人机工程原理在城南污水厂工程中的应用

娄维国

（胜利石油管理局 供水公司，山东 东营257200）

1 概 况

随着我国城镇化加速发展，人民生活水平不断提高，城市污水排放量也逐年增长。近年来我国掀起了城市污水处理厂和配套管网建设的高潮。污水处理厂对社会的功能显示了它对人民生活的正面效应，但由于技术支撑不足、安全管理不完善等原因，它又展现出了相应的负面效应。随着大量污水处理厂建设投产，污水处理厂的安全问题也日益突出。2006年8月8日，太原市殷家堡污水处理厂在进行进水井闸门检修时4人死亡［1］；2009年6月11日海口白沙门污水处理厂5名现场作业工人在扩建排海工程的顶管施工过程中遇难［2］……一次次伤亡事故不仅影响了污水处理厂的建设运行安全，也导致了巨大的生命财产损失，影响了和谐社会的构建。

国内外对污水处理厂相关技术进行了深入研究［3］，国外的研究侧重于污水处理工艺生命周期的评价，如M.Ortiz等［4］将生命周期评价运用到污水厂的“可持续性”评价中。国内，李方文［5］从保障出水达标、防止污水处理厂对环境产生污染、减少污水处理过程中人员伤亡等方面探讨如何保证污水处理厂安全运行。这些研究均侧重于污水厂运行工艺过程，对于施工过程涉及较少。

安全人机工程学是人机工程学的一个分支，它从安全工程学的观点出发，为进行系统安全分析和预防伤亡事故、职业病提供人机工程学方面的系统理论和知识［6］。LEC法是美国的安全专家G.F.Kinney和K.J.Graham提出的一种简单易行的评价作业条件危险性方法。笔者针对城南污水厂建设要求和实际情况，运用安全人机工程原理，通过风险分析，运用各种管理方法和技术手段，建立合理可行的人机系统，做好城南污水厂工程的施工组织管理，旨在如何有效发挥人的主体作用，保证本工程以安全为主的各项指标受控状态良好，保障工程建设安全高效运行，探索一套行之有效的污水厂建设管理新思路，并为其他类比工程提供参考。

2 城南污水厂工程人机系统现状

城南污水厂工程是包括污水收集管网、提升泵站和污水厂三位一体的大型污水处理工程，服务范围约50km2。其中，城南污水厂位于山东省东营市东营区基地南部，距市区约5km，一期设计处理能力为6×104t／d，污水厂内单体工程有23个，多数为大型混凝土工程，厂区内的水、气等各类工艺管线纵横交错，作业面广；污水收集管网约21km，提升泵站5座，施工环境包括野外、道路穿越、水上（下）作业等，其中2座泵站为深基坑作业，施工环境复杂且差别大，安全隐患点多，施工组织难度大。

2.1 施工人员的心理特征与地域特征明显

城南污水厂工程按要求开工建设，战线长达16 km，有大量施工人员同步施工，工程范围涉及深基坑、穿越、水上（下）、高空、高压电等，对部分施工人员尤其是特种作业人员的操作能力、安全主动性要求高，操作者接受被动安全指令多，易产生逆反心理；泵站等场所受施工空间影响，安全防护经常重新拆建，容易产生厌烦或侥幸心理；大口径管线吊运安装工地多处于闹市区，受周围景象影响注意力易分散。污水厂远离市区，交通不便，各专业队伍交叉施工、劳动强度差异较大、安全风险高低不同，数百人的“集合”施工队伍中从众、攀比现象表露较为突出。此外，施工操作人员分别来自山东、江苏、河南、四川等地区，不同区域群体的省能心理、侥幸心理、抱团与排外心理表现比较突出，每个小群体因社会背景、风俗和“工头”影响力不同，小群体安全意识、行为能力、工作态度等都明显不同，小群体之间安全状态差异大。

2.2 施工机具和外部环境差异较大

城南污水厂工程的施工机械、环境既有污水处理厂的普遍性，又有其特殊性，主要体现在3个方面：第一，工程施工过程中使用机械设备数量大、种类多，桩机、锚机、钻机、起重机、电焊机、调直机、管机、穿越机等各类机具操作防护等级要求和安全风险高低不一，完好情况不同，往复调配后作业环境变化大，每个岗位的安全要求和岗位人员的安全状态难以达到高度相符［7］。第二，城南污水厂工程管道种类和数量繁多，内外防及补口、玻璃钢打磨与黏接等施工中易产生酫、酚、醇、氨等毒性物质。个人防护用品未使用或失效，操作失误、通风不良、物品存放不当，冒险进入危险场所、设备缺陷等原因都极易导致严重的后果。盲目施救和通风不良极易导致中毒事故发生，需要特别注意。第三，管网所属泵站全部位于市区内，周围大多是排水河道、道路桥梁或建筑，施工范围有限，基坑深达11.5～13.5m。所属截污、导污管网约60%靠近河道，部分施工段多次穿越数十米宽的排水河道，污水中含有有害物质和较深底泥，施工期间，人员一旦不慎落入水中将会非常危险。

