安全工程学 课件 第1-3章-安全工程科学的理论基础 -现代安全管理工程

安全工程学第一章安全工程科学的理论基础本课程将系统性地介绍安全科学基础理论、安全技术和安全工程知识，课程内容主要包括：章节章节名称知识点学时1绪论安全原理内涵和分类；安全原理研究的方法论；安全原理研究现状与展望22系统科学与安全工程安全系统工程、安全控制工程、安全信息工程、新兴系统科学在安全工程中的应用103现代安全管理工程安全管理工程、风险管理原理、安全系统中人-机-环-管-技与信息之间的关系44安全人机环境管理工程安全人机环境管理工程基本概念、安全系统中的主体因素、人机环境管理安全工程设计与实现45安全工程新技术矿山安全、机械安全、电气安全、化工安全、城市公共安全10安全观（什么是安全）安全工程学安全工程基础核心应用课程简介何学秋.安全工程学[M].徐州:中国矿业大学出版社,2000.吴超.安全科学原理[M].北京：机械工业出版社，2018.刘潜.安全科学和学科的创立与实践[M].北京：化学工业出版社，2010.傅贵.安全管理学——事故预防的行为控制方法[M].北京：科学出版社，2013.罗云.安全科学导论[M].北京：中国质检出版社，2013.吴超.安全科学方法论[M].北京：科学出版社，2016.安全科学原理—智慧树网

王延生.安全工程学[M].徐州:中国矿业大学出版社，2026.参考教材使用教材网络资源教材资源目录安全的基本概念及特征1.1安全的认识论及体系1.2安全工程科学的基本原理1.3第1章安全工程科学的理论基础安全方法论1.4安全科学研究现状1.51.1安全的基本概念及特征人们对安全的定义是随着对安全内涵逐渐加深的认识过程。《周易》里面的《易传》：“无危则安、无损则全”；国家标准(GB/T28001)对“安全”给出的定义是:“免除了不可接受的损害风险的状态”；

