēng)險(xiǎn)的狀態(tài)[2];安全是一種特定的技術(shù)狀態(tài),即滿足一定安全技術(shù)指標(biāo)要求物態(tài)[3]。而有關(guān)安全概念并沒有形成統(tǒng)一,主要原因是對安全的狀態(tài)認(rèn)識不清楚。以上有關(guān)“安全”的概念均有兩個突出特點(diǎn):一是認(rèn)可危險(xiǎn)的客觀存在,二是都確定沒有出現(xiàn)人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失或任務(wù)沒有受到影響。從認(rèn)識論角度,這些概念都是被動接受和認(rèn)識風(fēng)險(xiǎn),而沒有積極主動地去認(rèn)識和處理安全與風(fēng)險(xiǎn)間的關(guān)系。從價(jià)值論角度,安全與危險(xiǎn)是對立統(tǒng)一的關(guān)系,相互以對方的存在而存在,無法分割。人類要生存,必須在一定風(fēng)險(xiǎn)下進(jìn)行工作、生產(chǎn)和生活,不能一味地追求絕對安全,這是毫無意義的。因此,風(fēng)險(xiǎn)也是人類生存的價(jià)值體現(xiàn),與安全共同推動事物發(fā)展。
積極主動認(rèn)識“安全與風(fēng)險(xiǎn)”的關(guān)系是準(zhǔn)確理解和把握安全概念的重要途徑。處理好兩者之間的關(guān)系,才能夠正確認(rèn)識事故發(fā)生發(fā)展機(jī)制。經(jīng)過無數(shù)學(xué)者不斷努力,人們對于安全定義相對越來越準(zhǔn)確。其中較為完善和準(zhǔn)確的是:安全指一定時空內(nèi)理性人的身心免受外界危害的狀態(tài)[4]。這個定義意識到了安全的時間屬性,人的主體地位,但是還是存在一定的不足,并沒有闡明這個“狀態(tài)”到底是一種怎樣的狀態(tài)?;趨浅淌趯Π踩亩x,筆者對其進(jìn)行延伸與深入以及完善,給出對安全定義的新認(rèn)知——安全與危險(xiǎn)糾纏理論。
事物不僅以兩種狀態(tài)存在,同時還有第三種狀態(tài),如量子糾纏就是這種狀態(tài)。其實(shí),安全與危險(xiǎn)是對立統(tǒng)一的矛盾體,相互以對方的存在而存在,無法分割,這類似于量子糾纏態(tài)。因此,筆者將基于“安全”與“危險(xiǎn)”對立統(tǒng)一特征,結(jié)合量子糾纏理論,重新認(rèn)識“安全”與“危險(xiǎn)”等基礎(chǔ)概念。
假設(shè)一個零自旋中性π介子衰變成一個電子與一個正電子,分別朝著相反方向移動到區(qū)域A和B,兩區(qū)域的觀察者會觀測到電子、正電子各自沿著特定軸向的自旋。測量前,這兩個糾纏粒子共同形成了零自旋的“糾纏態(tài)”是兩個直積態(tài)的疊加,以狄拉克標(biāo)記表示為[5]
(1)
式中,|↑〉?|↓〉表示電子的自旋為上旋當(dāng)且僅當(dāng)正電子的自旋為下旋;|↓〉?|↑〉表示電子的自旋為下旋當(dāng)且僅當(dāng)正電子的自旋為上旋。以上兩種狀況疊加在一起,每一種狀況都有可能發(fā)生,電子與正電子形成糾纏態(tài)。如果不去測量它們,那么這對電子和正電子會共同形成零自旋的糾纏狀態(tài)。如果觀測其中一個粒子,它們之間的糾纏態(tài)就會確定,導(dǎo)致電子和正電子都有了相反狀態(tài)的自旋。
微觀世界中同時處于多重疊加態(tài)的量子,它們旋轉(zhuǎn)的方向或多重的疊加狀態(tài)在擴(kuò)張的軌道上并沒有做出任何改變或選擇,而是因?yàn)橛^察者觀察或其他量子的作用,促使量子在擴(kuò)張軌道上運(yùn)動途中的運(yùn)動軌跡,瞬間改變了時間參考系且同時塌縮。
