王燕妮, 李 靜, 張振超

(1.北京市科學(xué)技術(shù)研究院城市安全與環(huán)境科學(xué)研究所,北京 100054;2.北京市軌道交通運(yùn)營管理有限公司,北京 100071)

0 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的加快,有限空間作業(yè)事故的發(fā)生造成了嚴(yán)重的后果和社會(huì)影響。有限空間是指封閉或部分封閉、進(jìn)出口受限但人員可以進(jìn)入、未被設(shè)計(jì)為固定工作場所,自然通風(fēng)不良,易造成有毒有害、易燃易爆物質(zhì)積聚或氧含量不足的空間[1]。作業(yè)人員在有限空間中容易遭受吞沒、墜落、觸電、中暑等損傷,可能導(dǎo)致缺氧窒息、燃燒爆炸、中毒傷亡等后果,且容易造成較大事故[2]。據(jù)統(tǒng)計(jì),2020年初—6月18日全國發(fā)生有限空間作業(yè)較大事故20起、死亡62人,同比增加7起、16人,其中,中毒窒息事故17起,造成53人死亡[3]。周德紅等[4]分析2011年1月—2017年6月全國發(fā)生的50起較大及以上有限空間作業(yè)事故,發(fā)現(xiàn)90%的事故類型為中毒窒息;劉艷等[5]對北京市2006—2015年有限空間作業(yè)事故的統(tǒng)計(jì)顯示,51起事故中中毒窒息事故占98%;周興藩等[6]搜集2014—2015年全國有限空間作業(yè)較大及以上事故共59起,其中中毒窒息事故47起。以上數(shù)據(jù)和研究表明,有限空間作業(yè)事故中,中毒窒息事故較其他類型事故發(fā)生頻率高、危險(xiǎn)性大,有必要對事故發(fā)生原因進(jìn)行深入分析。

目前,國內(nèi)外對有限空間作業(yè)安全的研究多為定性分析,通過分析事故案例或企業(yè)的管理現(xiàn)狀得出事故發(fā)生的原因,也有部分學(xué)者研究有限空間作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估,如Amin等[7]分析美國、英國等國家的有限空間作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)評估指南,發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)矩陣法應(yīng)用廣泛;Burlet-vienney等[8]基于風(fēng)險(xiǎn)矩陣法和檢查表法提出有限空間風(fēng)險(xiǎn)評估5步法,考慮了氣體危害、高處墜落、物體打擊、機(jī)械傷害、職業(yè)危害等危險(xiǎn)因素,并用雷達(dá)圖展示風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài);劉艷等[5]統(tǒng)計(jì)有限空間作業(yè)事故類型、發(fā)生時(shí)間及發(fā)生區(qū)域等,分析事故發(fā)生的直接原因和間接原因,并應(yīng)用社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析法研究影響有限空間作業(yè)安全管理的關(guān)鍵因素;曹璐璐等[9-10]從不安全心理的角度對有限空間作業(yè)展開研究,制定有限空間作業(yè)人員不安全心理及行為量表,并分析作業(yè)人員不安全心理與行為現(xiàn)狀以及兩者之間的關(guān)系;王進(jìn)飛[11]應(yīng)用事件樹的方法分析有限空間各環(huán)節(jié)安全措施對作業(yè)結(jié)果的影響;楊宏剛等[12]根據(jù)2類危險(xiǎn)源理論辨識有限空間作業(yè)危害,并構(gòu)建有限空間安全作業(yè)程序表。以上研究已取得相應(yīng)研究成果,但多為影響有限空間作業(yè)事故發(fā)生的危險(xiǎn)因素的分析,未從系統(tǒng)的角度分析因素間的相互制約和相互影響關(guān)系。黃鄭華、張飛等[13-14]用事故樹(fault tree analysis,FTA)分析有限空間作業(yè)事故發(fā)生機(jī)理,但由于FTA方法的限制,不能全面分析各因素之間的相互作用關(guān)系和作用路徑;宋思雨等[15]從設(shè)備因素、人員因素、管理因素、有限空間自身因素4個(gè)方面考慮影響有限空間中毒事故的風(fēng)險(xiǎn)因素,繪制中毒事故的風(fēng)險(xiǎn)因素解釋結(jié)構(gòu)模型(interpretative structural model,ISM)圖,但未研究影響事件的關(guān)鍵因素及其重要程度。因此,針對有限空間作業(yè)中毒窒息事故,全面考慮影響因素的關(guān)系、重要程度及對事故發(fā)生原理的研究較欠缺。