国际民航组织对安全的定义：安全是一种状态，即通过持续的危险识别和风险管理过程，将人员伤害或财产损失的风险降低至并保持在可接受的水平或其以下；“安全”是一个概念，其定义的逻辑结构也可分为“内涵”与“外延”。1.1安全的基本概念及特征1、安全的定义国际民航组织对安全的定义：安全是一种状态，即通过持续的危险识别和风险管理过程，将人员伤害或财产损失的风险降低至并保持在可接受的水平或其以下；安全通常指人没有受到威胁、危险、危害、损失；中南大学吴超教授给出的安全定义：安全是指一定时空内理性人的身心免受外界危害的状态。也有类似定义，如：安全是指系统免受不可接受的内外因素不利影响的状态。上述定义重点强调安全是一种状态，更注重安全的静态属性是大家的普遍认知1.1安全的基本概念及特征1、安全的定义1.1安全的基本概念及特征2、与安全定义相关概念的再认识风险与危险风险是可能性和严重程度，危险是可能受到危害的状态；风险可以管理和控制，当你不管理控制，任由它发展的时候，就变成危险，危险不远离就可能会有事故及伤害。风险是未来结果的不确定性，危险是普遍客观存在的；风险是量化描述；危险是定性描述1.1安全的基本概念及特征2、与安全定义相关概念的再认识风险与隐患风险是抽象的，意味着损失的可能性，可通过分析计算得出；隐患是具象的，是风险管控失效后的结果，能够排查发现；风险管控失效将形成隐患，隐患不及时治理会导致事故！风险必然存在，不可消除，只能管控，使其处于可控状态；隐患要强化治理，直至彻底消除，使风险回归到可控的范围内。风险→隐患→事故隐患是可能造成人身伤害的外界因素，包括物的不安全状态、人的不安全行为、管理上的缺陷。1.1安全的基本概念及特征2、与安全定义相关概念的再认识风险与隐患、危险风险是危害的可能性和严重程度危险是可能受到危害的状态隐患是可能造成危害的外界因素1.1安全的基本概念及特征2、与安全定义相关概念的再认识危险源与隐患第一类危险源：系统中存在的、可能发生意外释放的能量或危险物质；第二类危险源：导致约束、限制能量措施失效或破坏的各种不安全因素，人、物、环;第三类危险源：导致第一类或第二类危险源触发的各种不安全的组织管理因素。隐患是可能造成人身伤害的外界因素，包括：物的不安全状态人的不安全行为管理上的缺陷？隐患主要是第二类危险源与第三类危险源的和。两类危险源理论三类危险源理论1.1安全的基本概念及特征2、与安全定义相关概念的再认识危险源、风险、隐患、事故的内在逻辑关系二类三类危险源风险隐患一类失效故障事故客观存在不能消除现实存在必须消除突发影响未消除安全关口状态事件事故发生的必要条件第一类危险源、风险更强调生产前静态效果隐患更强调在生产操作过程中1.1安全的基本概念及特征2、与安全定义相关概念的再认识危险源、风险、隐患、事故的内在逻辑关系煤气罐中的煤气是第一类危险源，它的失控可能会导致火灾、爆炸或煤气中毒；煤气的罐体及其附件的缺陷以及使用者的违章操作等则为第二类危险源，因为正是这些问题导致了煤气罐中的煤气泄漏而引发事故。危险源划分案例1.1安全的基本概念及特征2、与安全定义相关概念的再认识危险源、风险、隐患、事故的内在逻辑关系如果是煤气罐在人烟稀少的偏僻之处使用（失控泄漏的后果有限），同时，如果从罐体及其附件的检查维护到对使用者的培训都很规范、到位（发生失控泄漏的可能性小），那么，其具有的风险程度就很低。如果是煤气罐在繁华闹市区使用（失控泄漏的后果严重），同时，如果对其检查维护及使用者培训等都形同虚设（发生失控泄漏的可能性大），那么，其具有的风险程度就会很高。风险评估分析案例1.1安全的基本概念及特征2、与安全定义相关概念的再认识潜在的危险源是风险：如在生产活动开始前，进行危险源辨识时所辨识出的危险源，就属于“潜在型”的危险源。例如，采用螺栓固定的部件，可能会出现螺帽的松动、脱落，在生产活动开始前就发现了松动、脱落，这就是辨识出的“潜在型”危险源，是存在的风险。现实的危险源是隐患：如果在已开始的活动中，发现了螺栓的松动或脱落，则属于已经客观存在的“现实型”危险源，也就是所谓的“隐患”。风险与隐患区分案例显然，“现实型”危险源（隐患）就是“潜在型”危险源（风险）没有得到有效控制的结果1.1安全的基本概念及特征2、与安全定义相关概念的再认识如果承认安全一词描述的是一种状态（静态属性），但这种状态也绝非是一种事故为零的所谓“绝对安全”的概念。从科学的角度讲，“绝对安全”的状态在客观上是不存在的，其本身带有很大的模糊性，不确定性和相对性。更重要的是，“安全”具有动态特征，其所描述的状态是随时间变化而变化的。安全状态特征过程特征渐变：事故的孕育过程突变：事故的剧烈扩展安全or事故、灾害1.1安全的基本概念及特征3、安全定义的新认识何学秋教授提出的“安全流变—突变理论”：事故是安全流变过程的突变结果。基于安全的状态和过程两种特征，对安全的几种新认识/定义：金智新院士、邓存宝教授提出的“安全结构理论”：安全是活动与活动环境相互作用形成的结构形态。张景林、林柏泉教授：安全是一个复杂系统的动态过程或状态，过程的趋势或状态是人和事物受到的伤害（包括身体的、精神的）或遭受的损失在当时人们可接受的范围内。1.1安全的基本概念及特征3、安全定义的新认识安全结构理论认为，安全的本质是活动与活动环境相互作用导致的结果，并将活动因素与环境因素相互作用形成的安全结构作为描述和分析安全问题的最小单元。活动：人机系统为了达到既定目的的动作总和。（如采煤活动，又可分出多个子活动和动作）活动环境：活动的作用对象以及与活动相关的外部事物属性总和。（如采煤活动的作用对象是“煤层”，相关的外部事物包括配合的通风等活动、空间中的瓦斯浓度、矿山压力等环境因素）把有失稳可能的安全结构称为危险源，与单独研究危险因素存在本质区别1.1安全的基本概念及特征3、安全定义的新认识结构决定事物性质是安全结构理论创建依托的基本原理。该理论不再将单独的物质、能量（三类危险源理论里的第一类）等环境因素或措施、管理等活动因素（三类危险源里理论的第二、三类）作为危险源进行研究，而是将生产活动因素、环境因素及二者状态间的关联映射组成的微系统结构作为事故分析及管控的最基本单元。事故致因因素组成的结构决定了安全问题的性质。与单独研究危险源存在本质区别1.1安全的基本概念及特征3、安全定义的新认识1.2安全的认识论及体系安全科学的认识论是指研究安全的本质及其变化发展规律的哲学理论。主要研究内容包括人类社会生产、生活、生存领域中技术风险的必然性、安全的相对性、事故的可预防性等。人机环组成的安全系统的复杂性、外部扰动的难预测性、时变特征技术风险的必然性安全的相对性就局部和单个事故而言从人的主观能动性出发事故是可预防的1.2安全的认识论及体系1、安全的认识论安全认识论的几点解释：安全是在具有一定危险性条件下的状态，安全并非绝对无事故；不出事故不等于安全；事故与安全是对立的，但并非是不安全的全部内容；事故是安全与不安全一对矛盾斗争过程中某些瞬间的突变结果。1.2安全的认识论及体系1、安全的认识论安全认识论的几点解释：安全是伴随生产、生活过程而存在的，不是瞬间的结果，而是对系统在某一时期、某一阶段过程状态的描述，是关于时间的连续函数。然而，在现有技术条件下，要确定某一生产系统的具体安全函数关系非常困难，许多安全大家都在攻关！目前的手段主要是采用概率法估算系统的安全状态（比如事故树、事件树等），或者利用模糊数学来说明在非概率情形下的不精确性。