物理學(xué)家對于微觀世界的現(xiàn)象百思不得其解,歷史上出現(xiàn)了兩個用宏觀世界中糾纏類比微觀世界糾纏的經(jīng)典案例,一個是著名的薛定諤的貓,另一個是波特曼決定,這或許是最簡單的宏觀世界里的“糾纏”了。
借鑒這樣奇妙又神奇的量子糾纏理論,筆者對“安全”與“危險(xiǎn)”這對矛盾體有了全新認(rèn)知,提出安全與危險(xiǎn)糾纏機(jī)制。
平時人們所認(rèn)識的“安全”和“危險(xiǎn)”實(shí)質(zhì)上是一種信息,是無法定義其大小,而微觀世界中的量子是最小的不可分割基本單位,可見,兩者具有相似性?;诖耍脠D解法來闡述“安全與危險(xiǎn)糾纏”理論較為容易,具體如圖1所示,箭頭向上、向下分別表示“出現(xiàn)”、“不出現(xiàn)”狀態(tài)。安全與危險(xiǎn)都有以上兩種狀態(tài)。
圖1 安全與危險(xiǎn)糾纏機(jī)制
(1)在安全與危險(xiǎn)狀況疊加在一起的系統(tǒng)中,每一種情況都有可能發(fā)生,但不能確定具體哪種情況會發(fā)生。因此,安全與危險(xiǎn)糾纏在一起而形成糾纏態(tài)。如果人們不去觀察它們,那么安全和危險(xiǎn)就會共同形成糾纏狀態(tài)。
(2)如果觀測其中一個狀態(tài),比如安全,那么它們之間的糾纏態(tài)就會確定,導(dǎo)致安全和危險(xiǎn)都有了相反狀態(tài)。如果觀測安全是以“出現(xiàn)”狀態(tài)顯現(xiàn),那么與之糾纏的危險(xiǎn)就會以“不出現(xiàn)”的狀態(tài)而顯現(xiàn)。這種現(xiàn)象叫做安全與危險(xiǎn)組成的系統(tǒng)的塌縮。
(3)理想的系統(tǒng)狀態(tài)是:系統(tǒng)始終以“安全與危險(xiǎn)糾纏”狀態(tài)向前運(yùn)行,中途如若發(fā)生塌縮也僅向 “安全”方向發(fā)生塌縮,且塌縮后又立刻回到“安危糾纏”態(tài)繼續(xù)運(yùn)行(因?yàn)橐坏┫颉拔kU(xiǎn)方向”塌縮,事故就會發(fā)生,“安危糾纏”態(tài)就會被中斷和停止),直到任務(wù)結(jié)束,整個過程都沒有人員和財(cái)產(chǎn)損失,那么系統(tǒng)的“安危糾纏”態(tài)完全塌縮為安全狀態(tài),我們說系統(tǒng)在整個過程中是安全的。
簡言之,“安危糾纏”的特點(diǎn)是:向“安全”塌縮時,系統(tǒng)的“安危糾纏”態(tài)可以不斷自行恢復(fù)到“安危糾纏”狀態(tài),而當(dāng)向“危險(xiǎn)”塌縮時,這種糾纏狀態(tài)就會中斷。
基于“安危糾纏”理論,我們來重新認(rèn)識以下幾個“熟悉又陌生”的概念,可以獲得全新的認(rèn)知。
安全:當(dāng)一個生產(chǎn)系統(tǒng)沒有出現(xiàn)人員傷亡、設(shè)備和財(cái)產(chǎn)損失,仍可以繼續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn),直至任務(wù)結(jié)束,人們把此系統(tǒng)在這一生產(chǎn)過程所表現(xiàn)的狀態(tài)叫安全。系統(tǒng)的“安危糾纏”態(tài)不斷地向安全方向塌縮或轉(zhuǎn)化,那么系統(tǒng)之前的狀態(tài)或過程就是安全狀態(tài),因此是確定的狀態(tài)。
危險(xiǎn):是系統(tǒng)在一定幾率下可能發(fā)生事故的狀態(tài)。系統(tǒng)的“安危糾纏”態(tài)有一定幾率向事故方向塌縮或轉(zhuǎn)化,因此屬于不確定狀態(tài)。
事故:當(dāng)一個生產(chǎn)或生活系統(tǒng)出現(xiàn)設(shè)備損壞、人員傷亡等事件,導(dǎo)致整個生產(chǎn)系統(tǒng)將無法繼續(xù)正常運(yùn)行,或部分無法正常運(yùn)行,此時系統(tǒng)處于停止或半停止?fàn)顟B(tài),這種狀態(tài)叫事故。系統(tǒng)的“安危糾纏”態(tài)向危險(xiǎn)方向塌縮,則“安危糾纏態(tài)”中斷,屬于確定狀態(tài)。
