基于文献计量学的有限空间作业安全研究可视化分析

勾晓晴,童潮镇,赵 忠,滑 晨,陈剑平,严春林,王亚楠,刘 辉

(1.中国计量大学 质量与安全工程学院,浙江 杭州 310018;2.宁波乾业安全科技有限公司,浙江 宁波 315042)

有限空间是指封闭或部分封闭、进出口受限,但人员可以进入而未被设计为固定工作场所且自然通风不良的空间[1],其主要危害包括中毒危害、缺氧危害以及燃爆危害。在工业企业中,由于有限空间作业场所往往具备隐蔽性和多变性的特点,加之操作人员安全意识不到位、安全技能缺乏(如盲目施救、强令违章冒险作业),使得作业过程中存在大量的不安全因素,致使有限空间作业安全水平较难得到有效提升。2018年6月16日,某生物科技有限公司一名作业人员在密闭发酵罐内作业时昏迷,其他3人相继下到罐内施救,最终导致4人全部窒息死亡[2]。2019年2月15日,广东东莞市某公司工作人员对污水调节池进行清理作业时不慎吸入硫化氢中毒,最终造成7人死亡、2人受伤[3]。2019年9月23日,湖北武汉市某工程有限公司在对地下污水管网进行清淤作业时,因氧含量不足和自然通风差导致发生中毒窒息事故,最终造成3人死亡、1人受伤[4]。因此,有限空间作业仍然存在相关安全问题。在应急管理部积极开展有限空间作业安全专项整治与严厉遏制事故多发态势的情况下,有限空间作业管理与规范不断加强,但其频发性依旧导致较为严重的人员伤亡和经济损失。为此,应从根本上重视有限空间作业安全,采取有效措施改善当前作业环境,进一步防止或降低事故发生。

目前,针对有限空间作业安全的研究,众多学者提出了多方位、多思维的见解与看法。黄郑华等[5]结合层次分析法和专家量化打分发现易燃气体和蒸气危险、有毒气体和蒸气危险以及机械损伤危险三类危险性权重最大,并提出相应防范措施;曹璐璐和刘艳[6]在SPSS软件的辅助下对206名一线有限空间工作人员的不安全心理进行打分,同时结合单因素分析等方法得出各维度的不安全心理与不安全行为呈正相关关系的结论。同时,学者们也致力于实现以分析有限空间作业事故原因[7]为主,以加强安全保障[8]及安全管理[9]为辅的合作机制,在增强民众重视度的前提下,不断敦促操作人员增强作业安全意识与能力,以期尽快实现有限空间作业安全化。有限空间作业安全研究不断丰富,若想探索主要研究内容，挖掘新的研究方向,应及时分析并掌握该领域内各研究方向的普及度与成熟度。因此,本文利用文献计量学的手段对有限空间作业安全研究进行了统计与分析,以VOSviewer和Citespace软件为主要工具,深入探究有限空间作业安全的研究热点,并预测新的研究趋势,从而提升对该领域内相关理论和技术的整体把握度,以便为保障有限空间作业安全提供一种新思路。

1 文献计量学概述

文献计量学是以文献体系和文献计量特征为研究对象,采用数学、统计学等方法,研究文献情报的分布结构、数量关系、变化规律和定量管理,并进而探讨科学技术的结构、特征和规律的一门学科[10]。1969年,英国著名情报学家阿伦·普理查德(Alan Pritchard)首次提出用术语“Bibliometrics”取代“统计目录学”的名称,这标志着文献计量学的问世[11]。在学科发展迭代的今天,文献计量学分析已成为一种注重量化的综合性知识体系。因此,文献计量学不仅仅作为一种计量手段,同时也将慢慢演化成学者开展某一研究领域前必须使用的方法,这为学者研究相关文献及其新发展动态提供了良好的契机。

