壓氣站垂直交叉作業(yè)風險影響及防控機制研究

張建彬 屈靜 張明星 殷冬培 王武明 楊妮 房宗杰 馬鑫堯

(1.中石油管道有限責任公司西部分公司 烏魯木齊 830012; 2.青島中油華東院安全環(huán)保有限公司 山東青島 266000)

0 引言

交叉作業(yè)是指在同一區(qū)域內(nèi)，同時進行兩項及以上數(shù)量的相互之間在時間或空間上具有影響的作業(yè)。交叉作業(yè)往往涉及不同的作業(yè)工種，導致作業(yè)雙方對作業(yè)危險的管控產(chǎn)生疏漏，大大加劇了作業(yè)風險。由于各行業(yè)內(nèi)均存在交叉作業(yè)的情況，也存在交叉作業(yè)隱患排查不利導致安全事故發(fā)生的案例。大家對交叉作業(yè)風險管控研究的關注度也不斷提高，國內(nèi)外學者針對交叉作業(yè)風險評估及管理方法進行了大量研究分析，鄭霞忠等[1]界定危險源工序影響空間和承災體工序工作空間，探究交叉作業(yè)時間分布特征，建立基于實時位置信息的時空暴露風險量化模型。趙明華[2]為避免狹窄施工區(qū)域不同高程的上下交叉作業(yè)而引發(fā)生產(chǎn)安全事故，結合該工程特點對水電站升船機工程上下交叉作業(yè)管控措施進行了研究。張向偉[3]針對建設項目中交叉作業(yè)情況，設計了交叉作業(yè)控制模型子群算法，對作業(yè)中資源利用及配置情況進行優(yōu)化，提高了工作效率和降低了事故風險。BAVAFAA A等[4]利用DEMATEL工具對建設項目中交叉作業(yè)風險進行評估，確定出同一區(qū)域作業(yè)人員中，垂直交叉作業(yè)過程風險較大，并提出應通過提高作業(yè)人員選拔標準來控制交叉作業(yè)風險。郝陽[5]針對舾裝作業(yè)廣泛存在的交叉作業(yè)進行風險分析，針對作業(yè)中存在的互相影響大小提出了量化計算標準。上述分析可知現(xiàn)有對交叉作業(yè)的研究主要側重于建筑施工行業(yè)，針對石油行業(yè)壓氣站場中存在的交叉作業(yè)危險程度的量化判定研究較少。本文建立交叉作業(yè)危險交叉度分析定量評價模型，對于不同交叉作業(yè)危險程度進行量化分析，為交叉作業(yè)的安全管理提供理論依據(jù)。

1 交叉作業(yè)類型分析

壓氣站場作業(yè)項目較多，不同工序之間存在不同形式的交叉。不同類型的交叉過程對單個作業(yè)危險程度的影響也差別較大[6-8]。由于對交叉作業(yè)分類不明確導致現(xiàn)場人員很難辨別出兩項作業(yè)交叉進行中存在的危險因素。通過對壓氣站場內(nèi)作業(yè)的分析，以作業(yè)中對空間影響程度為依據(jù)對壓氣站內(nèi)交叉作業(yè)的形式進行如圖1所示的劃分。如圖1所示，假設三維空間內(nèi)存在C1—C55種不同的作業(yè)，按照單一作業(yè)對空間內(nèi)其他作業(yè)的影響關系進行分析，可以確定出3種類型的交叉方式。

圖1 空間內(nèi)交叉作業(yè)類型判斷

由空間內(nèi)交叉作業(yè)類型判斷圖分析可知，在空間內(nèi)以作業(yè)C1為基礎，作業(yè)C2—C5分別與其在不同空間受作業(yè)C1影響。在空間xoz平面內(nèi)作業(yè)C2位于作業(yè)C1垂直上方，作業(yè)C2進行的過程中容易對C1處的作業(yè)人員造成高處落物等危險，C1與C2為垂直交叉作業(yè)關系；其中作業(yè)C3與作業(yè)C1位于xoy平面內(nèi)，同樣受到作業(yè)C2的影響，也屬于垂直交叉作業(yè)關系。作業(yè)C1與作業(yè)C3、C4同處xoy平面內(nèi)，并且在作業(yè)C1的影響區(qū)域以內(nèi)，此種類型為水平交叉作業(yè)關系。作業(yè)C5與作業(yè)C1不處于相同水平或垂直作業(yè)平面，但作業(yè)C5仍處于作業(yè)C1的影響范圍內(nèi)，這種作業(yè)為相鄰交叉作業(yè)關系。通過對現(xiàn)場作業(yè)類型的分析可知，垂直交叉作業(yè)在施工中在空間及時間上均有重疊關系，相對其他類型交叉作業(yè)事故后果更嚴重。

