左博睿，帥 斌，賞珂祺,黃文成,劉原愷

(1.中鐵四院集團(tuán)西南勘察設(shè)計(jì)有限公司，云南，昆明 650220；2.西南交通大學(xué) 綜合交通運(yùn)輸智能化國(guó)家地方聯(lián)合工程實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都 611756；3.西南交通大學(xué) 系統(tǒng)科學(xué)與工程研究所，四川 成都 611756；4.中國(guó)電建集團(tuán)昆明勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，云南 昆明 650051)

事故致因模型是安全科學(xué)理論主線的實(shí)際表達(dá)，其發(fā)展體現(xiàn)出研究者對(duì)事故認(rèn)識(shí)的逐漸深入[1]。隨著挑戰(zhàn)者號(hào)航天飛機(jī)災(zāi)難、切爾諾貝利核電站事故等復(fù)雜事故的發(fā)生，學(xué)界整體意識(shí)到基于線性思維的傳統(tǒng)事故模型難以合理解釋復(fù)雜社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)事故，尋求系統(tǒng)理論剖析事故發(fā)生機(jī)理，構(gòu)建系統(tǒng)論事故致因模型成為當(dāng)下研究的熱點(diǎn)[2]。系統(tǒng)論事故模型中，基于認(rèn)知工程等理論的功能共振分析方法 (functional resonance analysis method, FRAM)可有效分析復(fù)雜系統(tǒng)事故表現(xiàn)出的因素間非線性關(guān)系及聚合涌現(xiàn)特性，是目前應(yīng)用最廣的系統(tǒng)論事故致因模型之一[3]。

由于FRAM側(cè)重于功能抽象而非結(jié)構(gòu)分解的應(yīng)用特性[4]，事故分析中構(gòu)建合理的功能評(píng)估方法是FRAM風(fēng)險(xiǎn)量化研究的關(guān)鍵。HOLLNAGEL[5]基于認(rèn)知可靠性和錯(cuò)誤分析方法(cognitive reliability and error analysis method，CREAM)建立了通用性能條件評(píng)估表(common performance conditions，CPC)，用以定性評(píng)估功能波動(dòng)狀態(tài)；HIROSE等[6]基于CPC評(píng)估體系，采用Weight-CREAM法量化分析了風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)下的上下游功能影響關(guān)系；左博睿等[7]集成模糊證據(jù)推理技術(shù)與模糊推理系統(tǒng)構(gòu)建基于CPC評(píng)估的綜合評(píng)估量化模型。MACCHI[8]指出功能異質(zhì)性是FRAM的基本特征，而CPC評(píng)估體系難以體現(xiàn)功能異質(zhì)性問(wèn)題。對(duì)此HOLLNAGEL(文獻(xiàn)[5])采用社會(huì)技術(shù)分類思想將無(wú)異質(zhì)化功能劃分為人員、技術(shù)、組織(human-organization-technique，MOT)功能，對(duì)應(yīng)分配不同CPC條件，并指出基于特定評(píng)估體系量化評(píng)估異質(zhì)性功能風(fēng)險(xiǎn)具有比較優(yōu)勢(shì)[9]。然而由于MOT分類依據(jù)較為模糊，以致功能劃分存在較大粗略性，進(jìn)而導(dǎo)致部分功能類型難以區(qū)分及評(píng)估體系難以契合功能實(shí)際屬性，客觀制約了FRAM功能量化評(píng)估發(fā)展。

鑒于此，為彌補(bǔ)FRAM在事故分析領(lǐng)域功能劃分的缺陷，筆者基于行為安全科學(xué)理論的24Model對(duì)具有模糊性的功能類型進(jìn)行梳理，進(jìn)一步區(qū)分不同類型功能邊界、重新定義組織功能內(nèi)涵，建立組織功能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系及輸出質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，并構(gòu)建虛擬功能，以期為FRAM量化評(píng)估提供更為合理的評(píng)估框架。

