趙勁松：預(yù)知潛在風(fēng)險(xiǎn)，做化工安全科技創(chuàng)新的引領(lǐng)者

近期，數(shù)據(jù)派THU將陸續(xù)推出“清華大數(shù)據(jù)之聲”采訪系列文章，集中展示清華大學(xué)大數(shù)據(jù)研究中心的專家們?cè)趯W(xué)科交叉領(lǐng)域的不斷探索、通過大數(shù)據(jù)技術(shù)的賦能所取得的相關(guān)成就以及在科研攀登道路上的收獲與感悟。

嘉賓介紹

趙勁松教授，博士生導(dǎo)師，清華大學(xué)大數(shù)據(jù)研究中心管委會(huì)委員，清華大學(xué)化學(xué)工程系主任，過程系統(tǒng)工程研究所所長(zhǎng)，工業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)與應(yīng)用北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任。博士畢業(yè)后，先后就職于美國(guó)普渡大學(xué)、美國(guó)Day&Zimmermann公司、美國(guó)AET公司和北京化工大學(xué)，任博士后副研究員、Senior Engineer、MES Project Leader等職，主要從事化工安全系統(tǒng)工程方面研究工作。

趙勁松教授

每當(dāng)看到有關(guān)于生產(chǎn)安全事故的報(bào)道，相信大家都會(huì)跟著捏一把汗，2015年天津港爆炸事件舉國(guó)震驚、2019年江蘇響水“3·21”特別重大爆炸事故同樣是觸目驚心，兩起事故造成二百余人遇難，損失巨大。“安全生產(chǎn)，警鐘長(zhǎng)鳴”絕不是一句簡(jiǎn)單的口號(hào)，背后關(guān)系到眾多鮮活的生命。

清華大學(xué)化學(xué)工程系趙勁松教授的主要研究方向就是化工安全。上世紀(jì)九十年代初，計(jì)算機(jī)還不像現(xiàn)在這么普及，人工智能在國(guó)內(nèi)還不是“熱詞”。趙老師在1992年本科畢業(yè)后，機(jī)緣巧合中選擇了過程系統(tǒng)工程方向讀研，主要圍繞化工過程裝置機(jī)理模型的開發(fā)。進(jìn)入博士論文研究時(shí)，主要用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行復(fù)雜化工過程故障診斷研究。1997年博士畢業(yè)之后，趙老師出國(guó)做危險(xiǎn)和可操作性（HAZOP）分析專家系統(tǒng)的研發(fā)工作。當(dāng)時(shí)就發(fā)現(xiàn)我們國(guó)家在化工安全方面距離國(guó)外還有很大差距。如何通過與人工智能技術(shù)相結(jié)合改變國(guó)內(nèi)化工行業(yè)安全生產(chǎn)落后的面貌，是他一直在思考的問題。

借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，解決領(lǐng)域關(guān)鍵問題

2003年，國(guó)家提出堅(jiān)持以人為本的理念，當(dāng)時(shí)還在美國(guó)工作的趙老師深感這是對(duì)化工安全工作者的極大召喚。要實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)，做好事故預(yù)防是最首要的。如果不能以人為本，事故預(yù)防工作就不會(huì)被重視。而要做好事故預(yù)防工作，必須要知道可能的風(fēng)險(xiǎn)在哪、風(fēng)險(xiǎn)有多高，把傳統(tǒng)的安全管理提升到風(fēng)險(xiǎn)管理的水平和高度。令人遺憾的是很多企業(yè)對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)管理的認(rèn)知比較薄弱，大多還停留在傳統(tǒng)的職業(yè)安全管理階段。

