基于ISM的有限空間作業(yè)中毒事故風(fēng)險(xiǎn)分析

宋思雨，徐 克，張 貝，梁天瑞

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074;2.湖北省安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局規(guī)劃科技處，湖北 武漢 430061)

有限空間，又稱受限空間，是指封閉或者部分封閉，與外界相對(duì)隔離，出人口較為狹窄，作業(yè)人員不能長時(shí)間在內(nèi)工作，自然通風(fēng)不良，易造成有毒有害、易燃易爆物質(zhì)積聚或者氧含量不足的空間[1]。有限空間廣泛存在于工貿(mào)行業(yè)的各個(gè)子行業(yè)，按照危險(xiǎn)作業(yè)場所其主要可分為3類，即：密閉設(shè)備作業(yè)，包括各類貯罐、爐、塔 (釜) 、管道等作業(yè)；地下有限空間作業(yè)，包括地下管道、地下室、地下工程等作業(yè)；地上有限空間作業(yè)，包括料倉、干法脫硫罐等封閉空間作業(yè)。近年來，我國工貿(mào)行業(yè)有限空間事故頻發(fā)，造成了重大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。2010—2017年，全國工貿(mào)行業(yè)共發(fā)生有限空間作業(yè)較大以上事故112起，死亡426人，分別占工貿(mào)行業(yè)較大以上事故的43.1%和42%。為此，國家出臺(tái)了《工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)安全管理與監(jiān)督暫行規(guī)定》，同時(shí)2018年6月國務(wù)院安委辦也通報(bào)了8起有限空間因盲目施救導(dǎo)致傷亡擴(kuò)大的事故情況，旨在強(qiáng)調(diào)工貿(mào)企業(yè)有限空間作業(yè)的危險(xiǎn)性，提醒應(yīng)當(dāng)加大監(jiān)管力度，減少傷亡事故的發(fā)生。

有限空間作業(yè)中毒事故頻發(fā)一方面在于作業(yè)人員并未意識(shí)到作業(yè)的危險(xiǎn)性，另一方面也存在管理監(jiān)督的不足，因此要想有效地降低有限空間中毒事故的發(fā)生率，需要分析導(dǎo)致事故發(fā)生的影響因素，從而有針對(duì)性地管控風(fēng)險(xiǎn)。但是，目前國內(nèi)外針對(duì)有限空間風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究較少，僅有少量學(xué)者進(jìn)行了一些有意義的探索。在國內(nèi)，如黃鄭華等[2]根據(jù)有限空間作業(yè)的危險(xiǎn)性，分析了易導(dǎo)致的事故類型，并采用事故樹分析法分析得到了危險(xiǎn)性較大的基本事件，通過層次分析模型分析得出對(duì)系統(tǒng)影響較大的危險(xiǎn)因素，進(jìn)而提出了風(fēng)險(xiǎn)管控措施；高建明等[3]根據(jù)有限空間所辨識(shí)出的危險(xiǎn)有害因素，提出了有限空間的風(fēng)險(xiǎn)控制程序，以此來規(guī)范有限空間的作業(yè)流程，降低事故的風(fēng)險(xiǎn)；劉艷等[4]采用現(xiàn)場試驗(yàn)的方法，研究了市政供熱管線有限空間作業(yè)的主要危害因素，分別考慮了氧含量、二氧化碳含量、溫度和濕度4個(gè)主要危害因素，并通過對(duì)這4個(gè)危害因素進(jìn)行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)了其內(nèi)在的聯(lián)系，從而有針對(duì)性地提出了事故預(yù)防對(duì)策。在國外，Damien等[5]提出了有限空間5步風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法，并通過對(duì)作業(yè)工人進(jìn)行問卷調(diào)查的形式統(tǒng)計(jì)了有關(guān)有限空間管理、內(nèi)部條件、作業(yè)時(shí)長等各方面的問題，同時(shí)從事故發(fā)生的可能性和事故后果的嚴(yán)重度兩個(gè)方面來評(píng)估有限空間作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)，最后總結(jié)出具體的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，具有一定的參考意義。

