本質(zhì)安全設(shè)計在提升核電工程安全管理方面的探索和實踐

郭希培，鄒 濤

(深圳中廣核工程設(shè)計有限公司，廣東 深圳 518100)

0 引言

本質(zhì)安全風(fēng)險管理思想自20世紀(jì)70年代中期提出以來，引起了安全科學(xué)界的高度重視，已有一系列關(guān)于本質(zhì)安全設(shè)計、管理、評價和應(yīng)用研究的案例和文獻(xiàn)[1]。其中，關(guān)于本質(zhì)安全設(shè)計的內(nèi)容，著眼于解決設(shè)備或系統(tǒng)投產(chǎn)運(yùn)行過程中的安全問題，但對于設(shè)備或系統(tǒng)實現(xiàn)過程中特別是工程建設(shè)過程中的本質(zhì)安全設(shè)計，國內(nèi)研究較少。

近年來，我國工程建設(shè)安全形勢總體穩(wěn)定，但安全生產(chǎn)事故時有發(fā)生。《安全生產(chǎn)法》《建設(shè)工程安全生產(chǎn)管理條例》等法律法規(guī)提出“從源頭上防范化解重大安全風(fēng)險”，要求設(shè)計單位考慮施工安全操作和防護(hù)的需要，對涉及施工安全的重點(diǎn)部位和環(huán)節(jié)在設(shè)計文件中注明，并對防范生產(chǎn)安全事故提出指導(dǎo)意見。開展本質(zhì)安全設(shè)計是設(shè)計單位的法定職責(zé)。

本文中的本質(zhì)安全設(shè)計，是針對核電工程施工過程中的人員職業(yè)健康與安全風(fēng)險，在設(shè)計階段采取措施，消除、減少或提示安全風(fēng)險，保證施工人員職業(yè)健康與安全，不包括核安全。本質(zhì)安全設(shè)計著眼于施工過程中安全問題的設(shè)計工作，是傳統(tǒng)設(shè)計角色的延伸，是將傳統(tǒng)的針對項目投產(chǎn)階段的運(yùn)行安全設(shè)計擴(kuò)展至施工現(xiàn)場安全，代表著設(shè)計人員的習(xí)慣與設(shè)計流程的改變，意味著在設(shè)計階段慎重、仔細(xì)地考慮工程建設(shè)現(xiàn)場的安全問題。

1 本質(zhì)安全設(shè)計發(fā)展歷程

1.1 安全理論科學(xué)發(fā)展歷程

工業(yè)革命前，人類的安全哲學(xué)具有宿命論和被動型的特征；工業(yè)革命的爆發(fā)至20世紀(jì)初，技術(shù)的發(fā)展使人們的安全認(rèn)識論提高到經(jīng)驗論水平，從無意識發(fā)展到有意識，從被動變?yōu)橹鲃樱?0世紀(jì)初至50年代，隨著工業(yè)社會的發(fā)展和技術(shù)的不斷進(jìn)步，人類的安全認(rèn)識論進(jìn)入了系統(tǒng)論階段，方法論上能夠推行安全生產(chǎn)與安全生活的綜合性對策，進(jìn)入了近代的安全哲學(xué)階段；20世紀(jì)50年代到20世紀(jì)末，由于高技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，如現(xiàn)代軍事、宇航技術(shù)、核技術(shù)的利用以及信息化社會的出現(xiàn)，人類的安全認(rèn)識論進(jìn)入了本質(zhì)論階段，超前預(yù)防型成為現(xiàn)代安全哲學(xué)的主要特征，這樣的安全認(rèn)識論和方法論大大推進(jìn)了現(xiàn)代工業(yè)社會的安全科學(xué)技術(shù)和人類征服事故的手段和方法[2]。

