基于ISM的有限空间作业中毒事故风险分析

宋思雨，徐 克，张 贝，梁天瑞

(1.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074;2.湖北省安全生产监督管理局规划科技处，湖北 武汉 430061)

有限空间，又称受限空间，是指封闭或者部分封闭，与外界相对隔离，出人口较为狭窄，作业人员不能长时间在内工作，自然通风不良，易造成有毒有害、易燃易爆物质积聚或者氧含量不足的空间[1]。有限空间广泛存在于工贸行业的各个子行业，按照危险作业场所其主要可分为3类，即：密闭设备作业，包括各类贮罐、炉、塔 (釜) 、管道等作业；地下有限空间作业，包括地下管道、地下室、地下工程等作业；地上有限空间作业，包括料仓、干法脱硫罐等封闭空间作业。近年来，我国工贸行业有限空间事故频发，造成了重大的人员伤亡和财产损失。2010—2017年，全国工贸行业共发生有限空间作业较大以上事故112起，死亡426人，分别占工贸行业较大以上事故的43.1%和42%。为此，国家出台了《工贸企业有限空间作业安全管理与监督暂行规定》，同时2018年6月国务院安委办也通报了8起有限空间因盲目施救导致伤亡扩大的事故情况，旨在强调工贸企业有限空间作业的危险性，提醒应当加大监管力度，减少伤亡事故的发生。

有限空间作业中毒事故频发一方面在于作业人员并未意识到作业的危险性，另一方面也存在管理监督的不足，因此要想有效地降低有限空间中毒事故的发生率，需要分析导致事故发生的影响因素，从而有针对性地管控风险。但是，目前国内外针对有限空间风险评价的研究较少，仅有少量学者进行了一些有意义的探索。在国内，如黄郑华等[2]根据有限空间作业的危险性，分析了易导致的事故类型，并采用事故树分析法分析得到了危险性较大的基本事件，通过层次分析模型分析得出对系统影响较大的危险因素，进而提出了风险管控措施；高建明等[3]根据有限空间所辨识出的危险有害因素，提出了有限空间的风险控制程序，以此来规范有限空间的作业流程，降低事故的风险；刘艳等[4]采用现场试验的方法，研究了市政供热管线有限空间作业的主要危害因素，分别考虑了氧含量、二氧化碳含量、温度和湿度4个主要危害因素，并通过对这4个危害因素进行相关性分析，发现了其内在的联系，从而有针对性地提出了事故预防对策。在国外，Damien等[5]提出了有限空间5步风险评估法，并通过对作业工人进行问卷调查的形式统计了有关有限空间管理、内部条件、作业时长等各方面的问题，同时从事故发生的可能性和事故后果的严重度两个方面来评估有限空间作业的风险，最后总结出具体的风险管控措施，具有一定的参考意义。

上述研究主要集中在分析有限空间作业易发生的事故类型，且只是将引发事故的危险因素进行了列举，并没有对风险产生的机理进行深入的研究，也忽视了影响因素之间内在的联系，难以识别出导致事故最根本的原因，使得相关的风险管控措施难以达到预期的效果。因此，本文以有限空间作业中毒事故为例，通过构建风险因素的解释结构模型来深入分析其风险产生的机理，为有效地降低事故风险提供一定的依据。

1 有限空间作业的风险因素分析

根据对有限空间作业中毒事故的统计分析，结合国家颁布的有限空间作业规范，在文献整理分析的基础上，综合考虑了4个主要风险影响因素，即设备因素、人员因素、管理因素、有限空间自身因素，同时为了进一步细化有限空间作业的风险影响因素，并验证提取的风险影响因素的合理性，本文将初选的30个风险影响因素，采用德尔菲法并邀请6个专家进行匿名决策，通过反复填写问卷，最终专家达成一致意见，总结出16个影响有限空间作业的风险因素，详见表1。

表1 有限空间作业的风险因素

2 有限空间作业中毒事故风险因素的解释结构模型(ISM)构建

2.1 解释结构模型(ISM)方法

解释结构模型(Interpretative Structural Modeling Method,ISM)方法于1973年由美国系统工程理论学家华菲儿教授首次提出，该方法的优点在于它能够利用系统要素之间已知的凌乱关系，揭示出系统内部的结构，将复杂系统问题转化为直观的有结构层次的模型，这将有助于分析各因素之间的结构，并从中准确辨识问题的关键因素[6]。与其他方法相比，ISM方法能更清晰地描述出因素间的结构关系，保证模型的严谨性，增强分析结果的可靠性。本文中将有限空间作业中毒事故视为一个系统，导致中毒事故的风险因素视作子系统，子系统之间存在相互影响、相互作用的关系，所以该系统适用于利用ISM方法进行分析。ISM方法分析的基本步骤如下：

