相似的事故如火灾爆炸事故、车辆碰撞事故等频繁发生，会造成巨大的人员伤亡和经济损失。在事故多发环境下，如何从事故分析角度进行事故预防是国内外安全学者的研究热点之一。Lukic等^[1]提出了事故分析学习(包涵事件分析者、事件类型、分析及学习过程，获得的经验类型和事件环境)的概念框架，并通过对比两家能源公司的经验数据验证了该概念体系的可行性；Lindberg等^[2]从事故分析角度出发，提出了强调从初始报告到事故预防措施的事故预防的链式经验反馈模型；Chong等^[3]针对交通事故系统，提出了基于事故原因及严重程度基础数据调查的混合决策树神经网络分析方法；Salmon等^[4]以Mangatepopo峡谷事件为研究对象，对比3类事故分析方法(Accimap、HFACS及STAMP)在事故分析中的差异，并提出了改进的Accimap事故分析模型；现代复杂系统的发展，致使难以用某单一的事故分析技术来满足不同类型的系统分析需求，Kontogiannis等^[5]以案例分析为基础，从建模错误恢复路径及事故致因分析角度分别提出了事故分析方法(FTA、PN及STEP方法)的改进方案等。

随着系统科学与现代化技术的发展，伴随安全系统的大规模复杂化，安全系统涉及的范围越来越大，如人机界面、信息冗余、系统组织等，因此对事故系统的分析也变得复杂。然而，目前关于事故的研究多是从具体技术层面或仅聚焦于某事故的分析评价，鲜有以某类相似的事故系统为研究对象的横剖层面的系统分析^[6-7]。

安全生产事故频发，很多事故具有共性，表现相似。以相似事故系统为研究对象，以相似的视角切入事故系统调查，可为事故的预防及分析提供全新的思路和启示^[8]。通过相似性分析可帮助研究者寻找事物之间的差异和共同点如相似与相异的比较，探寻造成相似现象的原因^[9-10]。早有学者试图将相似理论运用于安全科学领域：Kletz^[11]运用相似分析的思路，提出在事故分析时可通过多个事故持续的原因分析并列举与之类似的相似事故案例，寻找事故产生原因的相似特性；Li等^[12]基于相似特性分析，提出了通过车载录像机收集大量数据，对相似数据进行分类，然后重组事故视频的交通事故识别方法；Nikfalazar等^[13]基于多层次的相似分析，探寻了广义梯度模糊数和期望模糊数之间的相似性，并提出了基于相似理论的用于风险分析排序的方法。相似安全管理的应用实践先于理论研究，如企业在进行安全管理时，一般会选择类似的某个或几个具备成熟安全管理理念的企业(杜邦公司、GE公司等)作为开展安全管理活动的参照物。

相似安全系统学的创建^{[8, 14]}便是基于抽象度高、适用范围广且具备严格数学逻辑的相似理论，以及对生产生活中诸多相似事故(如一再发生的同类型事故与操作者相似的操作失误等)的沉思^[15]。本文通过构建安全系统相似机理模型，提出了基于系统相似机理模型的事故分析一般程式，为相似事故的分析及预防提供系统思路。最后，以天津港“8·12”瑞海公司危险品仓库特别重大火灾爆炸事故和苏州昆山市中荣金属制品有限公司“8·2”特别重大爆炸事故进行案例分析，验证了该方法的可行性，为当前事故分析及预防提供了新的切入点。

1 安全系统相似机理的内涵及其数学表达 1.1 安全系统相似机理的内涵

安全系统相似分析是以相似理论为切入点，通过对不同具有相似性的安全系统的共性(相似性)与个性(差异性)的分解分析，找出不同系统间导致相似目标行为的共同特性(相异特性)，通过解析这些相似特性与相异特性，为安全系统的改进提供切入点。

从预防事故、提高安全水平的角度出发，相似安全系统分析的研究对象是多个具有相似行为的系统。通过寻找多个具有同一或相似安全系统行为的相似安全系统，在对安全系统细化分解的基础上，研究系统间的相似特性，以相似特性为基点探索系统行为的原因及本质，相似分析过程及内涵如图 1所示。

通过分析事故系统的相似性，可以总结事故发生的根本原因，并解释相似事故的机制。同时，通过掌握隐藏在相似事故现象背后的本质特征，通过打破必要的因果链，可以有效预防相似事故的再次发生。

1.2 安全系统相似机理的数学表达

相似性可分为自相似与他相似。自相似体现为局域与整体相似，他相似是不同系统间存在的相似。设安全系统S_y^A与安全系统S_y^K相似，运用数学公式表示为^[16-17]