1.2 本質(zhì)安全發(fā)展歷程

1969年美國國防部頒布了《系統(tǒng)安全大綱要求》，標(biāo)志著系統(tǒng)安全的誕生。系統(tǒng)安全的基本理念是本質(zhì)安全，強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)“內(nèi)在的”安全，而不是“附加上去的安全”。相應(yīng)地，要求系統(tǒng)的設(shè)計者和建造者承擔(dān)主要的系統(tǒng)安全責(zé)任。20世紀(jì) 70 年代，歐美、日等一些國家相繼頒布了“產(chǎn)品責(zé)任法”，要求廠家為其產(chǎn)品的安全性負(fù)責(zé)，保障用戶在使用其產(chǎn)品過程中的安全。產(chǎn)品責(zé)任理念也擴(kuò)展到了生產(chǎn)過程安全領(lǐng)域。1974年英國的克萊茲 (Trevor Kletz)提出了過程工業(yè)本質(zhì)安全設(shè)計的理念，并在1985年把工藝過程的本質(zhì)安全設(shè)計歸納為消除、最小化、替代、緩和及簡化 5項技術(shù)原則：①消除(Elimination)；②最小化 (Minimization)；③替代(Substitution)；④緩和(Moderation)；⑤簡化(Simplification)[3]。

英國在1995年發(fā)布《Construction Design and Management》(簡稱“CDM”法規(guī))，要求設(shè)計人員在設(shè)計過程中考慮施工階段的安全風(fēng)險，采取措施控制施工人員的安全風(fēng)險，明確設(shè)計師有責(zé)任確保任何設(shè)計避免對施工工人產(chǎn)生不必要的、可預(yù)見的風(fēng)險。美國在2005年發(fā)布《DfCS workgroup(Construction Alliance Roundtable)》，提出在設(shè)計過程中解決職業(yè)安全與健康需求，防止或減小在建造等工作相關(guān)危害及風(fēng)險。歐美國家對本質(zhì)安全提出了更高的要求，設(shè)計人員需要考慮全壽命周期的安全風(fēng)險。

2 國內(nèi)核電工程設(shè)計存在不足

2.1 傳統(tǒng)的安全管控側(cè)重后端控制

傳統(tǒng)的安全管理著眼于已經(jīng)形成的風(fēng)險，往往在施工階段才開始考慮，屬于風(fēng)險形成之后的后端控制，并未從設(shè)計源頭研究如何消除、降低風(fēng)險，導(dǎo)致項目建設(shè)階段需要投入大量資金和人力來控制安全風(fēng)險。

2.2 傳統(tǒng)設(shè)計流程并未考慮安全設(shè)計要求

傳統(tǒng)設(shè)計開發(fā)過程控制流程并沒有系統(tǒng)考慮安全設(shè)計的要求，相關(guān)要求零散地出現(xiàn)在不同的程序中，設(shè)計人員往往會忽視本質(zhì)安全設(shè)計方面的要求。

2.3 缺乏開展本質(zhì)安全設(shè)計的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)

在核電工程設(shè)計過程中，安全設(shè)計的要求分散在各個國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，沒有形成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)體系，難以指導(dǎo)企業(yè)開展系統(tǒng)性的本質(zhì)安全設(shè)計工作。

2.4 缺少本質(zhì)安全設(shè)計配套的工具方法

傳統(tǒng)設(shè)計過程中，缺失一套有效的工具來指導(dǎo)本質(zhì)安全設(shè)計，設(shè)計人員無法系統(tǒng)、完整地識別風(fēng)險，無法有效的開展風(fēng)險評估及應(yīng)對措施。

3 本質(zhì)安全設(shè)計探索

深圳中廣核工程設(shè)計有限公司(以下簡稱“中廣核設(shè)計院”)針對設(shè)計單位如何落實預(yù)防工程建設(shè)安全事故措施的要求，進(jìn)行了工作探索。在研究安全管理理論及國外本質(zhì)安全設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，結(jié)合自身的一線施工安全管理經(jīng)驗，探索建立了本質(zhì)安全設(shè)計管理模型如圖1所示。