(1) 建立风险因素表。

(2) 根据风险因素表，研究因素间的相互关系，并建立邻接矩阵。

(3) 通过邻接矩阵求得系统的可达矩阵。

(4) 分解结构矩阵，即对所求出的可达矩阵进行层级的分解，确定基本层级。

(5) 建立系统的解释结构模型(ISM)。

2.2 确定邻接矩阵

对表1所列举的有限空间作业的风险因素进行编号，将呼吸器安全性能、作业工具安全性能、应急救援系统完善性等16个风险因素分别编号为S1、S2,…,S16，并分别确定每两个因素之间的直接影响关系，所生成的邻接矩阵A中元素aij的定义如下：

(1)

根据表1所列举的风险因素制作调查问卷，邀请原来的6位专家识别各因素间的直接关系，并通过统计汇总各位专家的意见，得出最终的结果，从而构建邻接矩阵A:

2.3 确定可达矩阵

可达矩阵代表系统各因素间经过一定的路径可到达的程度，通过生成的可达矩阵可以清晰地判断出因素间的直接与间接关系。可达矩阵M是在邻接矩阵A的基础上，将邻接矩阵A与单位矩阵I进行相加，即(A+I)，然后进行(A+I)的幂运算，运算法则均采用布尔运算规则，直到满足(A+I)K-1≠(A+I)K=(A+I)K+1时，矩阵M=(A+I)K即为所求的可达矩阵[7]。

所生成的可达矩阵M中，关于mij的定义如下：

因此，通过所生成的可达矩阵M就可以找到各因素间的直接或间接关系。本文采用Matlab语言求解可达矩阵M，则有：

2.4 分解结构矩阵

根据所求得的可达矩阵M进行结构性分析，分别求出每个因素的可达集合R(Si)、先行集合Q(Si)以及可达集合与先行集合的交集R(Si)∩Q(Si)。

可达集合R(Si)即为可达矩阵M中因素Si对应的行中，mij=1的矩阵元素所对应的列因素的集合，代表着从因素Si出发可到达的因素的集合。

先行集合Q(Si)即为可达矩阵M中因素Si对应的列中，mij=1的矩阵元素所对应的行因素的集合，代表着可以达到因素Si的所有因素的集合。集合运算结果即代表因素间的相互关系，具体见表2。

同时，为了了解因素间的层级关系，按照R(Si)∩Q(Si)=R(Si)的条件来进行层级的逐层抽取。对已确定了层级的因素(已经被抽取)则在可达矩阵M中删除该因素所在的行和列，更新可达矩阵M，进行下一层级的抽取，以此类推，直到所有因素都被抽取完，最终确定层级，完成层次化处理[8]。

2.5 构建风险因素的解释结构模型(ISM)

根据表2，依照R(Si)∩Q(Si)=R(Si)的关系确定具体层级，得到如下5层层级：

第一层级：S1，S2，S4，S5；

第二层级：S3，S7；

第三层级：S9，S10，S11；

第四层级：S6，S8，S12，S13，S14，S15；

表2 有限空间作业中毒事故各风险因素之间的关系

第五层级：S16

根据所划分的具体层次，绘制有限空间作业中毒事故风险因素的解释结构模型(ISM)，详见图1。

图1 有限空间作业中毒事故风险因素的解释结构 模型(ISM)Fig.1 Interpretative structural model(ISM) of poisoning accidents in limited space

3 有限空间作业中毒事故的风险机理与风险管控措施

3.1 有限空间作业中毒事故的风险机理分析

根据建立的有限空间作业中毒事故风险因素ISM可以看出，原有的16个风险因素被划分为了5个层级，且设备因素大致处于上层，管理因素处于中间层，人员因素和有限空间自身因素大致处于底层。

根据图1可以分析出影响有限空间作业中毒事故最直接的因素是处于ISM第一、二层级(上层)的风险影响因素，即呼吸器的安全性能S1、作业工具的安全性能S2、有毒有害气体检测装置的可靠性S4、通风装置的可靠性S5、应急救援系统的完善性S3和违章作业S7。在有限空间作业时，呼吸器的配置不合理或过滤装置失效，都会直接导致人体吸收到超过接触限值的有毒气体，直接导致中毒甚至死亡；作业工具例如安全带、检修设备等都是作业人员在进行有限空间作业时必须配备的，一旦发生作业工具不合格的情况，可能会导致作业人员从高处坠落，从而接触到下部浓度更高的毒性气体，从而导致中毒事故的发生；毒性气体检测装置是在进行有限空间作业前必须要对有限空间内毒性气体的浓度进行测量的设备，当毒性气体检测浓度高于一定的值，则须使用通风装置将内部有毒气体合理地排除。以上设备若有一类失效，均有极大的可能导致中毒事故的发生，所以其是有限空间中毒事故最直接的风险影响因素。应急救援系统的建设是否完善，很大程度上决定了事故是否会进一步扩大。例如安徽省阜阳市因1人进入污水池抽运污水晕倒，前后3人下池营救，结果造成4人均死亡；广东省东莞市华业鞋材有限公司1名员工进入皮浆池不久晕倒，3名工友先后入池救人，结果均晕倒在池中，最终造成4人死亡；等等。从近几年有限空间作业中毒导致的重大伤亡事故来看，很多事故都是因为盲目的施救而导致伤亡的进一步扩大，因此建立完善的应急救援系统可控制事故的进一步扩大，避免盲目的施救，同时也能为已中毒的作业人员争取宝贵的救援时间。

