大數據驅動的企業智慧安全績效管理模型構建

康良國，吳 超

（1.中南大學資源與安全工程學院；2.中南大學安全理論創新與促進研究中心，湖南長沙 410083）

1 研究背景

自Nature和Science分別推出有關大數據的研究專刊，掀起安全科學研究范式的變革，也開啟了安全生產大數據時代［1］。原國家安全生產監督管理總局（現為應急管理部）于2015 年提出要建立安全生產統一數據庫，提升安全生產大數據的應用能力［2］。在大數據發展戰略下，物聯網、云計算、人工智能等前沿信息科學技術大量應用于安全績效管理領域，促使安全績效信息服務更加自動化、高效化、實時化、智能化［3］，因此，數據驅動的智慧安全績效管理是安全績效變革的必經之路。

近幾年來，智慧地球、智慧城市、智慧園區、智慧社區、智慧家庭、智慧圖書館等從抽象理論正快速實現應用與服務，也悄然改變人類生活方式［4］，智慧安全管理以物聯網、云計算等前沿信息技術為基礎，對安全生產領域進行數字化、網格化、智能化管理，并從根本上改變傳統的安全管理模式。劉紅波等［5］認為智慧安全是城市安全管理的新型模式，有利于克服公共安全管理存在的低效率和無組織狀態問題。夏一雪等［6］從資源、組織、運行3 個層面構建公共安全智慧治理模式，有利于提高城市的危機治理能力。王廣斌等［7］發現，城市生活質量、可持續性與運行效果是測量智慧城市建設目標績效的3 個重要維度。劉紀達等［8］通過分析345 篇論文發現，國內智慧消防研究集中于理論與技術應用層面。安全績效是衡量安全管理工作的有力手段，Kang 等［9-10］通過分析我國省級建筑業安全績效和省級道路交通安全績效，發現定期開展安全績效評估有助于決策單元及時發現安全管理漏洞；廖中舉［11］通過分析過去30 年的國內外相關文獻，發現安全績效影響因素主要集中于安全文化、安全氛圍和安全領導力；康良國等［12］通過分析大數據對安全績效管理的影響，發現基于大數據的安全績效管理有助于提升企業安全管理水平。

智慧安全績效管理是一個跨學科合作的過程，但當前智慧績效研究主要從智慧城市評估視角開展，缺乏從安全科學角度對智慧績效管理進行理論化、系統化研究。在物聯網、大數據等前沿信息技術的驅動下，企業的安全績效管理從傳統的人工安全績效管理轉向智慧安全績效管理模式，即智慧安全績效管理通過數據驅動的方式實時監督安全生產情況，并以信息化方式呈現組織、部門或員工的安全工作狀況。鑒于此，本研究剖析智慧安全績效管理的定義、內涵、意義與特征，構建數據驅動下的智慧安全管理總體模型，并從基礎設施、數據采集、數據分析、信息服務方面分析子模型內容，以期為安全績效管理的數據化、智能化建設提供理論支撐。

2 智慧安全績效管理的概述

就安全科學發展現狀而言，如何讓計算機、紅外、遙感、傳感、監控等先進技術融合于企業安全績效管理，對人員不安全行為與物不安全狀況進行預警或預測，并提供績效信息以持續提升安全生產狀況，這仍是一大難題。究其原因，存在3 個方面的挑戰：

（1）安全績效認知差異對智慧績效信息服務支持不足。當前很多企業對安全績效認知仍停留在事故結果層面，如事故次數、傷亡人數、財產損失、職業病人數等，忽視了安全遵守和安全參與等安全行為的測量。安全績效考評范圍擴展到組織安全生產工作方面，將大幅度增強智慧安全績效信息的應用價值。

（2）安全管理的信息基礎設施建設對智慧安全績效管理支持不足。當前企業安全績效管理還停留在初級信息化階段，一方面，不同部門、生產崗位的安全數據采集標準差異可能產生“數據孤島”情況；另一方面，海量數據增加了決策者獲取細粒度知識的難度，影響安全績效信息的發現與挖掘。此外，靜態安全信息被大量使用于組織績效管理，缺乏實時、動態的信息流反饋于安全生產工作，但動態信息流是進行智慧安全績效管理的必要支撐條件。

（3）傳統的安全績效管理架構難以適應數據驅動的安全績效考核要求。一方面，安全績效數據的采集、存儲、分析、可視化僅停留于傳統安全績效管理思維，缺乏數據驅動的應用特征；另一方面，數據驅動的智慧安全績效管理框架缺乏體系化、全局化的觀念，且與組織發展戰略目標融合程度不足。

