3)极值性，当系统状态概率
为等概率Pi=1／m(i=1，2，m)时，其熵达到最大
信息量熵条件熵极值性上凸性
理论与方法基于熵及耗散结构的公共安全突发事件的过程分析研究
基于熵及耗散结构的公共安全突发
事件的过程分析研究
陈伟珂，向兰兰
(天津理工大学管理学院，天津300384)
摘要：本文以封闭场所内公共安全突发事件为研究起点，以熵理论和耗散结构理论为指导思想，运用熵增理论
的思想来描述突发事件产生的运动机理，将公共安全事件发生的动因及控制措施分别作为熵增因素和负熵因素
进行分析，再运用结构耗散的思想来解决熵增的问题，以达到使系统的熵最小化、使系统恢复至平衡状态的
目的。
关键词：熵；公共安全；熵理论；耗散结构
中图分类号：C916 文献标识码：A 文章编号：1002—9753(2007)10—0149—06
The Process Analysis on Public Safety Em ergencies Based on
Entropy and Dissipative Structure Theory
CHEN Wei—ke，XIANG Lan—lan
(School ofManagement，Tianjin University ofTechnology，Tianfin 300384，China)
Abstract：This article takes the public safety events in closed location as the research object，takes the entropy and dis—
sipative structure theory as the guide idea，uses the entropy theory to describe the emergency’S moving mechanism，puts
the causes lead to the event happen as the increase factor of the entropy，while the prevention means and the control
measures as the decrease factor of the entropy．Then it uses the dissipative structure theory to resolve the entropy in—
creasing problem，achieves the aims to minimum of the entropy and makes the system get back to balance again．
Key words：entropy；public safety；entropy theory；dissipative structure
若将社会看作一个系统，突发事件则是一
个由内外因素诱发或引发原来正常社会状态
中的隐性问题，破坏了原来社会稳定的运行状
态，导致显性社会的不稳定现象⋯。诺贝尔化
学奖获得者英国物理学家费雷德里克·索迪
(Frederick Soddy)曾说过说：“熵理论在社会科
学研究中目前的尝试，或许不能推进人们对现
存的整个体系做出改观，产生新的认识，至少
它可以启迪人们的思想”。基于物理学中微观
粒子的无规律运动与社会公共突发事件发生
的混沌状态有着相同的运动机理 J，本文希望
借此作一个大胆的尝试，将物理学中的熵理论
和耗散结构理论引入社会科学的研究中，以期
加深我们对突发事件发生机理的认识，为提高
我们对公共突发事件的管理能力奠定一定
基础。
收稿日期：2007一O5—21 修回日期：2007一O9—25
作者简介：陈伟珂(1961一)，女，浙江宁波人，天津理工大学管理学院教授，系主任，研究方向为公共政策及公共安全、风险管理与
j
保险。 ，
149
中国软科学2007年第10期
一
、
熵的基本原理
“熵”(entropy)是由德国物理学家克劳修斯
(Rudolf Clausius)在1850年提出的，它最先应用于
热力学定律中。在热力学中，熵表示一个物质系
统中能量衰竭程度的量度。由于熵能说明物质或
场所构成系统的状态量，能够将定性的分析予以
量化，熵因此也逐渐被应用于其他领域，如系统科
学、管理科学、行为科学等。熵是系统无序程度的
一
个度量。当系统可能处于几种不同状态，每种
状态出现的概念为Pi(i=1，2，m)时，该系统的熵
可以定义为：
m
S(X)=一CΣ P(Xi)logp(Xi) (1)