平時人們所認(rèn)知的安全與事故,其實(shí)是塌縮的、確定的狀態(tài),而對于當(dāng)前的狀態(tài)則是處于“安危糾纏”態(tài)。至此,筆者認(rèn)為:基于“安危糾纏”理論安全的概念就可以形成統(tǒng)一認(rèn)識,這個意義是非常重大的。因?yàn)槿祟愐婧桶l(fā)展,必須進(jìn)行生產(chǎn)活動,而在生產(chǎn)過程中必須接受一定的風(fēng)險(xiǎn)。從這個意義上說,安全與危險(xiǎn)是事物的一體兩面,是無法分割,它直接推動事物的發(fā)展,也促使人們在生產(chǎn)過程中不斷提高對安全的認(rèn)知。
由上可知,在日常生產(chǎn)、生活和工作中,人們所認(rèn)知的“安全”和“事故”其實(shí)是系統(tǒng)的若干個“安危糾纏”塌縮后確定的狀態(tài)。通常情況下,安全狀態(tài)的時長遠(yuǎn)大于事故狀態(tài)的時長。如圖2所示,若將這些狀態(tài)投影到時間軸上,就可看出:安全是若干個線段,而事故就是連接這些線段的一系列點(diǎn),它們共同組成了整個生產(chǎn)或生活過程。所以,動態(tài)安全系統(tǒng)理論要達(dá)到的目的是使系統(tǒng)整個生產(chǎn)和生活過程中正常運(yùn)轉(zhuǎn),即利用安全技術(shù)手段來維持系統(tǒng)的安危糾纏態(tài)或使其向安全方向塌縮。由此,筆者給出動態(tài)系統(tǒng)安全理論的概念:動態(tài)安全系統(tǒng)理論就是將系統(tǒng)的整個生命過程簡化為無數(shù)個作業(yè)過程的重復(fù),將系統(tǒng)整體的安全狀態(tài)的確定落實(shí)到單個安全影響因素安全狀態(tài)的量化上,通過分析單個作業(yè)過程的安全影響因素的變化規(guī)律,掌握在一個作業(yè)過程系統(tǒng)安全狀態(tài)的動態(tài)變化,再以此作為參考對相同作業(yè)過程進(jìn)行分析,經(jīng)過不斷的積累以及不斷的修正,從而真正掌握系統(tǒng)安全狀態(tài)的動態(tài)變化實(shí)現(xiàn)預(yù)測系統(tǒng)未來安全狀態(tài)的安全理論。
圖2 以時間為坐標(biāo)的安全與危險(xiǎn)示意
動態(tài)安全系統(tǒng)理論為安全管理提供了一種新思路、新方法,相比其他安全理論,動態(tài)安全系統(tǒng)理論是基于對安全的新認(rèn)知提出來的,更深層次、更細(xì)化地探討了安全、風(fēng)險(xiǎn)與時間關(guān)系,更加貼合系統(tǒng)實(shí)際的狀況;新的動態(tài)安全系統(tǒng)理論的提出,也促使人們在時間維度下,動態(tài)地了解系統(tǒng)內(nèi)部變化規(guī)律;新的動態(tài)安全系統(tǒng)理論的創(chuàng)建,順應(yīng)安全科學(xué)發(fā)展的時代趨勢。它革新了傳統(tǒng)安全系統(tǒng)理論,有利于引導(dǎo)安全領(lǐng)域的科學(xué)觀念與研究方法產(chǎn)生質(zhì)的變化。
理論的建立,最終的目的就是要應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。將動態(tài)安全理論應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)系統(tǒng)中,即在系統(tǒng)中構(gòu)建起動態(tài)安全系統(tǒng)模型,在這個模型中,人、機(jī)(機(jī)械、設(shè)備、材料)、環(huán)境、管理都處于正常運(yùn)行的狀態(tài),人作為系統(tǒng)的主體,能夠掌握系統(tǒng)安全狀態(tài)的動態(tài)變化,直觀地看到系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值的變化,對系統(tǒng)的安全狀態(tài)眼中有數(shù),心中也有數(shù)。
