基于FTA和ISM的有限空间中毒窒息事故致因分析

2024-01-18王燕妮张振超

安全 2024年1期

王燕妮, 李静, 张振超

(1.北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所,北京 100054;2.北京市轨道交通运营管理有限公司,北京 100071)

0 引言

随着我国城市化进程的加快,有限空间作业事故的发生造成了严重的后果和社会影响。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、未被设计为固定工作场所,自然通风不良,易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或氧含量不足的空间[1]。作业人员在有限空间中容易遭受吞没、坠落、触电、中暑等损伤,可能导致缺氧窒息、燃烧爆炸、中毒伤亡等后果,且容易造成较大事故[2]。据统计,2020年初—6月18日全国发生有限空间作业较大事故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]。周德红等[4]分析2011年1月—2017年6月全国发生的50起较大及以上有限空间作业事故,发现90%的事故类型为中毒窒息;刘艳等[5]对北京市2006—2015年有限空间作业事故的统计显示,51起事故中中毒窒息事故占98%;周兴藩等[6]搜集2014—2015年全国有限空间作业较大及以上事故共59起,其中中毒窒息事故47起。以上数据和研究表明,有限空间作业事故中,中毒窒息事故较其他类型事故发生频率高、危险性大,有必要对事故发生原因进行深入分析。

目前,国内外对有限空间作业安全的研究多为定性分析,通过分析事故案例或企业的管理现状得出事故发生的原因,也有部分学者研究有限空间作业风险评估,如Amin等[7]分析美国、英国等国家的有限空间作业风险评估指南,发现风险矩阵法应用广泛;Burlet-vienney等[8]基于风险矩阵法和检查表法提出有限空间风险评估5步法,考虑了气体危害、高处坠落、物体打击、机械伤害、职业危害等危险因素,并用雷达图展示风险状态;刘艳等[5]统计有限空间作业事故类型、发生时间及发生区域等,分析事故发生的直接原因和间接原因,并应用社会网络分析法研究影响有限空间作业安全管理的关键因素;曹璐璐等[9-10]从不安全心理的角度对有限空间作业展开研究,制定有限空间作业人员不安全心理及行为量表,并分析作业人员不安全心理与行为现状以及两者之间的关系;王进飞[11]应用事件树的方法分析有限空间各环节安全措施对作业结果的影响;杨宏刚等[12]根据2类危险源理论辨识有限空间作业危害,并构建有限空间安全作业程序表。以上研究已取得相应研究成果,但多为影响有限空间作业事故发生的危险因素的分析,未从系统的角度分析因素间的相互制约和相互影响关系。黄郑华、张飞等[13-14]用事故树(fault tree analysis,FTA)分析有限空间作业事故发生机理,但由于FTA方法的限制,不能全面分析各因素之间的相互作用关系和作用路径;宋思雨等[15]从设备因素、人员因素、管理因素、有限空间自身因素4个方面考虑影响有限空间中毒事故的风险因素,绘制中毒事故的风险因素解释结构模型(interpretative structural model,ISM)图,但未研究影响事件的关键因素及其重要程度。因此,针对有限空间作业中毒窒息事故,全面考虑影响因素的关系、重要程度及对事故发生原理的研究较欠缺。

基于此,本文应用FTA和ISM方法,分析导致有限空间作业中毒窒息事故的基本原因事件及其重要度,探索各影响因素间的相互关系和作用路径,以期在实际生产中为政府和企业提高有限空间作业管理水平提供安全管理指导与理论依据。

1 有限空间作业中毒窒息FTA分析

FTA分析是从一个可能的事故开始一层一层地逐步寻找引起事故的触发事件、直接原因和间接原因,是一种演绎分析方法[16],可以定性分析事故发生的本质原因,也可以比较基本事件的结构重要度,但其主要针对各个基本事件进行独立分析,缺乏对基本事件间的关系分析。

