魯存郁,蔣 鋒,于曦洋,沈浩宇,華 敏,王三明,潘旭海

(1.南京工業(yè)大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院,江蘇 南京 211800;2.中國石化集團(tuán)金陵石油化工有限責(zé)任公司,江蘇 南京 210046;3.南京安元科技有限公司,江蘇 南京 210013)

2020—2022年,中國年均安全事故死亡人數(shù)約2.7萬,重特大事故時有發(fā)生,我國安全生產(chǎn)進(jìn)入瓶頸期。專家檢查時,由于專業(yè)背景和經(jīng)驗的差異,在判斷和關(guān)注度方面有所差別。企業(yè)安全管理人員親力親為的傳統(tǒng)管理模式作業(yè)量大、差錯率高、全方位管控能力較低,無法做到實時的全方位管控。國內(nèi)外學(xué)者創(chuàng)造性地提出并改進(jìn)了多種智慧識別隱患的方法。Yang等[1]提出了一種用于操作監(jiān)督和基本的人為錯誤模式識別的算法,并開發(fā)了智能作業(yè)監(jiān)控系統(tǒng),用于作業(yè)人員在作業(yè)過程中手工操作的可操作性和可靠性分析。Antwi-Afari等[2]研發(fā)了可穿戴鞋墊壓力系統(tǒng),通過測量步態(tài)參數(shù)以識別作業(yè)安全隱患。Baig等[3]提出了基于視覺的火焰及其強(qiáng)度計算的新方法,用于修正視頻中火災(zāi)的誤檢。趙遠(yuǎn)飛等[4]通過建設(shè)安全生產(chǎn)隱患排查智慧支撐平臺,實現(xiàn)條文搜索、表格生成和事故規(guī)律追蹤功能。李昊等[5]利用大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù),開發(fā)安全管理體系云+邊信息化平臺,實現(xiàn)了信息共享和快速處理,實現(xiàn)智能化判斷和控制。Qu等[6]將電力系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)進(jìn)行細(xì)分,此后提出一種基于多遠(yuǎn)數(shù)據(jù)的電力系統(tǒng)故障全信息模型,利用實時性數(shù)據(jù)實現(xiàn)快速故障診斷。顯然,新型隱患識別方法、工具、平臺等的研發(fā)要以大量基礎(chǔ)隱患為基礎(chǔ),提煉形成隱患數(shù)據(jù)庫。隱患數(shù)據(jù)庫即隱患數(shù)據(jù)化的表現(xiàn)形式,為提煉事故模式、人工智能訓(xùn)練等研究提供數(shù)據(jù)支撐。van Roden 等[7]利用國家損傷電子監(jiān)測系統(tǒng)(NEISS)數(shù)據(jù)庫,計算階梯事故的損傷并提煉階梯事故的事故模式。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)能夠通過平移、縮放、旋轉(zhuǎn)原始數(shù)據(jù)等操作,學(xué)習(xí)原始數(shù)據(jù)的高級語義特征,從而應(yīng)用于隱患識別診斷領(lǐng)域[8]。趙亮等[9]利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建了面向選煤廠安全管理的人工智能視頻分析系統(tǒng)。構(gòu)建隱患數(shù)據(jù)庫的核心是生產(chǎn)現(xiàn)場事故隱患的提取和歸納。然而,事故隱患識別專業(yè)化、全面化和系統(tǒng)化程度低,受安全管理人員主觀因素影響較大,加之隱患本身的復(fù)雜性和多樣性,為各類隱患相關(guān)數(shù)據(jù)庫的建立帶來了障礙。卞斌彬等[10]指出,實踐中隱患清單的建立存在工作量大、時間緊、辨識不全面、新排查出的隱患在原有清單中無對應(yīng)風(fēng)險、管控措施單一等問題。因此,需要研究全面、高效及合理提取隱患的方法。隱患的提取實際以事故模式的提煉為基礎(chǔ)。隱患是導(dǎo)致事故發(fā)生的原因[11],對事故有宏觀和整體的認(rèn)識。把握事故模式,才能深入其中,有針對性地尋找和提取微觀且具體的隱患,從而避免隱患提取的片面性。

