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安全系统工程：第 41–50 页

安全系统工程 课堂笔记
• 能识别出各要素本身以及要素之间的危险性（辨识能力因人而异）
• 了解各要素的相互关系、相互依存、互相结合产生的危险性
• 运用多学科知识：运筹学、管理、线性规划、动态规划、数学、控制论
• 系统工程要解决问题的几乎都适用于解决安全问题
作业题
• 作业一：结合系统的概念和特点，论述你对复杂大系统的理解
• 作业二：如何理解使用系统工程方法可以使系统的安全达到最佳状态
• 作业三：生物圈二号为什么失败了
• 要求：手写，统一用 A4 或华工信签纸，独立完成，计入平时成绩
生物圈二号
定义
生物圈一号就是地球。生物圈二号是模拟地球的微型人工生态环境系统，位于
美国亚利桑那州图森。
• 模拟地球生态：居住区、农业区、沙漠、沼泽、海洋、热带雨林、热带草原等区
域
• 耗资 1.5 亿美元，历时 8 年建成（约 90 年代）
• 含 7 种生态群落和 2 个大气扩张室，主要靠光合作用，几乎自给自足
• 两次实验均失败
注意
生物圈二号失败的根本原因是生态破坏。它是非常典型的生态循环系统，生态
安全是重要问题。
例
生物圈二号的意义：若能在月球或其他星球建造类似系统，即可建立像地球一
样的生存生活环境。联系” 绿水青山就是金山银山”，更易理解生态安全的重要
性。
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安全系统工程 课堂笔记
09 月 22 日
工程的概念
• 工程是使自然科学为自然资源为人类服务的一些项目
• 属于学科范畴，是运用科学原理将自然资源转化为满足人类需求成果的实践活
动
风险的本质特征
• 风险的本质是不确定性，即无法预知未来将会发生什么
• 风险需同时考虑两方面：事故发生的可能性与事故后果的严重程度
• 灰犀牛、黑天鹅等小概率事件，发生概率低但一旦发生后果严重，需综合考量
• 概率论与数理统计是处理随机不确定性的有效工具
定义
风险 = 事故发生的可能性 × 事故后果的严重程度，其本质特征是不确定性。
系统的五个特征
• 整体性
• 相关性
• 目的性
• 环境适应性
• 层次性（又称有序性）
注意
系统的五个特征中，层次性常被遗漏。层次性又称有序性，指系统内部结构按
一定规则组织，受系统目标指导。
环境适应性的理解
• 指系统能随外部环境变化而调整自身，以维持生存与功能
• 是系统设计的关键特点之一
• 理解环境适应性需先明确其含义，再思考如何更好地适应环境
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安全系统工程 课堂笔记
安全系统工程的研究内容与对象
• 研究内容：系统危险因素的识别分析、系统风险的评价、系统安全的决策和事
故控制
• 研究对象：复杂大系统（如城市、社会、人自身等）
• 目的：将目标系统风险控制在可接受的水平范围内
例
以深圳摩天大楼（高度超 100 米）为例，需从系统角度分析其面临的风险：台
风、 地震、 雷电、 火灾等自然灾害， 以及老旧小区、 城中村等复杂社会情况。 整
个社会就是一个复杂系统，人是最能动、最活跃的因素。
系统安全寿命周期
• 寿命周期与成本密切相关，不能无限期使用
• 汽车零部件会老化，需定期维修保养；组装修复的车辆可能仅能通过初次年审，
成本高
• 太空探索同样有时间和成本考量，需在寿命周期内追求最佳安全水平与最高安
全效益
• 技术持续升级（如手机更新换代） ，用户更关注产品当前是否满足需求，不满足
即被淘汰
注意
不能只考虑系统” 是否还能使用”，而要从全寿命周期角度综合权衡安全、成本
与效益。无法无限制投入人力和物力。
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安全系统工程 课堂笔记
系统安全的三个命题
• 命题一：完全消除所有危险源和风险是不可能的
• 命题二： 系统可包含某些危险或有害因素， 但风险应控制在可接受的范围内 （即