由式(1)可知，熵有如下主要性质：(1)可加
性，系统的熵等于其各个状态的熵之和；(2)非负
性，根据概率的性质，P；∈[0，1](i=1，2，m)，因而
系统的熵是非负的；(3)极值性，当系统状态概率
为等概率Pi=1／m(i=1，2，m)时，其熵达到最大；
(4)与状态编号无关性，系统的熵与其状态出现概
率P 的排列次序无关，熵与有序度之间存在一定
的关系，即系统的信息熵越大，其有序程度越低，
反之，系统的有序程度高，则其熵就小。总之，熵
可以用来描述物质或系统的状态量，每一种导致
物质或系统状态发生改变的量都可以称为熵增或
熵减因素，从某种程度上来说，这些熵因素与状态
值呈现一定的比例关系。
二、公共安全突发事件与熵理论
从熵的基本原理可以看出，熵主要是对混乱
和无序状态的一种度量，混乱无序程度越大其熵
值也越大。熵理论的最大特点就是将物质的无规
律运动予以量化。针对公共安全突发事件的突发
性、动态性及复杂性的特征，将熵理论应用到突发
事件的研究中，有助于对突发事件发生的界定。
公共安全突发事件的实质是一个熵增的过程，在
一
个与外界条件无能量交换的封闭系统中，当熵
增加到一定程度，突发事件就会发生。虽然我们
一
般讨论的公共安全突发事件一般处于开放的环
境中，但是当系统内的熵增大于熵减时，系统总的
熵依然会增加，即意味着引致突发事件的矛盾积
聚到一定程度，也会导致突发事件的发生。
150
公共安全突发事件是对一些社会现象的具体
描述，本来是属于社会科学研究的范畴，但从宏观
角度来讲它又具备了自然科学和系统科学领域的
物理特征，正是因为这些特征使我们运用自然科
学的理论来解释和帮助解决社会科学问题成为可
能。从系统科学和社会科学的角度来看，公共突
发事件的演变过程与物理学中熵的演变过程有很
大共性，都经过了有序到无序，再从无序到有序的
过程，并且最终系统都达到了平衡。此外，在演变
的过程中，它们都具有不规则性、突发性和复杂性
等特征。下面我们将从熵的原理出发来描述公共
安全突发事件的过程并对其发生机理进行深入
分析。
三、熵原理对突发事件的模型解释
在上面我们已经谈到，突发事件的实质是一
个熵增的过程，熵的增加导致系统内部秩序发生
紊乱，引致突发事件产生，打破了系统的平衡状
态。系统处于平衡状态，意味着系统内部的各个
单位按照一定的秩序均匀排列，各个单位也只是
在有限的活动范围内移动，或是在遵循某种规定
的情况下进行有序活动。这是普利高律(Prigog．
ine)等对系统处于平衡状态的一种解释。有序是
指事物或过程在时空中有组织有节律的排列，无
序则是指事物或过程无组织无节律的堆积。奥地
利物理学家玻尔兹曼(Ludwig Boltzmann)认为，人
们可以用熵来表示系统某一状态下的有序或无序
的程度，或称为序度。这种序度是以系统内粒子
分布的可改变程度来确定，根据玻尔兹曼的计算，
最初确定的分步其熵为零，分布越混乱，熵值越
大，故可以认为，系统某状态的熵，就是系统混乱
程度的值，并总取正值。套用玻尔兹曼的观点，我
们也可以定义突发事件状态下事物的紊乱程度，
从而搭建起熵理论应用于突发事件的桥梁。在突
发事件发生前，系统的混乱程度为零，此种初始状
态的熵确定的值也是零。因此，在对突发事件的
描述中，我们以熵的大小为衡量系统是否处于平
衡状态的标准。
下面我们以会场的群聚事件为例，构建这一突
发事件的产生模型。在封闭的场所内，由于相关人
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理论与方法基于熵及耗散结构的公共安全突发事件的过程分析研究
士的言论过于激烈引起室内突然发生混乱，即突发
事件的产生是由内部原因导致的。基于此，我们作
出以下假设：参加此次活动的人员来自15个不同的
组织，设为n=15，这15个组织的活动是独立的；在
发生混乱后，各个组织都要在最短的时间内做出从
哪个出口出去的决策，假设做决策可以用Pi来表
示，各组织的代表在言论前的状态为s (封闭系统
内)；言论引起大家的不满后，整个礼堂的状态为S：
(图1)；在工作人员进行相关的秩序维护后，系统状
态为S (图2)。这是一个加以简化的突发事件产生
的模型，在实际的生活中突发事件产生的原因及发
生态势要比它复杂得多。
突发事件前
系统状态S
熵增因素增加
系统内原有秩
序被打乱
熵增因素达到
临界点 ／
0DI=
系统平衡状态转化
为非平衡状态
事件发生后
系统状态S：
图1 突发事件前后系统状态变化模型图
热力学第二定律告诉我们，能量总是由温度
