汪洪焦，竇濱，張其東，劉國愈，賈云禎，王燃

1 中國煙草總公司鄭州煙草研究院，鄭州 450001；2 中國煙草總公司職工進修學(xué)院，鄭州 450003

實驗室安全文化是實驗室安全建設(shè)的重要內(nèi)容。近年來，國內(nèi)不少學(xué)者對實驗室安全文化進行了研究，俞佳分析了高校實驗室安全文化建設(shè)的重要性及其當(dāng)前存在的問題，并提出了高校實驗室安全文化建設(shè)的措施及建議[1]；陳玲從物質(zhì)文化和制度文化兩個方面分析了高?；瘜W(xué)實驗室安全文化建設(shè)內(nèi)容[2]；陳浪城分析了高校實驗室安全文化內(nèi)涵，指出了實驗室安全文化建設(shè)的必要性，設(shè)計了實驗室安全文化建設(shè)路徑[3]；元文濤探討了實驗室安全文化建設(shè)的意義及重要作用，提出了新時期基于信息化技術(shù)的高校實驗室安全文化體系[4]；國外方面，加拿大學(xué)者Ayi通過問卷調(diào)查結(jié)果得出人們普遍認(rèn)為實驗室安全文化非常重要，并指出當(dāng)前實驗室安全文化的缺乏及其建設(shè)的緊迫性[5]；美國學(xué)者Denlinger將ACS（American Chemical Society，美國化學(xué)學(xué)會）研究實驗室網(wǎng)站上的危害評估作為一種重要的安全文化工具，并介紹了該工具的應(yīng)用[6]；芬蘭學(xué)者Katarzyna提出了用于定量評估一個組織安全文化建設(shè)水平的ATM法（Assessment Tree Method，評估樹方法）[7]。研究表明，國內(nèi)外眾多學(xué)者意識到實驗室安全文化建設(shè)對于實驗室安全管理的重要作用，并開展了相關(guān)研究工作，但目前大都基于實驗室文化建設(shè)的內(nèi)容及途徑，而關(guān)于實驗室安全文化建設(shè)水平評價方法，尤其是煙草行業(yè)實驗室安全文化建設(shè)水平評價方法的研究還鮮有報道。

煙草行業(yè)實驗室是煙草行業(yè)開展技術(shù)創(chuàng)新、促進煙草科技進步的核心部門和重要場所，保障煙草行業(yè)實驗室安全穩(wěn)定運行尤為重要[8]。目前煙草行業(yè)實驗室安全管理相對落后于行業(yè)工商企業(yè)安全管理的步伐，加大實驗室安全文化建設(shè)力度，提升全員安全意識，對煙草行業(yè)實驗室進行準(zhǔn)確的安全文化考核評價顯得更加必要。行為安全“2-4”模型認(rèn)為事故的根源來自組織層面的安全文化，從而將安全文化建設(shè)提高到新的高度，該模型將Heinrich、Bird與Loftus、J M Stewart的古典、近代、已有現(xiàn)代事故致因鏈中事故的間接原因、根本原因具體化，簡捷且便于應(yīng)用[9]；RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有函數(shù)逼近和自適應(yīng)能力強、學(xué)習(xí)速度快等優(yōu)點[10]，其作為一種處理復(fù)雜非線性問題的有效手段已廣泛運用在各個領(lǐng)域并取得良好效果[11,12]。鑒于上述兩種模型的優(yōu)勢，本文首先根據(jù)行為安全“2-4”模型建立煙草行業(yè)實驗室安全文化建設(shè)水平評價指標(biāo)體系，然后借助RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的結(jié)構(gòu)簡單、參數(shù)學(xué)習(xí)收斂速度快以及強大非線性擬合能力，對煙草行業(yè)實驗室安全文化建設(shè)水平進行評價，通過構(gòu)建典型學(xué)習(xí)樣本訓(xùn)練學(xué)習(xí)，最終得出評價結(jié)果。本文將為煙草行業(yè)實驗室安全文化建設(shè)水平評估提供一種簡易可行的方法。