1.1 事故树的建立

以有限空间作业中毒窒息事故为顶事件,参考相关事故案例和文献[6,11],考虑人员违规进入、有限空间内有毒有害气体或氧气不合格、防护措施不到位、应急救援失败4个中间事件,层层分析事故发生的原因,最终确立23个基本事件,绘制事故树,如图1。图1中代码含义,见表1。有限空间作业作为危险作业的一种,具有风险性高、专业性强的特点,多数企业将其发包给专业性更强的第三方单位进行作业[17],因此,本文将企业对相关方的管理也纳入事故致因模式的考虑范围。

1.2 最小径集

图1所示事故树的或门较多,说明导致顶事件发生的模式较多,最小割集数量较多。因此,本事故树适合用最小径集求基本事件的结构重要度。

由布尔代数法[16]化简得到该事故树的最小径集为4个:(X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7)、(X8、X9、X10、X11、X12、X13、X14)、(X4、X15、X16、X17)、(X18、X19、X20、X21、X22、X23),当最小径集中的所有基本事件均不发生时,顶事件将不会发生。最小径集代表了顶事件的安全模式,该事故树最小径集数量较少且径集中基本事件数量较多,表明有限空间作业中毒窒息事故的预防具有一定难度。

图1 有限空间作业中毒窒息事故树Fig.1 Fault tree of poisoning and asphyxiation accident in limited space operation

1.3 基本事件的结构重要度

以上求得最小径集只有4个,故用最小径集求得各基本事件的结构重要度,具体结果为: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)

结构重要度的大小表示基本事件对于顶事件发生的影响程度。基本事件作业人员安全意识淡薄X4的结构重要度最大,对顶事件的影响最大;有限空间操作规程内容不完善X15、安全防护设备设施选择错误X16、安全防护设备设施故障X17的结构重要度次之;未开展有限空间培训X18、未开展有限空间演练X19、现场负责人失职X20、救援人员专业技能不足X21、未配备应急救援设备设X22、应急救援设备设施故障X23等6个基本事件对顶事件影响较大;结构重要度排名靠后的为政府日常监管不到位X1、政府执法力度弱X2、有限空间作业审批流程不规范X3、有限空间制度不完善X5、警示标志不完善X6、对有限空间相关方管理不规范X7、未全面识别有毒有害气体种类X8、作业者未随身佩戴气体检测仪X9、监护者未及时获取检测数据X10、气体检测仪故障X11、未设置通风设备X12、通风设备故障X13、通风时间不足X14等13个基本事件。

首先,企业应重视对作业人员安全意识淡薄X4的管理。如果员工安全意识较强,可避免盲目进入有限空间,并在作业时正确佩戴个人防护装备、按照操作规程开展作业,从而避免中毒窒息事故发生,可通过加强培训、应急演练实际操作、张贴警示标志等措施提高员工的安全意识。其次,企业应具有完善的操作规程,作业人员开展有限空间作业时将有据可依,可更规范地开展有限空间作业。在不同的作业环境中应选择合适的呼吸防护用品,比如,有限空间作业不能选择自吸式长管呼吸器,应选择连续送风式或高压送风式长管呼吸器,同时,企业应做好安全防护设备设施定期检测和日常维护保养确保其安全可靠。再次,定期对有限空间相关人员开展专业培训,并通过演练增强其对有限空间作业过程突发情况的应对能力,应急救援工作可协调有序地开展,从而避免因盲目施救导致事故后果扩大。可通过加强政府监管力度督促企业落实主体责任保障有限空间作业过程和对相关方的管理。

2 有限空间作业中毒窒息事故的ISM分析

ISM是定性分析系统内各因素间关系的模型,通过建立关系矩阵,将复杂的关系进行区域和层次划分,用有向图清晰地表达系统因素间的相关性。ISM能简单、直观地理解和分析问题的层次与因果关系[18]。