科学知识图谱作为与文献计量学密切联系的理论之一同样具备广阔的发展前景。科学知识图谱是通过将应用数学、图形学、信息可视化技术，以及信息科学等学科的理论、方法与计量学引文分析、共现分析等方法结合,并利用可视化的图谱形象地展示其核心结构、发展历史、前沿领域以及整体知识架构,达到多学科融合目的的现代理论[12,13]。科学知识图谱通常以揭示研究领域的动态演变过程为目的,依据可视化分析为学科的研究与发展提供有价值的参考。目前,知识图谱已涉及多种学科领域,致力于实现将抽象数据转化为2D或3D图形,从宏观的角度揭示某一领域的发展全貌,实现了领域研究和分析的定量化。在知识图谱的辅助作用下,文献计量学可以实现对某一领域研究现状的总结以及对其发展趋势的具体预测。目前,在安全领域,文献计量学已涉及诸多方面,包括交通安全[14]、矿山安全[15]、城市安全[16]、药学安全监护[17]以及环境安全[18]等方面。国内外众多学者通过使用文献计量学的方法,实现对各安全领域的宏观操控,从而把握某些行业或方向的安全整体情况及其延伸度。

2 研究思路与方法

2.1 研究思路

本文在大安全的研究背景下,以“有限空间作业”为主要研究内容,选择CNKI数据库进行高级检索,将检索词设置为“(SU=‘有限空间作业’OR SU=‘受限空间作业’)AND(SU=‘安全’OR SU=‘安全管理’)”。时间设置为2000年1月1日至2022年5月31日,检索时间为2022年6月10日。由于图书、标准、成果和无作者的报纸等类型文献数量偏少且信息不全,故剔除以上类型记录后,最终检索到文献共595篇,其中学术期刊518篇,学位论文6篇,文献类型及具体数量分布情况见表1。

表1 有限空间作业安全文献类型分布

2.2 研究工具与方法

本文结合VOSviewer和CiteSpace软件对国内有限空间作业安全领域研究内容进行可视化分析。其中利用VOSviewer软件分析有限空间作业安全研究的合著者分布与关键词聚类,利用CiteSpace软件探究有限空间作业安全研究的前沿情况。

VOSviewer是一款用来构建和查看文档图谱、基于文献的共引和共被引原理绘制各个知识领域的科学图谱的的文献计量分析软件。如针对某一领域文献的共引和共被引情况构造作者和关键词聚类知识图谱[19]。VOSviewer同时可以实现共现矩阵映射的构造,基于此可以得到某一领域的标签视图、密度视图、簇密度视图和散点视图[20]。

CiteSpace软件是一个Java应用程序,它支持通过书目数据库中的知识发现进行可视化探索[21]。通过渐进式知识领域可视化方法,可以直观地映射高引用和关键文献、知识领域内的特定范围以及呈现相关研究主题[21]。同时,它也会按照研究方向的差异形成不同的聚类,聚类效果取决于聚类模块性指数Q值和聚类轮廓性指数S值。分析结果有助于研究人员判定研究领域的研究科学前沿[22]。

3 结果分析与讨论

3.1 有限空间作业安全研究时序产出

统计有限空间作业安全研究的时间分布可以清晰地了解该研究方向的发展趋势。对从CNKI数据库收集的595篇文章进行分析发现,有限空间作业安全的研究主要衍生为3个阶段:起步阶段、逐步发展阶段以及趋于成熟阶段,具体如图1。

图1 有限空间作业时间分布

起步阶段(2000—2008年):2000年至2008年阶段内有限空间作业的发文量很少,共发表13篇,这表明该阶段学者对有限空间作业安全的研究较为浅显。该领域最早的一篇文章为2003年的《建筑行业特殊作业的风险管理》,其中重点介绍了受限空间作业在建筑行业中可能引发的危险,表示应加强该类特殊作业的风险管理[23]。由此开始,有限空间作业安全逐渐被重视起来。2008年,中华人民共和国安全生产行业标准中,化学品生产单位受限空间作业安全规范(AQ3028—2008)被提出,规定了相关安全要求、职责要求和安全管理,初步保障和规范了作业人员操作安全[24]。