$ S_y^A \sim S_y^K. $

(1)

又称安全系统S_y^A相似于安全系统S_y^K。其中，安全系统是由多个要素组成的具有一定层次功能的整体，将安全系统要素以集合的形式表示为

$ {S_y} = \left( {{H_u},{P_y},{E_g},{I_n},{E_v}} \right). $

(2)

其中: S_y为安全系统, H_u为人的因素, P_y为安全系统中的事或物的因素，E_g为能量，I_n为信息，E_v是安全系统所处环境。

可以发现式(2)仅仅以单维度的构成要素层面对系统进行描述。但是，结合相似性的分析，相似现象的产生不仅是要素种类、特性的相似，更在空间维度及时间维度上包含了要素功能的相似和运动行为的相似。因此，对安全系统相似性机理的分析也应从系统组成要素的特性、行为、功能层次分析。相似安全系统学科范畴内，将安全系统表示为

$ {S_y} = f\left( {{C_h},{B_v},{F_u},{I_n},{O_t}} \right). $

(3)

其中：C_h是系统S_y整体表现出的系统特性，F_u是S_y的系统功能，B_v表示的是S_y的整体行为体现，I_n为安全系统赋存信息，O_t为S_y其他整体特征。式(3)表明安全系统是关于C_h、F_u、B_v、I_n及O_t的函数。

安全系统的相似性是系统内部与系统整体显现的性质一致，安全系统的要素及其作用方式决定了该系统的功能及特性。将安全系统S_y^A在要素层面继续分析，建立安全系统整体显现内涵公式，

$ {S_y} \ge \sum {\left\{ {{s_i}|{c_i},{b_i},{f_i},{i_i},{o_i}} \right\}} ,\\ ~~~~\left( {i = 1,2,3, \cdots ,n} \right). $

(4)

其中：c_i表示要素s_i的属性, f_i为要素s_i的功能, b_i表示s_i的行为, i_i为s_i所赋存的信息，o_i为要素s_i的其他特征。式(4)表明安全系统的整体显现是系统所有构成要素的特性、功能、系统行为的整体涌现。系统涌现性主要体现在系统功能的涌现，在事故系统分析层面，该涌现性主要体现在承灾载体在事故作用下发生损坏之后带来的次生和衍生灾害，是承灾载体在事故发生后释放新的灾害要素，灾害要素之间关联耦合，引发次生灾害。

基于相似安全系统机理模型构建的理论依据，构建安全系统相似性机理模型，如图 2所示。

因此，安全系统相似性作用机理模型的内涵可用公式抽象表达，具体解析如下。

1) 自相似机理。

$ \begin{array}{*{20}{c}} {{s_i} = \left\{ {{c_i},{b_i},{f_i},{i_i},{o_i}} \right\} \sim {S_y}}\\ { = \left\{ {{C_h},{B_v},{F_u},{I_n},{O_t}} \right\}.} \end{array} $

(5)

式中，包括要素或整体的综合属性的相似，也包括在某一特定属性的相似，如性态、运动规律等。由式(5)可知，自相似是由系统要素属性向系统整体显现方向作用形成的相似性的现象。

2) 他相似机理。

系统整体显现层面相似机理：

$ \begin{array}{*{20}{c}} {f\left( {C_h^A,B_v^A,F_u^A,I_n^A,O_t^A} \right) \sim }\\ {f\left( {C_h^B,B_v^B,F_u^B,I_n^B,O_t^B} \right).} \end{array} $

(6)

系统要素层面相似机理：

$ \begin{array}{*{20}{c}} {\left\{ {s_i^A|c_h^A,b_v^A,f_u^A,i_n^A,o_t^A} \right\} \sim }\\ {\left\{ {s_i^K|c_h^K,b_v^K,f_u^K,i_n^K,o_t^K} \right\}} \end{array} $

(7)

相似性的形成是由相似系统间的相似要素作用的结果，即不同系统要素的特性、行为、功能、信息的相似性导致了系统间的相似性。

安全系统相似机理模型的研究为事故系统分析提供了启发：相似事故存在的原因是由事故致因因素的相似性导致的，通过对相似事故系统的并列、细化分解，发现相似事故之间的相似致因，有助于预防该类相似事故。

1.3 基于安全系统相似机理模型的事故分析一般程式

在相似安全系统学方法论一般程式^[14]及相似与相异的思维路径^[8]的基础上，结合图 2对安全系统相似机理模型的事故分析步骤予以解释和说明，具体步骤如图 3所示。