基于此,本文應(yīng)用FTA和ISM方法,分析導(dǎo)致有限空間作業(yè)中毒窒息事故的基本原因事件及其重要度,探索各影響因素間的相互關(guān)系和作用路徑,以期在實(shí)際生產(chǎn)中為政府和企業(yè)提高有限空間作業(yè)管理水平提供安全管理指導(dǎo)與理論依據(jù)。

1 有限空間作業(yè)中毒窒息FTA分析

FTA分析是從一個(gè)可能的事故開始一層一層地逐步尋找引起事故的觸發(fā)事件、直接原因和間接原因,是一種演繹分析方法[16],可以定性分析事故發(fā)生的本質(zhì)原因,也可以比較基本事件的結(jié)構(gòu)重要度,但其主要針對各個(gè)基本事件進(jìn)行獨(dú)立分析,缺乏對基本事件間的關(guān)系分析。

1.1 事故樹的建立

以有限空間作業(yè)中毒窒息事故為頂事件,參考相關(guān)事故案例和文獻(xiàn)[6,11],考慮人員違規(guī)進(jìn)入、有限空間內(nèi)有毒有害氣體或氧氣不合格、防護(hù)措施不到位、應(yīng)急救援失敗4個(gè)中間事件,層層分析事故發(fā)生的原因,最終確立23個(gè)基本事件,繪制事故樹,如圖1。圖1中代碼含義,見表1。有限空間作業(yè)作為危險(xiǎn)作業(yè)的一種,具有風(fēng)險(xiǎn)性高、專業(yè)性強(qiáng)的特點(diǎn),多數(shù)企業(yè)將其發(fā)包給專業(yè)性更強(qiáng)的第三方單位進(jìn)行作業(yè)[17],因此,本文將企業(yè)對相關(guān)方的管理也納入事故致因模式的考慮范圍。

1.2 最小徑集

圖1所示事故樹的或門較多,說明導(dǎo)致頂事件發(fā)生的模式較多,最小割集數(shù)量較多。因此,本事故樹適合用最小徑集求基本事件的結(jié)構(gòu)重要度。

由布爾代數(shù)法[16]化簡得到該事故樹的最小徑集為4個(gè):(X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7)、(X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14)、(X4、X15、X16、X17)、(X18、X19、X20、X21、X22、X23),當(dāng)最小徑集中的所有基本事件均不發(fā)生時(shí),頂事件將不會(huì)發(fā)生。最小徑集代表了頂事件的安全模式,該事故樹最小徑集數(shù)量較少且徑集中基本事件數(shù)量較多,表明有限空間作業(yè)中毒窒息事故的預(yù)防具有一定難度。

圖1 有限空間作業(yè)中毒窒息事故樹Fig.1 Fault tree of poisoning and asphyxiation accident in limited space operation

1.3 基本事件的結(jié)構(gòu)重要度

以上求得最小徑集只有4個(gè),故用最小徑集求得各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度,具體結(jié)果為:I(X4)>I(X15)=I(X16)=I(X17)>I(X18)=I(X19)=I(X20)=I(X21)=I(X22)=I(X23)>I(X1)=I(X2)=I(X3)=I(X5)=I(X6)=I(X7)=I(X8)=I(X9)=I(X10)=I(X11)=I(X12)=I(X13)=I(X14)