2 垂直交叉作業(yè)風險空間影響程度計算

交叉作業(yè)的開展在時空范圍上存在競爭關系，而垂直交叉作業(yè)在三維空間內(nèi)產(chǎn)生的影響更為嚴重。為確定垂直交叉作業(yè)對空間范圍內(nèi)的影響程度，對垂直作業(yè)的空間危險源進行建模，采用危險區(qū)域及危險能量的大小進行判定。

2.1 垂直交叉作業(yè)空間危險源分析

壓氣站廠房內(nèi)行吊運輸與地面設備維修為典型的垂直交叉作業(yè)，行吊作業(yè)的過程中極易與地面工作人員產(chǎn)生碰撞及高處落物導致的砸傷事故。行吊運輸過程中對地面造成潛在危險的區(qū)域可以稱為危險空間S，危險空間S的大小主要包含行吊正常服務的范圍，以及吊帶斷裂后的水平拋出覆蓋的范圍U。為確定行吊作業(yè)過程中在三維空間內(nèi)的影響范圍，根據(jù)壓氣站廠房內(nèi)行吊施工作業(yè)空間內(nèi)運動情況，以廠房地面為水平面、行吊運行區(qū)域中心為原點，垂行吊水平運動方向為x軸、行吊橫向運動方向為坐標y軸，吊帶垂直吊起物體方向為z軸，建立如圖2所示危險空間三維坐標系?？梢愿鶕?jù)行吊運行空間在水平地面的投影與地面作業(yè)人員的工作區(qū)域確定出人員處于危險空間內(nèi)的情況。

圖2 垂直交叉作業(yè)風險空間影響范圍分析

2.2 垂直交叉作業(yè)危險區(qū)域及影響度計算模型建立

輸氣站場日常運營維搶修過程中，涉及較多垂直交叉作業(yè)。以上述分析的廠房吊裝作業(yè)及地面維修作業(yè)形成的同一空間內(nèi)的垂直交叉作業(yè)為例對交叉作業(yè)危險區(qū)域大小及危險量進行建模計算。行吊在運輸過程中極易發(fā)吊帶斷裂危險，將被吊物體的動能及勢能轉換為危險能量釋放到影響區(qū)域內(nèi)，形成交叉作業(yè)危險區(qū)域。當其與澆筑倉面的施工人員、機械設備等產(chǎn)生軌跡接觸時，就可能導致人機傷害。由圖2中建立的坐標系可知，吊裝中物料在空間內(nèi)不斷運動，物料在任意時刻的三維空間位置坐標可以用時間t描述為：

x=(t-1)x;y= (t-1)y+vy·t;z=z+vz·t

(1)

式中，vy及vz分別為物料在水平、豎直方向的運動速度，m/s。

當物料高度為z并以vy在水平吊運的過程中，發(fā)生物料脫鉤或吊帶斷裂事故時，物料以vy水平拋出，形成拋物運動。物料在拋物運動過程中的水平運動距離可以描述為：

L=vy×(2z/g)0.5

(2)

將物料在坐標系xoy平面內(nèi)的投影轉換成：

xa=(t-1)x=0.5d;xb=(t-1)x=-0.5d

(3)

yc=(t-1)y+vy-0.5d;yd=(t-1)y+vy-0.5d+L

(4)

垂直交叉作業(yè)在地面區(qū)域的影響空間范圍：

S+U=(xa+xb)×(yc+yd)

(5)

為反映出垂直交叉作業(yè)時，兩項作業(yè)在空間范圍內(nèi)的沖突大小，以吊裝作業(yè)在地面的動態(tài)影響面積與地面作業(yè)人員活動區(qū)域大小間的比值ζ為衡量指標。垂直交叉作業(yè)中吊裝影響區(qū)域與地面作業(yè)區(qū)域存在包含和相交兩種情況，采用ζ分別建立相應的計算模型。

當兩項作業(yè)處于包含關系時，地面作業(yè)人員完全處于吊裝作業(yè)確定的影響區(qū)域內(nèi)，則垂直交叉作業(yè)對空間的影響度ζ可以計算為：

ζ=Q/(S+U) =(lx×ly)/(xa+xb)×(yc+yd)