1) 根据分析目的确定研究对象，选择不同的相似安全系统。确定研究对象、调研、勘察、收集、并研读资料，划分对象系统边界。

2) 安全系统细化分解。根据研究目的将系统细化为不同的子系统，是进一步确定相似特征的基础。例如将火灾爆破事故系统划分为人子系统、物子系统、涉事单位子系统及监管部门子系统等。

3) 系统并列相似性分析。将安全系统并列，对比分析不同安全系统间的相似性，确定相似元及其相似特征值。

4) 相似度计算。相似度的大小反映系统之间的相似程度。相似度是对应相似元的数量及每个相似元对相似度影响权重的函数。相似度计算步骤如下。

设安全系统S_y^A与安全系统S_y^K相似，当S_y^A中要素a_i与S_y^B中要素b_j为对应的相似元素时，记为u_ij(a_i, b_j)，简记为u。不同的u其属性和特征不同。系统中存在一个相似元素，便构成一个相似元u₁，安全系统间存在n个相似要素，便形成n个相似元，记为U^{[10, 18]}。

$ U = \left\{ {{u_1},{u_2},{u_3}, \cdots ,{u_n}} \right\}. $

(8)

u(a_i)和u(b_i)分别为a_i与b_j的特征值，则a_i和b_i对应的特征相似度S_ij计算如下:

$ {S_{ij}} = \frac{{\min \left( {{U_j}\left( {{a_i}} \right),{U_j}\left( {{b_i}} \right)} \right)}}{{\max \left( {{U_j}\left( {{a_i}} \right),{U_j}\left( {{b_i}} \right)} \right)}}. $

(9)

设S_y^A由m个要素构成，S_y^B由n个要素构成，而S_y^A与S_y^B间存在k个要素相似，故构成k个相似元，相似元值记为q(k_i)，每一组相似元给相似系统的相似度的影响权重W=w_i^T，则相似系统间的相似度计算公式如下^[19]：

$ q\left( {S_y^A,S_y^B} \right) = \frac{k}{{m + n - k}}\sum\limits_{j = 1}^k {{w_j}q\left( {{k_i}} \right)} , $

(10)

$ \begin{array}{*{20}{c}} {q\left( {S_y^A,S_y^B} \right) = }\\ {\left\{ {\begin{array}{*{20}{l}} {q = 1,}&{m = n = k,q\left( {{k_i}} \right) \equiv 1;}\\ {0 < q < 1,}&{m,n,k{\rm{不全等,}}q\left( {{k_i}} \right) \ne 1,q\left( {{k_i}} \right) \ne 0;}\\ {q = 0,}&{k = 0.} \end{array}} \right.} \end{array} $

(11)

式(10)中: $ \frac{k}{{m + n - k}}$项表示安全系统S_y^A和安全系统S_y^B之间相似要素数量k的多少给安全系统相似度的影响, w_jq(k_i)表示各相似要素的相似程度及其权重值给予系统相似度的影响。

其中，对于q(k_i)的定值，可分为定性相似元值和定量相似元值。定量的相似元值可运用客观测量技术实现，定性相似元的定值过程可依赖于层次分析、模糊数等打分手段进行定量化描述^[20-22]。另外，权重W的客观性也影响着相似度的准确性。系统的相似度可作为整体性判断的度量指标，并可以通过各子系统、各相似特征的相似度，为从系统内部剖析对比提供可能。

5) 改进系统预防相似事故。通过有效控制并消除有害的事故致因因素，预防相似事故的发生，并且鼓励并推广积极的有利于安全系统因素，从而提高系统的安全状态，获得改进的安全系统。

2 典型案例的相似分析 2.1 案例概述

为检验相似安全系统分析方法的适用性，选取典型案例进行事故分析。

案例1.天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故。

1) 时间和地点：2015年8月12日22时，天津市滨海新区瑞海公司危险品仓库运抵区起火，23时34分06秒发生第一次爆炸，23时34分37秒发生第二次更剧烈的爆炸。事故现场形成6处大火点及数十个小火点。

2) 人员伤亡和财产损失：165人遇难，8人失踪，798人受伤，直接经济损失68.66亿元。

案例2.昆山中荣金属制品有限公司“8·2”特别重大爆炸事故。

1) 时间和地点：2014年8月2日7时34分，苏州市昆山经济技术开发区的昆山中荣金属制品有限公司抛光二车间发生特别重大铝粉尘爆炸事故。

2) 人员伤亡和财产损失：97人死亡，163人受伤，直接经济损失3.51亿元。

2.2 案例分析

为了从整体层面把握此类事故发生的内在机制，运用相似分析方法，依据事故调查报告^[23-24]，根据上文所述的安全系统细化分解思路，按照人-物-单位-环境进行系统分解并细化至要素，然后依据图 3所示的相似事故分析步骤，将两事故系统并列对比，提取案例1与案例2的事故致因相似元，如图 4所示。