忽略不计的风险）
• 命题三：减少总体风险，而不是仅仅消除选定的几种风险
定义
本质安全：产品、设备或系统在设计上达到本质安全，是追求的目标，但必须
认识到完全消除所有危险源和风险是不可能的。
例
相对风险防控的最优考虑：并非简单地替换掉最危险的因素，而是同时考虑和
防控多个不同危险性因素，在成本或性价比上更有效。例如事故树分析中，通
过定性和定量分析找到最小割集，控制其中任何一个因素即可防止事故发生。
可靠性工程
• 可靠性工程是一门独立学科，强调可靠性制造概念
• 产品在投产时就要考虑可靠性，且在整个生命周期中对可靠性有大致的预知
• 涉及选材、设计、加工、安装、使用维护及全寿命周期管理等多个方面
• 在航空航天领域，系统可靠性与安全性都是必须考虑的关键因素
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安全系统工程 课堂笔记
安全系统工程的理论基础
• 理论基础源自安全科学和系统科学，两者属于不同学科类别
• 系统科学的奠基人是中国科学家钱学森
• 国外在二三十年前已开展众多安全项目； 我国在上世纪70 至 80 年代引进后， 安
全科学逐渐发展为规范且独立的一级学科
定义
安全科学作为独立一级学科的标志：拥有完善的职称评价体系、覆盖本硕博博
士后的完整学位体系、 各级协会相继成立、 产出丰富的EI 和 SCI 收录学术成果。
系统风险控制
• 目标：在现有技术和经济条件下，采用最经济有效的事故控制策略，将系统风
险保持在安全指标以下
• 可接受的风险范围取决于科技、经济、社会政治及相关发展水平
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安全系统工程 课堂笔记
例
风险衡量指标：
• 交通事故：万车死亡率（我国已有效控制，呈线性下降趋势；美国早期每年
数万人丧生）
• 煤矿开采：百万吨煤死亡率（开采 100 万吨煤过程中的人员伤亡比例）
• 经济社会： 意愿GDP 死亡率 （广东较低， 因GDP 较高； 绝对数值上全国较
多）
注意
经济发展水平越高，对专业技术人员的需求越大。以广州塔顶摩天轮为例，其
由四个驱动装置驱动，若轨道车辆偏离或脱落会失去电力而停止 ——停下来是
安全的（有平台支撑） ，但一旦出现异常，信息媒体会迅速传播，无法承受此类
风险。
广州塔特种设备与安全启示
• 广州塔属于特种设备中的游乐设施，只有国家特检院有资格检验，广东省院无
资格
• 跳楼机（穿梭机）上下快速移动，类似自由落体体验
• 运营者称其相对安全：无论从哪个位置掉落，人都会向下坠落，不会出现舆情
问题
• 高速电梯可迅速从一层直达 100 层（广州塔约 140 层） ，体现特种设备安全的重
要性
• 核心结论：特种设备安全至关重要，须将风险控制在可接受的范围内
事故问题与系统安全的重要性
• 事故的反作用与发现的问题是事故问题的出发点
• 随着装置大型化、生产过程自动化与连续化、学科交叉性增加，事故问题可能
具有灾难性
• 对系统安全提出更高要求，系统安全/安全系统工程处于前所未有的重要地位
国家安全学学科发展
• 国家总体国家安全观由习近平总书记提出
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安全系统工程 课堂笔记
• 国家安全学院和公共安全学院被列为安全科学的二级学科
• 国家安全学最近被确立为一级学科
• 广东省内仅一家机构提供国家安全学博士学位
• 上海交通大学、北京大学等知名学府均设有安全相关课程
• 南京大学安全科学与工程学院将安全科学、技术及管理知识应用于国家安全研
究，适合偏文科学生深造
三同时要求
定义
安全设备设施与主体工程必须同时进行设计、施工和验收投入使用。
• 必须有专业机构提供技术支撑，并经过专门管理机构进行行政审批
• 安全生产许可证和危险化学品经营许可证是企业能否正常运营的关键指标
• 审批已延伸至市级行政审批层面，每个市设有专门审批处/部门
• 流程：第三方中介服务机构提供技术报告 → 专业机构评审 → 审查机构依据法