三种典型的不确定性1.2安全的认识论及体系1、安全的认识论安全认识论技术风险的必然性（客观的观点）风险最小化原理安全的相对性（动态的观点）安全阈可变性原理安全标准实效性原理事故的可预防性（可控制的观点）事故可避免原理例安全阈可变性：不同温度下，瓦斯的爆炸极限范围不同例安全标准实效性：不同时代人们接受的损失水平不同，以前煤矿死亡率，现在的煤矿死亡率要求；不同生产生活领域的标准也不尽相同。1.2安全的认识论及体系2、安全的认识论体系1.3安全工程科学的基本原理（1）安全人机系统原理安全人机系统原理是以安全科学理论及实践为基础，采用系统思维和协同分析方法，对系统中人、机、环、管等涉及安全的因素进行整体优化，以实现预定安全目标。（2)安全系统管理原理系统原理是指人们在从事管理工作时，运用系统的观点、理论和方法对管理活动进行充分的系统分析，以达到安全管理的优化目标，即从系统论的角度来认识和处理企业管理中出现的问题。人本原理是指管理者要达到组织目标，一切管理活动都必须以人为中心，以人的积极性、主动性、创造性的发挥为核心和动力来进行。1.3安全工程科学的基本原理1、安全系统科学原理（2)安全系统管理原理弹性原理要求在对系统外部环境和内部情况的不确定性给予事先考虑，并对发展变化的各种可能性及其概率分布进行较充分认识、推断的基础上，在制定目标、计划、策略等方面，相适应地留有余地，有所准备，以增强组织系统的可靠性和管理对未来态势的应变能力。预防原理要求通过有效的管理和技术手段，减少并防止人的不安全行为和物的不安全状态，从而使事故发生的概率降到最低。本质安全原理要求设备、设施或技术工艺含有内在的能够从根本上防止事故发生的功能.强制原理是要求采取强制管理的手段控制人的意愿和行为，使个人的活动、行为等受到管理要求的约束，从而有效地实现管理目标。1.3安全工程科学的基本原理1、安全系统科学原理1.3安全工程科学的基本原理1、安全系统科学原理（3）安全运筹学原理安全运筹学原理是以系统安全为着眼点，以实现系统安全最优化为最终目的，运用安全科学、系统科学、运筹学的原理和方法，辨识与分析系统中存在的安全问题，通过运筹学的原理和方法对系统中的安全问题进行分析、计划和决策，从而采取最优化的方法。2、安全技术科学原理安全技术科学原理是指导安全生产技术体系化发展的核心基础理论。其根本任务在于：以数学、物理学、化学、力学、信息科学、系统科学等基础学科为坚实支撑与认知工具，以复杂多变、具体实在的安全技术客体（如火灾爆炸防控、机械安全防护、危化品安全管理等）为明确的研究对象与认识目标。它是科学向技术的转化器和技术向科学的升华器。（1）安全容量原理安全容量可以被定义为在某一确定的系统中，允许各种人、物、环境及其组合作用下的各种非正常变化或活动引起的“扰动”，当这种“扰动”达到最大时系统仍然安全的最大允许值。安全容量是一个与风险相关的临界量，它反映了系统承载风险扰动的能力。（2）灾害物理原理灾害物理原理主要是指在研究由于物理现象、物理因素、物理过程等原因引起的灾害问题、灾害机理及其防灾减灾过程中获得的普适性基本规律。1.3安全工程科学的基本原理3、安全自然科学原理安全自然科学原理是安全科学原理的一个重要组成部分，它基于自然科学的理论和方法，研究安全领域的自然现象和规律。（3）灾害化学原理灾害化学原理是通过研究化学物质在地球环境中所发生的化学反应以及对环境中人的安全所产生影响，明确化学灾害以及生产安全的类型、状态、属性及运动形式，揭示出化学类灾害事故的现象以及发生过程的实质，总结得到的控制化学灾害事故的规律。1.3安全工程科学的基本原理3、安全自然科学原理4、安全信息科学原理安全信息科学原理要求当前的安全工作应在充分利用大数据技术的基础上，尽可能完备地搜集整理安全数据，而后进行分析处理加工，形成安全信息、安全情报，进而形成对安全认识提升、安全规律揭示、安全管理优化、安全决策执行有意义的安全“知识”。这里的“知识”是安全的科学规律、法则、原理等，如海因里希法则。（1）安全生理学原理安全生理学原理聚焦于安全环境变动时，人体生理功能与环境因素间的关联机制。其核心在于探究人体内外环境平衡的维持过程及调控逻辑，分析生理功能变化对安全行为产生的影响。通过揭示这些规律，既从生理层面阐明环境与机体的互动关系，也为安全行为干预奠定科学基础，兼顾理论深度与应用价值。（2)安全心理学原理安全心理学是研究人们在特定环境下从事生产活动时出现的心理活动的学科。聚焦于个体在生产、生活等场景中，面对风险时的认知、情绪、意志及行为背后的心理机制，涵盖风险感知、决策偏差、行为习惯、群体心理互动等核心内容。1.3安全工程科学的基本原理5、安全人因科学原理1.3安全工程科学的基本原理5、安全人因科学原理（3）安全行为科学原理安全行为科学原理是研究人类在安全相关场景中行为规律的交叉学科理论，聚焦个体、群体及组织层面的安全行为产生机制，分析环境、心理、社会因素对行为的影响，涵盖行为动机、习惯养成、群体互动及组织文化等核心内容。旨在分析、认识和研究影响人的行为安全因素及模式，掌握人的安全行为和不安全行为规律，实现激励安全行为、防止行为失误和抑制不安全行为的应用性学科。其研究对象是社会、企业或组织中的人和人之间的相互关系以及与此相联系的安全行为现象，主要内容是个体安全行为、群体安全行为和领导安全行为等方面的理论和控制方法。（1）安全投入与产出平衡原理强调安全资源投入需与收益匹配，既避免投入不足导致风险失控，也防止过度投入造成浪费。（2）安全边际效益原理随着安全投入增加，边际收益先增后减。如初期增加消防设施可显著降低火灾风险，但当设施饱和后，继续投入的效益会递减，因此，安全效益需通过优化配置提升。1.3安全工程科学的基本原理6、安全经济原理安全活动的开展离不开经济活动的支撑，经济因素贯穿于安全科学的理论研究、技术研发及工程应用全过程。基础层面的安全经济，指在经济活动中通过合理配置安全投入与实施科学管理，实现经济效益与安全保障的最优平衡，力图实现在保障安全效益的前提下实现经济成本最低、经济效益最大。（3）安全机会成本原理选择某一安全方案时，需考量放弃其他方案的潜在收益。例如，企业将资金用于更高可靠性的设备采购，因而减少了人员培训投入，需评估后者缺失可能导致的操作失误风险。（4）安全经济杠杆原理借助经济手段（如保险、罚款）调节安全行为，例如通过工伤保险费率与企业安全记录挂钩，倒逼企业加强风险管控。1.3安全工程科学的基本原理6、安全经济原理1.4安全方法论系统是由相互作用和相互依赖的要素组成的有机整体，通常是更大系统的组成部分。系统具有整体性、相关性、目的性和环境适应性四个属性：整体性指系统要素组合成具有统一性和特定功能的整体；相关性表示系统要素之间有机联系和相互依赖；目的性指系统都有实现特定目标的需求；环境适应性指系统必须适应外部环境变化。系统设计追求最优计划、最优设计、最优控制和最优管理，以达到最佳效果。1.4安全方法论1、系统安全方法论系统‌系统工程是从整体出发，以系统为研究对象，综合运用多学科技术，对复杂系统进行规划、管理和优化，是一门以实现系统整体最优化为目标的组织管理技术。在解决安全问题中，系统工程采用的方法包括工程逻辑、工程分析、统计理论与概率论、运筹学以及现代管理学理论与原则等。这些方法涵盖了逻辑推理、基本理论运用、统计概率处理、决策优化以及现代管理原则，旨在提高系统的效率和安全性。①理解相互关系。通过系统工程方法，可以了解安全系统要素之间的相互关系，避免由于要素相互依存和接合而产生的危险性。1.4安全方法论1、系统安全方法论系统工程系统安全的主要方法包括但不限于：