一個系統(tǒng)存在的價(jià)值在于它能夠完成特定功能或者說規(guī)定的任務(wù),所以系統(tǒng)總是不停地重復(fù)著相同的生產(chǎn)活動。所以根據(jù)動態(tài)安全系統(tǒng)理論,對一個系統(tǒng)的安全狀態(tài)進(jìn)行研究,可以降維成對系統(tǒng)完成一個生產(chǎn)活動的完整過程進(jìn)行研究。還未開始生產(chǎn)時,系統(tǒng)初始的安全值由一些在短期內(nèi)不會大幅度變動的安全影響因素決定,這一類型的因素,筆者稱其為固有安全影響因素,例如機(jī)器設(shè)備的可靠性,操作人員的生理狀態(tài)等;開始生產(chǎn)后,隨著生產(chǎn)的進(jìn)程,出現(xiàn)一些新的安全影響因素,稱其為作業(yè)伴隨安全影響因素,比如物料的投入等,由于安全影響因素存在固有風(fēng)險(xiǎn)度,即一些安全影響因素的加入,勢必降低系統(tǒng)的安全值,就算是正常、正確的操作,也會降低安全值,而錯誤操作更有可能會使得系統(tǒng)安全值在極短時間內(nèi)驟降,達(dá)到臨界,發(fā)生事故。要想掌握系統(tǒng)的安全狀態(tài)的變化,就是要掌握隨時間、生產(chǎn)進(jìn)程變化的安全因素。筆者選擇安全熵[6]作為系統(tǒng)安全狀態(tài)的量化工具,量化系統(tǒng)的安全度,再結(jié)合先進(jìn)的技術(shù),捕捉安全影響因素的變化,以時間為橫坐標(biāo),安全值為縱坐標(biāo),繪制風(fēng)險(xiǎn)曲線[7],使得系統(tǒng)的安全度能夠直觀地以圖形和數(shù)字的形式呈現(xiàn)出來。
3.1.1 步驟闡述
(1)按照工藝流程劃分評價(jià)單元;
(2)分析各單元安全影響因素;
(3)利用結(jié)構(gòu)熵權(quán)法[8]計(jì)算各安全影響因素權(quán)重;
(4)利用安全熵計(jì)算固有安全影響因素的安全值;
(5)利用風(fēng)險(xiǎn)熵[9]計(jì)算作業(yè)伴隨安全影響因素的實(shí)時風(fēng)險(xiǎn)值;
(6)以已確定狀態(tài)的系統(tǒng)安全值作為起始值,繪制隨時間變化的動態(tài)風(fēng)險(xiǎn)曲線。
3.1.2 應(yīng)用展示
以一個正常工作中的塔式起重機(jī)生產(chǎn)系統(tǒng)為例(為了簡化,在此不包括塔式起重機(jī)的安裝與拆卸以及作業(yè)前起重機(jī)的調(diào)試,僅分析塔吊的使用過程,且不涉及具體計(jì)算,僅做方法展示),建立動態(tài)安全系統(tǒng)理論模型。
(1)單元劃分
由于在此僅對塔吊使用過程的風(fēng)險(xiǎn)值變化進(jìn)行分析,所以以安裝爬升完成后的安全狀態(tài)的安全值作為風(fēng)險(xiǎn)曲線的起點(diǎn),完成貨物吊運(yùn)時間點(diǎn)的安全值作為風(fēng)險(xiǎn)曲線的終點(diǎn),主要分析使用階段的因素變化對系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)值的影響。
(2)確定安全影響因素
已有許多學(xué)者針對塔吊安全影響因素開展研究[10-14]。根據(jù)這些文獻(xiàn)以及塔吊操作規(guī)程,分析整理出以下安全影響因素(見表1)。
