基于信息处理与事故链的矿工行为失误模型

2021-04-06谭玉琴谢雄刚解镕嘉

贵州大学学报(自然科学版) 2021年1期

谭玉琴，谢雄刚,解镕嘉，殷涛

(贵州大学矿业学院，贵州贵阳 550025)

在复杂的人-机-环系统中，人是社会-技术系统的核心。在强调以人为中心的时代，保证人的行为安全是整个系统可靠和稳定的关键。据统计，人因事故占我国煤矿事故总数的90%以上[1]，人的不安全行为是最主要的致因因素。人的失误是其对信息认知错误的外在表现，人的行为实质是对信息处理的结果，人对信息处理的过程是基于人的心理活动。煤矿行业是高危行业，并由于其潮湿、黑暗的艰苦作业环境，工作时间长、事故突发率极高等因素，导致旷工心理紧张、恐惧等应激现象，严重影响了旷工的心理健康，容易产生矿工行为失误，为煤矿事故突发埋下了祸根。由此，在众多煤矿事故安全预防过程中，探究矿工信息认知人因失误对煤矿事故预防具有重大意义。

国内外学者对矿工的不安全行为进行了大量研究。PAUL P S等[2]主要分析了影响矿工行为失误的因素，认为矿工年龄、学历、经历、工作态度等因素间有一定关系并会增加事故的发生率。KUNAR等[3]研究了煤矿工作恶劣环境、矿工知识背景、培训教育程度以及冒险行为皆与工伤事故有一定关系。田水承等[4-7]定义了不安全行为，采用问卷调查方式研究了矿工不安全行为的影响因素，包括情绪、噪声等多方面，研究还发现井下工作环境是导致矿工出现不安全行为的最关键因素。曹庆仁等[8]从组织管理入手，构建了煤矿员工不安全行为“知-能-行”模式模型，分析煤矿员工不安全行为致因因素。王家坤等[9]运用结构方程模型分析了矿工工作满意度与不安全行为的关系，验证得出矿工个性特征(文化背景和月收入水平)显著负相关于矿工不安全行为。

总结以往学者对矿工人因失误或不安全行为的研究得出，煤矿人因事故研究有了一定进展，但总体来说处于刚起步阶段，对煤矿人因分析不够详细，且大多停留在调查分析层次，缺乏对矿工人因失误认知机理方面的研究。鉴于此，笔者在分析现有信息认知理论的基础上，以矿工安全信息为纽带，构建出基于矿工信息处理过程和事故链为原理的矿工失误结构模型，进而得出一种矿工行为失误分析模型，以期能为现代煤矿安全管理提出新思路和新方法。

1 矿工信息处理模型

1.1 矿工的信息处理理论基础

矿工对信息认知是指在信息的传递过程中，矿工对信息的接受、处理、转换和做出行为反应的整体认知过程。根据吴超的安全信息认知通用模型[10-11]，认知过程被分为真信源、信源载体、信噪、安全感知信息、安全认知信息、安全响应动作和安全动作结果，矿工安全信息认知过程涉及的影响因子主要包括矿工心理因素、生理因素和外界因素。本文中模型的认知理论指心理因素中的感知觉、注意力、记忆3个方面。

1.2 模型构建

矿山安全信息从信息获取到行为响应，要经历复杂的心理和生理变化过程，根据文献[12-13]提出的安全理论建模方法，基于煤矿井下大环境，从信息流和思维流角度，即以安全信息感知、安全信息决策、安全信息执行为主线，结合人因可靠性理论，构建矿工安全信息认知处理模型。如图1所示。

图1 矿工信息认知处理模型Fig.1 Miners’ information cognitive processing model

1.3 模型解析

任何事故的发生都在系统中，因此需将事故置于某一系统，具体问题具体分析其人为原因，本文中该模型选用煤矿井下为具体研究对象。而煤矿井下属于复杂安全系统，包含人、机、物、环等多要素，安全信息是这些要素的共同纽带，本文选用安全信息为切入点，建立系统要素间的联系。

该模型认知信息系统有4个模块组成，分别为安全信息刺激模块、安全信息感知模块、安全信息决策模块、安全信息执行模块。

(1)安全信息刺激模块：在该模块中，安全信息刺激包含内部安全信息刺激和外部安全信息刺激。内部安全信息刺激指安全信息接受者(矿工)自身内部直接传达到安全信息决策模块的安全信息，如：矿工个体疲劳信息、组织管理人工作状态不佳等信息；除内部信息刺激之外的即为外部安全信息刺激，安全信息首先需要通过矿工的感知模块，经其处理后，再往下一模块传达。

(2)安全信息感知模块：这一模块主要负责将外界信息输入感知记忆。煤矿井下信息复杂多样，在感觉阈值范围内的系统信息被感官感知，然后这些被感知的信息短暂(时间大概是1 s)地储存在感觉记忆中。生产过程中，煤矿井下矿工为实现情景认知，需要对井下相关环境做出判断，即要选择和过滤一些无关信息，保留与工作相关的信息。这一过程中要注意矿工可能出现感知失真或不对称、以及感知错觉，从而影响安全信息决策和安全信息利用。