②识别危险性。系统工程方法可帮助识别安全系统种各要素间和各要素本身存在的潜在危险性，有助于消除事故根源，优化安全系统的安全状态。1.4安全方法论1、系统安全方法论系统安全的主要方法包括但不限于：

③使用多种手段。系统工程方法涵盖众多学科知识，如物理、化学、数学、运筹学、控制论、信息论等，可以运用这些基础学科知识和方法手段解决各种安全问题，预测可能发生的事故，减少危险和优化安全措施，已达到系统安全的目的。1.4安全方法论2、本质安全化方法在安全系统工程和安全管理中，本质安全化方法是一个综合性的过程，需要从设备、工艺、系统、管理和人员等多个方面入手，采取一系列措施来降低事故发生的可能性和严重度，确保系统的安全运行。本质安全化方法主要工作理念是在设计阶段采用技术措施来消除危险。本质安全化的核心方法是人失误-安全设计和物故障-安全设计。1.人失误-安全设计措施（1）优化信息传达确保操作信息清晰、准确、及时地传达给操作人员，从信息源头减少误解或遗漏风险，为正确决策提供基础。1.4安全方法论2、本质安全化方法1.人失误-安全设计措施（2）改善工作环境通过优化照明条件、降低噪声干扰、合理规划空间布局等手段措施，提升工作环境的舒适性与安全性，减少环境因素对操作行为的不利影响。（3）加强培训与教育通过常态化定向培训与安全教育管理办法和机制，系统提升操作人员的安全认知水平与技能熟练度，从人员本身的角度降低人为失误的可能性。（4）人机功能相互适配在充分了解人机的任务、功能、条件等基础上，通过合理划分人与机器的功能边界，构建高效且安全的人机系统，充分发挥各自优势，实现两者优势互补。1.4安全方法论2、本质安全化方法2.故障-安全设计措施按照系统、设备发生故障后所处的状态，故障-安全设计分为三种类型。类型特点举例故障-安全消极设计当系统发生故障时，能够使系统停止工作，并将其能量降低到最低值直至系统采取纠正措施电路保险：当系统出现短路时，电路保险断开，系统断电，正在工作的系统会立即停止工作故障-安全积极设计故障发生后，在系统采取纠正或补偿措施前，或启动备用系统前，保持系统以一种安全形式带有正常能量，直至采取措施，以消除事故发生的可能交通信号灯发生系统故障：信号将转为红灯或黄色闪烁灯，以避免发生事故，达到控制交通的目的故障-安全可工作设计保证在采取纠正措施前，设备、系统能正常发挥其功能。它是故障-安全设计中最可取的类型锅炉的缺水补水设计：即使阀瓣从阀杆上脱落，也能保证锅炉正常进水，保证安全运行1.4安全方法论3、“三全”管理法“三全”管理法是指安全管理应实行“全员参与、全过程控制、全方位展开”。其基本特点是将以往的事后检验把关为主，变为预防、改进为主，从管结果变为管因素，把影响安全问题的各因素查出来，发动全员、全部门参加，依靠科学理论、程序、方法，使生产、经营的全方位、全过程都处于受控状态。4、情报主导的安全管理法中南大学王秉教授创建了安全情报学，提出情报主导的安全管理法。安全情报研究旨在服务和支持安全管理，安全情报是安全管理的支撑、关键点和必备要件。安全管理系统由安全情报流程和情报主导的安全管理行为流程共同构成。安全情报流程的核心是情报工作，是实施情报主导的安全管理行为流程的基础；情报主导的安全管理行为流程核心是基于安全情报实施安全管理行为。整个安全管理系统受环境影响。方法论是一门学科所使用的主要方法、规则和基本原理或是对某一特定领域相关探索的原则与程序，即对方法的研究、描述和解释。安全科学原理研究的方法论：是用于指导安全科学原理研究的一般理论取向，探讨安全科学原理研究的基本假设、逻辑、规则、程序，对安全科学原理研究所做的一系列规范、策略及程序的高度概括，是各种具体安全科学原理研究方法的方法。安全原理研究的方法论安全科学原理的研究步骤安全原理研究的方法论（1）未知安全科学原理的研究方法安全原理研究的方法论（1）未知安全科学原理的研究步骤海因里希法则安全原理研究的方法论（2）可由已有其它学科知识中提炼和归纳出的安全科学原理的研究方法在已提出的安全科学原理中，大量原理都是以其他学科为背景的。比如系统安全原理，是根据安全学学科的需求并于系统学、系统工程、可靠性理论等学科知识中提出的；同理，安全经济学原理是在经济学原理的基础上发展而来、安全行为科学原理是在行为学的基础上发展而来等等，都离不开其他学科的知识。安全原理研究的方法论（2）可由已有其它学科知识中提炼和归纳出的安全科学原理的研究方法比较法是比较学中基础的研究方法，其精髓是不同对象间的相互比较、借鉴、融合、移植、升华。适合对可由已有其它学科知识中提炼和归纳出的安全科学原理的研究。安全原理研究的方法论1.4安全方法论2、“三全”管理法全过程安全风险预控管理全过程的内涵可从两个维度解析：其一，涵盖企业生命周期的完整时序，包括初创期的安全架构搭建、成长期的风险机制优化、成熟期的系统稳态运维，直至衰退期的退役安全处置。其二，贯穿生产运营的全流程链条，覆盖原料采购、加工制造、仓储物流等各环节，例如食品加工厂从原料检疫到成品出厂的全链条质量安全管控。1.5安全科学研究现状安全研究者对安全科学原理的研究主要有三条途径：第一条研究途径，以事故预防为主线，从事故致因等研究中获得安全科学原理，这种研究的思想可以简称为“逆向研究”，即从事故来研究安全，先研究事故发生规律，再从中获得安全规律。第二条研究途径，以风险控制为主线，从风险管理理论等研究中获得安全科学原理，这种研究的思想可以简称为“中间研究”，即从尚未形成事故的隐患出发来研究安全。第三条研究途径，以系统安全为主线，从本原安全开始研究获得安全科学原理，这种研究思想可以简称“正向研究”，即一开始就从安全出发开展研究。1.5安全科学研究现状第一条研究途径，以事故预防为主线，从事故致因等研究中获得安全科学原理，这种研究的思想可以简称为“逆向研究”，即从事故来研究安全，先研究事故发生规律，再从中获得安全规律。具有代表性的研究如下：（1）海因里希事故因果连锁理论（多米诺骨牌理论）：事故是一系列互为因果的事件顺次发生的结果。（2）能量意外转移理论：事故是能量发生了不受控制的流动或转移的结果。（3）轨迹交叉理论，事故是由许多相互影响的事件依次发展造成的。导致事故发生的两个发展系列主要可分为人和物，当人的不安全行为的运动轨迹与物的不安全状态的运动轨迹在时空域中产生交互时，事故发生。（4）扰动理论（P理论），事故是由事件链中的扰动开始，以伤害或损害为结束的过程。1.5安全科学研究现状（6）由拉姆森开发的事故评估与障碍模型（AEB）将事故模拟为人类与技术系统之间的一系列交互行为，两个连续误差之间的障碍函数是中断事故序列的有效手段。（7）2011年勒弗森建立的系统理论事故模型和过程（STAMP）将安全描述为嵌入适应性社会技术系统中控制结构的问题。事故是由于在系统开发和系统运行控制结构的各个层面上对安全相关行为的限制控制或执行不力所致。（8）2017年艾尔巴拉维提出了基于过程安全指数的模型预测控制理论。事故被认为是过程状态随着时间的推移而迁移到状态空间中危险性操作区域的结果。（5）Reason提出的“瑞士奶酪”模型将系统描述为连续放置的带有空洞的四个奶酪片，当这些洞排成一列时，事故发生。1.5安全科学研究现状（9）隋鹏程和陈宝智在1988年就在冶金工业出版社出版了《安全原理与事故预测》一书；（10）隋鹏程、陈宝智、金龙哲、张景林、李树刚等安全学者相继编写出版了多本《安全原理》类的教材.……总结：（1）事故致因理论仅仅是安全科学原理的一小部分。事故致因理论是从大量典型事故的本质原因分析中提炼出的事故机理和事故模型。这些机理和模型反映了某类事故发生的规律性，能够为事故原因的定性、定量分析，为事故的预测预防，为改进安全管理工作等，从理论上提供科学的依据。但事故致因理论的研究范围受到限制，故其发展缓慢。1.5安全科学研究现状存在的问题（2）应用链式事故致因模型分析事故，得到的事故原因和逻辑均比较清楚，应用也比较简单。简单线性分析（如多米诺骨牌）所包含的事故原因不全面，还需要从系统的策略去开展非线性的因素耦合作用研究。（3）应用系统论事故致因模型虽然原因分析全面，但事故原因和原因发展的逻辑线众多，在事故预防过程中协调难度大，实际应用困难。（4）对于已经发生的已知事故的致因是可以分析清楚，但对于未发生的未知事故的具体原因人们仍然未知。这就使得从事故致因研究中获得安全科学原理受到极大限制，多年来得不到大的发展，这也是逆向研究安全科学原理自身存在的客观缺陷所致。1.5安全科学研究现状第二条研究途径，以风险控制为主线，从风险管理理论等研究中获得安全科学原理，这种研究的思想可以简称为“中间研究”，即从尚未形成事故的隐患出发来研究安全。风险管理研究用于生产安全和防灾减灾领域是近几十年来才开始，较早时期的风险管理研究主要针对经济风险领域。一些典型研究成果简述如下：1921年，马歇尔提出风险负担管理，认为可以通过风险转移和风险排除处理风险。20世纪50年代，通用公司的安全生产事故成为风险管理学科发展契机。1970年哈顿提出能量释放理论，提出通过控制能量或者改变能量作用的人的结构可实现事故预防。具有代表性的研究如下：1.5安全科学研究现状具有代表性的研究如下：1974年，英国法律推出ALARP风险接受原则，内涵为任何系统都是存在风险的，不可能通过预防措施来彻底消除风险；而且系统的风险水平越低，要进一步降低就越困难，其成本往往呈指数曲线上升。1979年，查尔斯·佩罗提出了正常事故理论，该理论认为很多失效事故是由于存在无法预知的相互作用导致的，很难甚至不可能检测到这些作用，应将事故预防的重心转移，事故分析的重心应该放在系统自身的属性上，而不是关注所有者、设计者或者操作员运行系统时犯下的错误。1991年，拉普特等提出高可靠性组织理论，该理论关注的是采取主动措施，进行预测，尽可能早的避免可能的危险情况，其中组织性冗余是降低风险的核心策略。1.5安全科学研究现状具有代表性的研究如下：1997年，拉姆森提出社会技术框架，此理论将风险管理视为社会技术系统中的一个控制问题，而意外后果的产生则是由于对实际过程缺乏控制造成的。20世纪90年代初，陈宝智等提出两类危险源理论，该理论认为一起事故是两类危险源共同作用的结果，第一类危险源决定事故的严重程度，第二类危险源决定事故发生的可能性。之后田水承教授发展提出三类危险源理论。吴宗之、刘茂、孙华山、邵辉、王凯全等汇集多年从事城市公共安全和企业安全生产管理和监管经验，提出了一些城市和生产企业安全生产风险管理模式、方法、内容和过程。大量的风险管理研究更多的是与安全评价方法与技术结合起来使用。1.5安全科学研究现状存在的问题：（1）现有风险管理原理基本是基于“风险辨识-风险评价-风险控制”三阶段的风险管理方法。风险管理原理目前主要用于经济安全领域，在事故灾难预防和控制方面的研究和应用有待于加强与拓展。（2）风险辨识方法主要有流程图法、事件树分析法、德尔菲法等。这些方法大都来自事故分析方法，也比较简单，实用效果不佳。（3）风险评价方法主要有风险矩阵法、关键风险指标管理法、道化学指数评价法等。这些方法与安全评价原理基本相同。（4）风险控制方法主要有风险避免和减少法、风险分散化法、风险转移法等。其风险控制原理仍然处于就事论事的思维方式，从整体和系统的视角开展风险控制的方法和原理研究仍然不足。主动性差，滞后效应严重。1.5安全科学研究现状第三条研究途径，以系统安全为主线，从本原安全开始研究获得安全科学原理，这种研究思想可以简称“正向研究”，即一开始就从安全出发开展研究。从安全本原开始研究安全科学原理的启蒙应属于“安全第一，预防为主”的思想。典型的整体性安全科学原理成果应属于20世纪发展起来的系统安全工程原理及其配套的系列安全评价原理。1962年，美国军方首次公开发表了“空军弹道导弹系统安全大纲”，以此作为对民兵式导弹计划有关的承包商提出的系统安全的要求，这是系统安全理论的首次实际应用。国内自20世纪70年代末开始引进系统安全工程，之后也得到了广泛的推广应用。1.5安全科学研究现状20世纪80年代中期，刘潜等学者开始提出安全系统思想；2012年，金智新院士和邓存宝教授出版了《安全结构理论》一书，从“正向研究”出发，提出了安全的科学定义，揭示了安全的本质，在该定义的基础上，初步建立了一套完善的安全科学理论体系；2018年，吴超等出版了《新创理论安全模型》专著，发展了理论安全模型的建模方法和极大地丰富了现有的理论安全模型。1.5安全科学研究现状评述：（1）从本原安全开展安全科学原理研究思想是在以事故和风险为主要研究对象的基础上发展起来的，从本原安全开展研究的先进思想消除了“安全科学不研究安全而研究事故和风险”的悖论，更具有先进性。（2）从本原安全开展安全的基本思想为整体性安全思想，但目前整体性的安全研究方法尚待深入研究，急需找到整体性研究的切入点或突破口。如果仍然运用整体分解成子系统的研究思路，则会存在“安全系统学不从系统入手开展研究”的悖论。（3）目前系统安全分析与评价方法是安全界比较认可和得到广泛应用的从本原安全开始的整体性研究方法，系统安全分析与评价原理与安全系统学原理仍然有较大的距离，需要深入开展基础性研究。1.5安全科学研究现状安全工程学第二章系统科学与安全工程目录系统论与安全工程2.1控制论与安全工程2.2信息论与安全工程2.3第2章系统科学与安全工程突变论与安全工程2.4混沌论与安全工程2.5分形理论与安全工程2.62.1系统论与安全工程一般系统论的创始人贝塔朗菲指出：系统是处于一定的相互关系中，并与环境发生关系的各组成部分的总体。我国科学家钱学森对系统的定义：系统是由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体，而该系统本身又是它所从属的一个更大系统的组成部分。系统三要素：元素、元素间的关系、具有特定功能(目标)2.1系统论与安全工程系统的定义系统的数学表达设x为系统的元素（因素），是自变量，其变域记为X，叫做系统空间；设y为系统的目标，是因变量，其变域记为Y；设A是系统的参变量，其变域记为X*，为X的对偶空间；F(·)是元素x为着目标y而发生的关系。例：设y=F(x,A)是个生产系统，则X是生产要素（如劳动力、资金、土地、设备等）的变域，X*则是生产管理、技术改革、生产环境等X以外的系统内一切对生产有影响的因素的整体。2.1系统论与安全工程系统的数学表达当F(·)为线性映射时，y=F(x,A)则表达为y=A·x