1 現(xiàn)有FRAM功能評(píng)估評(píng)估體系

1.1 FRAM基礎(chǔ)知識(shí)

FRAM的功能以功能六角形的形式表征，如圖1所示。功能模塊各角代表一項(xiàng)與外界耦合的端口，分別為輸入(input，I)、輸出(output，O)、前提(preconditions，P)、資源(resources，R)、時(shí)間(time，T)、控制(control，C)。FRAM的分析步驟通常為：①識(shí)別描述系統(tǒng)基本功能；②分析功能模塊的潛在變化；③構(gòu)建功能網(wǎng)絡(luò)；④制定屏障措施。筆者將針對(duì)步驟①展開研究。

圖1 FRAM功能模塊

1.2 MOT-CPC評(píng)估

功能可變異性是FRAM功能的狀態(tài)特征，事故分析中體現(xiàn)為功能在事故中所表現(xiàn)出的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。FRAM起源于對(duì)人誤的深刻理解，HOLLNAGEL沿用第二代人因可靠性分析(human reliability analysis, HRA)的CREAM技術(shù)建立了評(píng)估功能可變性的CPC評(píng)估體系，并提出MOT框架與CPC對(duì)應(yīng)關(guān)系，如表1所示，表中“√”表示在功能評(píng)估過(guò)程中需考慮此項(xiàng)評(píng)估因素。

表1 CPC-MOT功能評(píng)估體系

將功能分配為MOT中任一類別是典型的泛化，是對(duì)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)的抽象簡(jiǎn)化。PATRIARCA等[10]指出基于MOT分類的方法潛在含義為假設(shè)同一類型的函數(shù)具有相似可變性，不同類型功能因各自特點(diǎn)在可變性維度具有較大區(qū)別。在輸出評(píng)估方面，深入討論MOT功能特征、可變幅度、可變頻率后,目前主要研究方向?yàn)檠赜媒?jīng)典的時(shí)間/精度評(píng)價(jià)準(zhǔn)則建立3個(gè)類型功能的統(tǒng)一的功能輸出質(zhì)量評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示。為有效建立功能輸出質(zhì)量與功能風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的有機(jī)聯(lián)系，文獻(xiàn)[7]構(gòu)建了統(tǒng)一的模糊信度結(jié)構(gòu)，以CPC評(píng)估體系為基礎(chǔ)，將上游功能輸出評(píng)估結(jié)果納入下游功能綜合評(píng)估體系中，得到較為合理的FRAM事故量化評(píng)估方法。具體量化思路為：①賦予功能評(píng)估因素重要度權(quán)重；②建立模糊信度結(jié)構(gòu)(FBS)，得到因素評(píng)價(jià)統(tǒng)一描述框架; ③基于二階模糊推理系統(tǒng)評(píng)估功能輸出；④預(yù)處理數(shù)據(jù)使之匹配至模糊信度結(jié)構(gòu)中；⑤信息融合及風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度，獲得功能風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

表2 功能輸出評(píng)估體系

綜合上述研究，基于評(píng)估體系建立FRAM的各類定性、定量評(píng)估方法的研究全面展開，一定程度理解了功能網(wǎng)絡(luò)耦合關(guān)系及異質(zhì)性區(qū)分原理。

1.3 功能劃分問(wèn)題分析

目前評(píng)估手段的多樣化發(fā)展反映出基礎(chǔ)評(píng)估體系的固有不足，以致部分近期文獻(xiàn)難以采取MOT-CPC評(píng)估體系而仍采用最初的CPC功能評(píng)估體系?？偨Y(jié)現(xiàn)有文獻(xiàn)，討論評(píng)估體系應(yīng)用缺陷，明確MOT分類框架及MOT-CPC評(píng)估體系適用性不佳是由功能劃分過(guò)程中存在的模糊性所導(dǎo)致。

