循证安全设计理论的探索

2023-07-15宁世强高郭平田水承康与涛李晓艳

西安科技大学学报 2023年3期

宁世强，高郭平，田水承，康与涛，李晓艳

（1.上海海事大学海洋科学与工程学院，上海 201306；2.上海海洋大学海洋生态与环境学院，上海 201306；3.西安科技大学安全科学与工程学院，陕西西安 710054；4.西安科技大学安全与应急管理研究所，陕西西安 710054；5.中原工学院能源与环境学院，河南郑州 451191）

0 引言

安全科学公理指出“预防”是实现本质安全的关键，而良好的系统安全设计正是贯彻预防为主这一安全理念的重要法宝［1－2］。作为安全管理活动的“工具包”，安全设计贯穿于安全管理的全周期，基于预期安全目标将安全计划等传达以获得预期的安全效果［3］，提高安全管理活动效率。然而，由于安全信息的不对称现象［4－5］，安全设计漏洞的存在致使预期与实际安全效果存在偏差，如何优化安全设计，提高安全设计的科学合理性和实用性，实现安全设计成果的落地，是一个值得深入研究的课题。

目前安全设计研究集中于产品安全设计实践和安全设计理论等两方面，前者关注点为产品设计与用户人身安全的研究，在工业产品设计等领域存在大量实践产出［6－8］，而后者即安全设计理论研究相对匮乏，安全科学层面的安全设计理论研究近年开始逐步发展，WU和LI等对安全设计的定义、分类、基本原则、理念等基础性问题进行探讨［3］，构建工业安全设计人因模型和空间安全设计的理论模型等［9－11］。然而现有的安全设计的理论与应用实践尚存在较大的衔接空间，同时伴随着现代风险社会系统和要素的复杂性不断提高，安全目标与安全设计效果的偏差亟需降低，安全设计的应用落地迫切需要实用性方法的指导。

作为一种强调将决策最佳化的实践方法，“循证”则为安全设计的应用落地提供了新视角。循证即“遵循事实证据”，最早来源于循证医学研究［12］，循证实践在医疗、教育、建筑、社区矫正工作和公共管理等领域成果颇丰［13－15］。循证设计的概念同样来自循证医学，被HAMILTON定义为“设计者与合作方基于事实证据等做出设计决策的过程”［16］，循证设计在医院等建筑的环境规划领域得到广泛的应用实践［17］。安全科学研究范畴，WANG等提出循证安全概念并初步构建循证安全理论［18－19］，指出源于循证实践的循证安全，是一种以客观事实和数据等为依据，针对个体或组织的安全需求对安全资源进行管理的方法。WANG等基于循证安全理论对道路安全和城市安全风险问题进行详细诊断剖析，在风险精细化背景下得到较好应用与实践［20－21］。作为一种证据理论，循证安全研究仍存在较大发展空间。安全4.0时代，安全设计理论的良好实践落地亟需科学证据的指导，基于最佳科学证据进行安全管理实践，循证安全和循证设计为安全设计的理论探索与实践提供切入点。基于此，整合现有安全设计研究和循证理论，提出循证安全设计的定义并进行阐释，初步构建循证安全设计理论，对循证安全设计方法进行研究，以期丰富完善并促进安全设计理论的应用落地。

1 循证安全设计基本问题

1.1 定义与内涵

基于安全设计、循证设计和循证安全管理等定义［3，17－18］，从系统视角，将循证安全设计（Evi-dence-Based Safety Design，EBSD）定义为：一种针对特定系统或元素，基于事实、数据、方法和案例等最佳证据，由设计者将安全计划、规划、设想和措施等通过特定形式科学合理地传达的活动过程和方法。换言之，循证安全设计以实现安全为目的，通过预期的安全成果产出满足安全需求，降低系统或要素存在的安全漏洞，确保其可持续的良性安全运行。循证安全设计的定义表征模型如图1所示，循证安全设计过程包含研究对象、最佳证据、设计者和用户安全需求等基本要素，基于所给循证安全设计定义对其进一步阐释。