2.1 智慧安全績效管理的定義與內涵

大數據時代、工業4.0 時代、人工智能時代發展下，智慧安全管理的提出與興起為有效評估安全生產工作注入新的理念，在此背景下，本研究提出智慧安全績效管理的定義：智慧安全績效管理是指充分利用互聯網、物聯網、大數據、云計算等信息技術，自動監督組織、部門、個人層面的安全工作狀況，通過提供安全績效信息服務，全面、準確、實時掌握“人-機-環”系統的安全狀況，進而持續提升安全管理水平。

智慧安全績效管理的內涵可做進一步解釋，具體如下：

（1）智慧安全績效管理是以大數據、云計算、互聯網、物聯網等前沿信息技術為支撐，通過使用計算機、無線通信、微波、傳感、紅外、遙感、監控等硬件或軟件設施，實現對“人-機-環”系統安全狀況的監控與預警。這些監控與預警信息可作為安全生產工作考核的重要內容。

（2）大數據技術分析與挖掘結構化、半結構化、非結構化數據蘊含的信息，實時把安全績效信息以預警方式發送給員工，員工基于這些信息進行正反饋或負反饋，如此反復，有助于幫助員工及時改正不安全行為、消除物的不安全狀態、掌控環境的不安全因素。

（3）智慧安全績效管理體現了自動化、高效化、實時化、信息化的管理特征，對不同的生產車間、操作崗位進行全方位監督檢查。動態數據流是進行數據分析與數據挖掘的基礎，再加以補充歷史安全數據與人工錄入數據等靜態數據流，監控與預警組織、部門、個人層面的安全工作狀況。

2.2 智慧安全績效管理的意義與特征

智慧安全信息系統實時挖掘安全數據中蘊含的績效信息，并以可視化的形式發送給員工。在大數據驅動下，智慧安全管理的意義可從以下幾點做進一步闡述：

（1）智慧安全績效管理理念是把安全績效與企業發展戰略結合起來，形成一個閉環生態系統，也是實施組織安全戰略導向的抓手，對符合組織安全發展戰略導向的安全行為與安全措施及時給予獎勵，以營造良好的安全文化氛圍；反之，發送警報信息以切斷員工間不良安全氛圍的傳遞，發揮安全績效管理的導向作用。

（2）智慧信息系統的硬件或軟件基礎設施，將安全基礎管理、安全教育管理、隱患管理、安全現場管理、安全事故管理、應急管理等系統整合在一起，使其彼此聯系、相互促進，通過大數據分析技術，挖掘數據流蘊含的績效信息，探尋影響員工安全績效的關鍵因素，為制定員工的安全操作規范與安全規章制度提供理論依據。

（3）在數據驅動的智慧安全績效管理的背景下，信息系統全方面、無間斷、實時收集安全相關數據，自動評估員工的安全知識、安全素養、崗位安全操作技能情況，根據崗位風險等級與工作特點，構建完善的安全績效考核制度與科學合理的安全績效指標體系，并搭建公正、客觀的安全激勵機制，充分調動員工的安全生產積極性。

（4）智慧安全績效管理可優化企業內部的數據網絡結構，自動完成不同生產部門、生產崗位數據信息的語義轉換，加快數據存儲與分析的處理時間，使得決策者與被決策者就安全績效結果的溝通、反饋變得更加順暢，消除或減緩因組織冗余造成的安全績效信息偏差，進而提高安全績效評估結果的信度與效度。

