趙勁松：預知潛在風險，做化工安全科技創(chuàng)新的引領者

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，集中展示清華大學大數(shù)據(jù)研究中心的專家們在學科交叉領域的不斷探索、通過大數(shù)據(jù)技術的賦能所取得的相關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，博士生導師，清華大學大數(shù)據(jù)研究中心管委會委員，清華大學化學工程系主任，過程系統(tǒng)工程研究所所長，工業(yè)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)與應用北京市重點實驗室副主任。博士畢業(yè)后，先后就職于美國普渡大學、美國Day&Zimmermann公司、美國AET公司和北京化工大學，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

每當看到有關于生產(chǎn)安全事故的報道，相信大家都會跟著捏一把汗，2015年天津港爆炸事件舉國震驚、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?！鞍踩a(chǎn)，警鐘長鳴”絕不是一句簡單的口號，背后關系到眾多鮮活的生命。

清華大學化學工程系趙勁松教授的主要研究方向就是化工安全。上世紀九十年代初，計算機還不像現(xiàn)在這么普及，人工智能在國內還不是“熱詞”。趙老師在1992年本科畢業(yè)后，機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理模型的開發(fā)。進入博士論文研究時，主要用人工神經(jīng)網(wǎng)絡進行復雜化工過程故障診斷研究。1997年博士畢業(yè)之后，趙老師出國做危險和可操作性（HAZOP）分析專家系統(tǒng)的研發(fā)工作。當時就發(fā)現(xiàn)我們國家在化工安全方面距離國外還有很大差距。如何通過與人工智能技術相結合改變國內化工行業(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，解決領域關鍵問題

2003年，國家提出堅持以人為本的理念，當時還在美國工作的趙老師深感這是對化工安全工作者的極大召喚。要實現(xiàn)安全生產(chǎn)，做好事故預防是最首要的。如果不能以人為本，事故預防工作就不會被重視。而要做好事故預防工作，必須要知道可能的風險在哪、風險有多高，把傳統(tǒng)的安全管理提升到風險管理的水平和高度。令人遺憾的是很多企業(yè)對于風險管理的認知比較薄弱，大多還停留在傳統(tǒng)的職業(yè)安全管理階段。

做好風險評估工作并不容易，不同的人對同樣的化工裝置的風險評估結果可能會不一樣。風險評估的質量便成了很重要的一個問題。但是，早在20年前，甚至到了現(xiàn)在，國內還很少有人認識到這一關鍵問題的重要性。結果導致我們所有的化工企業(yè)都開展了各類風險評估工作，但是，風險評估質量往往不高，存在隱患排查治理不徹底的問題。為了提升風險評估質量，2005年趙老師回國之后，結合我們國家石油化工行業(yè)的實際情況，帶領團隊在國際上率先利用人工智能的案例推理技術和本體論（現(xiàn)在也叫知識圖譜），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，所構建的案例庫越來越大，內容越來越豐富，輔助推理能力越來越強，在HAZOP分析的時候就能幫助企業(yè)提升風險評估的全面性、系統(tǒng)性和一致性。但是當時大數(shù)據(jù)的概念還未興起，現(xiàn)在回過頭來看，這個建立在HAZOP案例大數(shù)據(jù)基礎上的HAZOP智能推理系統(tǒng)，也算作比較早的大數(shù)據(jù)技術在化工事故預防領域的應用。

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

事故預防與應急管理智能化平臺

在早期的HAZOP智能軟件開發(fā)的基礎上，趙勁松教授團隊與有關合作伙伴共同開發(fā)了過程安全管理智能軟件平臺PSMSuite。目前，這套軟件已經(jīng)先后推廣到多家化工企業(yè)和化工類設計院。

隨著我國危險化學品行業(yè)安全生產(chǎn)水平不斷提高，自動控制系統(tǒng)已經(jīng)成為很多化工企業(yè)的標準配置。自動控制系統(tǒng)極大地減少了生產(chǎn)流程的擾動，有效地保障了“安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)”運行。但是如果自動控制系統(tǒng)的報警設置不好，就會帶來一個不利因素，即報警數(shù)量過多，報警泛濫的問題，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查報告指出，該企業(yè)“中控室經(jīng)常關閉可燃、有毒氣體報警聲音，對各項報警習以為常，無法及時應對”。為了解決這一關鍵問題，趙勁松教授團隊先后提出了動態(tài)人工免疫系統(tǒng)模型、遷移學習策略和深度學習自適應算法，在國內外獲得了多項授權發(fā)明專利，開發(fā)了智能報警管理軟件系統(tǒng)ITAM，并于2011年獲得了軟件注冊權。

