基于关联规则挖掘-贝叶斯网络AcciMap方法的中国化工事故致因因素分析

《RELIABILITY ENGINEERING & SYSTEM SAFETY》：Analysis of causal factors of chemical accidents in China using an Association rule mining - Bayesian network based AcciMap approach

　　

摘要

本研究提出了一种基于AcciMap的混合方法，用于分析严重化工事故的致因因素。该方法按照系统性方法描述事故致因因素，涉及从底部的设备与周边环境到顶层的政府政策与预算的六个层次。将关联规则挖掘（ARM）与贝叶斯网络（BN）建模相结合，与AcciMap结合使用，以解决AcciMap的局限性，如主观依赖性和缺乏定量分析能力。共收集并分析了2000年至2024年间中国大陆发生的260起典型化工事故。识别了四种类型事故的最大边际后验父节点链和敏感致因因素。在政府政策与预算层，关键因素为"安全发展理念薄弱"和"地方政府安全生产工作责任制未全面落实"；在监管机构和协会层，关键因素为"安全监管松懈"和"执法检查不严格"；在公司管理层，关键因素包括"安全评估不足"、"采用的技术服务违反相关法规"等；在物理过程和人员活动层，关键因素包括"现场安全监管缺失"和"现场操作不遵守操作规程"等。确定了跨不同类型事故具有显著意义的因素链，安全管理应优先消除这些因素。

引言

过去几十年间，中国化工产业迅速发展。尽管化工行业安全管理已取得显著进步，但事故仍时有发生。化工生产系统被视为一种典型的复杂社会技术系统，具有事故突发性、可能发生重大事故、后果严重性以及所涉因素间复杂相互关系等特征。有效识别事故因素，以及分析各因素间的逻辑关系，对于有针对性的事故预防和保障此类系统（即化工行业）的安全生产具有重要意义。

分析流程工业事故因果因素已引起广泛的研究关注，该领域使用了多种方法，包括模糊逻辑、事件树和故障树、贝叶斯网络（BN）、统计方法等。例如，Kidama和Hurme [23] 提出了一种基于频率分析的方法，通过分析故障知识库中的事故报告来识别化工事故中的促成因素。Adedigba等人 [1] 利用贝叶斯网络方法对设计错误、操作故障、设备故障和人为故障等故障之间的依赖性和相互作用进行建模。Iaiani等人 [16] 使用一系列技术工具分析了影响流程工业的物理安全和网络安全相关事件。他们的工作确定了安全威胁因素（包括网络威胁）与特定工业部门之间的联系，以及最终情景与多种安全威胁来源之间的关系。Ge等人 [9] 提出了一种名为危害-目标系统交互理论（ITHTS）的事故致因分析方法，综合考虑了人员、组织和技术特征以及社会学因素。Li等人 [27] 通过129起事故案例开发了定性和定量模型，揭示了中国危险化学品爆炸事故（HCEAs）的原因和路径。Jimenez和Growth [18] 采用了一种名为Tripod Beta的根本原因分析（RCA）方法，分析了过去涉及PRDs的氢气事故，以了解PRDs可能增加风险的状况。故障树和贝叶斯网络等风险评估方法及其改进方法也被用于事故因素分析。故障树或贝叶斯网络的节点本质上是事故因素 [2,3,12,13,20,21,30,33]。这些事故因果因素分析方法主要关注孤立的因果因素，且往往局限于技术或操作层面，未能解决组织管理、政策和法规等潜在因素。

诸如AcciMap [36]、系统理论事故建模过程（STAMP）[26]、功能共振分析方法（FRAM）（Hollnagel 2004）等事故分析方法及其与其他方法的结合，也被用于分析事故促成因素。相比之下，AcciMap是一种系统性的分析方法，为事故分析提供了坚实基础，在开发混合或集成应用方面显示出广阔的应用前景（Waterson等人，2017）。其优势在于以系统性的方式描述和分析事故因素。然而，AcciMap这一事故分析方法存在某些不足。例如，具有主观依赖性：因素识别和相关性判断严重依赖专家经验，这可能导致隐式因素的遗漏。此外，主要属于定性性质：因素间影响强度（如"管理缺陷如何导致操作错误"）缺乏量化。因此，有必要将其与其他方法相结合并做出适当改进，以更有效分析事故因素。

AcciMap将事故因素分为六个系统层级，与中国重大危险源化工企业双重预防机制的要求一致——即风险分级管控和隐患排查治理。本研究旨在通过开发基于AcciMap的分析方法，揭示严重化工事故中各系统层级的主要因素。所提出的方法利用ARM和BN来解决AcciMap的局限性，包括其主观性和缺乏定量分析能力。

本文其余部分组织如下：第2节介绍相关工作；第3节介绍所提出方法的框架并介绍各组成部分；第4节展示了使用所提出方法分析化工事故致因因素；第5节讨论了基于致因因素分析结果的若干风险控制策略；第6节得出本研究的结论。

章节摘要

相关工作

AcciMap方法基于Rasmussen的系统化风险管理框架构建，如图1所示 [31,38]。该框架描述了不同"系统"层级（如政府、监管机构、公司、管理、员工和工作）在生产与安全管理中的参与。根据该模型，每一层级通过法律、法规和指令控制危险过程并参与安全和绩效管理。Rasmussen认为

基于ARM-BN的改进AcciMap分析框架

AcciMap方法是一种用于事故分析的图形技术，它绘制出导致特定事故可能发生的条件下的决策者及其决策/行动。AcciMap将安全系统分为六个层级，即政府政策与预算、监管机构和协会、公司管理、技术与运营管理、物理过程和人员活动、设备与周边环境。它将安全视为一种突出的

ARM

• (1) 数据收集与事故因素提取

从中国应急管理部网站及各省级应急管理部门，收集了2000年至2024年间的260起化工事故案例，这些事故相对严重。需要注意的是，本研究主要收集了按规定由政府监管机构公开披露的化工事故报告，以及其他事故报告

风险防控分析

基于贝叶斯网络的推理分析，可获得导致化工事故的关键链路和高敏感致因因素。图8展示了泄漏事故的链路和因素。由红色节点构成的链路"g01$\to$g02$\to$r01$\to$c06$\to$t05$\to$e09$\to$s13"是泄漏事故的最大边际后验父节点链。其他节点是链外的高敏感节点，可构成事故的其他因果链路。

表12展示了各层级的关键因素

结论

本研究的目的是开发一种能够在"系统"层级中识别严重化工事故主要影响因素的方法，包括政府、监管机构、公司、技术管理等层级。本研究的贡献有两方面：(1) 一种将ARM-BN与AcciMap框架集成的增强型事故分析方法；(2) 对中国化工行业事故因果因素的分析，其发现可为各层级的安全管理提供参考

未引用参考文献

[14,32]

CRediT作者贡献声明

方佳龙：撰写——初稿、软件、方法论。周剑锋：撰写——初稿、方法论、概念化。Genserik Reniers：撰写——审阅与编辑、验证、方法论。

Jiarong Fang|Jianfeng Zhou|Genserik Reniers