與傳統安全績效管理模式相比，智慧安全績效管理在績效信息獲取、績效信息傳輸、績效信息應用、信息技術支撐等方面發生了改變與革新，具體內容如表1 所示。

表1 智慧安全績效管理與傳統安全績效管理的特征比較

3 智慧安全績效管理總體模型構建

海量數據是安全管理決策的信息資源，也是實現智慧安全管理的基礎［13］，智慧安全績效管理需以相應的硬件、軟件設施設備作為支撐，并結合工程技術（如分布式文件數據庫HDFS、分布式數據庫HBase、分布式計算架構MapReduce）和策略技術（如有監督學習、無監督學習）。從基礎技術功能角度分析，智慧安全績效管理需要數據采集、數據存儲、數據分析、數據挖掘算法、數據可視化等應用技術。智慧安全績效管理的基礎設施繁雜多樣；從基礎設施架構分析，智慧安全績效管理需要物聯網感知層基礎設施、網絡通信層基礎設施、信息服務支持層基礎設施、智慧應用層基礎設施。此外，智慧安全績效管理需以具體的學科理論作為支撐，避免在應用時出現事倍功半的效果。數據驅動的智慧安全績效管理是安全科學、管理科學與數據科學等學科交叉融合產物，因此，智慧安全績效管理需以這些學科的理論體系作為支撐。隨著信息技術發展，大數據、計算機科學也在更新換代，安全績效管理被賦予新的時代內涵。基于此，本研究從基礎設施、數據采集、數據分析、信息服務4 個方面構建智慧安全管理模型，如圖1 所示。

圖1 智慧安全績效管理總體模型

（1）在當前信息技術環境下，數據采集方式主要有硬件采集（傳感器、監控器、定位器）、軟件采集（網絡爬蟲、日志抓取、搜索引擎）與人工采集（人員錄入、數據下載、數據上傳）［14］。人工采集會自動刪除、過濾、篩選或遺漏一些關鍵信息，影響績效數據分析結果的準確性與完整性。隨著社會信息化程度的提高，硬件與軟件采集將逐漸成為未來安全績效數據采集的主流方式，這保障了原始數據來源的真實性、可靠性、原始性、可持續性［15］。

（2）數據驅動的自動化決策模型是智慧安全績效管理的核心。海量數據只有經過數據挖掘算法的訓練，并由此構建一套完整的數據處理價值體系，即形成一個從數據管理、數據分析、數據可視化到提煉數據規律、知識、洞察力的自動決策模型，才能基于海量數據形成智慧安全績效管理的核心資源庫。安全績效管理的自動決策模型可參考現有成熟的商業決策模型，取長補短，并融合安全管理的時效性特征。此外，智慧安全管理彌補了傳統績效管理在抽樣統計調查方面的不足。

（3）信息服務是智慧安全績效管理的應用落地。隨著人們對安全認識的科學化、系統化，安全科學研究范圍也逐漸擴大，即大安全觀，復雜安全系統也需根據實時的績效信息加以反饋或修正，且智慧安全績效信息可實時反映人在風險管控中的作用。一方面，風險演變使得人們需定期接受反饋信息以確定安全行為是否科學有效；另一方面，人機交互模式使得人員更易接受與理解安全績效測量結果，并作出相應的安全行為，遏制風險隱患的進一步擴大。

（4）不同應用層面的績效信息服務對大數據系統的軟硬件設施設備要求具有差異性。在市場經濟競爭激烈的環境下，企業的安全投入是有限的，如何在有限的時間、預算、質量要求下選擇相應的基礎支撐設施設備、數據采集方式、數據分析方式以及績效信息服務質量，這關乎安全績效管理是否能在組織內部順利開展。此外，智慧安全績效管理信息系統不是一蹴而就的，應根據實際情況不斷反饋修正，適應于組織、部門、個人層面的安全績效管理。

（5）基礎設施支撐層從硬件、軟件、基礎理論3 個層面對績效數據采集系統的運行提供必要條件，也是實施智慧安全績效管理的基礎。海量績效數據是進行績效數據分析的核心資源，即海量數據為安全績效決策模型的訓練提供樣本，而自動決策模型的構建會對績效數據采集系統作出反饋，使其在數據采集、數據傳輸、數據預處理、數據存儲方面進行優化。此外，績效數據分析系統將挖掘出的決策信息應用于安全生產實踐，形成“人-機”交互作用，如此反復，不斷完善決策模型，進而發揮數據資源在安全績效管理的主導作用。