圖1 本質(zhì)安全設(shè)計管理模型Fig.1 Intrinsically safe design management model

該模型以“安全風(fēng)險”為中心，包括導(dǎo)入理念、建立制度、制定規(guī)范、提升能力、開發(fā)工具、加強(qiáng)協(xié)同六個方面和13個基本要素。

1)導(dǎo)入理念：是本質(zhì)安全設(shè)計的“軟性”要求。通過建立全過程風(fēng)險管控屏障，轉(zhuǎn)變安全設(shè)計理念，將安全風(fēng)險的防護(hù)向上延伸至設(shè)計階段。

2)建立制度：是本質(zhì)安全設(shè)計的“硬性”要求。將本質(zhì)安全設(shè)計要求融入到設(shè)計業(yè)務(wù)中，構(gòu)建“5S1D”本質(zhì)安全設(shè)計流程。

3)制定規(guī)范：是本質(zhì)安全設(shè)計的“引擎”。通過建立本質(zhì)安全設(shè)計技術(shù)規(guī)范和指導(dǎo)手冊，牽引設(shè)計人員識別風(fēng)險并采取應(yīng)對措施。

4)提升能力：是本質(zhì)安全設(shè)計的“營養(yǎng)劑”。通過建立人員能力結(jié)構(gòu)和知識體系框架，不斷提升設(shè)計風(fēng)險辨識和控制能力。

5)開發(fā)工具：是本質(zhì)安全設(shè)計的“助推器”。通過信息化、智能化手段，助力設(shè)計安全風(fēng)險自動識別。

6)加強(qiáng)協(xié)同：是本質(zhì)安全設(shè)計的“落腳點(diǎn)”。通過前端設(shè)計交底、后端施工問題反饋，及時、有效解決工程建設(shè)問題。

4 本質(zhì)安全設(shè)計實踐

4.1 導(dǎo)入安全理念，構(gòu)建全過程風(fēng)險管控屏障

傳統(tǒng)的安全風(fēng)險管控是在后端施工階段采取一系列的措施，如工程安全措施、個人防護(hù)等，相關(guān)的措施往往是被動地去應(yīng)對風(fēng)險。通過建立全過程風(fēng)險管控屏障，如圖2所示，將設(shè)計階段引入的安全風(fēng)險盡可能在前端的設(shè)計環(huán)節(jié)中消除或降低，對無法消除的再通過在設(shè)計文件標(biāo)識風(fēng)險及技術(shù)交底等措施去告知和提醒下游施工單位，更加有效地防止安全事故。

圖2 全過程風(fēng)險管控屏障Fig.2 Whole process risk management and control barrier

4.2 建立管理制度，規(guī)范本質(zhì)安全設(shè)計流程

將本質(zhì)安全設(shè)計先進(jìn)理念要求融入到傳統(tǒng)的設(shè)計過程中，建立本質(zhì)安全設(shè)計管理制度，明確設(shè)計策劃、設(shè)計輸入、設(shè)計評審、設(shè)計輸出、設(shè)計變更、設(shè)計交底中要求如圖3所示。為指導(dǎo)設(shè)計人員開展安全風(fēng)險識別、制定措施和風(fēng)險信息傳遞工作，研究建立了“5S1D”的本質(zhì)安全設(shè)計流程如圖4所示，“5S”是明確范圍、辨識危險、評估風(fēng)險、制定方案、傳遞信息5個步驟，“1D”是《設(shè)計風(fēng)險登記表》(Design Risk List)，用于記錄設(shè)計過程中產(chǎn)生的安全風(fēng)險。

圖3 設(shè)計過程中完善本質(zhì)安全設(shè)計要求Fig.3 Perfecting intrinsically safe design requirements in the design process

圖4 本質(zhì)安全設(shè)計流程Fig.4 Intrinsically safe design process

(1)“5S”步驟

第一步：明確范圍

將設(shè)計專業(yè)分成不同的設(shè)計模塊，每個模塊下細(xì)分成不同的設(shè)計活動(如廠房布置、管道布置、設(shè)備布置等)，各專業(yè)針對這些設(shè)計活動來明確本質(zhì)安全設(shè)計范圍。