MOT因素間存在著多重復(fù)雜交互，而組織因素本身更具備動(dòng)態(tài)特性導(dǎo)致3類功能邊界模糊及組織功能定義模糊。其中，基于MOT框架建立組織功能在文獻(xiàn)[8]定義為：由人員執(zhí)行、取決于組織活動(dòng)的且對(duì)社會(huì)技術(shù)系統(tǒng)日?；顒?dòng)有著緩慢發(fā)展影響的組織職能。在現(xiàn)有事故分析中組織功能則泛指組織因素，包含且不限于上層管理人員行為決策[11]、組織資源設(shè)備提供或整體性實(shí)體單位[12]。由于組織功能定義寬泛，在應(yīng)用過(guò)程中與人員功能、技術(shù)功能間存在較大模糊性，難以區(qū)分某一功能具體歸屬。

此外，F(xiàn)RAM初期分析對(duì)象為具有緊密聯(lián)系特性及離散行為聚合特性的復(fù)雜系統(tǒng)，如航空工程等。隨著應(yīng)用范圍的逐漸拓展，F(xiàn)RAM開始分析部分具有連續(xù)運(yùn)行行為的復(fù)雜系統(tǒng)，如鐵路運(yùn)輸及化工操作。現(xiàn)階段此類系統(tǒng)內(nèi)部連續(xù)運(yùn)行過(guò)程往往附加于人員功能之上并可定性分析。然而在功能量化發(fā)展趨勢(shì)下，過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)被視為人員風(fēng)險(xiǎn)將導(dǎo)致部分人員功能同時(shí)具備多重屬性，進(jìn)而對(duì)應(yīng)評(píng)估體系評(píng)估對(duì)象混淆，風(fēng)險(xiǎn)量化存在較大不足。

綜上可知，目前FRAM功能評(píng)估面臨的核心問(wèn)題是基礎(chǔ)性功能劃分問(wèn)題，現(xiàn)有MOT功能劃分模糊性加深了FRAM量化研究的難度。筆者將借鑒基于行為安全科學(xué)理論的24Model部分思想改進(jìn)功能劃分，以得到更為合理的異質(zhì)性功能劃分框架。

2 基于行為安全科學(xué)理論的24Model

行為科學(xué)理論[13]與CREAM所代表的HRA皆起源于對(duì)行為失效的關(guān)注，目的都是減少不安全行為的發(fā)生，從而達(dá)到預(yù)防事故發(fā)生及改善安全績(jī)效。相較于CREAM而言，行為安全理論更加系統(tǒng)地關(guān)注行為背后的組織機(jī)理，對(duì)事故深層組織致因挖掘更具有程序性和規(guī)范性。目前，行為安全科學(xué)研究的主要理論包含刺激反映理論、理性行為理論、心理學(xué)理論等，理論內(nèi)容趨于全面，行為產(chǎn)生路徑也更為復(fù)雜。在長(zhǎng)期行為科學(xué)研究中，傅貴等[14]基于行為安全科學(xué)理論思想提出了24Model。24Model基于演繹框架[15]將事故致因嚴(yán)格區(qū)分為組織層面和個(gè)人層面，其中個(gè)人層面包含行為、物態(tài)及不良個(gè)體因素，組織層面包含安全管理體系、安全文化等不具有運(yùn)行行為的組織職能。24Model的提出及完善過(guò)程明確了組織致因、人員致因的邊界問(wèn)題，在最新研究中更提出了過(guò)往事故模型中所包含的組織因素皆可被安全管理體系所指代的系統(tǒng)性觀點(diǎn)[16]。基于上述研究，事故分析中人員及組織因素有了更清晰的區(qū)分邊界，分類思想改進(jìn)沿用至FRAM中對(duì)于解決FRAM功能劃分模糊性問(wèn)題具有重要意義。