图1 循证安全设计的定义模型Fig.1 Definition model of EBSD

1）循证安全设计的研究对象为系统或系统元素，涉及安全需求的一切物质和非物质，而非局限于器物产品，如安全管理体系、安全时间规划、应急预案和安全空间布局等。由安全设计的特征可知，安全需求为安全设计的根本动力，而安全需求以人为对象，包含物质安全需求、时间安全需求、空间安全需求和精神安全需求等［10］，因而为满足安全需求所衍生的循证安全设计成果存在多种表现形式，如安全思路、安全过程和实物产品等。

2）以科学和准确的证据指导安全设计是循证安全设计的的核心内容。循证安全设计“所循之证”源于安全信息［22］，包括与研究对象安全需求相关的数据、案例、文献和手册等以文字和图像等表征的最佳证据，也包含安全文化氛围等抽象表征的信息，安全设计的循证来源呈现多样化。“证”的准确性上，基于安全情报和数智技术筛选的最佳证据是良好的循证安全设计实践的基石［23］。

3）循证安全设计以实现安全为目的，由设计主体基于专业知识经验通过基于最佳证据进行安全设计或安全设计优化的传达，将安全设计决策建立在经过大量实践检验和提炼的有效证据基础上，实现特定时间和空间范畴内系统或元素良好的状态，即以满足安全需求为最终目的，通过工程技术或非工程手段进行安全设计落地，以多种形式促进安全信息的有效传达。

4）循证安全设计作为一个动态过程，正如PD-CA周而复始的良性循环，其“循证过程”贯穿于安全设计的全过程，作为一种具有科学实证精神的理性安全设计方法，从安全设想、安全计划和规划到安全设计传达和表征等动态规程均需要最佳证据的参与。通过考虑安全需求的“循证”提高“预言性工作”的科学化和精准化，基于最佳证据持续促进安全设计优化，提高安全管理工作效率。

1.2 研究内容

循证安全设计的理论基础表征如图2所示，循证安全设计的研究基础直接来源为循证安全、循证设计和安全设计理论，对应间接涉及的学科理论主要包含安全信息学、安全管理学、循证医学、建筑学、安全心理学和安全工效学等，研究基础学科为安全科学、循证学（循证实践）和设计学等，具有典型的自然科学与社会科学理论交织融合的特点。从理论归属范围来看，循证安全设计作为安全设计在理论层面的应用拓展，隶属于安全科学理论与其他学科理论结合所衍生的一种安全设计方法，而该方法则可以和多学科交叉进行具体的安全设计实践。

图2 循证安全设计研究基础Fig.2 Basic foundations of EBSD

基于安全设计定义的分层理论和“任务—实际操作—效果”步骤［3］，归纳循证安全设计研究通用结构和研究内容，如图3所示和见表1，从宏观、中观和微观等不同维度对最佳证据、循证安全设计任务、循证安全设计操作和循证安全设计效果研究内容进行战略、策略和战术层面解析。

表1 循证安全设计研究内容Table 1 Research contents of EBSD

图3 循证安全设计整体结构Fig.3 General structure of EBSD

1.3 特性

对循证安全设计所具有的内在性质进行剖析，基于安全设计和循证设计的基础理论研究［3，9，24］，归纳循证安全设计8大特性，具体阐释见表2。

表2 循证安全设计特性Table 2 Characteristics of EBSD

1.4 功能

基于循证安全设计的基本内涵、特性和结构，构建循证安全设计功能的球棍模型，如图4所示，归纳循证安全设计的5大功能。

图4 循证安全设计功能Fig.4 Functions of EBSD

1）缓解安全信息不对称。通过有形或无形的设计成果尽可能减少安全信息偏差是循证安全设计的核心功能。基于语言、事件、能量、时空等视角解构系统或元素，提出设计任务并形成安全设计成果，促进安全信息的有效传达。

2）推动知识系统整合建构。安全知识贯穿于设计全过程，循证安全设计过程即知识的系统整合与提炼过程，循证安全设计证据体系的构建逐步促进安全设计知识系统化、科学化，并在此基础衍生相关新理论、新方法和新技术，构建科学开放的循证安全体系，进一步填补循证安全设计的理论空缺，推动安全科学新分支的发展。