結(jié)構(gòu)重要度的大小表示基本事件對于頂事件發(fā)生的影響程度。基本事件作業(yè)人員安全意識淡薄X4的結(jié)構(gòu)重要度最大,對頂事件的影響最大;有限空間操作規(guī)程內(nèi)容不完善X15、安全防護(hù)設(shè)備設(shè)施選擇錯(cuò)誤X16、安全防護(hù)設(shè)備設(shè)施故障X17的結(jié)構(gòu)重要度次之;未開展有限空間培訓(xùn)X18、未開展有限空間演練X19、現(xiàn)場負(fù)責(zé)人失職X20、救援人員專業(yè)技能不足X21、未配備應(yīng)急救援設(shè)備設(shè)X22、應(yīng)急救援設(shè)備設(shè)施故障X23等6個(gè)基本事件對頂事件影響較大;結(jié)構(gòu)重要度排名靠后的為政府日常監(jiān)管不到位X1、政府執(zhí)法力度弱X2、有限空間作業(yè)審批流程不規(guī)范X3、有限空間制度不完善X5、警示標(biāo)志不完善X6、對有限空間相關(guān)方管理不規(guī)范X7、未全面識別有毒有害氣體種類X8、作業(yè)者未隨身佩戴氣體檢測儀X9、監(jiān)護(hù)者未及時(shí)獲取檢測數(shù)據(jù)X10、氣體檢測儀故障X11、未設(shè)置通風(fēng)設(shè)備X12、通風(fēng)設(shè)備故障X13、通風(fēng)時(shí)間不足X14等13個(gè)基本事件。

首先,企業(yè)應(yīng)重視對作業(yè)人員安全意識淡薄X4的管理。如果員工安全意識較強(qiáng),可避免盲目進(jìn)入有限空間,并在作業(yè)時(shí)正確佩戴個(gè)人防護(hù)裝備、按照操作規(guī)程開展作業(yè),從而避免中毒窒息事故發(fā)生,可通過加強(qiáng)培訓(xùn)、應(yīng)急演練實(shí)際操作、張貼警示標(biāo)志等措施提高員工的安全意識。其次,企業(yè)應(yīng)具有完善的操作規(guī)程,作業(yè)人員開展有限空間作業(yè)時(shí)將有據(jù)可依,可更規(guī)范地開展有限空間作業(yè)。在不同的作業(yè)環(huán)境中應(yīng)選擇合適的呼吸防護(hù)用品,比如,有限空間作業(yè)不能選擇自吸式長管呼吸器,應(yīng)選擇連續(xù)送風(fēng)式或高壓送風(fēng)式長管呼吸器,同時(shí),企業(yè)應(yīng)做好安全防護(hù)設(shè)備設(shè)施定期檢測和日常維護(hù)保養(yǎng)確保其安全可靠。再次,定期對有限空間相關(guān)人員開展專業(yè)培訓(xùn),并通過演練增強(qiáng)其對有限空間作業(yè)過程突發(fā)情況的應(yīng)對能力,應(yīng)急救援工作可協(xié)調(diào)有序地開展,從而避免因盲目施救導(dǎo)致事故后果擴(kuò)大?？赏ㄟ^加強(qiáng)政府監(jiān)管力度督促企業(yè)落實(shí)主體責(zé)任保障有限空間作業(yè)過程和對相關(guān)方的管理。

2 有限空間作業(yè)中毒窒息事故的ISM分析

ISM是定性分析系統(tǒng)內(nèi)各因素間關(guān)系的模型,通過建立關(guān)系矩陣,將復(fù)雜的關(guān)系進(jìn)行區(qū)域和層次劃分,用有向圖清晰地表達(dá)系統(tǒng)因素間的相關(guān)性。ISM能簡單、直觀地理解和分析問題的層次與因果關(guān)系[18]。

