基于ISM的有限空間作業中毒事故風險分析

宋思雨，徐 克，張 貝，梁天瑞

(1.中國地質大學(武漢)工程學院，湖北 武漢 430074;2.湖北省安全生產監督管理局規劃科技處，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，與外界相對隔離，出人口較為狹窄，作業人員不能長時間在內工作，自然通風不良，易造成有毒有害、易燃易爆物質積聚或者氧含量不足的空間[1]。有限空間廣泛存在于工貿行業的各個子行業，按照危險作業場所其主要可分為3類，即：密閉設備作業，包括各類貯罐、爐、塔 (釜) 、管道等作業；地下有限空間作業，包括地下管道、地下室、地下工程等作業；地上有限空間作業，包括料倉、干法脫硫罐等封閉空間作業。近年來，我國工貿行業有限空間事故頻發，造成了重大的人員傷亡和財產損失。2010—2017年，全國工貿行業共發生有限空間作業較大以上事故112起，死亡426人，分別占工貿行業較大以上事故的43.1%和42%。為此，國家出臺了《工貿企業有限空間作業安全管理與監督暫行規定》，同時2018年6月國務院安委辦也通報了8起有限空間因盲目施救導致傷亡擴大的事故情況，旨在強調工貿企業有限空間作業的危險性，提醒應當加大監管力度，減少傷亡事故的發生。

有限空間作業中毒事故頻發一方面在于作業人員并未意識到作業的危險性，另一方面也存在管理監督的不足，因此要想有效地降低有限空間中毒事故的發生率，需要分析導致事故發生的影響因素，從而有針對性地管控風險。但是，目前國內外針對有限空間風險評價的研究較少，僅有少量學者進行了一些有意義的探索。在國內，如黃鄭華等[2]根據有限空間作業的危險性，分析了易導致的事故類型，并采用事故樹分析法分析得到了危險性較大的基本事件，通過層次分析模型分析得出對系統影響較大的危險因素，進而提出了風險管控措施；高建明等[3]根據有限空間所辨識出的危險有害因素，提出了有限空間的風險控制程序，以此來規范有限空間的作業流程，降低事故的風險；劉艷等[4]采用現場試驗的方法，研究了市政供熱管線有限空間作業的主要危害因素，分別考慮了氧含量、二氧化碳含量、溫度和濕度4個主要危害因素，并通過對這4個危害因素進行相關性分析，發現了其內在的聯系，從而有針對性地提出了事故預防對策。在國外，Damien等[5]提出了有限空間5步風險評估法，并通過對作業工人進行問卷調查的形式統計了有關有限空間管理、內部條件、作業時長等各方面的問題，同時從事故發生的可能性和事故后果的嚴重度兩個方面來評估有限空間作業的風險，最后總結出具體的風險管控措施，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易發生的事故類型，且只是將引發事故的危險因素進行了列舉，并沒有對風險產生的機理進行深入的研究，也忽視了影響因素之間內在的聯系，難以識別出導致事故最根本的原因，使得相關的風險管控措施難以達到預期的效果。因此，本文以有限空間作業中毒事故為例，通過構建風險因素的解釋結構模型來深入分析其風險產生的機理，為有效地降低事故風險提供一定的依據。

1 有限空間作業的風險因素分析

根據對有限空間作業中毒事故的統計分析，結合國家頒布的有限空間作業規范，在文獻整理分析的基礎上，綜合考慮了4個主要風險影響因素，即設備因素、人員因素、管理因素、有限空間自身因素，同時為了進一步細化有限空間作業的風險影響因素，并驗證提取的風險影響因素的合理性，本文將初選的30個風險影響因素，采用德爾菲法并邀請6個專家進行匿名決策，通過反復填寫問卷，最終專家達成一致意見，總結出16個影響有限空間作業的風險因素，詳見表1。

表1 有限空間作業的風險因素

2 有限空間作業中毒事故風險因素的解釋結構模型(ISM)構建

2.1 解釋結構模型(ISM)方法

解釋結構模型(Interpretative Structural Modeling Method,ISM)方法于1973年由美國系統工程理論學家華菲兒教授首次提出，該方法的優點在于它能夠利用系統要素之間已知的凌亂關系，揭示出系統內部的結構，將復雜系統問題轉化為直觀的有結構層次的模型，這將有助于分析各因素之間的結構，并從中準確辨識問題的關鍵因素[6]。與其他方法相比，ISM方法能更清晰地描述出因素間的結構關系，保證模型的嚴謹性，增強分析結果的可靠性。本文中將有限空間作業中毒事故視為一個系統，導致中毒事故的風險因素視作子系統，子系統之間存在相互影響、相互作用的關系，所以該系統適用于利用ISM方法進行分析。ISM方法分析的基本步驟如下：