逐步发展阶段(2009—2017年):2009年至2017年有限空间作业安全研究平均发文量为29篇(其中本阶段末端2017年度发文量略少,为平均值)。相比于起步阶段,本阶段的发文量有了较大幅度的增加。在该阶段,学者逐渐意识到在工业社会中有限空间作业操作不当、专业技能缺乏等会对操作人员造成严重的威胁与损害,因此,无论是在基础设施方面还是个人防护方面都应做好准备与应对工作。面对有限空间作业引发的事故,众多学者积极探索与研究其事故特征[25]与风险因素分析[5],力求从事故源头出发,寻求有效途径解决或改善有限空间作业安全。

趋于成熟阶段(2018年至今):从2018年开始,有限空间作业安全发文量骤升,社会对该类文章的重视程度达到新高度,且预计2022年该领域发文量可以上升到80篇。相较之前两个阶段,该阶段显示出有限空间作业安全的广泛化与具体化,研究重心逐渐开始偏移。这是由于2018年应急管理部的成立促进了安全生产监督工作的进程,使得安全监管力度实现高覆盖。除了加强操作人员安全管理、加强作业场所日常检查与维护外,促进有限空间作业安全的新的研究方向亟需被挖掘。

3.2 有限空间作业安全研究合著者分布

某一领域的学术文献代表着该领域在历史发展长河中的成果与贡献。每个研究领域极为突出的研究者都是学术文献的产出者,同时也是研究领域深入开发的推动者。研究有限空间作业安全的合著者分布情况的同时也能直观地了解该领域内作者之间的合作情况[26]。使用VOSviewer软件对从CNKI数据库检索的目标文献进行作者共现分析,具体如图2。

图2 有限空间作业安全作者分布

从图2可以发现,发文量最多的学者为刘艳,共发表12篇,其次是秦妍和李辉。刘艳和秦妍主要针对有限空间作业的相关事故与相应对策分析展开调查,强调作业标准与规范;李辉主要将工贸企业作为研究重点,通过统计工贸企业中有限空间作业的共性列出针对性措施,从而提高工贸企业安全。图中也表明作者间缺乏深度的合作,其多以单一机构为中心展开,机构间的联系较少,这不利于学者间开展有限空间作业安全研究时的相互沟通与交流。

使用SCImago Graphica软件对有限空间作业安全的合著者数据进行分析(如图3),同时结合时间线分布发现近几年活跃在该领域的作者包括陈振翔、白鹏辉和李劭等。同时,根据作者间的连线也可进一步证实有限空间作业安全学者间的合作较少。因此,在今后对该领域的研究与分析中,各机构学者应相互监督,加强交流,这有利于实现有限空间作业信息畅通化,为有限空间作业提供更便利的安全保障。

图3 有限空间作业作者时间线分布图

3.3 有限空间作业安全研究关键词聚类分析

作为一篇文章的核心内容及重要组成部分,关键词可以充分表征一篇文章的重点,它既能使读者明白文章的研究目的、思路和方法,同时也能提取出文章的创新点。因此对文章关键词进行深度剖析,这对掌握研究领域的发展起着至关重要的作用。两个或更多的关键词出现在同一篇文章中被称作关键词共现,它作为文献计量学的常用方法,通常用来反映关键词与关键词之间的关联与差别[27]。高频词的关键词可以作为研究领域的热点关键词[28]。对有限空间作业安全的关键词出现次数进行统计和排序,具体如表2。除了与“有限空间作业”相似的关键词,“作业人员”、“安全管理”等也被认定为该领域的热点关键词。这说明作业人员的知识储备与操作技能以及企业的安全管理在实现有限空间作业安全过程中发挥着重要作用。同时,作为高频关键词之一,工贸企业在有限空间作业安全中占据重要的作用,是主要的责任主体。因此,必须加强对工贸企业的有限空间作业安全保障与安全监管,落实各项法律责任,这对改善有限空间作业安全复杂的大环境有很大的促进作用。