2.1 致因因素確定

將事故樹的基本事件按照人的因素、物的因素、作業(yè)過程環(huán)境因素、管理因素、監(jiān)管因素5方面進(jìn)行歸類,并將內(nèi)容相近、描述相似的基本事件進(jìn)行合并來確定ISM的致因因素。具體合并如下,將政府日常監(jiān)管不到位X1和政府執(zhí)法力度弱X2合并為政府部門監(jiān)管不到位S18,將未配備應(yīng)急救援設(shè)備設(shè)施X22和應(yīng)急救援設(shè)備設(shè)施故障X23合并為未配備或應(yīng)急救援設(shè)備故障S8,將有限空間制度不完善X5和有限空間操作規(guī)程內(nèi)容不完善X15合并為操作規(guī)程等制度不完善S15,將未設(shè)置通風(fēng)設(shè)備X12和通風(fēng)設(shè)備故障X13合并為未配備或通風(fēng)設(shè)備故障S6,將作業(yè)者未隨身佩戴氣體檢測儀X9和氣體檢測儀故障X11合并為未配備或氣體檢測儀故障S5,最終得到18個(gè)影響有限空間作業(yè)中毒窒息事故的因素,如圖2。

圖2 有限空間作業(yè)中毒窒息事故ISM的致因因素Fig.2 The contributing factors of ISM of poisoning and asphyxiation accident in limited space operation

2.2 鄰接矩陣確定

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)[17,19]和專家意見,并借鑒有限空間作業(yè)安全指導(dǎo)手冊[18]中有關(guān)現(xiàn)場負(fù)責(zé)人、監(jiān)護(hù)人員、作業(yè)人員、應(yīng)急救援人員等的職責(zé)規(guī)定,確定18個(gè)致因因素間的直接影響關(guān)系,生成鄰接矩陣A。

(1)

式中:

aij—鄰接矩陣中的元素,當(dāng)aij為1時(shí),因素Si對因素Sj有直接影響。當(dāng)aij為0時(shí),因素Si對因素Sj無直接影響;

i—矩陣中的行數(shù),i=1,2,3,…,18;

j—矩陣中的列數(shù),j=1,2,3,…,18。

根據(jù)式(1)得:

2.3 可達(dá)矩陣確定

可達(dá)矩陣是體現(xiàn)各因素間路徑關(guān)系的矩陣,可用于判斷各因素能否通過一定路徑間接或直接地抵達(dá)彼此,可達(dá)矩陣M通過鄰接矩陣A的一系列計(jì)算獲得。計(jì)算中利用Matlab軟件,當(dāng)k=2時(shí),(A+I)k=(A+I)k+1,即(A+I)2=(A+I)3,獲得可達(dá)矩陣為:

其中,I為與A同階的單位矩陣。mij為可達(dá)矩陣中的元素,當(dāng)mij為1時(shí),因素Si與因素Sj之間存在可到達(dá)的路徑;當(dāng)mij為0時(shí),因素Si與因素Sj之間不存在可到達(dá)的路徑。

2.4 可達(dá)矩陣分析

根據(jù)可達(dá)矩陣M,可求得每個(gè)因素Si的可達(dá)集合R(Sj)和先行集合Q(Si),以及兩者的交集R(Sj)∩Q(Si),其中,R(Sj)為可達(dá)矩陣M中因素Sj對應(yīng)的元素mij=1的列因素的集合,即可到達(dá)的Sj因素的集合;Q(Si)為可達(dá)矩陣M中因素Si對應(yīng)的元素mij=1的行因素的集合,表示可以到達(dá)Si的因素的集合[19],分析結(jié)果,見表2。

表2 可達(dá)集、先行集以及兩者的交集Tab.2 Reachable set, antecedent set and their intersection

2.5 ISM構(gòu)建

根據(jù)規(guī)則R(Sj)∩Q(Si)=R(Sj)來確定各致因因素間的層次關(guān)系。已經(jīng)確定為第一層的因素,在可達(dá)矩陣M中刪除該因素所在的行和列,并更新矩陣,依據(jù)該規(guī)則進(jìn)行下一層級的抽取,直至所有因素均被抽取[20]。確定的層級關(guān)系為:

第一層因素:S4、S7、S8、S9、S10、S11;

第二層因素:S1、S5、S6;

第三層因素:S3、S17;

第四層因素:S2、S13;

第五層因素:S12、S14、S16;

第六層因素:S15;

第七層因素:S18。

根據(jù)以上層級關(guān)系,結(jié)合可達(dá)矩陣M中各致因因素是否存在可達(dá)路徑,繪制有限空間作業(yè)中毒窒息風(fēng)險(xiǎn)因素的ISM,如圖3。