目前,針對事故模式的研究有2種,一種為共性化研究,以探究事故致因為主。Ge等[12]梳理了近14年國內(nèi)事故模式發(fā)展簡史,介紹并比較了當(dāng)前國內(nèi)流行的5種事故因果模型。傅貴等[13]在古典事故致因理論模型的基礎(chǔ)上發(fā)展構(gòu)建了行為安全“2-4”模型,并進(jìn)行了多次完善與更新[14-15],在其事故致因研究團(tuán)隊內(nèi)部有了較大規(guī)模的應(yīng)用[16]。另一種為分行業(yè)、分場景的個性化研究。華敏等[17]針對NaTech事件進(jìn)行預(yù)想,從多米諾效應(yīng)的角度分析了泄漏導(dǎo)致的罐區(qū)火災(zāi)事故的6大階段,反映了事故動態(tài)演化路徑。臧小為等[18]通過統(tǒng)計分析研究了俄羅斯金屬非金屬礦山工業(yè)事故,結(jié)果表明地壓災(zāi)害、交通運輸作業(yè)和機(jī)械傷害、高處墜落與淹溺等屬于危害性最嚴(yán)重的導(dǎo)致人員死亡的因素。侯淑雅等[19]研究了槽罐車爆炸事故,探討了泄漏事故發(fā)生的可能原因,并分析了泄漏氣體擴(kuò)散過程及擴(kuò)散后可燃?xì)怏w云團(tuán)被引燃產(chǎn)生的爆燃過程。周寧等[20]通過實驗分析和模型計算,系統(tǒng)研究了石化管廊池火災(zāi)事故中影響熱力學(xué)響應(yīng)的主要因素。

目前,主要從事故致因、演化機(jī)制和影響因素角度出發(fā)研究事故模式,研究重點是進(jìn)行事故分析,而非事故預(yù)防與隱患排查。因此,當(dāng)前的事故模式研究與隱患提取的關(guān)聯(lián)性較低,與建立、填充隱患數(shù)據(jù)庫的適配度較低。首先,共性研究從事故致因和事故演化的角度進(jìn)行研究,偏重理論;個性化事故模式應(yīng)用安全系統(tǒng)工程的各類事故分析方法,雖偏重應(yīng)用,但其與對應(yīng)場景之間的黏性較強(qiáng),更換場景時需要多次重復(fù)使用對應(yīng)分析方法,重新構(gòu)建框架,費時、費力且對專業(yè)要求較高,無法快速應(yīng)用于其他場景,與隱患數(shù)據(jù)庫的通用性、高效性需求相悖。其次,事故模式研究多基于事故致因理論,事故模式自身缺少明確定義,事故致因理論多樣化直接導(dǎo)致了事故模式表述形式多樣化、缺乏同一性,致使其表述繁雜、形式模糊,推廣應(yīng)用易受阻礙。再次,當(dāng)前側(cè)重事故致因的事故模式研究僅討論主要原因,在實際應(yīng)用時易缺易漏,與隱患數(shù)據(jù)庫的全面性需求不契合。

因此,要提高隱患查找的完整性、條理性和實用性,需在宏觀上把握事故模式,剖析事故模式與隱患的關(guān)系,并探尋更適用于建立隱患數(shù)據(jù)庫的隱患查找方法。鑒于此,本文給出事故模式的一般性定義和內(nèi)涵;通過層層分析事故模式,結(jié)合《企業(yè)職工傷亡事故分類》(GB 6441—1986),形成高效確定隱患點的方法;使用事故統(tǒng)計法[21],梳理分析2000—2022年間132起我國化工行業(yè)較大及以上安全生產(chǎn)事故,研究化工行業(yè)事故模式中第二類危險源中不同類目事故的發(fā)生概率及危險性,分析重點防護(hù)方向;最后,以丙烯裝車場景的事故模式為例,確定出現(xiàn)事故概率較高的隱患點并描述隱患特征。