第二步：辨識風(fēng)險

設(shè)計人員由于對現(xiàn)場作業(yè)活動不了解，往往難以準(zhǔn)確全面地辨識安全風(fēng)險。為便于設(shè)計人員能夠快速、準(zhǔn)確辨識出風(fēng)險，廣泛收集核電工程典型安全事故案例及國外良好實踐，按照風(fēng)險等級形成了本質(zhì)安全設(shè)計“紅黃綠清單”。

第三步：評估風(fēng)險

風(fēng)險評估是衡量已識別的危險源對項目造成的風(fēng)險等級過程，風(fēng)險等級為可能性和危害后果的綜合，將傳統(tǒng)的風(fēng)險矩陣評估方法中的事故“發(fā)生的可能性”進(jìn)一步完善和細(xì)化，建立風(fēng)險評估矩陣表，更具指導(dǎo)性。

第四步：制定方案

針對識別出的風(fēng)險，設(shè)計人員需在設(shè)計階段采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，研究建立了消除(Eliminate)—降低(Replace)—告知(Inform)(簡稱“ERI”)的原則。

第五步：告知風(fēng)險

對于在設(shè)計階段無法去消除而遺留的剩余安全風(fēng)險，創(chuàng)新建立風(fēng)險提示框“Safety and health BOX”(簡稱“SHB”)，在設(shè)計圖紙中提示安全風(fēng)險。同時，在設(shè)計交底時，重點(diǎn)向施工單位提示剩余風(fēng)險，以便施工單位通過后端的安全管理措施來控制風(fēng)險，保證了風(fēng)險控制的無縫銜接。

(2)1D：設(shè)計風(fēng)險登記表(Design Risk List)

為有效管理本質(zhì)安全設(shè)計的五個步驟，開發(fā)形成《設(shè)計風(fēng)險登記表》，跟蹤、管理、記錄全過程，并在此基礎(chǔ)上組織設(shè)計評審，避免風(fēng)險遺漏。《設(shè)計風(fēng)險登記表》的內(nèi)容包括設(shè)計類別/活動/范圍、設(shè)計過程產(chǎn)生的風(fēng)險描述、風(fēng)險等級、風(fēng)險影響階段、設(shè)計階段采取的措施、需要傳遞的風(fēng)險信息、風(fēng)險信息傳遞載體及文件清單等。

4.3 制定技術(shù)規(guī)范，形成本質(zhì)安全設(shè)計指導(dǎo)手冊

針對可行性研究階段、初步設(shè)計階段、施工圖設(shè)計階段，制定通用的《本質(zhì)安全設(shè)計技術(shù)規(guī)范》。聚焦核電工程建設(shè)主要風(fēng)險，結(jié)合現(xiàn)場反饋的安全設(shè)計問題，制定專項設(shè)計技術(shù)規(guī)范或?qū)t。

由于設(shè)計人員對現(xiàn)場作業(yè)活動不了解，往往無法識別可能存在的安全風(fēng)險，中廣核設(shè)計院積極收集國內(nèi)外本質(zhì)安全設(shè)計的典型案例及良好實踐，針對高處墜落、物體打擊、起重傷害、火災(zāi)爆炸等風(fēng)險，制定設(shè)計應(yīng)對措施，形成《設(shè)計院本質(zhì)安全設(shè)計指導(dǎo)手冊》。

4.4 提升人員能力，建立人員能力結(jié)構(gòu)與知識框架

本質(zhì)安全設(shè)計屬于新理念，與傳統(tǒng)的設(shè)計工作存在較大的區(qū)別，設(shè)計人員缺乏相關(guān)的知識和技能。在安全質(zhì)量理論基礎(chǔ)上，通過分析問題及事故案例，建立本質(zhì)安全設(shè)計人員能力模型如圖5所示。