表1 起重機(jī)安全影響因素一覽表
3.1.3 結(jié)構(gòu)熵權(quán)法確定安全因素權(quán)重
(1)采集專家意見,形成“典型排序”,對“典型排序”進(jìn)行“盲度”分析,得到P個專家全體對指標(biāo)xt的評價(jià)向量V=(v1,v2,…,vt),t為指標(biāo)個數(shù)。
3.1.4 安全熵
通過對固有安全影響因素進(jìn)行安全度評價(jià),再結(jié)合其所對應(yīng)的權(quán)重,就可得出系統(tǒng)已確定狀態(tài)的安全熵。
使用量化打分的方式對安全因素的安全度進(jìn)行評價(jià),細(xì)化各安全指標(biāo)的內(nèi)容,對其進(jìn)行打分,且針對不同的指標(biāo),啟用不同的評價(jià)小組。評價(jià)主要分為5個等級,“很差、差、一般、好、很好”,對應(yīng)“1分、2分、3分、4分、5分”。與人相關(guān)的安全影響因素由管理人員進(jìn)行打分;與機(jī)(機(jī)械、設(shè)備、材料)相關(guān)的安全影響因素,由具體機(jī)器設(shè)備的操作人員對其進(jìn)行打分;與環(huán)境相關(guān)的安全影響因素由所處環(huán)境中的作業(yè)人員進(jìn)行打分;與管理相關(guān)的安全影響因素由所有人員共同打分。部分樣表如表2所示。
表2 安全度評價(jià)樣表[15](部分)
打分完成后對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總以及歸一化處理,得出各安全因素的安全度。將各因素權(quán)重和安全度代入式(2),即得到系統(tǒng)安全熵。
式中,ωi為各安全因素權(quán)重,pi為各因素安全度。
3.1.5 風(fēng)險(xiǎn)熵
關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)熵的計(jì)算,利用與安全熵相同的思想,不同的是這里是對安全影響因素的風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行分析。針對這一部分安全影響因素,其中一些可采用量化打分方式計(jì)算其風(fēng)險(xiǎn)度,包括吊物類型和重量,不同的吊物,不同的重量,其風(fēng)險(xiǎn)度不同,可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行打分;而另外一部分因素的狀態(tài)隨時間變化,擬采用動態(tài)監(jiān)控的技術(shù),對其變化進(jìn)行捕捉,以觀察其對系統(tǒng)安全狀態(tài)的影響。如提升速度、轉(zhuǎn)動角速度、環(huán)境風(fēng)速、能見度、溫度、電源電壓、作業(yè)高度等可根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)以及相關(guān)資料,劃分其閾值區(qū)間,每個區(qū)間對應(yīng)不同風(fēng)險(xiǎn)度,通過實(shí)時的監(jiān)測,就能捕捉到這些因素的風(fēng)險(xiǎn)度變化。由于人的不可控性,所以與人相關(guān)的幾個安全影響因素應(yīng)該是波動性最大的,通過對2007—2016年我國在役塔吊安全事故[16]進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可知塔吊事故中比重最大的是吊物墜落砸人,占所統(tǒng)計(jì)事故總數(shù)的56%,而造成事故的原因中安全管理原因占56%,而在安全管理中,現(xiàn)場安全管理問題比重最大,事故原因中人為因素占28%,雖不是比重最大的,但是人因是導(dǎo)致塔吊安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的最直接因素。因此,在塔吊工作過程中對于人相關(guān)的安全影響因素的監(jiān)控是十分重要的,也是掌握系統(tǒng)安全實(shí)時動態(tài)的關(guān)鍵。