同理，根据图1可以分析出影响有限空间作业中毒事故的间接因素是处于ISM第三层级(中间层)的风险影响因素，即安全警示标志S11、作业审批制度S10和安全操作规程S9。作业审批制度是企业进行有限空间作业所必须履行的程序，一方面通过层层把关能够确保作业的规范性，另一方面形成层层有人管的责任体系将有助于降低作业的风险；安全警示标志则是在可能存在有毒有害气体，或者异常高温、低温等特殊的有限空间环境时，用于警示作业人员注意安全的标识，它能够避免作业人员进入未知的危险区域，从而导致不可预见的事故发生；而安全操作规程则是要求作业人员合理、正确地使用作业工具，正确佩戴安全防护用品，以此降低发生事故的风险。因此，通过严格、正确的安全管理，能够保障作业人员的生命安全，降低事故的风险。

而位于ISM第四、五层级的风险影响因素是导致有限空间作业中毒事故发生的最根本的因素，即有限空间内的温度S13、有限空间内的湿度S14、有限空间内毒性气体的浓度S15、安全意识S8、人员综合素质S6、教育培训S12、有限空间内出入方式S16。有限空间内的温度、湿度会直接影响作业人员的生理、心理状态，异常的工作环境会增加中毒事故发生的几率；而有限空间内毒性气体的浓度过高是造成有限空间中毒事故发生的最根本的原因；同时，作业人员的综合素质决定了其对安全操作规范的理解程度以及安全教育的实际效果，作业人员综合素质越高，越能遵循正确的操作规范，从而保障自身安全，避免事故的发生；作业人员的安全意识是企业安全文化所带来的持续影响，良好的企业安全文化能够提升全员的安全意识，使作业人员能够实现自我保护，也能保证在有限空间作业时有人监督，可从根本上降低事故发生的可能性，营造良好的安全氛围。

3.2 风险管控措施

由建立的有限空间作业中毒事故风险因素的ISM可以看出，底层风险因素触发了中间层风险因素，进而中间层风险因素进一步触发了直接影响因素，所以为了防止有限空间作业中毒事故的发生，应当对底层风险因素进行合理的风险管控，具体风险管控措施如下：

(1) 当有限空间内正常作业温度为高温或低温时，应当采取安全有效的方法缓慢地降低温度或者升高温度，使有限空间内部环境温度适合作业的要求。

(2) 辨识不同的有限空间内可能存在的有毒有害气体，只要进入有限空间作业就要遵循“先通风、再检测、后作业”的原则。对已辨识出来的危险有害因素，应设置安全警示标志，告知作业人员潜在的危险情况，使作业人员能够有所防备。当作业人员在与输送管道连接的封闭、半封闭设备内部作业时，应关闭阀门，装好盲板，设置“禁止启动”等警告信息[9]。

(3) 加强安全教育培训，建立企业特有的有限空间辨识目录，准确定义有限空间的范围。同时，通过“安全月”、活动展板等形式培养企业的安全文化，提高全员的安全意识，使员工了解有限空间作业存在的危险， 掌握完备的应急救援知识，熟练使用应急救援设备。

4 结 论

(1) 本文结合有限空间作业事故案例以及国内外相关标准、文献，选取了30个影响有限空间作业中毒事故的风险因素，并邀请专家通过德尔菲法确定了16个主要风险因素，有助于评估有限空间作业潜在的事故风险。

(2) 根据风险因素间的相互关系，构建邻接矩阵，应用解释结构模型(ISM)理论，通过编程计算出可达矩阵，然后通过集合运算，实现对16个风险因素的层次化分析，理清了有限空间作业中毒事故的风险机理，实现了对有限空间作业中毒事故的风险分析。

(3) 通过划分层级，区分出了导致有限空间作业中毒事故发生的直接影响因素、间接影响因素、根本影响因素，并针对根本影响因素提出了具体的风险管控措施，以此降低有限空间作业中毒事故发生的可能性，便于企业更好地实行对有限空间作业的安全管理。