易明慧 邹小军

（1.中国石化天然气分公司广西天然气管道有限责任公司，广西 柳州 545001；2.广西联通南宁分公司，广西 南宁 530000）

0 引言

随着我国天然气事业的蓬勃发展，天然气输气站安全日益成为天然气企业关注的焦点。输气站施工类型多种多样，对技术水平有较高的要求，并且人的不安全行为和物的不安全状态频频出现，使得管理难度大大增加[1]。因此，建立输气站安全管理评价指标体系，并利用合理的数学模型对安全管理水平进行评价是笔者研究的关键问题。

1 基于管理熵安全管理水平评价的科学性分析

管理熵Brusselator模型指出：系统只有不断从外界引入负熵来抑制系统内部正熵的增加，才能不断使自身趋于有序运作，实现适应外部环境变化的目的，即在系统负熵和正熵之间存在一种特定关系，当负熵输入较低无法抑制正熵增加时，系统趋于无序化；随着负熵的不断增大，系统不断趋于有序；当负熵的输入超过一定值时，系统会成为耗散结构状态，实现从低层次向高层次有序地越迁，而这种“耗散结构”系统就能保持与环境的适应性，实现快速持续发展[2]。管理熵能够对系统中的不确定性进行有效度量，同时安全管理系统是开放、动态、非线性且远离原始态的，是以耗散结构形式存在的[3]。因此，利用管理熵和Brusselator模型相结合的方式对输气站安全管理进行评价具有科学合理性。

2 输气站安全管理评价指标体系的构建

以层次分析法中的递阶层次结构思想为基础，通过对输气站安全管理构成要素进行分析，将输气站安全管理评价指标体系分为正熵流和负熵流评价指标体系，并对两个熵流评价指标体系进行详细的指标分解。

2.1 正熵流评价指标体系

正熵来源于系统内部，是系统无序化的根本原因。系统的内部矛盾致使系统无序化并不断增强的过程即为系统正熵增加，内部因素归于有序即为系统正熵减少。现将输气站安全管理内部系统分为制度、人员、设备、劳保用品、操作、安全培训与沟通7部分，从这7个方面建立输气站安全管理的正熵流评价指标体系，如图1所示。

2.2 负熵流评价指标体系

负熵来自系统的外部环境，是系统归于有序的根源。外部环境的输入有利于系统运行即为负熵增加，外部环境的输入不利于系统运行即为负熵减少。负熵的增加能够减少正熵给系统运行带来的消极影响，且负熵的产生并不是自发的，想要生成负熵，外部环境必须对系统输入有利于系统运行的因素。现将输气站安全管理系统外部环境分为企业环境和行业环境两部分，从这两个方面建立输气站安全管理的负熵流评价指标体系，如图2所示。

图1 输气站安全管理正熵流评价体系图

图2 输气站安全管理负熵流评价体系图

3 安全管理评价指标体系管理熵流的计算

从物理学角度看，熵作为分子运动的无序度的度量，熵值越大，系统运动越无序。系统的熵值可以从分子排列方式的统计中得出，设系统有两种物质，A物质有n1个分子，B物质有n2个分子，系统的熵值可由玻尔兹曼公式计算：E＝klnΩ，其中k为比例系数，Ω为系统中两种物质分子的微观排列[4]。熵权法、层次分析法及专家打分法等方法都能够确定各个指标的权重，但是层次分析法和专家打分法的主观性较强，根据计算出的各指标熵值，通过熵权法能够更快更准确地得到各个指标的权重。

3.1 正熵流计算

根据输气站安全管理正熵流指标体系，各个指标的比重为：

式中，为第i个指标下第j个子项的比重；xAij为第i个指标下第j个子项的分值。

令为各指标的子项数，则正熵流指标体系中各评价指标的熵值eAi为：

其中，0≤eAi≤1，第i项指标的熵权为：

式中，λAi为第i个指标的熵权；m为指标数。

安全管理正熵为：

3.2 负熵流计算

根据输气站安全管理负熵流指标体系，各个指标的比重为：

式中，为第i个指标下第j个子项的比重；xBij为第i个指标下第j个子项的分值。

为使A与B的数值在同一数域，令n为各指标的子项数，则负熵系统中各评价指标的熵值eBi为：

其中，-2≤eBi≤0，第i项指标的熵权为：

式中，λBi为第i个指标的熵权；m为指标数。

安全管理负熵为：

4 输气站安全管理体系耗散结构判断

4.1 Brusselator模型简介

Brusselator模型的化学反应式如下所示：式中，A、B为初始反应物，在化学反应中不断消耗的同时又不断从外界得到补充；D、E为化学反应的生成物，生成之后就不再产生变化；X、Y为反应过程的中间物质，在化学反应中不断生成的同时又不断被化学反应所消耗；K1、K2、K3、K4为动力学常数。