2.1 致因因素确定

将事故树的基本事件按照人的因素、物的因素、作业过程环境因素、管理因素、监管因素5方面进行归类,并将内容相近、描述相似的基本事件进行合并来确定ISM的致因因素。具体合并如下,将政府日常监管不到位X1和政府执法力度弱X2合并为政府部门监管不到位S18,将未配备应急救援设备设施X22和应急救援设备设施故障X23合并为未配备或应急救援设备故障S8,将有限空间制度不完善X5和有限空间操作规程内容不完善X15合并为操作规程等制度不完善S15,将未设置通风设备X12和通风设备故障X13合并为未配备或通风设备故障S6,将作业者未随身佩戴气体检测仪X9和气体检测仪故障X11合并为未配备或气体检测仪故障S5,最终得到18个影响有限空间作业中毒窒息事故的因素,如图2。

图2 有限空间作业中毒窒息事故ISM的致因因素Fig.2 The contributing factors of ISM of poisoning and asphyxiation accident in limited space operation

2.2 邻接矩阵确定

根据相关文献[17,19]和专家意见,并借鉴有限空间作业安全指导手册[18]中有关现场负责人、监护人员、作业人员、应急救援人员等的职责规定,确定18个致因因素间的直接影响关系,生成邻接矩阵A。

(1)

式中:

aij—邻接矩阵中的元素,当aij为1时,因素Si对因素Sj有直接影响。当aij为0时,因素Si对因素Sj无直接影响;

i—矩阵中的行数,i=1,2,3,…,18;

j—矩阵中的列数,j=1,2,3,…,18。

根据式(1)得:

2.3 可达矩阵确定

可达矩阵是体现各因素间路径关系的矩阵,可用于判断各因素能否通过一定路径间接或直接地抵达彼此,可达矩阵M通过邻接矩阵A的一系列计算获得。计算中利用Matlab软件,当k=2时,(A+I)k=(A+I)k+1,即(A+I)2=(A+I)3,获得可达矩阵为:

其中,I为与A同阶的单位矩阵。mij为可达矩阵中的元素,当mij为1时,因素Si与因素Sj之间存在可到达的路径;当mij为0时,因素Si与因素Sj之间不存在可到达的路径。

2.4 可达矩阵分析

根据可达矩阵M,可求得每个因素Si的可达集合R(Sj)和先行集合Q(Si),以及两者的交集R(Sj)∩Q(Si),其中,R(Sj)为可达矩阵M中因素Sj对应的元素mij=1的列因素的集合,即可到达的Sj因素的集合;Q(Si)为可达矩阵M中因素Si对应的元素mij=1的行因素的集合,表示可以到达Si的因素的集合[19],分析结果,见表2。

表2 可达集、先行集以及两者的交集Tab.2 Reachable set, antecedent set and their intersection

2.5 ISM构建

根据规则R(Sj)∩Q(Si)=R(Sj)来确定各致因因素间的层次关系。已经确定为第一层的因素,在可达矩阵M中删除该因素所在的行和列,并更新矩阵,依据该规则进行下一层级的抽取,直至所有因素均被抽取[20]。确定的层级关系为:

第一层因素:S4、S7、S8、S9、S10、S11;

第二层因素:S1、S5、S6;

第三层因素:S3、S17;

第四层因素:S2、S13;

第五层因素:S12、S14、S16;

第六层因素:S15;

第七层因素:S18。

根据以上层级关系,结合可达矩阵M中各致因因素是否存在可达路径,绘制有限空间作业中毒窒息风险因素的ISM,如图3。

图3 有限空间作业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 层次结构分析

从图3可以看出,有限空间作业中毒窒息致因因素的ISM分为七层,其中,一、二层为导致中毒窒息事故发生的直接影响因素,属于人的因素、物的因素或作业过程环境因素;三、四、五、六层为间接影响因素,主要属于管理因素和人的因素;第七层为根本影响因素,属于监管因素。层级之间存在作用关系,即根本影响因素作用于间接影响因素,继而作用于直接影响因素,具体分析如下:

(1)直接影响因素包括应急救援人员专业技能不足S4、未配备或个体防护装备故障S7、未配备或应急救援设备故障S8、未完全识别有毒有害气体种类S9、未检测有毒有害气体浓度S10、未通风或通风不充分S11、作业人员安全意识淡薄S1、未配备或气体检测报警仪故障S5、未配备或通风设备故障S6共9个致因因素。从ISM第一层中可以看出,在有限空间作业过程中,未完全辨识作业环境中的有毒有害气体种类并检测其浓度,且未有效通风降低有毒有害气体浓度将不能确保作业环境的安全,同时,如果作业人员未配备有效的个体防护装备而直接暴露于危险环境中,可能导致中毒窒息事故的发生,此时,如果未配备有效的应急救援设备或救援人员专业水平较差,则无法及时营救且可能因盲目施救导致伤亡数量增加。从ISM第二层中可以看出,作业人员安全意识淡薄可导致对有毒有害气体种类和浓度、通风效果是否合格确认不到位,且在未确认个体防护用品合格有效的情况下开展作业。未配备或气体检测仪故障可导致未检测有毒有害气体浓度,未配备或通风设备故障可导致通风不充分。以上是直接导致有限空间作业中毒窒息事故发生的影响因素。

(2)间接影响因素包括监护人员未持证上岗S3、安全警示标志不完善S17、现场负责人未尽职S2、作业审批流程不规范S13、未开展有限空间作业培训S12、未开展有限空间应急演练S14、相关方管理不规范S16、操作规程等制度不完善S15共8个致因因素。从ISM第三层中可以看出,监护人员在作业前应核实气体检测仪、通风设备、个体防护装备、应急救援设备等设备的配备与完好状态,与《有限空间作业安全指导手册》规定的监护人员应检查安全措施的落实情况相对应,设备设施准备情况影响气体检测和通风效果。有限空间警示标志设置不完善,如有限空间场所未设置有限空间标牌、未设置安全告知牌或告知牌内容不完善,将不能对作业人员起到警示作用,导致作业人员安全意识较差。从ISM第四层中可以看出,现场负责人未尽职可导致审批流程不规范,同理审批流程不规范亦会导致现场负责人无法尽职完成作业审批,同时,现场负责人在审批前应确保安全防护措施和作业环境符合作业要求,确保监护人员已取得特种作业人员证书。从ISM第五层中可以看出,未开展有限空间安全培训和应急演练、对相关方管理不规范均可导致应急救援人员专业技能不足、作业人员安全意识淡薄、现场负责人未尽职、作业审批流程不规范的后果,同时,未开展有限空间安全培训可导致安全警示标志设置不规范。2023年通过对北京市某区有限空间作业形式进行调研,发现只有7%的企业为自行作业形式,93%的企业均采取发包作业形式,其中,74%的企业只有发包作业。因此,对相关方的管理尤为重要,企业应严格审核相关方资质,对相关方开展有限空间作业进行严格审核和统一协调管理。从ISM第六层中可以看出,有限空间操作规程等规章制度不完善,将使得企业对有限空间整体管理水平较差,从而影响培训、演练以及对相关方的管理水平,进而影响有限空间作业安全开展。从图3可以看出,ISM第三、四、五、六层因素可直接对一、二层因素产生影响,也可通过邻近层次因素层层递阶对其产生影响。

(3)ISM的第七层为导致有限空间作业中毒窒息事故发生的根本影响因素,致因因素为政府监管不到位S18。从图3可以看出,政府监管不到位,可导致企业对有限空间管理规章制度执行不到位,从而通过培训、演练、相关方管理影响有限空间日常管理以及作业过程中人的专业技能、物的安全状态及作业环境安全性。政府部门的有效监管和行政处罚是督促企业重视有限空间作业管理的重要手段,能够推动企业落实主体责任,变被动监管为主动提高。目前,全国不同地区对有限空间作业管理水平不一,例如,北京市各区县有限空间作业管理水平参差不齐,这与当地政府的重视程度和监管严格程度密切相关。因此,政府的有效监管是提高有限空间作业管理水平的根本因素,也是最强的推动力。