（A为矩阵，y、x

均为列向量）或Y=A·X。则X为满秩矩阵，代表线性系统空间，矩阵Y是X经A变换成的线性空间（满秩），A是它的基底。2.1系统论与安全工程系统论的代表性成果—量子力学量子力学的核心研究内容：量子的波函数描述（单个元素）、量子纠缠（元素与元素之间的关系）“关系”是系统的要素之一，建立清晰的数学关系是解决诸多安全问题的关键。量子力学的方法或许是复杂安全工程背景下“关系”建模的钥匙。2.1系统论与安全工程系统论的代表性成果—模糊系统论（模糊数学）1965年，美国计算科学专家扎德Zadeh(LotfiA．Zadeh)教授提出用“隶属函数”来描述现象差异的中间过渡，从而突破了经典集合论中属于或不属于的绝对关系。模糊数学一经提出，即被广泛应用于模糊聚类分析、模糊综合评判、模糊决策、模糊控制、模糊信息处理等各个领域。2.1系统论与安全工程系统工程的定义系统工程是对系统进行合理规划、研究、设计和运行管理的思想、步骤、组织和技巧等的总称。它是以实现系统最优化为目的一门基础科学，是一种对所有系统都具有普遍意义的科学方法。智慧校园建设系统工程航空航天系统工程导弹系统工程2.1系统论与安全工程系统工程的分析步骤2.1系统论与安全工程安全系统安全系统是以人为中心，包括安全工程、卫生工程技术、安全管理、人机工程等部分组成，以消除伤害、疾病、损失，实现安全生产为目的的有机整体，它是生产系统的一个重要组成部分。2.1系统论与安全工程安全系统工程安全系统工程是指应用系统工程的基本原理和方法，辨识、分析、评价、排除和控制系统中的各种危险，对工艺过程、设备、生产周期和资金等因素进行分析评价和综合处理，使系统可能发生的事故得到控制，并使系统安全性达到最佳状态的一门综合性技术科学。安全系统工程的核心任务是系统危险因素识别与分析、系统风险评价、系统安全决策、事故防制。2.1系统论与安全工程安全系统工程的分析方法（1）按照由初级到高级分为：安全检查表、意外事故分析、子系统危险性分析、预先危险性分析、故障类型与影响分析、事故树分析、事件树分析等方法；（2）按照逻辑关系分为：归纳分析法（由个别到一般的推理）、演绎分析法（由一般到特殊）、综合分析法；（3）按数理方法分为：定性分析法、定量分析法。2.1系统论与安全工程2.2控制论与安全工程基本概念控制论是研究生命体、机器和组织的内部或彼此之间的控制和通信的科学。控制论用抽象的方式揭示包括工程系统、经济系统和社会系统等在内的一切控制系统的信息传输和信息处理的特性和规律，研究用不同的控制方式达到不同控制目的可能性和途径，而不涉及具体信号的传输和处理。信息论则偏于研究信息的测度理论和方法，并在此基础上研究与实际系统中信息的有效传输和有效处理的相关方法和技术问题，如编码、译码、滤波、信道容量和传输速率等。控制论与信息论的区别2.2.1控制论基本方法①确定输入输出变量。控制系统为达到一定的目的，需要以某种方式从外界提取必要的信息（称为输入），再按一定法则进行处理，产生新的信息（称为输出）反作用于外界。输入输出变量不仅可以表示行为，也可以表示信息。②黑箱方法。根据系统的输入输出变量找出它们之间存在的函数关系（即输入输出模型）的方法。黑箱方法可用来研究复杂的大系统和巨系统。2.2.1控制论基本方法③模型化方法。通过引入仅与系统有关的状态变量而用两组方程来描述系统即建立系统模型。一组称为转移方程又称状态方程，用以描述系统的演变规律；一组称为作用方程又称输出方程，用以描述系统与外界的作用。④统计方法。控制论方法属于统计方法的范畴，需要引入无偏性、最小方差、输入输出函数的自相关函数和相关分析等概念。2.2.1控制论鲁棒控制原理鲁棒控制指出，不要把技术目标拘泥于难以实现而又没有必要的“精确控制”问题，只需要把系统状态保持在用户需求范围（可记为目标值的一个δ邻域）内即可。工程应用案例：在进行安全控制时，控制目标应符合鲁棒性，如将煤矿回采工作面回风巷一般要求瓦斯浓度在1%以下，控制目标常设置为0.8%，0.8%其实就是1%的左邻域边界值。2.2.1控制论控制的目标恒值调控：在发生波动时使系统状态恢复到给定值，如恒温调控；随动调控：使系统状态跟随某个变化着的目标，如导弹控制。常用的调控方式平衡偏差式调控：根据系统的实际输出值与所需标准水平的偏差进行调控；补偿干扰式调控：当系统受外界干扰影响时，通过预测干扰作用造成的偏差，通过原设计补偿系统的可能偏差，减轻干扰的影响。2.2.2控制工程定义安全控制理论