3 FRAM功能改進(jìn)

3.1 FRAM 組織功能重構(gòu)

與基于行為科學(xué)理論的24Model相比，F(xiàn)RAM在事故分析中更加側(cè)重于展現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為與耦合作用。基于FRAM的MOT劃分思想，建立24Model兩個(gè)層面、四個(gè)階段與FRAM的對(duì)應(yīng)關(guān)系，如圖2所示。其中，F(xiàn)RAM難以表征系統(tǒng)更上層的抽象組織因素，如安全文化與組織指導(dǎo)思想，從而組織功能將具體對(duì)應(yīng)于安全管理體系中的安全管理組織功能O1和安全管理程序功能O2；進(jìn)一步依據(jù)24Model組織層面-個(gè)人層面邊界明確組織功能與人員、技術(shù)功能邊界，新邊界范圍內(nèi)組織功能及其評(píng)估體系將區(qū)別于人員-技術(shù)功能及其CPC評(píng)估體系，更側(cè)重于評(píng)估系統(tǒng)實(shí)際安全組織管理程度且不再涉及具體管理人員行為或技術(shù)資源，故分類標(biāo)準(zhǔn)更加明確，功能界限更加清晰。

圖2 基于24Model的FRAM改進(jìn)功能劃分示意圖

其中，安全管理組織功能泛指組織設(shè)立的安全管理部門，包括組織架構(gòu)、安全管理人員、職責(zé)分配等；功能內(nèi)容包含：①研究、組織和建立整個(gè)企業(yè)的安全管理體系和安全文化，使其能夠在企業(yè)內(nèi)部得到很好的實(shí)施；②審查和改進(jìn)組織的安全管理體系；③做好企業(yè)各部門之間的協(xié)調(diào)工作，使各部門各司其職；④組織公司內(nèi)部安全培訓(xùn)和安全檢查。

安全管理程序功能的基礎(chǔ)思想是將組織的安全與健康管理作為一項(xiàng)管理任務(wù)，任務(wù)可依據(jù)程序過(guò)程被分解為多個(gè)子任務(wù)并有著與之對(duì)應(yīng)的程序制度。安全管理程序功能具體包含組織管理中涉及的程序文件的標(biāo)準(zhǔn)及施行情況。一個(gè)系統(tǒng)中涵蓋多個(gè)程序制度，如政策程序、處理程序、接口程序和管理細(xì)則等，但每個(gè)程序制度本質(zhì)上需滿足安全管理程序的一般流程要求。

完成組織功能的明確劃分后，需建立組織功能評(píng)估體系，現(xiàn)階段對(duì)組織因素評(píng)估主要分為：基于問(wèn)卷調(diào)查量化方法、風(fēng)險(xiǎn)概率分析方法和主觀推理方法；FRAM建立在探索性推理基礎(chǔ)上，現(xiàn)有量化研究基礎(chǔ)也是基于主觀推理完成，故為保證FRAM評(píng)估邏輯一致性，改進(jìn)后的組織功能評(píng)估也將基于主觀推理的方法完成。

基于上述分析、FRAM評(píng)估原理、行為安全科學(xué)理論及組織安全理論研究，提取評(píng)估兩種組織功能的全面評(píng)估指標(biāo)并基于德爾菲法建立對(duì)應(yīng)評(píng)估體系，如表3所示。

表3 組織功能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

組織因素自身評(píng)估條件的聚合為組織功能自身風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，而事故分析中對(duì)于功能輸出質(zhì)量評(píng)估依賴于實(shí)際觀測(cè)評(píng)估。現(xiàn)有MOT分類將實(shí)際觀測(cè)指標(biāo)粗略劃分為時(shí)間和精度兩個(gè)維度，并以兩者乘積形式粗略表達(dá)輸出質(zhì)量，如圖3(a)所示。然而組織功能更多體現(xiàn)為組織職能，時(shí)間維度上往往只包含“存在-缺失”的剛性判斷，并不具備實(shí)際時(shí)間上的研究?jī)r(jià)值。故進(jìn)一步討論組織功能輸出評(píng)估體系，基于組織職能的影響形式，采用深化“精確”屬性劃分的方式，構(gòu)建體現(xiàn)組織功能實(shí)際輸出“實(shí)施力度-健全程度”的二維評(píng)估體系，如圖3(b)所示。其中健全程度指組織功能對(duì)下游功能的安全職能覆蓋程度，即功能是否對(duì)事故中下游功能預(yù)設(shè)了正確的規(guī)范；實(shí)施力度則指組織功能在事故中對(duì)下游功能的實(shí)際約束程度。