(1) 建立風險因素表。

(2) 根據風險因素表，研究因素間的相互關系，并建立鄰接矩陣。

(3) 通過鄰接矩陣求得系統的可達矩陣。

(4) 分解結構矩陣，即對所求出的可達矩陣進行層級的分解，確定基本層級。

(5) 建立系統的解釋結構模型(ISM)。

2.2 確定鄰接矩陣

對表1所列舉的有限空間作業的風險因素進行編號，將呼吸器安全性能、作業工具安全性能、應急救援系統完善性等16個風險因素分別編號為S1、S2,…,S16，并分別確定每兩個因素之間的直接影響關系，所生成的鄰接矩陣A中元素aij的定義如下：

(1)

根據表1所列舉的風險因素制作調查問卷，邀請原來的6位專家識別各因素間的直接關系，并通過統計匯總各位專家的意見，得出最終的結果，從而構建鄰接矩陣A:

2.3 確定可達矩陣

可達矩陣代表系統各因素間經過一定的路徑可到達的程度，通過生成的可達矩陣可以清晰地判斷出因素間的直接與間接關系。可達矩陣M是在鄰接矩陣A的基礎上，將鄰接矩陣A與單位矩陣I進行相加，即(A+I)，然后進行(A+I)的冪運算，運算法則均采用布爾運算規則，直到滿足(A+I)K-1≠(A+I)K=(A+I)K+1時，矩陣M=(A+I)K即為所求的可達矩陣[7]。

所生成的可達矩陣M中，關于mij的定義如下：

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

2.4 分解結構矩陣

根據所求得的可達矩陣M進行結構性分析，分別求出每個因素的可達集合R(Si)、先行集合Q(Si)以及可達集合與先行集合的交集R(Si)∩Q(Si)。

可達集合R(Si)即為可達矩陣M中因素Si對應的行中，mij=1的矩陣元素所對應的列因素的集合，代表著從因素Si出發可到達的因素的集合。

先行集合Q(Si)即為可達矩陣M中因素Si對應的列中，mij=1的矩陣元素所對應的行因素的集合，代表著可以達到因素Si的所有因素的集合。集合運算結果即代表因素間的相互關系，具體見表2。

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

2.5 構建風險因素的解釋結構模型(ISM)

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

第一層級：S1，S2，S4，S5；

第二層級：S3，S7；

第三層級：S9，S10，S11；

第四層級：S6，S8，S12，S13，S14，S15；

表2 有限空間作業中毒事故各風險因素之間的關系

第五層級：S16

根據所劃分的具體層次，繪制有限空間作業中毒事故風險因素的解釋結構模型(ISM)，詳見圖1。

圖1 有限空間作業中毒事故風險因素的解釋結構 模型(ISM)Fig.1 Interpretative structural model(ISM) of poisoning accidents in limited space

3 有限空間作業中毒事故的風險機理與風險管控措施

3.1 有限空間作業中毒事故的風險機理分析

根據建立的有限空間作業中毒事故風險因素ISM可以看出，原有的16個風險因素被劃分為了5個層級，且設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。

根據圖1可以分析出影響有限空間作業中毒事故最直接的因素是處于ISM第一、二層級(上層)的風險影響因素，即呼吸器的安全性能S1、作業工具的安全性能S2、有毒有害氣體檢測裝置的可靠性S4、通風裝置的可靠性S5、應急救援系統的完善性S3和違章作業S7。在有限空間作業時，呼吸器的配置不合理或過濾裝置失效，都會直接導致人體吸收到超過接觸限值的有毒氣體，直接導致中毒甚至死亡；作業工具例如安全帶、檢修設備等都是作業人員在進行有限空間作業時必須配備的，一旦發生作業工具不合格的情況，可能會導致作業人員從高處墜落，從而接觸到下部濃度更高的毒性氣體，從而導致中毒事故的發生；毒性氣體檢測裝置是在進行有限空間作業前必須要對有限空間內毒性氣體的濃度進行測量的設備，當毒性氣體檢測濃度高于一定的值，則須使用通風裝置將內部有毒氣體合理地排除。以上設備若有一類失效，均有極大的可能導致中毒事故的發生，所以其是有限空間中毒事故最直接的風險影響因素。應急救援系統的建設是否完善，很大程度上決定了事故是否會進一步擴大。例如安徽省阜陽市因1人進入污水池抽運污水暈倒，前后3人下池營救，結果造成4人均死亡；廣東省東莞市華業鞋材有限公司1名員工進入皮漿池不久暈倒，3名工友先后入池救人，結果均暈倒在池中，最終造成4人死亡；等等。從近幾年有限空間作業中毒導致的重大傷亡事故來看，很多事故都是因為盲目的施救而導致傷亡的進一步擴大，因此建立完善的應急救援系統可控制事故的進一步擴大，避免盲目的施救，同時也能為已中毒的作業人員爭取寶貴的救援時間。