2.3 施工中人机系统匹配波动较大

城南污水厂工程按照项目“四制”要求进行建设管理，安全管理体系、技术质量体系和制度建设等较完善。但在工程建设中，人员、机具等施工资源投入巨大，期间立体交叉作业多，组织管理对象复杂，作业环境多变，工程建设的复杂性、动态性和长期性造成安全管理的高风险性。尤其对于城南污水厂工程而言，随时间推移、作业空间变化发生人员、环境变更是不可避免的，特别是深基坑开挖与防护、河道周边水上和水下等环节交替作业，作业环境、人员同时发生变更时，作业方法、人机功能的再分配、人机界面的适应性和作业空间及负荷也都会发生变化，此时风险性会大幅上升。

2.4 工程风险项点识别与分析

城南污水厂工程是一项复杂的系统工程，根据工程人机系统特点得出，城南污水厂工程建设过程中主要风险项点是人的不安全行为、物的不安全状态、不良作业环境及安全管理缺陷4个方面综合作用的结果（图1）。

图1 风险项点构成要素

LEC作为一种作业条件危险性评价方法，简单实用，通过LEC评价，可以量化确定城南污水厂工程建设过程中各类有害因素可能造成的潜藏祸患程度。其中，L、E、C分别代表3个自变量，D为因变量：

L为危险事件发生的可能性；

E为易露于危险环境的频率；

C为危险严重程度；

D为作业条件的危险性，为三者的乘积。

在城南污水厂工程建设管理中，根据工程建设各节点人员、机具和环境的不同，共将风险分为5级8类。5级分别为稍有危险（1级）、一般危险（2级）、显著危险（3级）、高度危险（4级）和极其危险（5级）；8类分别为高处作业、用电施工、机具操作、基坑防护、消防、水上施工、职业危害等8类。每一子类中又按照人员、机具、作业环境等要素进行细化识别分析，共计131个风险项点。据此，确定工程建设各阶段的安全管理控制重点。

统计结果如图2、3所示。

图2 城南污水厂操作环境风险项点统计

图3 城南污水厂风险项点风险等级统计

通过划分风险等级、综合分析可知：高处作业、水上施工、用电施工等与普通施工场所变更的作业环节相比危险性较大，说明作业环境对风险项点的影响较大；由于正常施工、生产环境中接触的机械种类多，机械操作子类中的风险项点最多，体现了机具在现场安全管理中的重要性；由于作业环境基本不可变、机具本身特性固有，当二者相对固定后，可能造成不可接受后果的高度危险和极其危险大多数与施工人员的安全主动积极性有很大关联。

3 人机系统和谐统一推进工程建设

3.1 注重群体因素和个体心理、生理因素，提高全员主动安全意识

城南污水厂工程建设过程中，按中石化QHSE进行管理，工程项目部要求参建各方的各级管理人员更加注重群体因素和个体因素在安全生产中所起的重要作用，并将这种认识传达到每一个具体行为人，落实到具体组织管理中，力争全员主动做好制度与安全、效益与安全的平衡与控制，真正增强全员主动安全意识。

（1）所有特种操作人员经过统一考核验证后才能入场，实行集中考核、配置施工的管理模式。各群体队伍依据往年考核结果，按工程施工风险项点风险度、技术水平、施工能力高低、业绩评价等进行量化打分，综合评价后调配不同队伍的施工内容，充分发挥“班头”的示范影响作用，实行安全正负补偿考核机制，保障安全与质量、安全与效益、安全与进度的高度统一。

（2）统一建立施工人员行为档案，工程项目部与“班头”共同把好施工人员入场关，结合施工人员性格特征并根据观察、检查情况建立、完善个人安全信誉档案，更加关注“先进”和“落后”两个方面的人员，有针对性地采用不同方式进行有效安全教育，将良好性格的人放在重要的艰巨的危险性相对大的岗位上，将不良性格的人放在安全性相对较高的岗位上，督促“班头”发挥队伍内个人的优势能力，合理安排，人尽其才，从而真正减少生产过程中因人的不安全行为可能造成的事故。