(3)安全信息决策模块：这一模块是信息认知系统的核心部分，主要任务是将感知信息进行精加工处理，涉及多种心理因素(注意力、记忆、情绪、性格等)。感知记忆中的信息(有效信息和失真信息)经注意机制进行筛选、过滤、保留，将有效信息储存在工作记忆中，随后矿工根据自身经验、知识、能力、价值观等大脑已有的长期记忆(安全信息)，选用判断方法如5W1H方法(何时、何事、何地、何因、何人、何法)，分析辨识认知信息。由于在任一阶段，有效信息会随传播过程(大脑对信息的处理)减少，在这一阶段，信息通过注意力，记忆力，思维等多个“关卡”。相比其他模块，安全信息决策模块的安全信息失真量增多，能保留下来的有效信息减少。因此，这一决策模块对行为结果影响最大，发生人误行为的可能性也大。

(4)安全信息执行模块：中枢神经系统在安全信息决策模块得出的有效信息根据矿工个体的动机和需要，指挥运动器官(手，脚等)产生行动，并得到某一行动结果。由于外界因素和个体本身因素影响，矿工行动结果可能是安全行为，也可能是不安全行为；可能对系统无影响，也可能导致事故发生。同时，行动结果引起的变化会反馈给感觉器官，从而形成新的信息认知动态过程。

4个模块紧密相连，有机结合。安全信息输入模块是安全决策模块的前提，为安全决策分析提供材料，安全信息执行是安全决策的行为结果。值得注意的是，大量心理学研究实验证明，人体大脑拥有强大的思维转换能力，以上模块并非一定按序进行，根据个体大脑能力，模型中各阶段可并列进行。

1.4 模型内涵

根据RASMUSSEN等[14]提出的人的行为三层次模型，矿工信息认知处理模型可以分为3条路径：①基于技能的信息处理模式。这类模式下矿工的行为是技能型的，往往是面对非常熟悉的工作流程，不经大脑思考，对信息直接作出的应激反应，即矿工处理信息时只经历两个阶段，信息感知和信息执行，在核心环节矿工通常凭借自己的直觉进行分析，只依赖于矿工完成任务的能力水平及以往工作经验。②基于规则的信息处理模式。这种模式矿工面对的场景较技能型不是特别熟悉，矿工感知到信息后，凭借安全行为操作规程进行信息处理，根据规程规定完成信息执行。这种处理模式主要依靠矿工对实践的了解程度，并且矿工的行为会受到规程的支配和控制。③基于知识的信息处理模式。这类模式矿工面对的可能是非常复杂的、从未见过的任务场景，因此，也不存在现成的操作规程指导矿工行为，要求矿工具有丰富的知识源对感知信息进行分析和判断。

3种分析模式根据不同任务场景选择不同的认知模块，对矿工的认知资源要求也不同，如注意力、记忆容量等。基于技能型的信息处理模式对认知资源要求最低，处理速度最快，但因为其认知准确性最差，矿工采用这种信息处理模式，易导致不安全行为，出现违章操作，进而导致煤矿事故；基于知识型的信息处理模式对认知资源要求最高，其占用大量的认知资源，认知速度最慢，但认知准确性最高，矿工选择这种信息加工路径，通常会输出安全行为，发生事故的概率低。

2 矿工行为失误模型

由上述模型可知，信息处理过程实则是一个链式反应过程，主要是由安全信息刺激、安全信息感知、安全信息决策和安全信息执行4个模块形成的链式反应。同时，由事故链原理可知，任一人为事故的发生都是连续时间内安全环节出现故障所导致。换言之，人为不安全事件的发生不是孤立事件，而是系统内部出现一系列连续的缺陷所致。因此，针对上文模型的行为要素和事故链原理，结合煤矿井下特殊的生产环境，构建基于安全信息处理与事故链原理的矿工行为失误模型，如图2所示。

图2 基于安全信息处理和事故链原理的矿工行为失误模型Fig.2 Miner behavior error model based on safety information processing and accident chain principle

模型的建立主要包括微观的安全信息处理过程和宏观的事故链原理两个部分。上半部分主要基于矿工安全信息的认知处理模型，将事故的发生分为安全信息感知失误，安全信息决策失误，安全信息执行失误。下半部分主要基于航空领域常用的人因因素分析和分类系统(human factors analysis and classification system,简称 HFACS)模型[15]中人的不安全操作行为、不安全行为的前提、不安全监管、组织的影响4个层面建立。

2.1 微观层面分析

由于煤矿环境的多样性和复杂性，矿工人因事故呈现动态性和非线性。矿工根据其所在岗位不同，承受的工作负荷有很大区别，并且信息处理的各个阶段对大脑认知资源要求也不相同。因此，要求我们对安全信息认知处理各阶段失误具体情景、具体任务和具体的矿工意识能力等影响因素进行分析。