同理，根據圖1可以分析出影響有限空間作業中毒事故的間接因素是處于ISM第三層級(中間層)的風險影響因素，即安全警示標志S11、作業審批制度S10和安全操作規程S9。作業審批制度是企業進行有限空間作業所必須履行的程序，一方面通過層層把關能夠確保作業的規范性，另一方面形成層層有人管的責任體系將有助于降低作業的風險；安全警示標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境時，用于警示作業人員注意安全的標識，它能夠避免作業人員進入未知的危險區域，從而導致不可預見的事故發生；而安全操作規程則是要求作業人員合理、正確地使用作業工具，正確佩戴安全防護用品，以此降低發生事故的風險。因此，通過嚴格、正確的安全管理，能夠保障作業人員的生命安全，降低事故的風險。

而位于ISM第四、五層級的風險影響因素是導致有限空間作業中毒事故發生的最根本的因素，即有限空間內的溫度S13、有限空間內的濕度S14、有限空間內毒性氣體的濃度S15、安全意識S8、人員綜合素質S6、教育培訓S12、有限空間內出入方式S16。有限空間內的溫度、濕度會直接影響作業人員的生理、心理狀態，異常的工作環境會增加中毒事故發生的幾率；而有限空間內毒性氣體的濃度過高是造成有限空間中毒事故發生的最根本的原因；同時，作業人員的綜合素質決定了其對安全操作規范的理解程度以及安全教育的實際效果，作業人員綜合素質越高，越能遵循正確的操作規范，從而保障自身安全，避免事故的發生；作業人員的安全意識是企業安全文化所帶來的持續影響，良好的企業安全文化能夠提升全員的安全意識，使作業人員能夠實現自我保護，也能保證在有限空間作業時有人監督，可從根本上降低事故發生的可能性，營造良好的安全氛圍。

3.2 風險管控措施

由建立的有限空間作業中毒事故風險因素的ISM可以看出，底層風險因素觸發了中間層風險因素，進而中間層風險因素進一步觸發了直接影響因素，所以為了防止有限空間作業中毒事故的發生，應當對底層風險因素進行合理的風險管控，具體風險管控措施如下：

(1) 當有限空間內正常作業溫度為高溫或低溫時，應當采取安全有效的方法緩慢地降低溫度或者升高溫度，使有限空間內部環境溫度適合作業的要求。

(2) 辨識不同的有限空間內可能存在的有毒有害氣體，只要進入有限空間作業就要遵循“先通風、再檢測、后作業”的原則。對已辨識出來的危險有害因素，應設置安全警示標志，告知作業人員潛在的危險情況，使作業人員能夠有所防備。當作業人員在與輸送管道連接的封閉、半封閉設備內部作業時，應關閉閥門，裝好盲板，設置“禁止啟動”等警告信息[9]。

(3) 加強安全教育培訓，建立企業特有的有限空間辨識目錄，準確定義有限空間的范圍。同時，通過“安全月”、活動展板等形式培養企業的安全文化，提高全員的安全意識，使員工了解有限空間作業存在的危險， 掌握完備的應急救援知識，熟練使用應急救援設備。

4 結 論

(1) 本文結合有限空間作業事故案例以及國內外相關標準、文獻，選取了30個影響有限空間作業中毒事故的風險因素，并邀請專家通過德爾菲法確定了16個主要風險因素，有助于評估有限空間作業潛在的事故風險。

(2) 根據風險因素間的相互關系，構建鄰接矩陣，應用解釋結構模型(ISM)理論，通過編程計算出可達矩陣，然后通過集合運算，實現對16個風險因素的層次化分析，理清了有限空間作業中毒事故的風險機理，實現了對有限空間作業中毒事故的風險分析。

(3) 通過劃分層級，區分出了導致有限空間作業中毒事故發生的直接影響因素、間接影響因素、根本影響因素，并針對根本影響因素提出了具體的風險管控措施，以此降低有限空間作業中毒事故發生的可能性，便于企業更好地實行對有限空間作業的安全管理。