3.2 注重方案优化和技术安全交底，不断优化施工作业方法和作业负荷

城南污水厂工程由上海院和油田院共同设计，项目部编制施工作业方案时充分落实设计意图，听取施工技术人员建议，并报请有关专家审核把关，根据方案确定可行的技术手段和管理方法后，对施工所有人员进行现场技术安全交底。如在桩基施工过程中，将洛阳铲式掏桩器改进为螺旋切割式掏桩器，工作效率提高了300%。研制了多缝式自流平管养护器，在夏季实施混凝土养护，减轻了养护人员的作业负荷，并降低了在高空作业时的风险。工程建设过程中，不断地完善特殊环境下的安全管理制度和操作规程，以控制工程施工过程中设施、人员、过程（工艺）和环境等永久性或暂时性的变化［8］，提高人机系统的“安全、经济、高效”综合效能。

3.3 注重人、机、环境的和谐统一，全力削减风险项点，消除安全隐患

城南污水厂工程是一种水厂＋管网同步施工、开放式的团队作业项目，交叉作业环节多，地下、地上、高空环境复杂、隐患多，人、机、环境三者高度统一，才能保证安全生产。

3.3.1 优选人员和设备

根据施工环境有针对性地选择参与的人员和机械设备等资源，依据人、机资源满足施工作业环境要求的原则，泵站深基坑作业调用经验丰富的胜建专业化队伍，单体水工构筑物按安全风险、施工难度的大小分别调用江苏、山东队伍。统筹考虑布置作业场地，依据人体作业特征，机、料位置固定合理，确定最佳作业区域、作业方法、最低安全防护范围，统一调配所有的机械设备资源，力争在有限的资源内，优化配置，通过提升人员的操作水平来最大限度地保证人和机械设备的安全。

3.3.2 做好队伍内部组合

做好“群体”小队伍内部之间的组合，人与人组合从整体上考虑安全状态和整体意识，技术力量较弱的补充技术人员，安全状态低的配置培训后的专职班组安全监督培训员，发挥“班头”的示范力和关爱力。细化内部作业负荷，认真分析研究作业人员、机械和作业顺序等，确定合理的工作流程，干什么、什么人干、怎么干，小队伍内部形成一种合理高效的组合，共同降低各项点安全风险。

3.3.3 优化设备设施

合理利用安全人机工程学的原理对设备、设施进行优化。注意设备的保养与维护，编制严格、多层次设备的维修和检修规程；尽量采用具有互锁装置的设备，以有效避免人员误操作；对于特殊作业的设备必须满足相应的安全性能，如水下设备须达到相应密封要求，临电全部采用三相五线制，用电设备有漏电保护、接地，同一水平、垂直工作面上下电源实行单向联锁供电装置；合理利用人机工程学中的视觉原理设计安全警示牌，对于特殊环境设置检测装置、联动光电报警装置等，积极探索试行安全“目视化”管理。

3.4 注重安全教育培训质量和安全检查，提高安全水平

在安全教育中，依次开展安全知识、技能和意识教育与培训。入场时对从业人员进行三级安全教育，以生产组织原则、环境、纪律、操作标准为主；结合施工的变化适时进行安全技能教育和训练，并分步验收；经常性地根据安全形势开展安全意识教育和培训，以事故为事例，坚定从业人员掌握安全知识和技能的信心。

针对特殊环境作业建立切实可行、全面规范的操作规程。重视作业人员尤其是高危作业项目人员的心理和生理健康，通过建立、查阅个人安全信誉档案，根据个体差异及时发现不良现象，掌握个体心理、生理波动表现出来的规律，进行系统分析和评价，判断各班组整体安全状态和综合安全能力。据此调整工作部署，在工作任务的安排、班前安全培训教育、作业中监督检查重点等方面区别对待，从而将安全隐患消灭在萌芽状态。

通过应用人机工程原理，城南污水厂工程安全防范控制措施更加注重人性化，提高了施工作业人员的安全和舒适感，施工安全和进度等都得到了有效保障。

［1］刘宁.城市污水处理厂危险有害因素分析与防范对策［J］.中国安全生产科学技，2011，7（10）：124-128.

［2］王志刚，许云.海南海口污水处理厂发生透水事故五人遇难［EB／OL］.［2013-03-17］.http：／／news.sina.com.cn／c／2009-06-11／230618000267.shtml.

［3］薄迎春，李来鸿，马善鹏，等.神经网络动态规划在溶解氧控制中的应用［J］.中国石油大学学报：自然科学版，2013，37（1）：177-182.

［4］ORTIZ M，RALUV R G.Life cycle assessment of water treatment technology：wastewater and water-reuse in a small town［J］.Desalination，2007（24）：121-131.

［5］李方文.城市污水处理厂安全运行问题探讨［J］.中国安全科学学报，2009，19（6）：10-16.

［6］李红杰，鲁顺清.安全人机工程学［M］.武汉：中国地质大学出版社，2006：6.

［7］余良旺.如何保证污水处理厂设备的安全运行［J］.安全，2005，26（2）：54-55.

［8］徐峰，贺辉宗，商翼.变更管理 HSE风险控制点研究［J］.体系建设，2012，12（6）：9-10.