因此，对于相似的火灾爆炸事故，可以总结如下：

1) 事故是由人-物-单位-环境子系统共同作用的结果。

2) 火灾爆炸事故的直接原因包涵了人与物两方面。

① 现场工作人员的违章操作及易燃易爆物品的违规摆放是引发事故的直接导火索。

② 火灾、爆炸事故中可燃物、空气、点火源、受限空间等极容易同时存在，应重点监测、控制、预防。

③ 无论是人的不安全行为还是物的不安全状态都是由于人的安全意识淡薄，辨识潜在风险的能力薄弱导致的。安全意识是避免事故发生的有效措施。如果员工具备较高安全意识，大部分的事故是可以避免的。如果员工安全意识不强且企业监管不到位、培训不到位，极易发生事故。

④ 人因是事故发生的首要因素。

3) 次生及衍生事故作为事故致灾要素整体涌现性的体现，源于灾害要素之间的关联耦合作用，由图 4相似元分析发现，在上述情境中，仓储混乱造成了火灾及爆炸的次生灾害，而对于事故系统本身，仓储杂乱因素并不属于致灾物。

4) 火灾爆炸事故的直接原因包括涉事单位与合作单位不安全行为，以及政府相关单位的失责行为。

在定性分析相似致因因素的基础上，进行对应子系统与系统之间的相似度计算。依据专家打分方法换算人子系统、物子系统、涉事单位子系统及环境子系统对应权重分别为W=(0.5，0.3，0.1，0.1)，各子系统相似度计算结果如表 1所示。

2.3 相似案例事故启发

由各子系统的相似度可知，在仅仅考虑事故致因因素的层面上，天津港爆炸事故和中荣公司的爆炸事故的事故致因系统相似度为0.86，说明这两起事故的致因模式相似度是极高的。其中，人子系统和物子系统的相似度均为0.90，显而易见，其主要的人为事故致因是人的违章操作和安全意识淡薄，以及危险物品的违规堆积，这是事故发生的直接因素。并且，两起事故的涉事单位及合作单位均存在管理制度的不健全、安全培训教育的缺失、以及在设备设施建设改造方面存在违规操作。同时，监管部门也同时在一定程度上存在相似的监管、整改、监察失责。

同时，对相似事故的分析总结是归纳的过程。通过分析已经发生的事故，提高相似事故分析的能力，面对相似事故应急及救援的能力，预防此类事故的再次发生是演绎的过程，也是改善安全系统的过程。通过相似火灾爆炸事故系统分析，获得的启示如下：

1) 事故预防。分析总结导致相似事故发生的相似原因，这些原因是相似事故发生的重要根源。因此，控制并消除这些相似要素，是有效控制相似事故发生的途径。对于企业的火灾爆炸事故而言，易燃易爆高危险物品的合理堆放、即时清理，是预防事故发生的最直接有效的措施。同时，现场作业人员安全意识与安全素质的提升，有利于从本质上预防事故。

2) 事故分析。通过事故分析途径、思路、相似的事故原因的总结，在其他同类型事故分析、评价、决策的过程中运用相似理论，可进行合理借鉴与思考。尤其是危险性分析评价中，以总结的相似的事故致因因素为判据，有助于对系统发生此类事故的可能性做出合理预判。

3) 安全管理。获取的导致相似事故发生的相似原因，是企业在安全管理中应重点注意并控制的因素。在相似的施工环境中，消除相似的事故致因因素，从管理的角度预防事故，改善安全管理系统。

3 结论

本文结合相似系统理论，提出基于系统相似机理模型的事故分析方法，建立了安全系统相似性机理模型，同时给出了相似事故系统分析的一般程式，该方法为事故的分析提供了全新的视角，为相似事故预防并提高作业安全水平提供新的思路和方法。

1) 依据相似安全系统理论，以火灾爆炸事故系统为例，给出了相似安全系统分析的必要性、内涵及意义。

2) 构建了安全系统整体显现内涵表达式，建立了安全系统相似性机理模型，深入探究系统相似性产生的本质以及系统要素、系统整体显现之间的非线性关联。

3) 在相似性机理分析的基础上，确定了相似事故系统分析的一般程式，包括确定分析对象、系统分解、相似元分析、相似度计算等，并给出系统相似分析及计算步骤。

4) 以天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故和与之相似的昆山中荣金属制品有限公司“8·2”特别重大爆炸事故为案例，进行相似事故系统分析，并且从事故预防、安全管理等角度进行反思，为相似事故的分析和预防提供思路与借鉴。