1 事故模式提取

1.1 事故模式的定義及內(nèi)涵

事故的定義可參見文獻(xiàn)[22-23]。模式指主體行為的一般方式,是理論和實踐之間的中介環(huán)節(jié)。提煉事故模式為提取現(xiàn)場隱患的基礎(chǔ)和前提,當(dāng)前對于事故模式的研究所展現(xiàn)的低普適性與高復(fù)雜性的缺陷無法滿足實際應(yīng)用的現(xiàn)實需要。基于此,需對事故模式提出新的定義并賦予其相匹配的內(nèi)涵。事故模式的定義為由于違反法律法規(guī)或疏忽失誤造成意外災(zāi)禍的一般方式,事故模式包含事故根源、屏障失效以及事故類型。

事故必然有其根源,結(jié)合三類危險源理論[24],將事故模式中事故根源確定為第一類危險源。屏障的設(shè)置和維護(hù)以及制度的制定和運行都是為了保障第一類危險源處于安全狀態(tài)。因此,作為第一類危險源的事故根源,在運用事故模式進(jìn)行事故分析時,首先要確定蘊含破壞能力的能量的來源或其載體,包括機(jī)械能、核能、化學(xué)能、內(nèi)能(熱能)、輻射能、電能、光能和輻射能等。

軌跡交叉理論指出,事故發(fā)生需具備2個因素,一是具有引起傷害的能量,二是存在遭受傷害的對象,且兩者相距很近,使得能量能夠作用于對象,從而引發(fā)事故。在事故模式中,屏障是將事故根源與可能遭受傷害的對象分隔以維持系統(tǒng)安全狀態(tài)的措施,以及保障措施有效運行的組織管理制度。人的不安全行為、設(shè)備設(shè)施的缺陷、環(huán)境異常以及規(guī)章制度的制定和運行缺陷能夠造成事故模式中屏障的失效。

事故類型即發(fā)生事故的種類和形式?！镀髽I(yè)職工傷亡事故分類》[25](GB 6441—1986)中將事故類型劃分為20類。研究事故模式時,可結(jié)合事故根源和失效屏障來確定具體事故類型。

1.2 事故模式的提取方法

首先,確定事故根源,確定具有能造成破壞能力的能量或其載體。其次,對照《企業(yè)職工傷亡事故分類》(GB 6441—1986)中“表A.6不安全狀態(tài)”與“表A.7不安全行為”,列出實際所使用的屏障,分析導(dǎo)致屏障失效的因素,列出隱患特征。再次,根據(jù)事故根源所確定的能量與其對應(yīng)的屏障,確定事故類型。最后,將事故模式表述為在某場景下,某種能量或能量載體作為事故根源,由于將其與受傷害對象隔離的某(些)屏障失效而造成了某類事故。提取過程如圖1所示。

圖1 事故模式提取方法Fig.1 Accident mode extraction method

2 隱患及發(fā)生概率分析

2.1 事故模式與隱患的關(guān)系

提煉事故模式為提取隱患的前提。因此,為全面提取隱患,需進(jìn)一步明確隱患與事故模式的關(guān)系?！栋踩a(chǎn)事故隱患排查治理暫行規(guī)定》[26]給出了安全生產(chǎn)隱患的定義。由此認(rèn)為,隱患是造成事故根源能量異常釋放的危險的來源,即事故模式中造成屏障失效的原因。參考田水承等[24]提出的三類危險源的觀點,將隱患劃分為兩類:第一類是導(dǎo)致事故根源能量釋放的因素,可以將其分類概括為人的因素、設(shè)備因素和環(huán)境因素。第二類是使得第一部分屏障失效的規(guī)章制度的因素,將其概括為管理因素。事故模式與隱患的關(guān)系如圖2所示。圖2表明,隱患導(dǎo)致屏障失效,隱患包含人的因素、設(shè)備因素(機(jī)的因素)、環(huán)境因素和管理因素,其中管理方面的隱患會增加人、機(jī)、環(huán)三方面隱患發(fā)生的概率。需要指出的是,隱患與事故模式并非包含于的關(guān)系,隱患造成的屏障有效性發(fā)生改變這一事件被定義為屏障失效,屏障失效是事故模式的一部分。