是应用控制论的一般原理和方法研究安全控制系统的调节与控制制度规律的一门学科。是由各种相互制约和影响的安全要素所组成的，具有一定安全特征和功能的整体。

安全控制系统

2.2.3安全控制工程安全系统的控制原则①合理使用各种反馈控制方式

③建立多级递阶控制体系

安全系统控制原则

②首选前馈控制方式

④力争实现闭环控制

局部状态反馈：过程中实时检测事故后的反馈：找出事故原因，反馈防止同类事故发生负反馈：对缺点进行批评惩罚正反馈：对好行为进行表扬安全管理工作应当设法形成一种自动反馈机制，从而实现自动闭环控制。安全系统是属于大系统范畴，各控制层次之间除了督促下层贯彻执行有关方针、政策外，还要提高下属层次的自组织能力。2.2.3安全控制工程2.3信息论与安全工程信息的定义美国数学家、信息论的创始人香农指出：信息是用来消除随机不确定性的东西。关于信息的几点认识数据是反映客观实体的属性值或对客观事物的记载。如数字、文字、声音、图像或图形等。数据是原料，信息是产品，信息是经过加工的数据；信息形成知识，是有用的知识。2.3.1信息论信息论的核心概念—信息熵：衡量信息量大小的指标信息熵越大，不确定越大，信息量越大H为信息量，M为常数，p(i)为事件i发生的概率信息的度量公式：信息论的定义信息论是运用概率论与数理统计的方法研究信息、信息熵、通信系统、数据传输、密码学、数据压缩等问题的应用数学学科。2.3.1信息论推广应用1：安全评价中客观权重的确定被评价的采空区1被评价的采空区2被评价的采空区3围岩强度a11a12a13地质环境a21a22a23悬空时间a31a32a33空区体积a41a42a43信息是系统有序程度的一个度量，熵是系统无序程度的一个度量。根据信息熵的定义，对于某项因素，可以用熵值来判断某个因素取值的离散程度，指标的信息熵越大，不确定性越大，造成系统的离散程度越大，该指标对综合评价的影响（即权重）就越大。通过计算影响因素fi

的信息熵得到该因素的权重信息论的核心概念—信息熵：衡量信息量大小的指标2.3.1信息论推广应用2：演化出条件熵，可用于因素约简因素f1因素f1因素f1结果gu1a11a12a13g1u2a21a22a23g2u3a31a32a33g3工程应用背景：有众多因素影响某个工程的安全结果，但是有些因素是没有用的，如果不删掉，会增加数据统计量，因此，想删减掉。核心思想：若因素不可删，则其“影响力”很大，所以熵很大。用因素的熵及因素关于结果的条件熵对对象集合进行分类，若能完全分类，未使用的因素即为多余的因素。信息论的核心概念—信息熵：衡量信息量大小的指标2.3.1信息论信息是“知识”的载体——如何获取“知识”？方法1：粗糙集粗糙集理论——是一种刻画不完整性和不确定性的数学工具，能有效地分析不精确，不一致、不完整等各种不完备的信息，还可以对数据进行分析和推理，从中发现隐含的知识，揭示潜在的规律。什么是有意义的知识？事实上，最有价值的知识是定理。一个定理是用“如果X是A，则Y是B”的推理形式表示的。例：如果今天下雨，则明天柳树发芽。2.3.1信息论信息是“知识”的载体——如何获取“知识”？方法1：粗糙集应用示例。2.3.1信息论信息是“知识”的载体——如何获取“知识”？方法1：粗糙集2.3.1信息论信息是“知识”的载体——如何获取“知识”？方法1：粗糙集诸如想要获取此类“知识”（关系），即可采用粗糙集理论得到。2.3.1信息论信息是“知识”的载体——如何获取“知识”？方法2：关联规则挖掘从数据库中发现频繁出现的多个相关联数据项的过程。方法3：基于条件概率的贝叶斯定理（如医学大数据，挖掘知识）2.3.1信息论安全科学发展进入4.0时代—以计算为支撑的智能化安全阶段一：安全1.0时代，主要关注Safety风险，依赖经验安全科学；阶段二：安全2.0时代，主要关注Safety或Security风险，侧重于保障物理空间的安全，核心是技术安全科学；阶段三：安全3.0时代，逐渐同时关注Safety（无意的）&Security（蓄意的）风险，侧重于保障物理空间和社会空间的安全，开始关注行为安全问题，核心是系统安全科学。阶段四：安全4.0时代，随着步入当今工业4.0、智能化、大数据和高风险时代，强调同时关注Safety&Security风险，同时保障物理空间、社会空间和信息空间的安全，核心是基于安全信息学等为主要支撑的计算安全科学，发展智能安全科学。2.3.2安全信息人机环管信息信息信息信息信息信息信息在安全管理中的作用2.3.2安全信息事故致因理论中经典的轨迹交叉理论指出，事故是由物的不安全状态与人的不安全行为两条事件链的轨迹交叉所致。信息在安全科学中的作用重点关注二元空间（物理空间与社会空间）交互的安全问题。随着信息技术发展，一个庞大虚拟的信息世界（即信息空间）已被建立。物理与社会空间的安全数据通过网络传输到信息空间，信息空间经过计算与决策对物理和社会空间的安全状态和管理进行反馈。2.3.2安全信息信息在安全管理中的作用在“物理-社会-信息”融合系统中，安全事件是物理、社会与信息3个空间的不安全因素（三者间相互影响）的交互所致。与二元空间交互的安全问题相比，三元空间交互的安全问题最显著差异是：通过安全监测技术、传感与物联网技术等，从物理和社会空间获取的安全信息流将推动系统安全的认知和控制能力提升。例：警方使用多源感知数据对历史性逮捕模式、发薪日、体育项目、降雨天气和节假日等变量进行分析，结合大规模历史犯罪记录对犯罪行为进行预测，实现警力的优化配置，并极大降低了犯罪率。已有诸多研究指出，安全信息缺失是安全事件发生的共性原因之一。2.3.2安全信息安全管理信息系统随着计算机技术的发展和人们对安全信息的利用程度越来越高，安全管理信息系统逐渐被创建并很好的利用。安全管理信息系统一个以人为主导、利用计算机和其他设备，进行信息的处理，以企业战略竞优、提高效益和效率为目的，支持企业高层决策、中层控制、基层运作的集成化的人机系统。