1 煙草行業(yè)實驗室安全文化建設(shè)水平評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

1.1 行為安全“2-4”模型

行為安全“2-4模型”[13]是中國礦業(yè)大學(xué)（北京）傅貴教授在Heinrich事故致因論[14]和Stewart現(xiàn)代事故致因鏈[15]的基礎(chǔ)上提出的。該模型把事故的直接原因歸為人的不安全動作和物的不安全狀態(tài)；通過大量的案例分析把間接原因具體化為人的安全知識不足、安全意識不高及安全習(xí)慣不佳；把事故的根本原因歸為所在組織的安全文化欠缺，安全文化是從根本原因中分解出來的、指導(dǎo)安全管理體系形成的指導(dǎo)思想。在此事故鏈中，一次性行為（事故直接原因）來自于習(xí)慣性行為（事故間接原因），習(xí)慣性行為來自于組織的運行行為安全管理體系（根本原因）和指導(dǎo)行為組織的安全文化（根源原因）。此行為安全“2-4”模型建立如圖1所示。安全“2-4”模型中“2”指的是事故的發(fā)生是由組織和個人兩個層面決定的，“4”代表事故是組織和個人兩層面的指導(dǎo)、運行、習(xí)慣性、一次性四階段的行為發(fā)展的結(jié)果。

圖1 行為安全“2-4”模型Fig.1 Behavioral safety "2-4" model

1.2 安全文化建設(shè)水平評價指標(biāo)體系的構(gòu)建

根據(jù)行為安全“2-4”模型，個人的一次性行為是事故的直接原因，習(xí)慣性行為是間接原因，組織的運行行為安全管理體系是根本原因，而指導(dǎo)行為組織的安全文化是根源原因。管理體系不完善的根源原因是思想認(rèn)識不到位，實際中只注重效益而忽視安全就是安全文化建設(shè)不充分的較為普遍的現(xiàn)象。管理者是否認(rèn)識到“安全是影響單位運營的最重要因素，安全創(chuàng)造經(jīng)濟效益，做任何事情都要首先考慮安全，充分工作就能預(yù)防事故……”決定了其安全管理體系的文件完善程度和執(zhí)行狀況，反映了對安全文化元素的認(rèn)識程度，是安全文化建設(shè)水平的外在表現(xiàn)。顯然，加強安全文化建設(shè)、改善文化指導(dǎo)行為對實現(xiàn)安全管理及事故預(yù)防意義重大。

煙草行業(yè)實驗室是開展卷煙樣品檢測、煙氣分析、煙草化學(xué)、工藝配方、生物技術(shù)等領(lǐng)域研究的重要基地，筆者借鑒國內(nèi)相關(guān)研究成果、咨詢專家意見并結(jié)合《煙草企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范》[16]，走訪調(diào)研了中國煙草總公司鄭州煙草研究院實驗室、河南中煙工業(yè)有限公司所屬實驗室、河南省煙草專賣局所屬實驗室和中國煙草總公司職工進修學(xué)院所屬實驗室，這四家單位的實驗室功能和現(xiàn)狀涵蓋工、商、研、學(xué)，基本能夠反應(yīng)我國煙草行業(yè)實驗室的共性問題。依據(jù)行為安全“2-4”模型，同時結(jié)合當(dāng)前煙草行業(yè)實驗室安全實際情況，將安全文化、體系文件、習(xí)慣性行為和一次性行為確定為一級評價指標(biāo)。各一級評價指標(biāo)根據(jù)煙草行業(yè)實驗室安全特征又分為若干二級評價指標(biāo)，從而形成評價指標(biāo)體系。本研究評價指標(biāo)體系分目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，共15個評價指標(biāo)，具體見表1。