圖2 隱患與事故模式關(guān)系Fig.2 Relationship between hidden danger and accident mode

2.2 隱患的分析方法

隱患數(shù)據(jù)庫對查找隱患提出了完整、全面、高效的要求,因此需建立高度普適的一般性隱患查找方法?！镀髽I(yè)職工傷亡事故分類》(GB 6441—1986)中,將物的不安全狀態(tài)分為4大類,將人的不安全行為分為13大類,如表1所示。

表1 隱患分類表[25]

在確定隱患點時,宜參考隱患分類表(表1),以細(xì)分類目為依據(jù),結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和實際安全操作規(guī)程,采用事件樹法(ETA)、魚刺圖法、作業(yè)危害分析法(JHA)和專家咨詢法等方法確定隱患點及隱患特征,輸出隱患及隱患特征表。圖3為事故模式中屏障失效分析方法流程圖?！镀髽I(yè)職工傷亡事故分類》(GB 6441—1986)中表A.6和表A.7分類號的第1列數(shù)字為6和7,分別代表不安全狀態(tài)和不安全行為;第2列數(shù)字為N和M,分別對應(yīng)不安全狀態(tài)和不安全行為的隱患大類;第3列數(shù)字為n和m,分別對應(yīng)每個大類下所屬小類的數(shù)量。nN和mM分別表示每個大類下所屬小類的數(shù)量,例如,n1=2,表示在防護(hù)、保險、信號等裝置缺乏或有缺陷(N=1)大類中,包含無防護(hù)和防護(hù)不當(dāng)2個小類的不安全狀態(tài)。n2=4,表示在設(shè)備、設(shè)施、工具、附件有缺陷(N=2)大類中,包含設(shè)計不當(dāng)、強(qiáng)度不夠、設(shè)備非正常運行、維修調(diào)整不良4個小類的不安全狀態(tài)。

圖3 屏障失效分析方法流程Fig.3 Flow chart of barrier failure analysis method

分析不安全行為時,取“結(jié)束”的判斷條件M=13,分別取m1=16,m2=4,m3=3,m4=3,m5=1,m6=11,m7=1,m8=1,m9=1,m10=1,m11=8,m12=3,m13=1。隱患特征是能夠被識別的,即將某個隱患自身區(qū)別于其他隱患的特點。由于管理因素以文件形式為主,在生產(chǎn)現(xiàn)場不具有直觀性,因此,隱患特征的研究主要針對第二類危險源。

2.3 隱患發(fā)生概率分析

4種物的不安全狀態(tài)與13種人的不安全行為發(fā)生的概率不同,導(dǎo)致其危險程度也不盡相同。本文僅分析導(dǎo)致事故模式難以直接體現(xiàn)這種差異。因此,研究搜集132起2000—2022年化工行業(yè)較大及以上安全生產(chǎn)事故案例,結(jié)果可得:事故類型包括火災(zāi)、其他爆炸、容器爆炸、鍋爐爆炸、物體打擊、機(jī)械傷害、坍塌、灼燙、中毒和窒息。將事故類型進(jìn)行歸納,得到圖4所示的統(tǒng)計圖。由圖4可得:占比最高的是其他爆炸類事故,為62起,占比46.97%;中毒和窒息類事故次之,為43起,占比34.09%。以事故模式與隱患關(guān)系的模型為基礎(chǔ),提取屬于第二類危險源的隱患,共計708條,用以分析比較4種不安全狀態(tài)和13種不安全行為的發(fā)生概率和危險程度,其中不安全狀態(tài)類隱患359條,不安全行為類隱患349條。

圖4 2000—2022年化工行業(yè)較大及以上事故類型統(tǒng)計Fig.4 Statistical of major and above accidents types in chemical industry from 2000 to 2022

以火災(zāi)及其他爆炸類、中毒和窒息類典型事故類型為主,分別從不安全狀態(tài)與不安全行為兩個方面統(tǒng)計第二類危險源隱患條目,如圖5所示,其中,火災(zāi)及其他爆炸類事故不安全狀態(tài)類隱患共計195條,不安全行為類隱患共計180條;中毒和窒息事故不安全狀態(tài)類隱患共計124條,不安全行為類隱患共計130條。

圖5 第二類危險源隱患統(tǒng)計圖Fig.5 Statistical diagram of hidden dangers of second danger source