较高的物体流向温度较低的物体，不能自发地由
低温物体传向高温物体。在封闭的系统中实际发
生的过程，总使整个系统的熵的数值增大即AS大
于零的过程是允许的，而A S小于零的过程是不行
的，所以热力学第二定律称为熵增加原理 。熵
在热力学中是用来说明热运动过程不可逆性的一
个物理量，反映了自然界出现的热的变化过程是
有方向性的，是不可逆的。在突发事件的环境中，
没有温度高低的流向，但它的变化过程却是有方
向性的，也是不可逆的。根据熵理论及假设可知，
S 与S 均是平衡状态，但是又是不同的稳定状
态。由于熵是系统无序状态的量度，从状态s 到
状态S，其熵是增加的。根据已经证明的物理统计
学中系统熵的公式：
各微观状态比现的概率不相等，构成分布函数f，
则系统的熵值为
S=一k Σnnf (3)
在(3)式中，和号Σ遍及系统分布函数f中自
变量所有可能值，根据我们的假设，f是满足均匀
分布的。
熵增加的因素可能来自于参加活动的15个组
织的任何一方，并且这一组织导致的公共安全突
发事件产生的概率并不确定，但在分析时，为了简
便起见我们假设组织各方均是独立的，即它们发
生的概率满足均匀分布。玻尔兹曼常数作为一个
常数，是已知的，那么根据上述公式，只要知道了
系统状态概率的分布函数就可以求出具体的值。
从热力学、统计物理熵的概念出发，普利高津指
出，系统在无序平衡态时，其状态包含微观状态数
最多、混乱程度最大，熵具有最大值；当系统由无
序状态转变为有序耗散结构状态时，其熵值变小。
因此即使是在系统再次恢复至平衡时，S 比S：的
值小。但这并不意味着与系统状态发生变化时熵
一
定是增加的原理相违背。因为熵增原理还有一
个条件，即是在封闭的系统中。但是在突发事件
中，它是一个开放的系统。普利高津根据热力学
第二定律也得出系统形成耗散结构必须开放，与
外界有物质、能量的交换，必须向外界排出多余的
熵，或称从外界获得负熵流。从外界获得负熵流
后，s：逐渐减小，最后达到一定的值s ，系统重新
达到平衡。
突发事件后
系统状态S：
负熵因素增加
系统内秩序重
新排列
负熵因素达到
I临界点
非平衡系统状 事件发生后
态又转化为平 系统状态S，
衡状态
图2 突发事件后系统状态变化模型图
在(2)式中，k为玻尔兹曼常数；P为系统的状 系统在与外界无能量交换时总是趋向于熵
态发生的概率。在非平衡条件下，热力学系统中
151
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增，最终达到熵的最大状态，也就是系统的最混
乱无序状态，此时也是公共安全突发事件最难以
控制的，社会各界资源的调动难以在短时间内实
现。但是，对开放系统而言，由于它可以将内部
能量交换产生的熵增通过向外部环境释放热量
的方式转移，所以开放系统有可能趋向熵减而达
到有序状态。在公共突发事件中，要排除多余的
熵，无疑是要调动社会系统中的其他资源，使熵
减少到一定程度。在此开放系统所指的是在会
场内，在外界力量的协助下，即系统内可以吸收
外部能量，使系统(会场)达到新的平衡，在上述
的模型中表现在会场主办方加大控制力度，增加
维护秩序人数，稳定参加活动的组织方的情绪，
进而达到减熵的目的。
四、耗散结构对公共安全突发事件管理的模
型研究
(一)耗散结构理论应用的依据
以上从熵理论的角度描述了公共突发事件系
统状态的变化情况，从中可以看出突发事件爆发
是由于系统处于无序状态，要使系统从无序变为
有序，使熵减少，物理学认为可以用耗散结构理论
来解决 。
耗散结构理论(dissipative structure)主要讨
论的是系统在与外界环境交换物质和能量的过
程中从混沌向有序转化的机理、条件和规律。对
公共安全突发事件的管理，就是要使突发时的混
沌状态向有序和可控进行转化，应用耗散结构理
论来解释，这一从无序向有序转化的过程就是公
共安全突发事件管理的耗散。上面谈到突发事
件产生的本质是一个熵增的过程，那么在这里，
对于它的管理的耗散实质则是一个负熵的过程。
我们所研究的公共安全突发事件都是开放系统，
内部的控制都要以与环境的输入输出为条件，必
须不断与外部环境进行物质、能量、信息的交换。
只有当这个交流处于平衡状态时，才能保持其管
理结构的不断改善和管理水平的不断提高，即负
熵值的持续增加。否则，系统将不能运行，致使
系统的内部人力、物力、财力调配发生困难，系统
熵值增加。
1S2
(二)公共安全突发事件的耗散结构分析
耗散结构理论认为，公共突发事件之所以会