上述研究主要集中在分析有限空間作業(yè)易發(fā)生的事故類型，且只是將引發(fā)事故的危險(xiǎn)因素進(jìn)行了列舉，并沒有對(duì)風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行深入的研究，也忽視了影響因素之間內(nèi)在的聯(lián)系，難以識(shí)別出導(dǎo)致事故最根本的原因，使得相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)管控措施難以達(dá)到預(yù)期的效果。因此，本文以有限空間作業(yè)中毒事故為例，通過構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)因素的解釋結(jié)構(gòu)模型來深入分析其風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的機(jī)理，為有效地降低事故風(fēng)險(xiǎn)提供一定的依據(jù)。

1 有限空間作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)因素分析

根據(jù)對(duì)有限空間作業(yè)中毒事故的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)合國家頒布的有限空間作業(yè)規(guī)范，在文獻(xiàn)整理分析的基礎(chǔ)上，綜合考慮了4個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)影響因素，即設(shè)備因素、人員因素、管理因素、有限空間自身因素，同時(shí)為了進(jìn)一步細(xì)化有限空間作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)影響因素，并驗(yàn)證提取的風(fēng)險(xiǎn)影響因素的合理性，本文將初選的30個(gè)風(fēng)險(xiǎn)影響因素，采用德爾菲法并邀請(qǐng)6個(gè)專家進(jìn)行匿名決策，通過反復(fù)填寫問卷，最終專家達(dá)成一致意見，總結(jié)出16個(gè)影響有限空間作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)因素，詳見表1。

表1 有限空間作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)因素

2 有限空間作業(yè)中毒事故風(fēng)險(xiǎn)因素的解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)構(gòu)建

2.1 解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)方法

解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling Method,ISM)方法于1973年由美國系統(tǒng)工程理論學(xué)家華菲兒教授首次提出，該方法的優(yōu)點(diǎn)在于它能夠利用系統(tǒng)要素之間已知的凌亂關(guān)系，揭示出系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，將復(fù)雜系統(tǒng)問題轉(zhuǎn)化為直觀的有結(jié)構(gòu)層次的模型，這將有助于分析各因素之間的結(jié)構(gòu)，并從中準(zhǔn)確辨識(shí)問題的關(guān)鍵因素[6]。與其他方法相比，ISM方法能更清晰地描述出因素間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，保證模型的嚴(yán)謹(jǐn)性，增強(qiáng)分析結(jié)果的可靠性。本文中將有限空間作業(yè)中毒事故視為一個(gè)系統(tǒng)，導(dǎo)致中毒事故的風(fēng)險(xiǎn)因素視作子系統(tǒng)，子系統(tǒng)之間存在相互影響、相互作用的關(guān)系，所以該系統(tǒng)適用于利用ISM方法進(jìn)行分析。ISM方法分析的基本步驟如下：

(1) 建立風(fēng)險(xiǎn)因素表。

(2) 根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素表，研究因素間的相互關(guān)系，并建立鄰接矩陣。

(3) 通過鄰接矩陣求得系統(tǒng)的可達(dá)矩陣。

(4) 分解結(jié)構(gòu)矩陣，即對(duì)所求出的可達(dá)矩陣進(jìn)行層級(jí)的分解，確定基本層級(jí)。

(5) 建立系統(tǒng)的解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)。

2.2 確定鄰接矩陣

對(duì)表1所列舉的有限空間作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行編號(hào)，將呼吸器安全性能、作業(yè)工具安全性能、應(yīng)急救援系統(tǒng)完善性等16個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素分別編號(hào)為S1、S2,…,S16，并分別確定每兩個(gè)因素之間的直接影響關(guān)系，所生成的鄰接矩陣A中元素aij的定義如下：

(1)

根據(jù)表1所列舉的風(fēng)險(xiǎn)因素制作調(diào)查問卷，邀請(qǐng)?jiān)瓉淼?位專家識(shí)別各因素間的直接關(guān)系，并通過統(tǒng)計(jì)匯總各位專家的意見，得出最終的結(jié)果，從而構(gòu)建鄰接矩陣A:

2.3 確定可達(dá)矩陣

可達(dá)矩陣代表系統(tǒng)各因素間經(jīng)過一定的路徑可到達(dá)的程度，通過生成的可達(dá)矩陣可以清晰地判斷出因素間的直接與間接關(guān)系?？蛇_(dá)矩陣M是在鄰接矩陣A的基礎(chǔ)上，將鄰接矩陣A與單位矩陣I進(jìn)行相加，即(A+I)，然后進(jìn)行(A+I)的冪運(yùn)算，運(yùn)算法則均采用布爾運(yùn)算規(guī)則，直到滿足(A+I)K-1≠(A+I)K=(A+I)K+1時(shí)，矩陣M=(A+I)K即為所求的可達(dá)矩陣[7]。

所生成的可達(dá)矩陣M中，關(guān)于mij的定義如下：

因此，通過所生成的可達(dá)矩陣M就可以找到各因素間的直接或間接關(guān)系。本文采用Matlab語言求解可達(dá)矩陣M，則有：

2.4 分解結(jié)構(gòu)矩陣

根據(jù)所求得的可達(dá)矩陣M進(jìn)行結(jié)構(gòu)性分析，分別求出每個(gè)因素的可達(dá)集合R(Si)、先行集合Q(Si)以及可達(dá)集合與先行集合的交集R(Si)∩Q(Si)。

可達(dá)集合R(Si)即為可達(dá)矩陣M中因素Si對(duì)應(yīng)的行中，mij=1的矩陣元素所對(duì)應(yīng)的列因素的集合，代表著從因素Si出發(fā)可到達(dá)的因素的集合。

先行集合Q(Si)即為可達(dá)矩陣M中因素Si對(duì)應(yīng)的列中，mij=1的矩陣元素所對(duì)應(yīng)的行因素的集合，代表著可以達(dá)到因素Si的所有因素的集合。集合運(yùn)算結(jié)果即代表因素間的相互關(guān)系，具體見表2。

同時(shí)，為了了解因素間的層級(jí)關(guān)系，按照R(Si)∩Q(Si)=R(Si)的條件來進(jìn)行層級(jí)的逐層抽取。對(duì)已確定了層級(jí)的因素(已經(jīng)被抽取)則在可達(dá)矩陣M中刪除該因素所在的行和列，更新可達(dá)矩陣M，進(jìn)行下一層級(jí)的抽取，以此類推，直到所有因素都被抽取完，最終確定層級(jí)，完成層次化處理[8]。

2.5 構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)因素的解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)

根據(jù)表2，依照R(Si)∩Q(Si)=R(Si)的關(guān)系確定具體層級(jí)，得到如下5層層級(jí)：

第一層級(jí)：S1，S2，S4，S5；

第二層級(jí)：S3，S7；

第三層級(jí)：S9，S10，S11；

第四層級(jí)：S6，S8，S12，S13，S14，S15；

表2 有限空間作業(yè)中毒事故各風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系

第五層級(jí)：S16

根據(jù)所劃分的具體層次，繪制有限空間作業(yè)中毒事故風(fēng)險(xiǎn)因素的解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)，詳見圖1。

圖1 有限空間作業(yè)中毒事故風(fēng)險(xiǎn)因素的解釋結(jié)構(gòu) 模型(ISM)Fig.1 Interpretative structural model(ISM) of poisoning accidents in limited space

3 有限空間作業(yè)中毒事故的風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理與風(fēng)險(xiǎn)管控措施

3.1 有限空間作業(yè)中毒事故的風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理分析

根據(jù)建立的有限空間作業(yè)中毒事故風(fēng)險(xiǎn)因素ISM可以看出，原有的16個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素被劃分為了5個(gè)層級(jí)，且設(shè)備因素大致處于上層，管理因素處于中間層，人員因素和有限空間自身因素大致處于底層。