表2 出现次数排名前10的关键词

使用VOSviewer软件对595条文献作关键词聚类分析发现,目前为止有限空间作业安全的研究内容主要分为四个聚类(图4),具体研究内容如下:

图4 有限空间作业安全关键词聚类分析

安全管理与教育(红色聚类):该聚类以开展安全生产工作为主,通过加强安全管控、安全教育培训和隐患排查治理,致力于实现安全生产标准化,并通过改进应急预案、应急措施实现有限空间作业安全。秦妍等[29]整理了北京市由于盲目施救导致的事故,在了解事故原因后有针对性地提出了应急救援对策。刘艳[30]分析了美国等五个国家以及我国内地和香港地区的有限空间作业安全相关法规和标准,以期进一步完善我国作业标准。吴春燕[31]以共生理论为基础,结合定性和定量分析提出有限空间作业安全管理优化策略。徐振振等[32]通过辨识单点系泊浮筒建造过程中涉及的有限空间作业主要风险,提出安全措施管控作业前、中以及应急救援的完善情况,确保作业安全。

危险辨识与分析(绿色聚类):该聚类多从事故本身出发,通过辨识与确定各伤亡事故中存在的风险对有限空间作业事故具体分析,从而加强安全检查、提高作业安全性。范银华等[33]结合典型的中毒窒息事故,归纳了5条事故发生的原因,并总结出经验教训以防止类似事故再次发生。王山等[34]通过进行特定区域的有限空间问卷调研辨识当前有限空间管理中存在的问题,从而提出可操作性的预防对策。汪圣华等[35]运用层次分析法和模糊综合评价法建立有限空间指标体系,并搭建在线监测系统形成有限空间作业动态风险评估模型。宋渊博等[36]采用工作危害法(JHA)深入分析作业中人的不安全行为与物的不安全状态,从而加强操作人员的安全意识,增强有限空间作业的规范性,降低事故发生。

作业规范与安全(蓝色聚类):该聚类主要聚焦高危作业、动火作业、检维修作业等,力求加强作业规范实现有限空间作业少失误、零失误。许楠等[37]总结了2001—2009年典型受限空间事故的环境特点,并分析了事故发生的行业分布情况,最终提出安全措施保障作业的规范性。常纪文等[38]首先分析了北京市有限空间事故发生特点,接着从作业监管模式和举措方面夯实基础,力求达到北京市有限空间作业安全监管新高度。王伟等[39]介绍了氯乙烯引发的有限空间事故,最终提出了安全要求和注意事项加强有限空间作业防范。

有毒有害气体防范(黄色聚类):该聚类主要以有毒有害气体为主要研究对象,通过探究不同有害气体引发的事故确定中毒窒息事故的注意事项,从而提出针对性预防建议。周兴藩等[40]分析了2014—2015年发生的中毒窒息事故,初步确定中毒窒息事故发生主要是由于硫化氢和一氧化碳等气体的富集造成的。钟燕燕[41]从硫化氢的理化性质出发,通过深入探究硫化氢个人防护设备及先进经验,提出中毒后的急救措施及保障有限空间作业安全。沈建云等[42]分析了一起污水管网顶管接收井在闭水试验施工中发生的安全生产事故,从有害气体出发查找事故原因,最终确定汽油机中的CO和CO2是导致操作人员中毒窒息的主要气体。

3.4 有限空间作业研究前沿辨识

探究某一领域的研究前沿可以从高频关键词、前沿术语、文献和引文聚类的时间演化出发[43],以便捷性可视化软件为主要工具,依据领域内近几年的研究方向推断发展趋势。使用VOSviewer和SCImago Graphica软件,以高频关键词出现次数和时间为主要研究对象,捋清有限空间作业安全研究的关键词时间线,最终生成关键词时间轴分布图(如图5)。