3）保证安全设计持续优化。循证安全设计的直接功能为优化安全设计，其全过程存在反复“调查—策划—循证—设计—假设—验证—反馈—再设计”的动态循环。通过循证安全设计的可持续性安全设计优化，实现评价与实践应用的良性循环。

4）推进安全文化传播落地。循证安全设计过程需科学家、设计者、制造者、用户等多方进行协作沟通，循证安全设计的过程即缩小多方知识鸿沟和文化隔阂的过程；安全设计产品在常态和非常态安全情境下以光、声、色、湿度、温度等物质信息和能量信息通过视觉、听觉、触觉等传达至用户，良好的循证安全设计成果即安全文化的表征和传播。循证安全设计促进安全设计循证化、精细化和语境化，共同推动安全文化传播落地。

5）促进集体合作科学决策。通过循证安全设计过程的公众参与互动，充分融入用户的安全需求和意见，结合科学家、设计者、制造者、公众管理者等多方的知识合作进行共商共建共享，推进循证安全设计任务和实际操作的科学决策。

2 循证安全设计方法

2.1 循证安全设计通用模型

应用安全设计的“方位—方向—方法—方式”四方程序［10］，基于系统观，从宏观理论层面构建循证安全设计通用模型，如图5所示。

图5 循证安全设计通用模型Fig.5 General model of EBSD

从图5可以看出，循证安全设计核心程序包含“时空方位—学科方向—循证方法—研究方式”等，基于四方程序确定循证安全设计实践模式的8大步骤：提出问题—找寻证据—评估分析—制定决策—预期假设—效果评价—形成新证据—持续改进。对循证安全设计通用模型内涵进行扼要解释，就时空方位视角，循证安全设计研究的问题基于特定空间和时间，空间包含特定的物质空间、精神空间和社会空间等，时间包含成果的设计周期、使用寿命周期和再优化周期的整体和局部；学科方向视角，循证安全设计以哲学为指导，以安全科学、工效学、社会学、传播学、心理学和建筑学等为辅助，循证安全设计研究需要基于多学科的思想、原理和方法等进行具体操作；研究方法层面，循证安全设计全过程以证据为基础，循证过程即设计过程，可基于多学科视角和特定时空维度切入，利用多种搜寻方式，加深证据搜寻的深度与广度，证据的搜寻不应仅局限于数据、案例、标准等可具象表征的层面，思想、思维方式和经验等也需考虑在内；具体研究方式上，将社会科学和自然科学研究方法相结合进行假设和验证，运用于循证安全设计实践的全过程。

2.2 循证安全设计模式

对循证安全设计实践模式的8大步骤进行简要介绍，如图6所示。①通过调查与反馈，结合特定的人文环境和自然环境等背景，敏感捕捉用户的物质安全需求、精神安全需求和社会安全需求等，确定研究关键点，基于实际安全需求与安全条件提出安全设计问题与任务；②通过多方位途径搜集与所研究任务密切相关的安全数据、安全信息、安全知识和安全智慧等现有的安全设计成果；③对所收集证据进行分析解读和深层挖掘，形成所研究任务的安全设计概念；④基于安全设计概念结合证据进行安全设计的实际操作；⑤基于安全设计概念假定预期安全设计效果；⑥选择适当方式对安全设计成果的应用效果进行检验评价；⑦比较预期安全设计效果和实际安全设计效果，若实际效果与预期不符，则再次进入第1步，确定安全设计漏洞并提出问题，进行持续改进，直至获得安全设计任务的最优解；⑧将获得的安全设计最优解的过程和内容等案例录入安全设计证据库，生成新证据。循证安全设计8大步骤的实施需要与具体时空方位、学科方向、循证方法、研究方式等有机结合。