圖3 評(píng)估體系

3.2 虛擬功能建立

明確組織-人員-技術(shù)功能邊界，部分功能由于多重屬性仍然難以泛化為上述MOT功能中的一種。為實(shí)現(xiàn)全功能的明確定義，擬構(gòu)建虛擬功能對(duì)連續(xù)運(yùn)行行為拆分，具有明確實(shí)質(zhì)指向部分歸為MOT功能，非離散連續(xù)過(guò)程如工業(yè)操作、運(yùn)輸過(guò)程等無(wú)實(shí)際依托的子系統(tǒng)整體流程采用虛擬功能表征。基于文獻(xiàn)[7]中FRAM風(fēng)險(xiǎn)描述可知，由于虛擬功能無(wú)實(shí)質(zhì)指代，故無(wú)內(nèi)生可變性，風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度依賴于外界耦合端口的信息融合，其輸出評(píng)估為整體流程對(duì)下游功能影響的推理評(píng)估，虛擬功能概念圖如圖4所示。虛擬功能的建立是MOT分類思想的延續(xù)，在現(xiàn)有社會(huì)技術(shù)分類思想的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了更完善的FRAM功能的異質(zhì)化表達(dá)。

圖4 虛擬功能示意圖

4 案例探究

運(yùn)用改進(jìn)FRAM分析京昆高速“8·10”特別重大交通事故以驗(yàn)證方法可行性與有效性。事故發(fā)生于2017年8月10日，成都至洛陽(yáng)的京昆高速秦嶺1號(hào)隧道口，事故分析詳細(xì)信息基于事故調(diào)查報(bào)告[17]。案例集中展示事故實(shí)際發(fā)生所在的“成都-安康”段，經(jīng)改進(jìn)FRAM共識(shí)別9個(gè)功能模塊，如表4所示，系統(tǒng)功能網(wǎng)絡(luò)如圖5所示,其中VF為其后計(jì)算的風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)。

表4 FRAM功能說(shuō)明

圖5 “成都-安康”段系統(tǒng)功能圖

引用文獻(xiàn)[7]所提出的FRAM量化技術(shù)，建立系統(tǒng)功能網(wǎng)絡(luò)并完成功能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，具體步驟為：①基于重要性評(píng)價(jià)賦予各MOT功能評(píng)估條件權(quán)重；②建立功能輸出評(píng)估的2階模糊推理系統(tǒng)，此處不同屬性簡(jiǎn)化采取統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn)；③建立模糊信度結(jié)構(gòu)進(jìn)而計(jì)算功能風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，此處模糊信度結(jié)構(gòu)設(shè)置與文獻(xiàn)[7]相同。

經(jīng)模糊推理計(jì)算，各功能輸出質(zhì)量如表5所示；基于表1評(píng)估技術(shù)-人員功能，結(jié)果如表6和表7所示；基于表3組織功能評(píng)估體系評(píng)估組織功能，結(jié)果如表8所示；基于外生耦合評(píng)估虛擬功能，結(jié)果如表9所示。綜合評(píng)估結(jié)果，獲得本次事故功能分類風(fēng)險(xiǎn)排序及整體風(fēng)險(xiǎn)排序結(jié)果，如表10所示。