圖5 人員能力“五星”結(jié)構(gòu)圖Fig.5 “Five-star”structure diagram of personnel capacity

在人員能力模型的基礎(chǔ)上，研究建立本質(zhì)安全設(shè)計知識框架如圖6所示，開發(fā)專門的培訓(xùn)課程(包括本質(zhì)安全設(shè)計理念、概念，國內(nèi)外法律法規(guī)要求，安全管理理論，國外經(jīng)驗及良好實踐，中廣核設(shè)計院要求及工作實踐)，培訓(xùn)內(nèi)容納入到培訓(xùn)授權(quán)體系中。

圖6 知識體系框架圖Fig.6 Knowledge system framework diagram

4.5 開發(fā)信息工具，實現(xiàn)風(fēng)險自動識別與管理

中廣核設(shè)計院在現(xiàn)有信息化、智能化設(shè)計的基礎(chǔ)上進(jìn)行了本質(zhì)安全設(shè)計的探索。

(1)三維設(shè)計系統(tǒng)(Plant Design Management System，簡稱“PDMS”)應(yīng)用

通過PDMS實現(xiàn)了廠房、設(shè)備、管道、電纜橋架等的布置設(shè)計，設(shè)計防碰撞檢查系統(tǒng)，實現(xiàn)自動安全檢查功能，包括人行通道、物流通道寬度和高度檢查，起吊裝置、門運(yùn)行軟空間、閥門、消防栓等設(shè)備操作空間檢查，限制/禁止穿管特殊區(qū)域布置物項檢查。

(2)虛擬現(xiàn)實(Virtual Reality)技術(shù)應(yīng)用

中廣核設(shè)計院建立核電項目大型關(guān)鍵設(shè)備吊裝與安裝三大操作工藝運(yùn)行的三維仿真及VR系統(tǒng)，模擬安裝工藝的實際操作運(yùn)行過程，在設(shè)計過程中檢查、識別工藝運(yùn)行過程中與周圍環(huán)境物項的干涉情況，發(fā)現(xiàn)并消除安全風(fēng)險。

4.6 加強(qiáng)上下協(xié)同，建立設(shè)計與施工雙向聯(lián)動機(jī)制

以往項目，設(shè)計單位與下游施工單位在安全方面的協(xié)同不夠，現(xiàn)場往往等到出現(xiàn)安全問題才反饋給設(shè)計單位，造成問題既成事實和工作的被動。為改變這一局面，中廣核設(shè)計院建立了與施工單位的雙向聯(lián)動機(jī)制，包括前端進(jìn)行設(shè)計交底及后端問題反饋連線機(jī)制如圖7所示。

圖7 設(shè)計交底內(nèi)容Fig.7 Design disclosure content

(1)前端設(shè)計交底

中廣核設(shè)計院在開展本質(zhì)安全設(shè)計后，讓設(shè)計交底更加有針對性，例如，針對剩余風(fēng)險較多的系統(tǒng)和子項，必須納入設(shè)計交底計劃。

在進(jìn)行設(shè)計交底時，要對照設(shè)計風(fēng)險登記表，有針對性地對施工單位進(jìn)行安全交底。

(2)后端問題反饋連線機(jī)制

中廣核設(shè)計院聯(lián)合現(xiàn)場施工部門建立形成了定期、實時、在線的問題反饋機(jī)制如圖8所示，以現(xiàn)場需求為核心，著力解決核電工程建設(shè)過程中的風(fēng)險。現(xiàn)場施工部門定期收集并反饋設(shè)計相關(guān)的安全問題或需求、提出建議優(yōu)化措施，設(shè)計部門進(jìn)行分析評估，進(jìn)行設(shè)計優(yōu)化改進(jìn)。