律法规决定是否发证
• 危险化学品不能直接买卖，违法将面临刑事责任，严重者坐牢
例
深圳某教练场将面包车改装， 把汽油桶放入车内给教练车加油 （撬装式加油站） ，
最终被举报。汽油属危险化学品，易燃易爆，移动式撬装加油站有特殊规定和
条件，此类行为违法。
安全系统工程的发展脉络
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安全系统工程 课堂笔记
• 起源于空间技术：美国与前苏联从空间优势到导弹系统，再到安全大纲和国防
部形成
• 逐渐过渡到民用领域（环境子系统等）
安全系统工程的基本方法
从系统整体出发的研究方法
• 涵盖系统优化、思路贯穿、规划设计、研制使用等各环节
• 应用于建筑设计、道桥设计、大型机械装备设计、工艺流程设计、反应过程等
• 坚持预警控制等基本思路
• 必须基于标准规范和法规，任何设计不能低于此标准
例
安全距离：仓库与工艺装置之间、甲类仓库与工艺装置之间、储罐之间的距离，
必须满足规范标准要求。否则后续法规标准严格时，改扩建将面临困难。
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安全系统工程 课堂笔记
本质安全的方法
定义
本质安全是通过设计等手段使生产设备或生产系统本身具有安全性，即使在误
操作或发生故障的情况下也不会造成事故。
• 替代：用无毒物质替代有毒物质
• 减缓：用低毒物质替代高毒物质；不能完全替代时尽可能减少使用量
• 简化：尽量简化复杂系统设计，因为组成系统的部件越多，潜在风险越大
例
改革开放初期，耐克鞋用含有机溶剂的胶水粘合，劳动密集型环境下工人频繁
接触，缺乏有效防护，许多工人半年左右出现贫血，病情加重甚至导致白血病。
后以无毒/低毒胶水替代高毒胶水，并加强个体防护装备和通风换气。
• 本质安全发展已涵盖人、机、管、环、文化，甚至加入信息通讯
• 管理部门和化工园区管委会要求具有安全或化工专业背景的管理人员不低于
75%（如总人数 15 人，需招聘 11-12 名）
例
今年真实案例：一位原在广州特种机电设备检测院工作的学生，考入一类事业
单位（参公管理，身份相当于公务员） ，被分配到新建化工园区工作。
机械化、自动化与智能化
• 通过自动化减少人力，实现机械化换人，进而达到智能化无人操作
• 从多个角度追求机械安全
管理安全
• 管理体系：如职业健康安全管理体系（后续课程学习）
人机匹配
定义
人机工程学（人类功效学）是研究人与机器相互作用的独立学科门类，在安全
领域通常称为人机工程学。
• 飞机座位间距：欧美更宽敞，考虑人的平均身高偏高
• 汽车舒适性、驾驶显示器与安全报警
• 生产过程中颜色差异提示操作者注意
• 机器设备配备声光报警器
• 操作通常要求双手操作以确保机器正确响应，单手操作机器可能无法准确执行
指令
安全经济方法
• 揭示一定经济技术水平下安全与经济的关系
• 受制于经济：有最佳投入、最好效益
• 特点：安全投入的超前性、安全效益的滞后性、安全效益评价指标的多目标性、
安全经济投入与效益的有效性
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安全系统工程 课堂笔记
注意
不能简单认为化工、 石化行业赚钱就粗放式发展。 改革开放初期， 教师凭一个配
方找搅拌工/反应组，一周分装贴标签即可销售，或像医生开处方给工厂生产。
但当时对人身安全、环境破坏和资源浪费明显，现在不可能再出现。行业利润
高，就需要相应投入。
系统安全管理方法
• 从系统角度阐述，将理论与实践相结合
• 涵盖规划设计与检查控制等方面
• 本课程继承安全系统工程的优点
系统安全工程在安全工作中的应用
• 四个应用阶段（已了解，不再详述）
• 坚持以人为本，把人的生命安全放在首位
• 强调预防为主、综合治理等原则
• 注重环境无害、过程安全和本质安全
• 需在工程设计、工程伦理及事故预防等方面考虑
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