假设动力学常数为1，则该化学反应的动力学方程可以转化为：

令可求得该方程的唯一均匀定态解：

在稳态点附近对系统作线性稳定性分析，成为耗散结构动力学临界值的条件为：

4.2 输气站安全管理体系耗散结构的判断

根据Brusselator模型，对其化学反应过程与输气站安全管理系统熵变过程进行对应。设初始反应物A为系统正熵，B为系统负熵；反应生成物D为非耗散结构，E为耗散结构；反应过程的中间物质X、Y分别为正熵指标的可量化因子和负熵指标的可量化因子。如式（9）所示，在K1阶段，输气站安全管理系统在内部正熵A的作用下演化为正熵指标可量化因子X；在K2阶段，系统在外部负熵B的作用下，不断消耗内部正熵A给系统带来的不良影响，并演化为负熵指标可量化因子Y和非耗散结构D；在K3、K4阶段，正负熵可量化因子相互作用，演变为稳定、有序的耗散结构E。正熵A和负熵B随着可量化因子X、Y的非线性作用而发生变化，只有满足式（12）时，系统才产生自组织行为。结合式（8）可以得出输气站安全管理系统成为耗散结构的判据，如下所示：

5 实例分析

5.1 调查数据

笔者以X输气站为对象进行分析，根据正负熵流指标体系，通过问卷调查方法对指标进行评价。在输气站负责人的帮助下，发放问卷100份，其中有效问卷92份，用A、B、C、D、E分别代表很高、较高、一般、较低、很低的指标程度。

5.2 X输气站管理熵的计算

由输气站安全管理正熵流评价指标体系可知：m＝21，n＝5。根据式（1）、式（2）、式（3）、式（4）以及调查的基础数据进行正熵的计算，结果如表1所示。由输气站安全管理负熵流评价指标体系可知：m＝10，n＝5。根据式（5）、式（6）、式（7）、式（8）以及调查的基础数据进行负熵的计算，结果如表2所示。

表1 X输气站安全管理正熵计算结果表

5.3 X输气站安全管理体系耗散结构分析

由表1、表2可知：X输气站安全管理正熵值A＝0.766377，负熵值B＝-1.450704。因此，1＋A2＝1.587334＞|B|。根据系统为耗散结构的判据式（13）可推断出X输气站安全管理系统处于非耗散结构状态。究其原因，是由于其安全管理系统正熵偏高和负熵偏低两方面因素造成的，一方面致使正熵偏高的主要原因为：员工安全心理素质不够高，熵值为0.902753；安全监督检查频率及全面性不足，熵值为0.940134；安全培训覆盖不够全面，熵值为0.897618；安全沟通全面性不足，熵值为0.855313。另一方面致使负熵偏低的主要原因有：输气站对创新支持力度不够，熵值为-1.69276；输气站安全投入水平不足，熵值为-1.61343；行业结构合理性不够，熵值为-1.59945。

表2 X输气站安全管理负熵计算结果表

X输气站处于非耗散结构状态，若不根据上述计算结果中正熵偏高和负熵偏低的指标对安全管理工作进行调整，其安全管理系统无序性将不断增强并逐渐衰落。输气站要进行有针对性的整改，才能更好地适应环境，从而实现输气站安全管理系统由非耗散结构向耗散结构的战略性转变[5]。

6 结束语

笔者从管理熵和耗散结构的角度对输气站安全管理进行尝试，有助于从新视角认识输气站安全管理。用计算输气站安全管理系统正熵和负熵的方式，定量地了解输气站安全管理存在的问题和不足，从而有针对性地对输气站安全管理出现的问题和不足采取相应措施，促使安全管理工作更有成效。

[1]邹小军，贺军.提高采油厂承包商安全管理水平[J].现代职业安全，2016（7）：38.

[2]邹小军.采油厂安全管理评价研究[D].成都：西南石油大学，2015.

[3]张铁男，程宝元，张亚娟.基于耗散结构的企业管理熵Brusselator模型研究[J].管理工程学报，2010（3）：103-108.

[4]张景林，蔡天富.对安全系统运行机制的探讨—安全系统本征与结构[J].中国安全科学学报，2006（5）：16-21.

[5]伊·普利高津.从混沌到有序[M].上海：上海世纪出版集团，2005：174-197.