圖3 有限空間作業(yè)中毒窒息事故致因因素的ISMFig.3 ISM of poisoning and asphyxiation accident contributing factors in limited space operation

2.6 層次結(jié)構(gòu)分析

從圖3可以看出,有限空間作業(yè)中毒窒息致因因素的ISM分為七層,其中,一、二層為導(dǎo)致中毒窒息事故發(fā)生的直接影響因素,屬于人的因素、物的因素或作業(yè)過程環(huán)境因素;三、四、五、六層為間接影響因素,主要屬于管理因素和人的因素;第七層為根本影響因素,屬于監(jiān)管因素。層級之間存在作用關(guān)系,即根本影響因素作用于間接影響因素,繼而作用于直接影響因素,具體分析如下:

(1)直接影響因素包括應(yīng)急救援人員專業(yè)技能不足S4、未配備或個(gè)體防護(hù)裝備故障S7、未配備或應(yīng)急救援設(shè)備故障S8、未完全識別有毒有害氣體種類S9、未檢測有毒有害氣體濃度S10、未通風(fēng)或通風(fēng)不充分S11、作業(yè)人員安全意識淡薄S1、未配備或氣體檢測報(bào)警儀故障S5、未配備或通風(fēng)設(shè)備故障S6共9個(gè)致因因素。從ISM第一層中可以看出,在有限空間作業(yè)過程中,未完全辨識作業(yè)環(huán)境中的有毒有害氣體種類并檢測其濃度,且未有效通風(fēng)降低有毒有害氣體濃度將不能確保作業(yè)環(huán)境的安全,同時(shí),如果作業(yè)人員未配備有效的個(gè)體防護(hù)裝備而直接暴露于危險(xiǎn)環(huán)境中,可能導(dǎo)致中毒窒息事故的發(fā)生,此時(shí),如果未配備有效的應(yīng)急救援設(shè)備或救援人員專業(yè)水平較差,則無法及時(shí)營救且可能因盲目施救導(dǎo)致傷亡數(shù)量增加。從ISM第二層中可以看出,作業(yè)人員安全意識淡薄可導(dǎo)致對有毒有害氣體種類和濃度、通風(fēng)效果是否合格確認(rèn)不到位,且在未確認(rèn)個(gè)體防護(hù)用品合格有效的情況下開展作業(yè)。未配備或氣體檢測儀故障可導(dǎo)致未檢測有毒有害氣體濃度,未配備或通風(fēng)設(shè)備故障可導(dǎo)致通風(fēng)不充分。以上是直接導(dǎo)致有限空間作業(yè)中毒窒息事故發(fā)生的影響因素。