圖8 問題反饋連線機(jī)制Fig.8 Problem feedback connection mechanism

5 本質(zhì)安全設(shè)計的實施效果

經(jīng)過近幾年工作實踐，中廣核設(shè)計院建立了本質(zhì)安全設(shè)計管理模型，按照全過程風(fēng)險管控屏障，從傳統(tǒng)的后端風(fēng)險管控向前端設(shè)計延伸，將安全設(shè)計要求融入到傳統(tǒng)設(shè)計過程中，系統(tǒng)地研究并開發(fā)了“5S1D”本質(zhì)安全設(shè)計流程，使本質(zhì)安全設(shè)計工作體系化、系統(tǒng)化、規(guī)范化，形成了一套本質(zhì)安全設(shè)計指導(dǎo)手冊，創(chuàng)新開發(fā)并應(yīng)用工具方法，為設(shè)計人員提供了工作指引。同時開展了一系列本質(zhì)安全設(shè)計優(yōu)化改進(jìn)，形成了很多典型案例，在設(shè)計源頭消除或、減少了施工過程中的安全風(fēng)險，保障了作業(yè)人員的生命健康安全。

(1)優(yōu)化管道布置，消除高處墜落、物體打擊、火災(zāi)、職業(yè)健康風(fēng)險

優(yōu)化管道布置詳細(xì)設(shè)計，將大量彎頭改為彎管，減少現(xiàn)場焊接作業(yè)，消除了施工安全風(fēng)險。據(jù)統(tǒng)計，某核電機(jī)組共削減約2 000個彎頭，預(yù)計能減少1 000個左右現(xiàn)場焊接作業(yè)。

(2)屋架及鋼平臺上設(shè)計安全繩立柱支座，降低高處墜落風(fēng)險

在某核電項目常規(guī)島屋架及鋼平臺高空作業(yè)時，施工單位搭設(shè)的臨時水平安全繩容易移動、不夠牢固，存在較大的高處墜落風(fēng)險。設(shè)計人員經(jīng)過現(xiàn)場實地踏勘，在屋架及鋼平臺上設(shè)計安全繩立柱支座，解決了施工人員安全帶無掛點(diǎn)、掛點(diǎn)不牢固等問題。

(3)運(yùn)轉(zhuǎn)層增設(shè)人員通道，消除落物傷人風(fēng)險

常規(guī)島廠房施工期間，運(yùn)轉(zhuǎn)層的大部分區(qū)域處于主行車吊裝區(qū)域范圍內(nèi)。運(yùn)轉(zhuǎn)層人員眾多，人員進(jìn)出吊裝區(qū)域存在較大風(fēng)險。設(shè)計人員在運(yùn)轉(zhuǎn)層增設(shè)一條人員通道，便于現(xiàn)場人員快速進(jìn)出，避開吊裝區(qū)域，消除吊裝過程中落物傷人風(fēng)險。

(4)混凝土梁改為鋼梁，消除高處墜落等作業(yè)風(fēng)險

混凝土梁施工過程涉及到鋼筋綁扎、模板支護(hù)、模板拆除、混凝土澆筑等作業(yè)，存在高處墜落、物體打擊、火災(zāi)等風(fēng)險。設(shè)計人員通過將混凝土梁改為鋼梁，鋼梁通過吊裝方式就位，施工工序簡單、安全風(fēng)險較低。

(5)設(shè)計設(shè)備、構(gòu)件吊耳，降低吊裝過程安全風(fēng)險

設(shè)備、構(gòu)件現(xiàn)場翻身時沒有合適的吊耳，致使設(shè)備、構(gòu)件在翻身時存在卸扣側(cè)向受力、滑動，安全風(fēng)險較大。設(shè)計人員設(shè)計了設(shè)備、構(gòu)件翻身作業(yè)使用的專用吊耳，降低施工安全風(fēng)險。

6 結(jié)束語

本質(zhì)安全設(shè)計屬于較新的課題，設(shè)計人員和設(shè)計單位需要轉(zhuǎn)變觀念，切實履行設(shè)計單位的法定職責(zé)，在具體的設(shè)計工作中落實本質(zhì)安全設(shè)計的要求，從設(shè)計源頭對施工安全生產(chǎn)事故進(jìn)行控制，是提升我國整體安全生產(chǎn)水平的迫切需要。