該案例事故報(bào)告書中，將事故定義為生產(chǎn)責(zé)任事故，重點(diǎn)追責(zé)駕駛員及其掛靠的客運(yùn)公司。而由功能網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度可知，車站安全管理機(jī)構(gòu)(F2)的設(shè)置、道路技術(shù)條件(F8)及車站發(fā)車手續(xù)審核(F3)是整體排序風(fēng)險(xiǎn)最高的功能模塊，同樣為MOT各類別風(fēng)險(xiǎn)性最高的功能模塊。車輛出站所在城北客運(yùn)公司安全管理機(jī)構(gòu)與運(yùn)業(yè)公司精簡(jiǎn)合并后的人員架構(gòu)的嚴(yán)重缺失，導(dǎo)致F2功能風(fēng)險(xiǎn)程度極高，并基于上下游功能耦合直接對(duì)下游F4、F5產(chǎn)生了消極影響，是本次事故“成都-安康”段最需引起重視的功能；其次，事故發(fā)生所在秦嶺一號(hào)隧道口道路設(shè)計(jì)(車道分界線不符合標(biāo)準(zhǔn))、道路養(yǎng)護(hù)(照明設(shè)備未維護(hù)，車道分界限磨損，未設(shè)置防護(hù)導(dǎo)流設(shè)施)存在較大問(wèn)題，且在多次排查中溝通失調(diào)也是導(dǎo)致本次事故發(fā)生的重要原因，經(jīng)信息融合風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度后F8風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)在所有功能中風(fēng)險(xiǎn)排序次高。此外，虛擬功能指代連續(xù)運(yùn)輸過(guò)程，完全由上游功能產(chǎn)生輸出外生耦合鏈接評(píng)估其風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，相較于其他功能，風(fēng)險(xiǎn)性中等靠后，可視為系統(tǒng)內(nèi)運(yùn)輸子系統(tǒng)連續(xù)性風(fēng)險(xiǎn)的整體評(píng)估結(jié)果，并可通過(guò)對(duì)其他MOT功能的防控以降低F9的風(fēng)險(xiǎn)程度。

表5 輸出質(zhì)量評(píng)估

表6 人員功能M評(píng)估

表7 技術(shù)功能T評(píng)估

表8 組織功能評(píng)估

表9 虛擬功能I評(píng)估

基于事故“成都-安康”段風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度情況，提升事故系統(tǒng)安全性的關(guān)鍵在于建立合規(guī)的車站安全管理機(jī)構(gòu)并規(guī)范各項(xiàng)制度執(zhí)行以抑制整體運(yùn)輸流程的可變性，降低下游功能風(fēng)險(xiǎn)程度；其次對(duì)事發(fā)路段技術(shù)條件全面整改，使其符合規(guī)范要求；最終對(duì)風(fēng)險(xiǎn)排序較高功能采用FRAM屏障措施，整體動(dòng)態(tài)防控功能網(wǎng)絡(luò)以全面提升運(yùn)輸安全水平。

5 結(jié)論

(1)基于24Model改進(jìn)FRAM功能劃分，建立新的MOT功能邊界、重構(gòu)組織功能及定義虛擬功能，為異質(zhì)化功能的量化評(píng)估提供更加合理的分析框架及評(píng)估依據(jù)。

(2)運(yùn)用改進(jìn)FRAM分析“8·10”特別重大客運(yùn)事故，采用模糊推理技術(shù)實(shí)現(xiàn)改進(jìn)FRAM風(fēng)險(xiǎn)測(cè)度，研究表明改進(jìn)方法能建立區(qū)分度較高的功能網(wǎng)絡(luò)，量化結(jié)果顯示組織功能中車站安全管理機(jī)構(gòu)設(shè)置的缺失是本次事故風(fēng)險(xiǎn)程度最高的功能，改進(jìn)方法可為FRAM事故分析量化評(píng)估手段提供進(jìn)一步的技術(shù)支持。

(3)未來(lái)研究中可針對(duì)不同領(lǐng)域進(jìn)一步建立具有行業(yè)異質(zhì)性的組織功能評(píng)估體系，并基于技術(shù)設(shè)備評(píng)估模型探討改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)功能評(píng)估體系。此外，建立含有多階段的功能網(wǎng)絡(luò)，尋求虛擬功能在功能量化評(píng)估中更多的潛在實(shí)際價(jià)值也是重要的研究方向。