数据库系统安全管理信息系统数据库技术2.3.3安全管理信息系统安全管理信息系统保障“物理-社会-信息”融合系统安全需在空间上“同时”，即同时保证物理、社会与信息空间均安全。为什么要保障信息空间的安全？例：在当前高度信息化的时代，核电站安全管理主要依赖于安全管理信息系统，若安全管理信息系统本身的安全无法得到保障，一旦安全管理信息系统瘫痪，就可能引发核电站系统性的安全风险，从而造成严重的安全事件。2.3.3安全管理信息系统2.4突变论与安全工程在自然界和人类社会活动中，除了渐变的和连续光滑的变化现象外，还存在着大量的突然变化和跃迁现象，如水的沸腾、岩石的破裂、桥梁的崩塌、地震、细胞的分裂、生物的变异、人的休克、情绪的波动、战争、市场变化、经济危机等等。突变论方法正是试图用数学方程描述这种过程。2.4.1突变论定义突变论是研究自然界和人类社会中连续渐变如何引起突变，并力求以统一的数学模型来描述，预测并控制这些突变的一门学科。突变论认为事物结构的稳定性是突变论的基础，事物的不同质态从根本上说就是一些具有稳定性的状态，这就是为什么有的事物不变，有的渐变，有的则突变的内在原因。基本认识2.4.1突变论研究内容突变论的研究内容简单地说，是研究从一种稳定组态跃迁到另一种稳定组态的现象和规律。突变论认为，系统所处的状态，可用一组参数描述。当系统处于稳定态时，标志该系统状态的某个函数就取唯一的值。当参数在某个范围内变化，该函数值有不止一个极值时，系统必然处于不稳定状态。突变论给出了系统状态的参数变化区域。2.4.1突变论突变论一般并不给出产生突变机制的假设，而是提供一个合理的数学模型来描述现实世界中产生的突变现象，对它进行分类，使之系统化。研究内容若有1个影响系统变化的指标，则选用折叠型若有2个影响系统变化的指标，则选用尖点型若有3个影响系统变化的指标，则选用燕尾或脐点型若有4个影响系统变化的指标，则选用蝴蝶或抛物型2.4.1突变论应用思想突变论特别适用于研究内部作用尚属未知、但已观察到有不连续现象的系统。如果符合现象，可以用这种理论解释机制，提出调控方法。2.4.1突变论为研究煤矿水害的安全状况，提出了熵值法－突变理论并对陕西某煤矿的矿井透水安全状态进行评价。基于安全管理四因素理论，从人的因素、物的因素、环境因素和管理因素4个方面，建立了17个评价指标的煤矿透水安全评价指标体系。首先通过熵值法计算各个指标的权重并排序，其次使用突变理论计算中间层指标的突变隶属值，最后计算得出系统总突变隶属值。由于传统突变评价的评价值过高，因此运用数据拟合方法对突变理论评价方法作出改进。田水承,申章进.基于熵值法-突变理论的煤矿透水安全评价[J].西安科技大学学报,2022,42(06):1064-1070.突变理论应用于评价因素权重修正2.4.3突变论在安全工程中的应用案例突变理论应用于确定指标权重之后，根据各层面指标个数选择相应的突变模型计算总突变级数值，最后通过拟合修正对系统安全状况进行判断。常用的几种突变级数模型：薛峰,李希建,徐恩宇,蔡俊杰.变权-突变级数在矿井火灾危险性评估中的应用[J].消防科学与技术,2022,41(09):1242-1246.突变理论应用于评价因素权重修正2.4.3突变论在安全工程中的应用案例基于突变理论，将建筑施工系统中人的因素、物的因素、环境因素和管理因素作为系统的控制变量，建筑施工系统的安全状态作为状态变量，建立坍塌事故随时间变化的动态尖点突变模型。利用2013～2019年中国发生的237例坍塌事故报告，对系统的控制变量、固有特征量、关键参数和系统的突变风险值进行量化。利用Python对坍塌事故的尖点突变数据进行仿真，对事故发生机理进行定性和定量的分析。研究结果表明：当系统的2个控制变量发生突跳且与分叉集相交时，系统才有可能发生突变，进而发生坍塌事故，事故严重程度与控制变量的突跳值相关。李珏,韩梅.建筑坍塌事故发生机理的尖点突变模型及应用[J].铁道科学与工程学报,2022,19(09):2766-2775.尖点突变模型在事故发生机理阐释中的应用2.4.3突变论在安全工程中的应用案例李珏,韩梅.建筑坍塌事故发生机理的尖点突变模型及应用[J].铁道科学与工程学报,2022,19(09):2766-2775.尖点突变模型在事故发生机理阐释中的应用2.4.3突变论在安全工程中的应用案例李珏,韩梅.建筑坍塌事故发生机理的尖点突变模型及应用[J].铁道科学与工程学报,2022,19(09):2766-2775.尖点突变模型在事故发生机理阐释中的应用尖点突变的仿真结果2.4.3突变论在安全工程中的应用案例赵奎,王万银,曾鹏,龚囱,梁楠,李文辉.胶结充填体顶板承载层厚度的尖点突变模型及其应用[J].金属矿山,2022(08):57-62.尖点突变模型在充填体承载层厚度安全性计算的应用下向水平分层胶结充填采矿中，通常采用高灰砂比的胶结充填体作为承载层,承载层厚度对保障采矿作业安全具有重要意义。目前承载层一般采用简化的梁、板模型计算其厚度,计算结果与工程实际存在较大差异。论文通过数值模拟得到不同承载层厚度的顶板中点位移值,由此构建了顶板位移尖点突变模型。结果表明：承载层厚度小于1.2m时，进路顶板两侧拐角处形成连续塑性区；承载层厚度为1.0~1.2m时，位移突变特征值由正值向负值发生跃变。考虑矿山工程实际的安全性,最终推荐承载层厚度为1.5m。2.4.3突变论在安全工程中的应用案例赵奎,王万银,曾鹏,龚囱,梁楠,李文辉.胶结充填体顶板承载层厚度的尖点突变模型及其应用[J].金属矿山,2022(08):57-62.尖点突变模型在充填体承载层厚度安全性计算的应用2.4.3突变论在安全工程中的应用案例陈权川,王安礼,邬忠虎,朱爱军,李兰,涂芳瑞.基于尖点突变理论的含软弱夹层缓倾顺层岩质边坡稳定性研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2022,41(06):188-195.尖点突变模型在边坡稳定性评估中的应用为了探讨软弱夹层对缓倾顺层岩质边坡稳定性的影响，克服采用安全系数评价边坡稳定性的局限性，提出一种基于尖点突变理论的突变级数法。选取软弱夹层的黏聚力c、内摩擦角φ、倾角β、厚度d、岩体重度γ和空隙水压比γu6个因素进行五水平正交试验，并建立相关的边坡模型，然后采用强度折减法求出边坡的安全系数，基于突变级数法求取试验边坡模型的突变级数。结果确定了影响含软弱夹层缓倾顺层岩质边坡稳定性的主控因素的敏感程度大小顺序。2.4.3突变论在安全工程中的应用案例陈权川,王安礼,邬忠虎,朱爱军,李兰,涂芳瑞.基于尖点突变理论的含软弱夹层缓倾顺层岩质边坡稳定性研究[J].河南理工大学学报(自然科学版),2022,41(06):188-195.尖点突变模型在边坡稳定性评估中的应用2.4.3突变论在安全工程中的应用案例2.5混沌论与安全工程定义混沌理论（Chaostheory）是一种兼具质性思考与量化分析的方法，用来探讨动态系统中必须用整体、连续的而不是单一的数据关系才能加以解释和预测的行为。蹄铁谣：钉子缺，蹄铁卸；蹄铁卸，战马蹶（jué）；战马蹶，骑士绝；骑士绝，战事折；战事折，国家灭。一只南美洲的蝴蝶扇动翅膀，结果可能引发美国德克萨斯州的一场龙卷风2.5.1混沌论基本认识混沌特性(1)随机性：体系处于混沌状态是由体系内部动力学随机性产生的不规则性行为，常称之为内随机性（区别于一般随机性）．(2)敏感性：系统的混沌运动，无论是离散的或连续的，低维的或高维的，保守的或耗散的。时间演化的还是空间分布的，均具有一个基本特征，即系统的运动轨道对初值的极度敏感性。2.5.1混沌论基本认识混沌控制混沌控制把小参量扰动控制量加进混沌系统，使系统状态控制在某一不动点上OGY方法延迟反馈控制根据时间历程的周期性来确定延时反馈时间。把一个混沌的系统控制到一条期望的周期轨道上去模糊控制2.5.2混沌控制主要机制方法2.6分形理论与安全工程1967年，曼德博在《Science》上发表了题为《英国的海岸线有多长？统计自相似和分数维度》的著名论文。海岸线的特征是极不规则、极不光滑的，呈现蜿蜒复杂的变化。我们不能从形状和结构上区分这部分海岸与那部分海岸有什么本质不同，这种几乎同样程度的不规则性和复杂性，说明海岸线在形貌上是自相似的，也就是局部形态和整体的相似。在空中拍摄的100公里长的海岸线与放大了的10公里长海岸线的两张照片，看上去会十分相似。2.6.1分形理论的提出事实上，具有自相似性的形态广泛存在于自然界中，如：连绵的山川、岩石的断裂口、树冠、花菜……曼德博把这些部分与整体以某种方式相似的形体称为分形2.6.1分形理论的提出分形维数是描述分形最主要的参量，简称分维。分形维数的概念通常欧几里德几何中，直线或曲线是1维的，平面是2维的，具有长、宽、高的形体是3维的；然而对于分形如海岸线、科赫曲线、谢尔宾斯基海绵等的复杂性无法用维数等于1、2、3这样的数值来描述。2.6.2分形维数科赫曲线科赫曲线第一次变换将1英尺的每边换成4个长1/3英寸的线段，总长度变为3×4×1/3=4英寸；每一次变换使总长度变为乘以4/3，如此无限延续下去，曲线本身将是无限长的。这是一条连续的回线，永远不会自我相交，回线所围的面积是有限的，它小于一个外接圆的面积。因此科赫曲线以它无限长度挤在有限的面积之内，确实是占有空间的，它比1维要多，但不及2维图形，也就是说它的维数在1和2之间，维数是分数。2.6.2分形维数谢尔宾斯基海绵谢尔宾斯基海绵内部全是大大小小的空洞，表面积是无限大，而占有的3