(2)間接影響因素包括監(jiān)護(hù)人員未持證上崗S3、安全警示標(biāo)志不完善S17、現(xiàn)場負(fù)責(zé)人未盡職S2、作業(yè)審批流程不規(guī)范S13、未開展有限空間作業(yè)培訓(xùn)S12、未開展有限空間應(yīng)急演練S14、相關(guān)方管理不規(guī)范S16、操作規(guī)程等制度不完善S15共8個(gè)致因因素。從ISM第三層中可以看出,監(jiān)護(hù)人員在作業(yè)前應(yīng)核實(shí)氣體檢測儀、通風(fēng)設(shè)備、個(gè)體防護(hù)裝備、應(yīng)急救援設(shè)備等設(shè)備的配備與完好狀態(tài),與《有限空間作業(yè)安全指導(dǎo)手冊》規(guī)定的監(jiān)護(hù)人員應(yīng)檢查安全措施的落實(shí)情況相對應(yīng),設(shè)備設(shè)施準(zhǔn)備情況影響氣體檢測和通風(fēng)效果。有限空間警示標(biāo)志設(shè)置不完善,如有限空間場所未設(shè)置有限空間標(biāo)牌、未設(shè)置安全告知牌或告知牌內(nèi)容不完善,將不能對作業(yè)人員起到警示作用,導(dǎo)致作業(yè)人員安全意識較差。從ISM第四層中可以看出,現(xiàn)場負(fù)責(zé)人未盡職可導(dǎo)致審批流程不規(guī)范,同理審批流程不規(guī)范亦會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場負(fù)責(zé)人無法盡職完成作業(yè)審批,同時(shí),現(xiàn)場負(fù)責(zé)人在審批前應(yīng)確保安全防護(hù)措施和作業(yè)環(huán)境符合作業(yè)要求,確保監(jiān)護(hù)人員已取得特種作業(yè)人員證書。從ISM第五層中可以看出,未開展有限空間安全培訓(xùn)和應(yīng)急演練、對相關(guān)方管理不規(guī)范均可導(dǎo)致應(yīng)急救援人員專業(yè)技能不足、作業(yè)人員安全意識淡薄、現(xiàn)場負(fù)責(zé)人未盡職、作業(yè)審批流程不規(guī)范的后果,同時(shí),未開展有限空間安全培訓(xùn)可導(dǎo)致安全警示標(biāo)志設(shè)置不規(guī)范。2023年通過對北京市某區(qū)有限空間作業(yè)形式進(jìn)行調(diào)研,發(fā)現(xiàn)只有7%的企業(yè)為自行作業(yè)形式,93%的企業(yè)均采取發(fā)包作業(yè)形式,其中,74%的企業(yè)只有發(fā)包作業(yè)。因此,對相關(guān)方的管理尤為重要,企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格審核相關(guān)方資質(zhì),對相關(guān)方開展有限空間作業(yè)進(jìn)行嚴(yán)格審核和統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理。從ISM第六層中可以看出,有限空間操作規(guī)程等規(guī)章制度不完善,將使得企業(yè)對有限空間整體管理水平較差,從而影響培訓(xùn)、演練以及對相關(guān)方的管理水平,進(jìn)而影響有限空間作業(yè)安全開展。從圖3可以看出,ISM第三、四、五、六層因素可直接對一、二層因素產(chǎn)生影響,也可通過鄰近層次因素層層遞階對其產(chǎn)生影響。

(3)ISM的第七層為導(dǎo)致有限空間作業(yè)中毒窒息事故發(fā)生的根本影響因素,致因因素為政府監(jiān)管不到位S18。從圖3可以看出,政府監(jiān)管不到位,可導(dǎo)致企業(yè)對有限空間管理規(guī)章制度執(zhí)行不到位,從而通過培訓(xùn)、演練、相關(guān)方管理影響有限空間日常管理以及作業(yè)過程中人的專業(yè)技能、物的安全狀態(tài)及作業(yè)環(huán)境安全性。政府部門的有效監(jiān)管和行政處罰是督促企業(yè)重視有限空間作業(yè)管理的重要手段,能夠推動(dòng)企業(yè)落實(shí)主體責(zé)任,變被動(dòng)監(jiān)管為主動(dòng)提高。目前,全國不同地區(qū)對有限空間作業(yè)管理水平不一,例如,北京市各區(qū)縣有限空間作業(yè)管理水平參差不齊,這與當(dāng)?shù)卣闹匾暢潭群捅O(jiān)管嚴(yán)格程度密切相關(guān)。因此,政府的有效監(jiān)管是提高有限空間作業(yè)管理水平的根本因素,也是最強(qiáng)的推動(dòng)力。

3 結(jié)論

(1)通過FTA建立有限空間中毒窒息事故樹,層層分析得到23個(gè)導(dǎo)致頂事件發(fā)生的基本事件,并求得各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度,可為企業(yè)制定有針對性的有限空間作業(yè)管理措施提供依據(jù)。

(2)將事故樹的基本事件進(jìn)行歸類并修正后作為ISM的致因因素,通過ISM理論分析致因因素間的相互關(guān)系,并建立有限空間作業(yè)中毒窒息事故ISM。

將ISM分為直接影響因素、間接影響因素和根本影響因素,結(jié)果表明各影響因素間存在根本影響因素向間接影響因素遞階,進(jìn)而向直接影響因素遞階的關(guān)系。