2 基于RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的煙草行業(yè)實驗室安全文化評價模型

2.1 RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

RBF（Radical Basis Function，徑向基函數(shù)）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種由輸入層、隱含層和輸出層構(gòu)成的多層前饋網(wǎng)絡(luò)，其最大優(yōu)勢在于用線性學(xué)習(xí)算法來完成以往非線性學(xué)習(xí)算法所做的工作，同時又保持非線性算法的高精度。劉杰[17]應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對城市空氣質(zhì)量進行了評價，驗證了RBF網(wǎng)絡(luò)性能比BP（Back Propagation，反向傳播）網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定且精度更高。RBF詳細(xì)原理見文獻[11]、[12]及[17]。

表1 煙草行業(yè)實驗室安全文化建設(shè)水平評價指標(biāo)體系Tab.1 Evaluation index system for construction level of laboratory safety culture in tobacco industry

2.2 建模過程

2.2.1 各層神經(jīng)元數(shù)的確定

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要確定各層神經(jīng)元數(shù)，本研究依據(jù)行為安全“2-4”模型劃分出的15個二級考評指標(biāo)作為RBF的輸入神經(jīng)元數(shù)，即n=15。輸出結(jié)果為評價結(jié)果，將煙草行業(yè)實驗室安全文化建設(shè)水平劃分為A1、A2、A3和A4四個等級，分別為優(yōu)、良、中、差，則輸出節(jié)點個數(shù)s=4。如果評價結(jié)果為優(yōu)，則第1個節(jié)點輸出值為1，其余3個節(jié)點為0；如果評價結(jié)果為良，則第2個節(jié)點輸出值為1，其余3個節(jié)點為0，以此類推。

隱含層是RBF網(wǎng)絡(luò)成功實現(xiàn)的關(guān)鍵，通過訓(xùn)練隱含層節(jié)點的中心寬度和徑向基函數(shù)中心，調(diào)節(jié)輸出權(quán)值，本研究調(diào)用MATLAB工具箱中newrb函數(shù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，自動確定所需隱含層單元數(shù)。

2.2.2 訓(xùn)練樣本的選取

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是通過對訓(xùn)練樣本的學(xué)習(xí)擬合輸入輸出的關(guān)系，因此需要一定數(shù)量的、且具有代表性和導(dǎo)向性的樣本數(shù)據(jù)，筆者調(diào)研了河南省4家煙草相關(guān)實驗室，并聘請4位專家根據(jù)這4家實驗室安全文化建設(shè)的實際狀況對15個評價指標(biāo)打分，分值區(qū)間為[0，100]。為便于專家區(qū)分各項指標(biāo)的優(yōu)劣，采用定性和定量相結(jié)合的方法設(shè)置打分標(biāo)準(zhǔn)。首先按照定性方法將各指標(biāo)劃分為“不及格”、“及格”、“良好”及“優(yōu)秀”4個等級，然后按照常規(guī)等級取值方法，同時考慮到安全管理中“優(yōu)秀”和“良好”較高等級要求，將4個等級對應(yīng)的分值區(qū)間設(shè)置為[0，60)、[60，80)、[80，90)、[90，100]。最終分值由專家賦值與指標(biāo)權(quán)重加權(quán)得出。指標(biāo)權(quán)重分為準(zhǔn)則層權(quán)重Qi和指標(biāo)層權(quán)重Qij（i=1, 2,3,j=1,,2,…,q,q為準(zhǔn)則層下的指標(biāo)層數(shù)），運用基于模糊一致性矩陣的模糊層次分析法確定[19]，步驟為：根據(jù)專家經(jīng)驗通過兩兩對比構(gòu)建判斷矩陣，這是層次分析法的核心，然后計算權(quán)重矩陣并進行一致性檢驗。指標(biāo)層的綜合權(quán)重為Qi與Qij的乘積，權(quán)重求解公式為：

式中：rij為模糊判斷矩陣的元素，代表指標(biāo)i重要于指標(biāo)j的程度，0≤rij≤1。然后依據(jù)文獻[20]對指標(biāo)權(quán)重的合理性進行檢驗和調(diào)整。