4 智慧安全績效管理子模型解析

智慧安全績效管理基礎設施子系統、智慧安全績效數據采集子系統、智慧安全績效數據分析子系統、智慧安全績效信息服務子系統是構成智慧安全績效管理體系的4 個模塊。

4.1 智慧安全績效管理基礎設施子模型

應用對象不同，智慧安全績效管理基礎設施有所不同。智慧安全績效管理包括物聯網感知層、網絡通信層、信息服務支撐層、智慧應用層4個層次［16］，如圖2 所示。物聯網感知層主要負責安全績效相關數據的采集，通過光敏、氣敏、溫敏、壓敏、聲敏、化學敏等傳感器，配備人員可穿戴設備、風險識別監控設備、紅外感應器、人員定位設備等基礎硬件或軟件設施，實時采集企業生產范圍內的安全相關數據，并通過網絡傳輸技術將數據傳輸到信息系統數據庫。網絡通信層主要負責信息的傳遞。當前的無線技術大致分為5G、WiFi、ZigBee、BLE、NBIOT、LoRa 等，這6 種無線技術的組網方式、網絡部署方式、傳輸距離、傳輸速度、頻段、網絡延時、適合領域存在差異，安全績效管理需根據使用場景選擇相應的無線技術及其配套基礎設施，尤其是在萬物互聯的時代，需仔細考量成本、質量、時間三者之間的平衡。信息服務支撐層主要負責部門、生產車間、崗位的信息資源整合、共享與共有，需以異構存儲器、異構服務器與異構系統平臺等信息設備轉化為統一服務資源，最大程度實現績效數據資源的統籌管理，為企業層面的智慧安全績效管理提供支撐。此外，信息服務層的技術內容包括分布式存儲技術、云計算技術、大數據技術等。智慧應用層是針對具體場景的應用功能。對于不同的場景，智慧安全績效管理的硬件與軟件設施、數據分析方法、數據挖掘算法存在巨大差異，一般而言，風險度高的場所更需安全績效信息進行實時監控，例如，對于高危生產工藝場景，數據的容錯率低、清洗粒度適中；對于非高危生產工藝場景，數據的容錯率高、清洗粒度較為寬泛。

圖2 智慧安全績效管理基礎設施子模型

4.2 智慧安全績效數據采集子模型

安全績效數據采集子系統是進行智慧安全績效管理的數據源泉，其模型如圖3 所示。在當前環境下，通過硬件、軟件、人工方式分別獲取硬件采集數據（如視頻監控數據、儀器監測數據、傳感器數據）、軟件采集數據（如互聯網數據、社交網絡數據、物聯網數據）與人工錄入數據（如隱患數據、培訓調研數據、風險管控抽查數據）。采集到的數據通過5G、WiFi、ZigBee、NB-IOT、LoRa 等無線技術上傳智慧信息系統數據庫。首先，數據需進行預處理（如數據清理、數據集成、數據變換、數據規約等處理方法），對數據進行審核、篩選、排序，使其更好地存儲于數據庫中；其次，根據數據重要程度，選擇在線存儲或離線存儲，把績效數據存儲于數據倉庫。

圖3 智慧安全績效數據采集子模型

4.3 智慧安全績效數據分析子模型

安全績效數據分析子系統是進行智慧安全績效管理的核心，其模型如圖4 所示。存儲的海量數據經過機器學習，構建數據驅動下績效管理的自動決策模型，根據具體應用情境，選擇有監督學習與無監督學習算法對績效數據流進行挖掘，若缺乏相關的先驗知識訓練決策模型，一般選擇無監督學習算法分析安全績效數據流，挖掘績效因素的關聯性。此外，隨著大數據技術在互聯網應用的成熟，各種數據分析模型孕育而生，如行為事件分析模型、分布分析模型、屬性分析模型、用戶群分析模型等，這些成熟的模型為構建智慧安全績效管理決策模型提供理論指導與應用參考。自動決策模型對績效數據進行整理、抽取，把績效數據轉換成對安全管理有幫助的信息，得出安全績效評估結果，并作出安全管理決策。與此同時，決策模型將調用現有安全知識庫，不斷修正反饋決策結果。智慧安全管理并不意味著完全取代人工、完全任由智慧信息系統進行決策，在制定和落實安全決策時，要充分利用人工優勢進行修正與反饋。究其原因是，安全科學是一門綜合交叉學科，具體應用時要結合情景知識（如安全知識、安全技術、安全方法、安全理論）和其他領域知識（如計算科學領域、管理科學領域、大數據領域、計算機領域），才能使安全績效考核實現事半功倍的效果；此外，決策結果偏差需要人員進行糾正，促使決策模型不斷學習、訓練，契合于具體的安全應用場景。