做好風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作并不容易，不同的人對(duì)同樣的化工裝置的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果可能會(huì)不一樣。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的質(zhì)量便成了很重要的一個(gè)問題。但是，早在20年前，甚至到了現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)還很少有人認(rèn)識(shí)到這一關(guān)鍵問題的重要性。結(jié)果導(dǎo)致我們所有的化工企業(yè)都開展了各類風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作，但是，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估質(zhì)量往往不高，存在隱患排查治理不徹底的問題。為了提升風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估質(zhì)量，2005年趙老師回國(guó)之后，結(jié)合我們國(guó)家石油化工行業(yè)的實(shí)際情況，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上率先利用人工智能的案例推理技術(shù)和本體論（現(xiàn)在也叫知識(shí)圖譜），開發(fā)出新一代HAZOP分析智能系統(tǒng)。隨著系統(tǒng)的用戶越來越多，所構(gòu)建的案例庫(kù)越來越大，內(nèi)容越來越豐富，輔助推理能力越來越強(qiáng)，在HAZOP分析的時(shí)候就能幫助企業(yè)提升風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的全面性、系統(tǒng)性和一致性。但是當(dāng)時(shí)大數(shù)據(jù)的概念還未興起，現(xiàn)在回過頭來看，這個(gè)建立在HAZOP案例大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的HAZOP智能推理系統(tǒng)，也算作比較早的大數(shù)據(jù)技術(shù)在化工事故預(yù)防領(lǐng)域的應(yīng)用。

開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)工業(yè)軟件，助力化工行業(yè)安全發(fā)展

事故預(yù)防與應(yīng)急管理智能化平臺(tái)

在早期的HAZOP智能軟件開發(fā)的基礎(chǔ)上，趙勁松教授團(tuán)隊(duì)與有關(guān)合作伙伴共同開發(fā)了過程安全管理智能軟件平臺(tái)PSMSuite。目前，這套軟件已經(jīng)先后推廣到多家化工企業(yè)和化工類設(shè)計(jì)院。

隨著我國(guó)危險(xiǎn)化學(xué)品行業(yè)安全生產(chǎn)水平不斷提高，自動(dòng)控制系統(tǒng)已經(jīng)成為很多化工企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)配置。自動(dòng)控制系統(tǒng)極大地減少了生產(chǎn)流程的擾動(dòng)，有效地保障了“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”運(yùn)行。但是如果自動(dòng)控制系統(tǒng)的報(bào)警設(shè)置不好，就會(huì)帶來一個(gè)不利因素，即報(bào)警數(shù)量過多，報(bào)警泛濫的問題，乃至于超出了操作工人處理的能力。例如，2018年張家口盛華化工公司重大爆燃事故的調(diào)查報(bào)告指出，該企業(yè)“中控室經(jīng)常關(guān)閉可燃、有毒氣體報(bào)警聲音，對(duì)各項(xiàng)報(bào)警習(xí)以為常，無法及時(shí)應(yīng)對(duì)”。為了解決這一關(guān)鍵問題，趙勁松教授團(tuán)隊(duì)先后提出了動(dòng)態(tài)人工免疫系統(tǒng)模型、遷移學(xué)習(xí)策略和深度學(xué)習(xí)自適應(yīng)算法，在國(guó)內(nèi)外獲得了多項(xiàng)授權(quán)發(fā)明專利，開發(fā)了智能報(bào)警管理軟件系統(tǒng)ITAM，并于2011年獲得了軟件注冊(cè)權(quán)。

之后，該軟件不斷迭代升級(jí)，2019年經(jīng)過學(xué)校批準(zhǔn)，完成了知識(shí)產(chǎn)權(quán)轉(zhuǎn)化工作。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，團(tuán)隊(duì)又開發(fā)了化工企業(yè)和化工園區(qū)事故預(yù)防及應(yīng)急管理智能化平臺(tái)，在多家化工企業(yè)和化工園區(qū)推廣應(yīng)用。通過應(yīng)用多種智能風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、智能報(bào)警優(yōu)化、智能分級(jí)響應(yīng)、智能預(yù)警關(guān)聯(lián)等模型，對(duì)化工園區(qū)和化工企業(yè)各類風(fēng)險(xiǎn)報(bào)警大數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化管理后，企業(yè)或園區(qū)的無效報(bào)警總數(shù)顯著下降(下降幅度達(dá)50~80%)，智能化分級(jí)響應(yīng)和分級(jí)處理效率大幅提升，將預(yù)警從概念落實(shí)到可操作，極大提高了企業(yè)和園區(qū)的安全管控水平和能力。最近，趙勁松教授正在帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)利用工業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行超前預(yù)警人工智能技術(shù)的研發(fā)工作，有關(guān)論文成果已引起了國(guó)內(nèi)外同行的廣泛關(guān)注。