感知失误：主要是由于矿工注意力不集中而对信息认知出现遗漏、偏差、过失等情况。决策失误：决策阶段矿工可根据不同任务和自身经验和知识选择不同的分析处理路径，在自身因素和外界环境影响下，认知过程中矿工注意力不集中，精神恍惚，意识不清，记忆能力下降，思维混乱，负性情绪积累，性格突变等各种心理变化，矿工会下意识选择决策速度最快、占用认知资源最少的技能型处理模式。因此，大大增加了事故发生概率。执行失误：发生这类失误主要有两方面原因，一是信息是错误的，执行结果自然错误；二是信息正确，由于个人生理因素(如疲劳、动作迟缓等)所致。信息感知是信息加工的基础，信息加工很大程度上决定处理结果。影响信息感知失误、决策失误、执行失误的生理和心理因素主要包括矿工的安全素质、安全意识、安全技能、安全习惯、安全动机几个方面。

失误恢复：在发生人为失误时，煤矿井下系统和相应程序会有恢复措施，如果人为失误中途被阻止，不安全行为没有产生，则该事故就变成未遂事件；一旦阻止失败，就直接导致事故发生。随着科学技术的发展，煤矿生产逐渐智能化和自动化，人为失误恢复措施得到显著改进。如：设备自动报警系统，信息的交叉检查，瓦斯视频管理系统，工作面远程控制系统。

反馈机制：包括了对信息认知处理过程的反馈和对外界影响因素的反馈。矿工接受反馈结果，一旦与行为目标不一致，矿工将采取措施调整自己行为。由于人的信息认知过程和心理生理等非量化因素相关联，矿工每一天的心理活动都可能有变化，认知过程和行为也会受到影响。因此，反馈机制的存在就变得有意义，反馈信息的监测和核查能帮矿工不断纠错和改进信息认知过程。

2.2 宏观层面分析

模型在宏观方面主要是利用HFACS的框架进行4个层面因素分析。在HFACS模型中，事故的发生是由于组织多个防御系统同时被破坏导致的。并认为事故的发生是由于显性因素和隐性因素共同作用结果，显性因素即矿工不安全行为，隐性因素即煤矿组织潜在失误。

组织影响：组织管理者的决策直接影响各级管理人员和一线矿工的状态和行为。具体的组织影响因素包括资源管理，组织气候和组织过程。资源管理在煤矿井下主要指人员设备，能源以及资金。在人因失误中，人员分配不当，设备管理混乱，资金投入和使用管理不善或激励原则不公等，使一线矿工心理产生落差和不平衡感，导致心理波动，从而产生不安全行为，最终出现煤矿事故。组织气候也叫组织氛围，是组织中的成员对其所在环境的共同感受。煤矿井下的组织氛围主要受管理的文化氛围、政策和需求结构影响。如：煤矿强调效益的重要性大于安全，则矿工采取冒险、投机取巧和侥幸去促进生产的可能性增大，从而导致生产过程出现大量潜在的不安全因素。组织过程也叫组织工作流程，是指管理者在做出决策和规划后，执行者的具体执行过程。在执行过程中，各执行者因外在或自身因素未按标准和条例进行，出现执行力度薄弱、准确度不足等现象，导致执行结果与前期预设结果不一致甚至相反。例如，在近10年，国家对煤矿生产安全非常重视，但煤矿企业在实际生产过程中，煤矿事故时有发生，主要就是因为煤矿企业安全程序简单化，阳奉阴违，违规生产等。

不安全领导行为主要包括煤矿监管环节不充分，监督违规，运行计划不恰当，没有及时纠正问题等方面。不安全领导行为往往与利益的诱惑、个人的动机需求和组织管理的疏忽相关。

不安全行为的前提：这是HFACS中的第一层潜在失误，是人产生不安全行为的征兆，包括工作状况和人员因素。工作状况主要指员工工作前后的心理状态、生理状态及心理和生理的限制。如精神疲劳，带病工作，安全意识差等。个人的工作准备对技能差错有显著影响。此外，煤矿井下物理环境和技术环境对不安全行为也有一定影响。

2.3 系统层面作用机理

显然，模型完整的安全行为事故链由宏观和微观层面事件链共同构成。逆向逻辑分析个体行为安全的因素，其根本原因是组织的影响。即导致矿工个体不安全行为产生的根本原因是组织管理缺陷。而组织管理缺陷是由组织人的行为失误造成的。换言之，模型中组织影响、不安全的领导行为及不安全行为的前提是导致事故发生的触发器，触发器作用于微观安全信息认知失误过程导致触发事件，进而产生不安全事件。

系统行为安全的核心在于对系统中未发生、可能发生或已经发生的不安全行为进行防御和控制，包括对组织人和个体人。个体人主要考虑正在发生或已发生情况(即失误恢复)；组织人层面是控制人为过失的最后一道防线，主要包括安全文化，安全教育，安全规章，安全技术。

此外，整个系统的安全行为除受个体人或组织人的个体特征影响外，还受外部环境影响(如：政府监管部门、社会系统要求等)。这里统称为外部影响因素，不再详细叙述。