维空间是有限的，其维数在2和3之间。2.6.2分形维数分形维数的计算

2.6.2分形维数分形理论的应用示例——量化渗透性徐玉莹,陆欣.分形多孔介质渗流特性分析[J].科技通报,2021,37(06):1-6.对分形多孔介质渗流特性与分形几何特征参数之间的关系进行数值模拟分析，研究表明：随着分形维数增加，颗粒数增加，孔隙通道更加复杂，孔隙率逐渐减小，渗透率明显下降。2.6.3分形理论在安全工程中的应用案例分形理论的应用示例——衡量渗透性王文才,王鹏,马莹鸽,李俊鹏.矸石山矸石散体分布规律及其与渗透特性的关联研究[J/OL].安全与环境学报:1-11[2023-03-14].为研究煤矸石山斜坡面渗透特性与矸石散体粒度分布之间的关系，基于分形理论，分析了煤矸石山斜坡面不同高度矸石散体的粒度组成分布函数与自然分级现象，探讨了矸石散体级配参数与分形维数之间的关系表达式，并结合渗透率测定试验建立了煤矸石山斜坡面高度与渗透率之间的定量关系式。研究结果表明：渗透率k与分维数D之间存在规律性，分维数越小，渗透率越大，从而建立了矸石山斜坡面高度与其渗透率之间的关系方程。通过测定斜坡面的粒度分布进而预测出斜坡面的渗透特性。2.6.3分形理论在安全工程中的应用案例分形理论的应用示例——衡量裂缝扩展量何强,李凤霞,史爱萍,何柏,陈江,谢凌志.基于三维CT重构的油页岩复杂水力裂缝网络分形表征[J].油气地质与采收率,2021,28(05):116-123.压裂前天然裂缝的分形维数均小于压裂后三维水力裂缝网络的分形维数，意味着压裂后裂缝增多，裂缝网络的复杂性有所增加。压裂后裂缝网络的分形维数变化率随压裂液黏度的增大先增大后减小。在黏度为5.0mPa·s时分形维数变化率达到最大值。2.6.3分形理论在安全工程中的应用案例我国矿山岩体力学专家、中国工程院院士、四川大学原校长谢和平院士利用在岩石力学问题分析求解中考虑到分形的效应和影响，从空间、测度、维数、分形和分形空间入手，引入自相似和自仿射，多重分形和分形插值等概念，进而讨论了分形空间中的力学量和力，出版了《分形-岩石力学导论》。基于岩石力学的分形研究，建立了顶煤破碎块度控制的数学力学模型，提出和设计一套“顶煤弱化预爆破技术方案”，保证了顶煤放落的块度要求，使大同硬煤条件下放顶煤技术获得成功。分形理论的应用示例——顶煤破碎块度分析2.4.3分形理论在安全工程中的应用案例安全工程学第三章现代安全管理工程目录第3章现代安全管理工程安全管理工程概述3.1风险管理3.2安全管理体系3.3现代安全管理工程思维3.43.1安全管理工程概述定义安全管理工程是管理者对安全生产进行的计划、组织、监督、协调和控制的一系列活动。其目的是保护职工在生产中的安全与健康、保护国家和集体的财产不受损失，促进企业改善管理，提高效益，保障事业的顺利发展。3.1安全管理工程概述1、按主体和范围不同分为宏观安全管理工程和微观安全管理工程宏观安全管理工程：指国家从政治、经济、法律、体制、组织等各方面所采取的措施和进行的活动；微观安全管理工程：是将企业作为安全管理的主体。指经济和生产管理部门以及企事业单位所进行的具体安全管理活动。通俗说就是企业的安全管理的学问。2、按对象的不同分为狭义安全管理工程和广义安全管理工程广义的安全管理工程：指一切保护劳动者安全健康、防止国家财产受到损失的，不仅以生产经营活动为对象，而且包括服务、消费活动等涉及的安全管理活动。狭义的安全管理工程：是直接以生产过程为对象的安全管理。指在生产过程或与生产有直接关系的活动中防止意外伤害和财产损失的管理活动，即安全生产的管理。

分类2021年4月14日我国首个“国家安全学”一级学科落户北京师范大学国家安全学：涉及国家利益、国家安全、国民安全、国土安全、经济安全、主权安全、政治安全、军事安全、文化安全、科技安全等3.1安全管理工程概述

研究对象

元素：人、机、环、管人与人

＝＞

防止事故发生人与机

＝＞

避免人身伤害人与环

＝＞

避免财产损失管理与人、机、环认识并解决这些关系中的各种矛盾元素间的关系3.1安全管理工程概述研究内容安全管理工程：就是以社会、人、机系统中的人、物、信息、环境等要素之间的安全关系为研究对象，通过合理有效的配置诸要素及其之间的关系，从而保证系统中安全状况的持续实现，保证人类社会活动中的安全生存、安全生活、安全生产。是研究安全管理工程活动规律的一门科学。安全管理工程活动的规律安全生产法制建设安全管理体制和规章制度防治事故发生提高管理效益实现安全生产利用现代管理科学的理论、原理和方法3.1安全管理工程概述

研究内容海因里希法则？安全管理工程活动的规律安全生产法制建设安全管理体制和规章制度有什么用？（1）强调隐患有可能导致事故；（2）1个重大事故背后隐藏了上千条隐患；（3）事故发生前排查隐患可避免事故发生，事故发生后排查隐患可避免同类事故发生空？3.1安全管理工程概述2021年7月20日，郑州持续遭遇极端特大暴雨，致地铁5号线五龙口停车场及其周边区域发生严重积水现象，积水冲垮出入场线挡水墙进入正线区间，导致5号线一列列车被洪水围困，共造成14名乘客不幸遇难。天灾or人祸？安全管理？应急管理？积水是瞬间灌满？车不停？人不逃？安全管理体制警钟关于郑州地铁5号线亡人事件（14人死亡），调查认定，这是一起由极端暴雨引发严重城市内涝，涝水冲毁五龙口停车场挡水围墙、灌入地铁隧道，郑州市地铁集团有限公司和有关方面应对处置不力、行车指挥调度失误，违规变更五龙口停车场设计、对挡水围墙建设质量把关不严，造成重大人员伤亡的责任事件。安全管理体制警钟2020年3月30日，泥石流滑坡引发T179次列车脱轨事故，造成1人死亡4人重伤。列车经过前，已有农民发现滑坡，但地处偏僻，无法将滑坡情况及时定向通知到铁路部门，最终还是造成了事故。为什么管理体制没能把群众参与铁路安全管理的作用发挥出来？安全管理体制警钟铁路安全治理理论模型针对类似铁路安全管理体制存在的问题，中国工程院设立工程院重大咨询研究项目，组织多名院士牵头开展了铁路安全治理体系研究。安全管理体制警钟3.2风险管理风险风险是危害的可能性和严重程度危险是可能受到危害的状态隐患是可能造成危害的外界因素风险的相关术语：1）风险源：指可能导致风险后果的因素或条件的来源；2）风险因素：指可能导致事故概率上升或者事故后果更为严重的潜在原因，是事故发生的间接原因；风险管理目标：在风险成本的最小化的条件下，达到可接受的风险水平或可容忍的