根據(jù)圖1可以分析出影響有限空間作業(yè)中毒事故最直接的因素是處于ISM第一、二層級(jí)(上層)的風(fēng)險(xiǎn)影響因素，即呼吸器的安全性能S1、作業(yè)工具的安全性能S2、有毒有害氣體檢測裝置的可靠性S4、通風(fēng)裝置的可靠性S5、應(yīng)急救援系統(tǒng)的完善性S3和違章作業(yè)S7。在有限空間作業(yè)時(shí)，呼吸器的配置不合理或過濾裝置失效，都會(huì)直接導(dǎo)致人體吸收到超過接觸限值的有毒氣體，直接導(dǎo)致中毒甚至死亡；作業(yè)工具例如安全帶、檢修設(shè)備等都是作業(yè)人員在進(jìn)行有限空間作業(yè)時(shí)必須配備的，一旦發(fā)生作業(yè)工具不合格的情況，可能會(huì)導(dǎo)致作業(yè)人員從高處墜落，從而接觸到下部濃度更高的毒性氣體，從而導(dǎo)致中毒事故的發(fā)生；毒性氣體檢測裝置是在進(jìn)行有限空間作業(yè)前必須要對(duì)有限空間內(nèi)毒性氣體的濃度進(jìn)行測量的設(shè)備，當(dāng)毒性氣體檢測濃度高于一定的值，則須使用通風(fēng)裝置將內(nèi)部有毒氣體合理地排除。以上設(shè)備若有一類失效，均有極大的可能導(dǎo)致中毒事故的發(fā)生，所以其是有限空間中毒事故最直接的風(fēng)險(xiǎn)影響因素。應(yīng)急救援系統(tǒng)的建設(shè)是否完善，很大程度上決定了事故是否會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)大。例如安徽省阜陽市因1人進(jìn)入污水池抽運(yùn)污水暈倒，前后3人下池營救，結(jié)果造成4人均死亡；廣東省東莞市華業(yè)鞋材有限公司1名員工進(jìn)入皮漿池不久暈倒，3名工友先后入池救人，結(jié)果均暈倒在池中，最終造成4人死亡；等等。從近幾年有限空間作業(yè)中毒導(dǎo)致的重大傷亡事故來看，很多事故都是因?yàn)槊つ康氖┚榷鴮?dǎo)致傷亡的進(jìn)一步擴(kuò)大，因此建立完善的應(yīng)急救援系統(tǒng)可控制事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，避免盲目的施救，同時(shí)也能為已中毒的作業(yè)人員爭取寶貴的救援時(shí)間。

同理，根據(jù)圖1可以分析出影響有限空間作業(yè)中毒事故的間接因素是處于ISM第三層級(jí)(中間層)的風(fēng)險(xiǎn)影響因素，即安全警示標(biāo)志S11、作業(yè)審批制度S10和安全操作規(guī)程S9。作業(yè)審批制度是企業(yè)進(jìn)行有限空間作業(yè)所必須履行的程序，一方面通過層層把關(guān)能夠確保作業(yè)的規(guī)范性，另一方面形成層層有人管的責(zé)任體系將有助于降低作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)；安全警示標(biāo)志則是在可能存在有毒有害氣體，或者異常高溫、低溫等特殊的有限空間環(huán)境時(shí)，用于警示作業(yè)人員注意安全的標(biāo)識(shí)，它能夠避免作業(yè)人員進(jìn)入未知的危險(xiǎn)區(qū)域，從而導(dǎo)致不可預(yù)見的事故發(fā)生；而安全操作規(guī)程則是要求作業(yè)人員合理、正確地使用作業(yè)工具，正確佩戴安全防護(hù)用品，以此降低發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)。因此，通過嚴(yán)格、正確的安全管理，能夠保障作業(yè)人員的生命安全，降低事故的風(fēng)險(xiǎn)。

而位于ISM第四、五層級(jí)的風(fēng)險(xiǎn)影響因素是導(dǎo)致有限空間作業(yè)中毒事故發(fā)生的最根本的因素，即有限空間內(nèi)的溫度S13、有限空間內(nèi)的濕度S14、有限空間內(nèi)毒性氣體的濃度S15、安全意識(shí)S8、人員綜合素質(zhì)S6、教育培訓(xùn)S12、有限空間內(nèi)出入方式S16。有限空間內(nèi)的溫度、濕度會(huì)直接影響作業(yè)人員的生理、心理狀態(tài)，異常的工作環(huán)境會(huì)增加中毒事故發(fā)生的幾率；而有限空間內(nèi)毒性氣體的濃度過高是造成有限空間中毒事故發(fā)生的最根本的原因；同時(shí)，作業(yè)人員的綜合素質(zhì)決定了其對(duì)安全操作規(guī)范的理解程度以及安全教育的實(shí)際效果，作業(yè)人員綜合素質(zhì)越高，越能遵循正確的操作規(guī)范，從而保障自身安全，避免事故的發(fā)生；作業(yè)人員的安全意識(shí)是企業(yè)安全文化所帶來的持續(xù)影響，良好的企業(yè)安全文化能夠提升全員的安全意識(shí)，使作業(yè)人員能夠?qū)崿F(xiàn)自我保護(hù)，也能保證在有限空間作業(yè)時(shí)有人監(jiān)督，可從根本上降低事故發(fā)生的可能性，營造良好的安全氛圍。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)管控措施