之后，該軟件不斷迭代升級，2019年經(jīng)過學校批準，完成了知識產(chǎn)權轉化工作。以此為基礎，結合工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關技術，團隊又開發(fā)了化工企業(yè)和化工園區(qū)事故預防及應急管理智能化平臺，在多家化工企業(yè)和化工園區(qū)推廣應用。通過應用多種智能風險評估、智能報警優(yōu)化、智能分級響應、智能預警關聯(lián)等模型，對化工園區(qū)和化工企業(yè)各類風險報警大數(shù)據(jù)進行優(yōu)化管理后，企業(yè)或園區(qū)的無效報警總數(shù)顯著下降(下降幅度達50~80%)，智能化分級響應和分級處理效率大幅提升，將預警從概念落實到可操作，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團隊利用工業(yè)大數(shù)據(jù)進行超前預警人工智能技術的研發(fā)工作，有關論文成果已引起了國內外同行的廣泛關注。

投身化工安全人才培養(yǎng)，促進人才素質提升

要做好事故預防工作，一方面企業(yè)要建立風險管理體系，另外一方面，需要向大眾多普及相關知識，讓大家提高安全意識。同時，也要吸引一大批掌握科學的安全管理方法的高水平人才從事這樣的工作?，F(xiàn)在化工行業(yè)的高水平人才還不夠多，在國內一提到化工行業(yè)，大家總感覺是一種“高?！毙袠I(yè)，再加上待遇并不高，不太能吸引高水平的人才加入，而在國外來講這個行業(yè)還是非常令人尊重的一個行業(yè)。事實上，化工行業(yè)的事故率相對于建筑行業(yè)和交通行業(yè)的事故率都是非常低的。風險總是會有，主要問題是怎么樣來把風險降低到可接受的水平。 

為此，我們國家需要吸引更多學生自愿為祖國的化工安全事業(yè)做貢獻，愿意做一些有風險但是更有價值的事情。談到化工安全，它是一個多學科交叉的領域。隨著技術的發(fā)展，化工對“人”也提出了更高的要求；有了先進的方法，也要有高素質的人才去實操。趙老師率先在國內開設了“化工過程安全”本科課程和“化學工程倫理”研究生課程，旨在促進技術和人文素質的共同提高，讓我們培養(yǎng)出的高水平化工安全復合型人才更加關注生命、社會和環(huán)境，讓化工行業(yè)的安全管理和風險治理向美而行，少一些“豆腐渣”，多一些精制、深刻、徹底和全面。近些年，由于高校人才引進評價標準的問題，很多高校的教師隊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、美國密歇根大學相關專家一起舉辦了“化工過程安全”師資培訓班，出版了教育部高等學?；ゎ悓I(yè)教學指導委員會推薦教材《化工過程安全》；作為主講專家之一多次參加了全國工程專業(yè)學位研究生教育指導委員會主辦的“工程倫理”師資培訓班，為全國高校培訓了數(shù)百名教師，并參與編寫了全國工程專業(yè)學位研究生教育國家級規(guī)劃教材《工程倫理》。

未來，化工安全生產(chǎn)的風險管控，主要還是靠培養(yǎng)大批高水平的人才隊伍和研發(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，不斷推動和引領化工安全領域的科技創(chuàng)新。

清華大學大數(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)濟轉型和國家安全保障等戰(zhàn)略需求，整合全校科研力量，發(fā)揮清華大學多學科優(yōu)勢，促進全校大數(shù)據(jù)科學、技術與應用深度交叉與融合發(fā)展，建成國際數(shù)據(jù)科學與大數(shù)據(jù)技術創(chuàng)新研究平臺，服務國家大數(shù)據(jù)發(fā)展戰(zhàn)略。中心匯聚軟件學院、計算機系、經(jīng)濟管理學院、化工系、電子系、電機系、環(huán)境系、汽車系、北京信息科學與技術國家研究中心等優(yōu)勢團隊，依托大數(shù)據(jù)系統(tǒng)軟件國家工程實驗室等科研平臺，努力成為全國乃至國際大數(shù)據(jù)技術創(chuàng)新的引領者。