將各因素權(quán)重ωi和風(fēng)險(xiǎn)度pi代入式(3),即得到系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)熵。
系統(tǒng)安全熵值變化為
sω(t)=sω1(t)-sω2(t) (4)
3.1.6 繪制風(fēng)險(xiǎn)曲線
根據(jù)初始數(shù)據(jù)以及結(jié)合動態(tài)監(jiān)測,就可以繪制出動態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)曲線,概念圖如圖3所示。
圖3 塔吊作業(yè)過程安全風(fēng)險(xiǎn)曲線概念
實(shí)現(xiàn)動態(tài)管理應(yīng)該從兩方面著手,一個是思想上,一個是技術(shù)上。思想上,要革新人們對安全的認(rèn)知,讓人們有生產(chǎn)過程時刻與風(fēng)險(xiǎn)相伴的意識,使其積極主動地維護(hù)系統(tǒng)的安危糾纏態(tài),即主動地輸出安全行為[17]。技術(shù)上,采用動態(tài)安全系統(tǒng)理論對系統(tǒng)進(jìn)行管理,根據(jù)系統(tǒng)的危險(xiǎn)度不同,管理的密度與精確度也相應(yīng)有所區(qū)別,高危行業(yè)較低微行業(yè),對系統(tǒng)各部分的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行觀測,其時間尺度要更小,風(fēng)險(xiǎn)曲線的繪制要更細(xì)致,而更高危的行業(yè),在其最危險(xiǎn)的工藝環(huán)節(jié)應(yīng)做到實(shí)時監(jiān)控、實(shí)時記錄,但這并不意味著低危行業(yè)就能放松警惕,低危行業(yè)也需要經(jīng)常關(guān)注系統(tǒng)的安全變化。因此,動態(tài)管理并不是狹義的要掌握系統(tǒng)每分每秒的變化,而是廣義的動態(tài)管理,不同行業(yè),細(xì)化不同,具體問題具體分析,實(shí)事求是,這樣才能真正地實(shí)現(xiàn)動態(tài)管理,也才能真正地推行動態(tài)管理。
(1)從安全與危險(xiǎn)的關(guān)系出發(fā),結(jié)合量子糾纏理論,得出的安危糾纏機(jī)制以及對安全定義的新認(rèn)知更加貼合安全本質(zhì),符合實(shí)際生產(chǎn)狀況,有利于后續(xù)安全理論的提出以及安全科學(xué)的建設(shè)。
(2)將以重復(fù)的作業(yè)過程表現(xiàn)系統(tǒng)的整個生命過程以及用若干個安全影響因素變化反映系統(tǒng)整體安全狀態(tài)變化的動態(tài)安全系統(tǒng)理論應(yīng)用在系統(tǒng)管理中,對系統(tǒng)進(jìn)行靈活的、廣義的動態(tài)管理,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)抽象安全狀態(tài)的量化,以及大致掌握其安全動態(tài)的變化趨勢,有利于事故的預(yù)防。
(3)結(jié)合塔吊生產(chǎn)系統(tǒng)的作業(yè)過程,對動態(tài)安全系統(tǒng)理論的應(yīng)用進(jìn)行了展示,但只進(jìn)行概念闡述以及僅做了方法陳述與步驟分析,還需進(jìn)行不斷地研究。