由建立的有限空間作業(yè)中毒事故風(fēng)險(xiǎn)因素的ISM可以看出，底層風(fēng)險(xiǎn)因素觸發(fā)了中間層風(fēng)險(xiǎn)因素，進(jìn)而中間層風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)一步觸發(fā)了直接影響因素，所以為了防止有限空間作業(yè)中毒事故的發(fā)生，應(yīng)當(dāng)對(duì)底層風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行合理的風(fēng)險(xiǎn)管控，具體風(fēng)險(xiǎn)管控措施如下：

(1) 當(dāng)有限空間內(nèi)正常作業(yè)溫度為高溫或低溫時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取安全有效的方法緩慢地降低溫度或者升高溫度，使有限空間內(nèi)部環(huán)境溫度適合作業(yè)的要求。

(2) 辨識(shí)不同的有限空間內(nèi)可能存在的有毒有害氣體，只要進(jìn)入有限空間作業(yè)就要遵循“先通風(fēng)、再檢測、后作業(yè)”的原則。對(duì)已辨識(shí)出來的危險(xiǎn)有害因素，應(yīng)設(shè)置安全警示標(biāo)志，告知作業(yè)人員潛在的危險(xiǎn)情況，使作業(yè)人員能夠有所防備。當(dāng)作業(yè)人員在與輸送管道連接的封閉、半封閉設(shè)備內(nèi)部作業(yè)時(shí)，應(yīng)關(guān)閉閥門，裝好盲板，設(shè)置“禁止啟動(dòng)”等警告信息[9]。

(3) 加強(qiáng)安全教育培訓(xùn)，建立企業(yè)特有的有限空間辨識(shí)目錄，準(zhǔn)確定義有限空間的范圍。同時(shí)，通過“安全月”、活動(dòng)展板等形式培養(yǎng)企業(yè)的安全文化，提高全員的安全意識(shí)，使員工了解有限空間作業(yè)存在的危險(xiǎn)， 掌握完備的應(yīng)急救援知識(shí)，熟練使用應(yīng)急救援設(shè)備。

4 結(jié) 論

(1) 本文結(jié)合有限空間作業(yè)事故案例以及國內(nèi)外相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)，選取了30個(gè)影響有限空間作業(yè)中毒事故的風(fēng)險(xiǎn)因素，并邀請(qǐng)專家通過德爾菲法確定了16個(gè)主要風(fēng)險(xiǎn)因素，有助于評(píng)估有限空間作業(yè)潛在的事故風(fēng)險(xiǎn)。

(2) 根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素間的相互關(guān)系，構(gòu)建鄰接矩陣，應(yīng)用解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)理論，通過編程計(jì)算出可達(dá)矩陣，然后通過集合運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)16個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的層次化分析，理清了有限空間作業(yè)中毒事故的風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理，實(shí)現(xiàn)了對(duì)有限空間作業(yè)中毒事故的風(fēng)險(xiǎn)分析。

(3) 通過劃分層級(jí)，區(qū)分出了導(dǎo)致有限空間作業(yè)中毒事故發(fā)生的直接影響因素、間接影響因素、根本影響因素，并針對(duì)根本影響因素提出了具體的風(fēng)險(xiǎn)管控措施，以此降低有限空間作業(yè)中毒事故發(fā)生的可能性，便于企業(yè)更好地實(shí)行對(duì)有限空間作業(yè)的安全管理。