由圖5可知:在不安全狀態(tài)部分,2種典型事故中N=1時隱患發(fā)生的概率均最高,占比分別為49.23%和36.29%,主要表現(xiàn)在無安全保險裝置、無報警裝置或裝置存在缺陷。中毒和窒息類事故需要額外注意N=3類別中的隱患,配備符合使用標(biāo)準(zhǔn)的個人防護(hù)用品用具,事故統(tǒng)計中其出現(xiàn)的概率達(dá)到23.39%。在不安全行為部分,火災(zāi)及其他爆炸類事故中M=1和M=13時隱患發(fā)生的概率高于其他類別,分別達(dá)到了30.00%和26.11%,主要表現(xiàn)在按鈕、閥門等處操作錯誤以及違章動火作業(yè)。中毒和窒息類事故中,M=11時發(fā)生隱患的概率最高,為28.46%,即在必須使用個人防護(hù)用品用具的作業(yè)或場合中忽視其使用,如受限空間作業(yè)等;M=1和M=6時出現(xiàn)隱患的概率較高,分別為26.15%和25.38%,主要表現(xiàn)在忽視警告標(biāo)志,冒險進(jìn)入危險場所,無防護(hù)措施盲目施救導(dǎo)致事故擴(kuò)大。

3 案例說明

以丙烯裝車作業(yè)場景為例,利用上述方法提取事故模式并分析該場景進(jìn)行安全防護(hù)的重點。本文僅展示2類情況:①發(fā)生事故概率較大的防護(hù)、保險、信號等裝置缺乏或有缺陷(N=1)時,n=1、n=2的情況;②操作錯誤、忽視安全、忽視警告(M=1)時,m=1的情況。

第1步,確定事故根源。丙烯裝車事故模式中,事故的根源在于丙烯高壓、極度易燃、易與空氣混合形成爆炸性混合物的特性,蘊含在異常狀態(tài)下會產(chǎn)生熱能和熱輻射、燃燒和爆炸的能量。

第2步,列出屏障。當(dāng)N=1時,即第一大類“防護(hù)、保險、信號等裝置缺乏或有缺陷”的部分,此時nN=n1=2,表示該類目包含2個細(xì)分小類,分別是“無防護(hù)”與“防護(hù)不當(dāng)”。當(dāng)n=1時,表示處于分析“無防護(hù)”小類進(jìn)程。該小類包含11種不安全狀態(tài),丙烯裝車環(huán)節(jié)涉及6種,使用的屏障見表2。

表2 無防護(hù)類隱患及隱患特征(N=1,n=1)

第3步,根據(jù)涉及的屏障提取隱患,通過各類方法分析對應(yīng)的隱患特征,例如通過專家咨詢法、參考相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)、對照現(xiàn)有的安全操作規(guī)程等方法,得到無防護(hù)類隱患及特征見表2。

第4步,為n第二次賦值,使得n=n+1=2,表示此時處于對第二部分“防護(hù)不當(dāng)”小類的分析進(jìn)程。用同樣的方法分析得到該類目包含8種不安全狀態(tài),其中丙烯裝車作業(yè)場景涉及2種,見表3。此時滿足n=n1=2,表示完成了防護(hù)、保險、信號等裝置缺乏或有缺陷的部分,為N進(jìn)行第二次賦值,使N=N+1=2,重復(fù)上述步驟直到N=4。

表3 防護(hù)不當(dāng)類隱患及隱患特征(N=1,n=2)

經(jīng)過第1—4步后,完成不安全狀態(tài)部分的分析,接著分析不安全行為部分。取M=1,m=1,即分析隱患分類中不安全行為的第一大類“操作錯誤、忽視安全、忽視警告”部分。該部分包含16種不安全狀態(tài),其中丙烯裝車作業(yè)場景涉及9種,得到表4。此時滿足m=m1=16,該部分分析結(jié)束,應(yīng)轉(zhuǎn)而對M再次賦值,直到M=13。

表4 操作錯誤、忽視安全、忽視警告類屏障及隱患特征(M=1)