图6 循证安全设计实践模式Fig.6 Practical pattern of EBSD

值得注意的是，循证安全设计的前提是确保“证”的准确性与科学性。为确保“证”的准确性，在依据安全设计任务进行的证据搜集过程中，对大量安全设计信息的收集、分析与处理是循证安全设计得以持续开展的基本条件，循证安全设计的最佳证据筛选需借助基于安全情报和数据智能技术的支撑，结合数据挖掘、机器学习和专家研判等方式提取精准安全设计情报，以确保实践的准确性。同时，循证安全设计全过程伴随着由循证安全设计实践主体牵领的设计者、制造者、专家、用户等多方的安全沟通，良好持续的沟通助力循证安全设计流程的实施，如基于设计者与用户的有效沟通帮助确定整体安全需求和精准安全需求、基于设计者与制造者的共识促进安全设计理念与产品的一致性、基于专家参与的多方沟通确保实践的科学性与可行性等。

2.3 循证安全设计证据系统

证据是循证安全设计的根本驱动力，传统的证据处理方法在安全科学研究呈现信息化和智能化趋势的背景下存在局限性［25］，因而构建循证安全设计证据系统是实现循证安全设计长远应用发展的基本前提。基于此，为提高证据的准确性和科学性，从证据的收集、存储和使用等建立循证安全设计证据系统的建构模型，如图7所示。

图7 循证安全设计证据系统的建构模型Fig.7 Construction model of EBSD’s evidence system

从图7可以看出，循证安全设计证据系统包含多个独立证据库组成的开放共享的证据网，基于该平台可实现安全设计证据的系统化整合利用，通过操作者之间的交互行为，促进证据的共享、交换、检索和更新等，提高循证者的应用能力。对单个循证安全设计证据库的收集、存储和利用方法进行介绍：首先，安全设计证据的收集利用可通过文献查阅检索、对现有的系统数据库分析挖掘、向专家和实践者求教、借助技术进行反向推理、发放问卷和访谈、产品和用户的行为模式观察、实验模拟和图像影响分析等渠道开展，原始证据的类型具有多种形式；其次，安全设计证据的存储需将证据结构化，基于证据的质量或推荐强度等进行证据分级［26］，针对证据的性质和用途等进行聚类，将分类证据的属性进行定义后再进行语义关联和结构化编码，再次优化压缩后进行证据存储；最后，在明确检索目的和问题的情况下通过语义关联、证据地图、知识图谱、区间检索、空间检索和操作者的关联共享等策略进行针对性检索，以获取所需循证安全设计证据。循证安全设计证据系统在证据“收集—存储—检索”的循环过程中得以持续更新升级，同时，循证安全设计集成系统、循证安全设计专家支持系统、循证安全工具库等证据库子系统的构建将进一步完善循证安全证据系统，该系统的构建是满足循证安全设计实践的必然趋势。

2.4 应用展望

基于循证安全设计的研究内容，从宏观理论发展和实践应用角度对循证安全设计的研究进行展望。

2.4.1 理论层面

循证安全设计方法与多学科原理的融合可进一步丰富安全设计理论，如基于循证的精准安全设计研究，通过循证方法衍生面向目标用户的精准安全设计成果，进一步提高循证安全设计效果；在安全系统内部和外部复杂性不断提高的背景下，基于涌现的循证安全系统设计理论研究提高系统安全韧性，如复杂系统的循证安全设计降维和安全设计产品的涌现效果预测分析等；同时安全作为一种产品，为满足人类可持续的正常生产生活，基于安全经济学视角的安全设计投入、产出、收益和产品寿命周期等理论的循证研究具有重要价值［27］。

2.4.2 实践层面

基于顶层设计指导进行避灾、承灾、减灾循证安全设计以实现本质安全设计和应急安全设计［10］。例如针对中观系统，面对大流行病、自然灾害、人为灾害等多种扰动的冲击，针对城市基础设施、供应链、经济、金融和公共卫生系统的循证安全设计实践是实现安全系统韧性的根本方法，如通过解耦、冗余、集成等方式赋予系统安全韧性［28］；微观安全设计层面，面向目标群体的空间循证安全设计对提高用户风险感知能力具有重要作用，如针对社区突发事件的紧急响应救援系统的循证安全设计、应急避难场所布局规划的循证设计、符合区域背景的防灾减灾手册的循证设计、交通运输工具的空间循证优化设计如地铁紧急疏散空间，驾驶室的人－机操作界面和驾驶室的物理空间环境等。