图5 有限空间作业安全关键词时间轴分布图

图5中,节点大小代表关键词出现次数,节点颜色代表时间差异,节点与节点之间的连线代表的是关键词之间的联系度。其中,出现次数较多的关键词为有限空间作业、受限空间作业、作业人员、有毒有害气体等;有限空间作业与作业人员、有毒有害气体及工贸企业联系较为密切,这表明2018年之前较多学者主要以工贸企业中的有限(受限)空间作业作为主要研究对象,通过分析作业人员的不安全行为以及判别有毒有害气体确定事故发生的原因,从而开展针对性安全培训工作。结合关键词时间轴分析发现,有限空间作业的整体发展趋势大致为安全检查—事故分析—应急管理。这是因为2018年之后国家大力倡导各行业安全监管工作,应急管理、应急处置等由此受到广泛关注。在有限空间作业安全研究趋近于成熟时,应急管理为该领域拓宽了新方向。因此,应倡导作业人员积极学习相关知识,提升领域内应急管理与能力,这有利于分析与解决实际问题,逐步实现有限空间作业安全。

使用Citespace软件的Timezone功能,整理并绘出有限空间作业安全的关键词时区图,如图6。可以看出,2003年至2007年,有限空间作业安全研究内容较少,包括危害辨识、防范措施;2008年至2017年,有限空间作业安全研究方向逐渐广泛化,具体包括作业安全、中毒窒息、安全管理等;2018年开始,有限空间作业安全专项整治与安全监管被大力加强,研究方向开始向应急保障技术方向转移,具体体现为应急预案、应急救援、应急管理等。

图6 有限空间作业安全关键词时区图

4 结 论

本文利用信息可视化软件VOSviewer和Citespace对2000年1月1日至2022年5月31日CNKI数据库中有限空间作业安全的相关文献进行文献计量学分析。主要研究内容包括时序分布、合著者分布、关键词聚类分析以及研究前沿分析,最终确定我国有限空间作业安全的总体发展趋势为安全检查—事故分析—应急管理,具体结论如下:

1)我国有限空间作业安全主要分为三个阶段:起步阶段(2000—2008年)、逐步发展阶段(2009—2017年)以及趋于成熟阶段(2018年至今)。起步阶段主要围绕有限空间作业安全检查与维修展开,逐步发展阶段以有限空间作业事故为主体,从多角度出发辨识作业场所危险源,深究事故发生原因,以便提出预防事故的对策与措施;趋于成熟阶段将研究核心转向有限空间作业应急管理,包括应急预案、应急处置以及应急能力培养等。三个阶段呈现跳跃式发展,形成了较为完善的有限空间作业安全研究脉络。

2)调查有限空间作业安全的作者分布情况,发现刘艳、秦妍和李辉是发文量前三的作者,陈振翔、白鹏辉和李劭是近几年来活跃在有限空间作业安全研究领域的学者。合著者分布网络证实了基于该领域内的作者合作较少,且缺乏机构间的互通,因此应加强作者间沟通与交流,实现有限空间作业安全资源共享,保障该领域发展的多元化与全面化。

3)在可视化软件的辅助下分析有限空间作业安全关键词,最终形成了四个关键词聚类,分别是安全管理与教育、危险辨识与分析、作业规范与安全以及有毒有害气体防范。关键词聚类涵盖了大部分该领域的研究内容,是当前有限空间作业安全的研究热点。结合有限空间作业安全的研究热点对关键词继续进行分析发现,以应急保障技术为核心的研究方向将成为该领域内的研究前沿,主要包括应急预案、应急救援和应急管理等。因此,在加强安全教育与培训、分析与预防有限空间作业事故以及事故发生后的应急体系建设后,有限空间作业事故发生率或将下降,同时也能实现作业安全,保障人民生产财产安全,这对有限空间作业未来的发展有较大意义。