投身化工安全人才培養(yǎng)，促進(jìn)人才素質(zhì)提升

要做好事故預(yù)防工作，一方面企業(yè)要建立風(fēng)險(xiǎn)管理體系，另外一方面，需要向大眾多普及相關(guān)知識(shí)，讓大家提高安全意識(shí)。同時(shí)，也要吸引一大批掌握科學(xué)的安全管理方法的高水平人才從事這樣的工作。現(xiàn)在化工行業(yè)的高水平人才還不夠多，在國(guó)內(nèi)一提到化工行業(yè)，大家總感覺是一種“高危”行業(yè)，再加上待遇并不高，不太能吸引高水平的人才加入，而在國(guó)外來講這個(gè)行業(yè)還是非常令人尊重的一個(gè)行業(yè)。事實(shí)上，化工行業(yè)的事故率相對(duì)于建筑行業(yè)和交通行業(yè)的事故率都是非常低的。風(fēng)險(xiǎn)總是會(huì)有，主要問題是怎么樣來把風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的水平。 

為此，我們國(guó)家需要吸引更多學(xué)生自愿為祖國(guó)的化工安全事業(yè)做貢獻(xiàn)，愿意做一些有風(fēng)險(xiǎn)但是更有價(jià)值的事情。談到化工安全，它是一個(gè)多學(xué)科交叉的領(lǐng)域。隨著技術(shù)的發(fā)展，化工對(duì)“人”也提出了更高的要求；有了先進(jìn)的方法，也要有高素質(zhì)的人才去實(shí)操。趙老師率先在國(guó)內(nèi)開設(shè)了“化工過程安全”本科課程和“化學(xué)工程倫理”研究生課程，旨在促進(jìn)技術(shù)和人文素質(zhì)的共同提高，讓我們培養(yǎng)出的高水平化工安全復(fù)合型人才更加關(guān)注生命、社會(huì)和環(huán)境，讓化工行業(yè)的安全管理和風(fēng)險(xiǎn)治理向美而行，少一些“豆腐渣”，多一些精制、深刻、徹底和全面。近些年，由于高校人才引進(jìn)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的問題，很多高校的教師隊(duì)伍中都非常缺乏能夠講好這兩門課程的教師。為此，趙老師曾與香港科技大學(xué)、美國(guó)密歇根大學(xué)相關(guān)專家一起舉辦了“化工過程安全”師資培訓(xùn)班，出版了教育部高等學(xué)校化工類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)推薦教材《化工過程安全》；作為主講專家之一多次參加了全國(guó)工程專業(yè)學(xué)位研究生教育指導(dǎo)委員會(huì)主辦的“工程倫理”師資培訓(xùn)班，為全國(guó)高校培訓(xùn)了數(shù)百名教師，并參與編寫了全國(guó)工程專業(yè)學(xué)位研究生教育國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材《工程倫理》。

未來，化工安全生產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)管控，主要還是靠培養(yǎng)大批高水平的人才隊(duì)伍和研發(fā)高科技手段。在人才供給不足的情況下，更要大力發(fā)展人工智能技術(shù)，不斷推動(dòng)和引領(lǐng)化工安全領(lǐng)域的科技創(chuàng)新。

清華大學(xué)大數(shù)據(jù)研究中心于2018年9月揭牌成立，中心將面向全球數(shù)字經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型和國(guó)家安全保障等戰(zhàn)略需求，整合全校科研力量，發(fā)揮清華大學(xué)多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)全校大數(shù)據(jù)科學(xué)、技術(shù)與應(yīng)用深度交叉與融合發(fā)展，建成國(guó)際數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)創(chuàng)新研究平臺(tái)，服務(wù)國(guó)家大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略。中心匯聚軟件學(xué)院、計(jì)算機(jī)系、經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院、化工系、電子系、電機(jī)系、環(huán)境系、汽車系、北京信息科學(xué)與技術(shù)國(guó)家研究中心等優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)，依托大數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室等科研平臺(tái)，努力成為全國(guó)乃至國(guó)際大數(shù)據(jù)技術(shù)創(chuàng)新的引領(lǐng)者。