圖4 智慧安全績效數據分析子模型

4.4 智慧安全績效信息服務子模型

安全績效信息服務子系統是智慧安全績效管理的應用落地，其模型如圖5 所示。智慧安全績效管理是由人工交互界面與移動智能終端技術、可視化技術、人機交互技術構成。智慧安全績效管理首先要實現績效結果實時更新功能，根據安全管理需求，隨時調取歷史績效數據，并形成相應的獎懲制度；其次，智慧安全績效管理系統實時監控人的不安全行為、物的不安全狀態、環境不良因素，自動將風險信息發送給員工，并責令其立即整改或限期整改。此外，根據生產工藝、崗位、工種的不同，推送個性化的績效信息，并根據人員的信息認知偏好制定相應的安全教育和安全培訓方式［17］。應用場景不同，智慧信息系統處理績效數據的成本、質量、時間存在差異，以企業為例，組織層面的安全績效管理要求要比個人層面的繁雜，所需的硬件、軟件實施設備更為龐大。當然，個人層面安全績效是組織層面安全管理的基石，只有持續提升個人層面的安全績效，才能營造良好的組織安全生產環境。

圖5 智慧安全績效數據分析子模型

5 智慧安全績效管理的發展策略

（1）加強智慧安全績效管理的戰略規劃布局。由于智慧安全管理的起步較晚，目前還處于概念和理論探索階段，尚未形成統一的建設標準。因此，企業應根據自身生產工藝情況，在現有安全管理信息化程度的基礎上對智慧安全績效管理進行統籌規劃和實施分步走戰略，并基于不同組織安全生產發展階段升級安全績效管理模式。首先，采用安全監控設施以及安全傳感監測設備，實現精確安全績效服務的弱智慧安全管理階段；然后，使用人工智能、大數據等技術，實現安全績效信息智能響應的強智慧安全管理階段。

（2）增強智慧安全技術的敏感性。企業在構建智慧安全績效管理體系時，根據當前安全生產技術和安全生產工作需求，發現并及時引入智能安全管理技術。企業通過組織安全生產專家、安全管理人員等研究團隊，學習或借鑒國內外企業智慧安全管理系統的建設經驗，并與專業安全服務機構開展安全績效信息化建設的合作，加強安全生產信息技術的應用轉化，從傳統的安全績效管理模式轉向數據驅動的智慧安全管理模式。

（3）加強員工對智慧系統的熟悉度。智能安全績效管理效果通過員工安全生產工作狀況來體現，因此，員工狀況是影響績效信息系統應用價值的重要因素，包括員工對智慧安全績效管理的認知、對信息系統使用技能的掌握情況等。如果員工不了解或不熟悉智慧安全績效管理的技術和環境，就無法自主利用這些技術傳遞或獲取安全信息。因此，企業在實施智慧安全績效管理時，通過線上或線下等方式交流或學習智慧安全績效管理模式，進而增強員工的信息素養和數字素養。

（4）加強管理層的智能安全素養。管理層是推動傳統安全績效管理轉向智慧安全績效管理的主要力量。智慧安全績效管理的構建需要管理層給予人力、物力、財力等資源的支持，因此，只有管理層人員認識到智慧安全績效管理的重要性，才能促使組織有內在動力開展智慧安全績效管理活動，這對管理層人員的智能安全素養提出了更高的要求。通過開展智慧安全管理主題的培訓課程、講座與論壇，培養和提升管理層人員的智慧安全素養。

（5）增加個性化的安全績效信息服務能力。通過分析員工的安全生產數據，智慧安全績效管理系統可針對不同崗位、不同習慣、不同愛好和不同年齡的人群采用個性化的績效信息服務，增強員工對安全績效結果的反饋能力，這對及時消除風險隱患具有重要指導意義。因此，企業在構建智慧安全績效管理系統時，要充分考慮危險源、風險度、微氣候差異等因素，針對高風險崗位操作人群提供個性化的安全信息服務，進而增加員工的安全承諾度。

6 結論

在大數據技術的驅動下，傳統安全績效管理轉向智慧安全績效管理模式，智慧安全績效管理系統通過利用前沿信息技術提供安全績效信息服務，掌握“人-機-環”系統的安全狀況，進而持續提升安全管理水平。本研究從基礎設施、數據采集、數據分析、信息服務4 個方面構建大數據驅動的企業智慧安全管理模型，并分別解析智慧安全績效管理基礎設施子模型、智慧安全績效數據采集子模型、智慧安全績效數據分析子模型、智慧安全績效信息服務子模型的內容。

為增加智慧安全績效管理理論的實用性，從加強智慧安全績效管理的戰略規劃布局、增強智慧安全技術的敏感性、加強員工對智慧系統的熟悉度、加強管理層的智能安全素養、增加個性化的安全績效信息服務能力5 個方面提出智慧安全績效管理的發展策略。此外，隨著信息科學技術以及智慧安全的發展，智慧安全績效管理的內涵并不是一成不變的，會被賦予新的時代要求。