為加快網(wǎng)絡(luò)的收斂性，對輸入樣本數(shù)據(jù)進行歸一化處理，處理方式為：

此方式避免了0和1兩個極值對訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的影響，使之轉(zhuǎn)化為（0，1）之間的數(shù)，ti′為歸一化后樣本數(shù)據(jù)；ti為原始樣本數(shù)據(jù)；tmin和tmax分別為樣本序列中的最小數(shù)和最大數(shù)。

2.2.3 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練與仿真

煙草行業(yè)實驗室相對較少，經(jīng)調(diào)查，獲得13組有效樣本數(shù)據(jù)，前10組數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，后3組作為檢驗樣本，不參與訓(xùn)練，相應(yīng)的等級作為期望輸出值。為保證網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的精度，采用梯度下降法優(yōu)化訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)的場域?qū)挾?、場中心及連接權(quán)值。訓(xùn)練結(jié)束后，用sim函數(shù)進行模擬驗證。表2為檢驗樣本數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)仿真效果，可知3組檢驗樣本的網(wǎng)絡(luò)輸出值與專家評價的等級結(jié)果完全一致，檢驗樣本的輸出結(jié)果與預(yù)期值的相對誤差較低（不到9%），處于可接受范圍內(nèi)，初步表明該模型能較好地實現(xiàn)樣本數(shù)據(jù)的學(xué)習(xí)，輸出結(jié)果與定性評價結(jié)果基本一致，誤差水平可接受，可用于實驗室安全文化建設(shè)水平評價。

表2 檢驗樣本數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)仿真效果Tab.2 Verification of the simulation effect of sample data

3 實例應(yīng)用

根據(jù)本文建立的煙草行業(yè)實驗室安全文化建設(shè)水平評價指標(biāo)體系及RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價模型，對鄭州煙草研究院實驗室安全文化建設(shè)水平進行評價。聘請5位專家對實驗室的整體安全狀態(tài)進行打分，得到了鄭州煙草研究院實驗室專家打分?jǐn)?shù)據(jù)表（表3），經(jīng)歸一化處理后的指標(biāo)層數(shù)據(jù)為（0.89，0.83，0.76，0.85，0.80，0.78，0.85，0.89，0.72，0.85，0.83，0.87，0.80，0.87，0.87），網(wǎng)絡(luò)輸出結(jié)果為（0.9006，0.0937，0.0057, 0），根據(jù)最大隸屬度原則，評價等級為A1級，即鄭州煙草研究院實驗室安全文化建設(shè)水平為優(yōu)秀。

表3 專家打分表Tab.3 Expert comprehensive scoring table

鄭州煙草研究院實驗室為直屬于國家煙草專賣局的唯一家綜合性科研機構(gòu)，通過安全標(biāo)準(zhǔn)化管理二級評審，具備較為完善的安全管理方案，擁有良好的實驗室環(huán)境條件。運用RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價的實例安全文化建設(shè)水平處于優(yōu)秀等級，說明此評價結(jié)果與所選對象業(yè)務(wù)實際具有一致性。

4 結(jié)語

（1）以行為安全“2-4”模型為依據(jù)，建立煙草行業(yè)實驗室安全文化建設(shè)水平的評價指標(biāo)體系，劃分出15個二級評價指標(biāo)。

（2）運用MATLAB中RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱對10組樣本數(shù)據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，再選取3組樣本數(shù)據(jù)驗證模型的可靠性，最后利用已建立的模型實現(xiàn)對鄭州煙草研究院驗室安全文化建設(shè)水平的評價，評價結(jié)果為優(yōu)秀，與實際情況相符合。從評價結(jié)果來看，RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)很好地模擬了專家思維模式，反映了專家經(jīng)驗，無需人為設(shè)置指標(biāo)權(quán)重，避免了人的主觀因素對評價結(jié)果的影響，能夠更客觀、準(zhǔn)確地得出評價結(jié)果，具有較強的可靠性。由于檢驗數(shù)據(jù)有限，本研究的結(jié)果尚有待進一步驗證。

（3）行為安全“2-4”模型與RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合算法高效，精度合理，該模型為態(tài)勢評估研究提供了思路，是一種合理可行的評價方法。