发生，是因为系统内部的秩序被打乱、系统熵增加
的原因，如果仅是在封闭的系统中运转，就不能形
成耗散结构，突发事件也不可能得到解决。普利
高津在研究当中将宏观系统分为三种类型，一是
孤立系统，二是封闭系统，三是开放系统，而在讨
论耗散结构时则只以开放系统为研究对象也是不
无道理的。因为只有开放系统才能与外界发生能
量、物质与信息的交换，才有可能形成耗散结构，
最终达到减熵的目的。仍然接上面的例子，如果
在突发事件产生会场仍然封闭，工作人员不进行
秩序维护，上层管理者对其不采取管理措施，那么
矛盾只会更加激化，突发事件会愈演愈烈，系统无
法平衡。
普利高津的第三个系统即是开放系统，他提
出要达到平衡的状态，必须自行产生一种组织性，
即自组织现象才能达到耗散结构的状态。处于远
离平衡态的开放系统是在随机因素扰动(即涨落)
的诱发下，从不稳定态跃迁到一个新的稳定态的
有序结构，在此过程中，其内部各要素之间必定发
生非线性的相互作用，各要素之间产生相干效应，
这能在多种演化的可能性中出现一个稳定的参
量，从而自行产生一种组织性，这是一种自组织现
象，而孤立系统、封闭系统只能走向“死寂”，不可
能产生这种“活的”自组织现象。对于处于开放系
统中公共突发事件所处的状态，在事件发生之前，
增加的熵增因素也会不断的被外界的负熵因子所
综合，即使是熵增因子增加的速度比负熵因子快，
在突发事件产生后，也能够通过外界能量的转换，
使突发事件能及时得到抑制，将损失降到最低限
度。在开放系统中的突发事件的模型如下图3。
从图3构造的模型可以看出，熵增因素由内部
产生，并不断充斥整个空间。在初期，系统内原始
状态的熵为：
nl
S(x) =一CΣP (xi)logp(xi) (4)
随着时间的变化，系统内从底部开始，熵增因
素不断增加，在突发事件中，可以表现为人们心
理的不平衡，社会治安的不稳定，如贫富差距过大，
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理论与方法基于熵及耗散结构的公共安全突发事件的过程分析研究
向上的箭头表示熵增因素由内部产生的，并不断充
满整个封闭系统；实心● 表示熵增因素。空心C壤
示负熵因素。
系统熵的变化趋势
图3 开放系统中突发事件管理的耗散模型
人们的生活压力过大等。由于系统处于动态的环
境中，S(x)也随着时间一直在发生变化。由于系
统的开放性，系统外部的负熵因子逐渐进入系统
内部，综合了增加的熵增因子，s(x)的值按抛物线
的形状呈先上升后下降的趋势(见图3)。这种情
况表现为，在发生突发事件时政府及相关部门采
取的补救措施起了作用，不仅使熵增的因素大为
降低，而且由于负熵因子的出现也综合了部分已
存的熵增因子。由于耗散结构的存在，系统的熵
最终达到： t
m
S(x) =一CΣP。(xi)logp(xi) (5)
此时，系统又恢复到平衡状态。虽然S(x)
与S(x) 都处于平衡状态，但是它们已经经历了
从有序到无序，又从无序到有序的过程，它们的熵
的值是不一样的。
根据以上的分析，我们知道对于突发事件的
管理关键是要形成耗散结构，而形成耗散结构首
先是要使系统成为开放的系统，使自组织和结构
演化可以进行。自组织过程是一种不可逆的演
化过程，在这个演化过程中，系统的封闭性驱使
系统走向无序或僵硬，只有在开放系统中存在着
能量流、物质流和信息(负熵)流。因此，这就给
了我们一个非常重要的启示：在对突发事件进行
管理时，首先要了解系统所处的环境，通过建立
紧急疏散方式和外部力量援助的预案措施，在一
旦发生突发事件后，能够迅速启动预案及时调动
并分配外界资源，来降低内部能量的聚集，进而
降低由此带来的各类损失。突发事件紧急预案
应根据突发事件的性质来选择，其措施的强度则
可以通过类似事件历史经验数据的统计加以
确定。
五、结论
由于公共安全突发事件涉及众多的信息、过
程和体制的不确定，决定了系统的可能状态和可
能的演变方向的复杂性。本文利用熵理论的思想
揭示了突发事件发生运动规律，并对突发事件的
分析从传统的定性分析向定量分析进行了转换，
得出了突发事件发生的临界值的概念；从耗散结
构理论的角度为公共安全突发事件的管理提供了
指引，指出突发事件的管理关键是要形成开放系
统。由于篇幅所限，本文在运用熵原理时对于突
发事件发生的临界值的确定及应用耗散结构理论
时对应急措施的选择标准等问题未给予详细解
释，我们将在以后的研究中深入论述。
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