利用隱患分析方法完成全部分析后,得到完整表格,統(tǒng)計得到除管理因素外的隱患共47條,其中不安全狀態(tài)22條,不安全行為25條?？梢缘贸?丙烯裝車作業(yè)場景下,以槽車壓力及有易燃易爆特性的丙烯為事故根源,除管理因素以外的47條隱患使得防止丙烯泄漏及保持槽罐完好有效的措施失效而形成了火災(zāi)及其他爆炸事故,丙烯裝車事故模式如表5所示。

表5 丙烯裝車事故模式表

由表5可知:丙烯裝車作業(yè)場景下主要的事故類型是火災(zāi)及其他爆炸事故,其中針對防止丙烯泄漏所設(shè)屏障可能發(fā)生的隱患最多,占48.94%,應(yīng)當(dāng)作為防護(hù)重點。N=1時不安全狀態(tài)類隱患最多,共9條;M=1時,不安全行為類隱患最多,共15條。

在火災(zāi)及其他爆炸類事故模式中,不安全狀態(tài)中發(fā)生事故概率最高的類別為N=1(49.23%),不安全行為中發(fā)生事故概率較高的類別為M=1(30.00%,其中m=6時,事故發(fā)生概率為12.78%)和M=13(26.11%)。因此,在丙烯裝車場景下,從物的不安全狀態(tài)層面,應(yīng)重視氣動聯(lián)鎖裝置、氣相回收和補(bǔ)壓裝置、靜電接地報警器、防溢流報警器、火焰識別報警器的裝配和運行有效性,杜絕設(shè)備失修或帶“病”運轉(zhuǎn)的情況。在人的不安全行為方面,重點關(guān)注流量控制系統(tǒng)按鈕、充裝閥門、充裝連接件扳手等的操作合規(guī)性與正確性。著重加強(qiáng)對易燃易爆等危險品泄漏情況下的應(yīng)急處置培訓(xùn)。重視車輛阻火器的配置及有效性檢查,重視靜電接地夾的正確使用,嚴(yán)禁易燃易爆場合明火。綜上所述的4種情況應(yīng)作為防護(hù)重點,并且得到N=1,M=1、m=6,M=6、m=8,M=13的發(fā)生概率分別約占各類目總體概率的49.23%,12.78%,14.44%和26.11%。

4 結(jié)論

1)從普遍適用的角度出發(fā),以三類危險源以及軌跡交叉理論為理論基礎(chǔ),在宏觀上給出了事故模式的一般性定義,闡述了事故模式的內(nèi)涵。

2)進(jìn)一步明確了隱患與事故模式的關(guān)系,隱患為第二、第三類危險源,是事故模式中導(dǎo)致屏障失效的原因。根據(jù)《企業(yè)職工傷亡事故分類》,提出應(yīng)用性較強(qiáng)的隱患點提取方法,降低實際應(yīng)用中事故模式的場景黏度,提高隱患識別的完整性、條理性、應(yīng)用性和普適性。

3)對2000—2022年化工行業(yè)132起較大及以上安全事故的隱患進(jìn)行統(tǒng)計分析,結(jié)果表明,化工行業(yè)中的典型事故類型以其他爆炸、中毒和窒息類事故為主。分別得到了2種典型事故在不安全狀態(tài)和不安全行為下的隱患發(fā)生的概率高的類別,要額外注意。

4)通過丙烯裝車作業(yè)場景的案例,提取事故模式、查找隱患點并描述隱患特征。結(jié)果表明,該場景事故類型為火災(zāi)及其他爆炸事故。針對防止丙烯泄漏所設(shè)的屏障數(shù)量最多,占48.94%。安全保險裝置、報警裝置的配置和運行有效性應(yīng)當(dāng)作為重點關(guān)注對象;閥門、按鈕、扳手相關(guān)操作出現(xiàn)人為失誤的概率較高;針對易燃易爆物料泄漏的應(yīng)急處置如若培訓(xùn)不到位,將擴(kuò)大事故后果嚴(yán)重程度;出現(xiàn)泄漏后形成可燃性氣體混合物,應(yīng)注意盲目操作導(dǎo)致鐵器碰撞產(chǎn)生火星,常見泄漏處產(chǎn)生靜電火花導(dǎo)致燃爆。