(6)

3 垂直交叉作業(yè)風險評價及管控機制研究

交叉作業(yè)導致的危險空間對工作人員有較強的危害，垂直交叉作業(yè)產(chǎn)生的危險具有層次性、無規(guī)律性、易變性3個特點。兩項作業(yè)交叉進行導致各自存在的風險因素出現(xiàn)交叉耦合影響，耦合交叉后的風險因素導致的危險高于單純的兩種作業(yè)的風險和。交叉作業(yè)處于不斷推進的狀態(tài)，其整體處于動態(tài)變化當中，作業(yè)當中的人、物、環(huán)境及管理狀態(tài)均有可能發(fā)生改變，因此風險狀況還常具有動態(tài)性?；诖怪苯徊孀鳂I(yè)對空間的影響程度以及交叉作業(yè)的特點，為降低作業(yè)進行中危險事故的發(fā)生率，提出垂直交叉作業(yè)管控措施。

3.1 垂直交叉作業(yè)影響空間危險源評價

作業(yè)危險評價是對作業(yè)過程中具有的潛在危險性進行定性、定量或半定量分析，準確判斷出作業(yè)進行中發(fā)生危險的可能性及影響程度，根據(jù)評價結果提前進行安全防控，降低事故率、減少損失從而獲取最優(yōu)的安全投資效益[9]。根據(jù)垂直交叉作業(yè)的特點，提出改進的風險評價方法，具體評價布置如下：

(1)危害因素的選擇。選擇需要進行風險評價的危害因素。

(2)確定可能導致的事件。對危害因素失控的成因進行描述。

(3)潛在后果分析。分析可能發(fā)生的事件造成的后果。

(4)發(fā)生的可能性。采用改進風險矩陣法，預測可能后果發(fā)生的概率。

(5)風險評價。通過潛在后果的分析和發(fā)生可能性的分析，依據(jù)風險矩陣判定該危害因素的風險級別是重大風險(紅色)、較大風險(橙色)、一般風險(黃色)和低風險(藍色)。低風險和較大風險、一般風險由各單位審查確認，重大風險由公司專業(yè)處室審查確認。

(6)殘余風險評價。對于重大風險，應考慮增加可作為獨立保護層的控制措施，在措施實施后進行殘余風險評價，重大風險的殘余風險評價由公司主管處室開展。

由專家組成員按規(guī)定標準對可能性和嚴重度進行評分，取分值集的平均值作為可能性和嚴重度的計算分值，用計算的風險值(R)來評價作業(yè)條件的危險性等級。用公式來表示，則為：

R=S×P

(7)

式中，P表示事故發(fā)生的可能性分數(shù)值，其具體取值如表1所示；S表示發(fā)生事故可能導致的后果嚴重性大小，取值如表2所示；R表示風險值大小，確定危險等級的劃分標準，見表3。

表1 事故發(fā)生可能性(P)

表2 發(fā)生事故后果嚴重性(S)

表3 風險等級劃分

3.2 垂直交叉作業(yè)危險控制措施的確定

確定預防事故和風險削減的控制措施，包括現(xiàn)有措施、建議改進措施、風險接受度、措施落實人等[10]?，F(xiàn)有措施是目前存在的控制風險措施，如果現(xiàn)有措施足夠控制風險，則不需要建議改進措施，如果現(xiàn)有措施不充分，則需要考慮建議改進措施，殘余風險是針對兩項措施執(zhí)行后，具體風險承受能力情況，一般在增加建議改進措施后，殘余風險都是可接受的，如果殘余風險都不能接受，此項工作就需要重新評估，并慎重考慮是否要繼續(xù)工作任務。在考慮控制措施時，要注意控制措施的防護層次，具體優(yōu)先順序如圖3。

圖3 交叉作業(yè)危險控制措施防護層次順序

3.3 垂直交叉作業(yè)危險管控機制分析

按照交叉作業(yè)控制措施防護層順序降低交叉作業(yè)危害提出作業(yè)安全組織機構、交叉作業(yè)審批流程、交叉作業(yè)流程協(xié)調(diào)及交叉作業(yè)執(zhí)行情況檢查與處罰4項基本控制措施。

3.3.1垂直交叉作業(yè)安全組織機構及工作流程建立

垂直交叉作業(yè)安全生產(chǎn)事故的出現(xiàn)，很大程度上是由于兩項交叉作業(yè)間參與人員本區(qū)域內(nèi)作業(yè)單元工作分配不合理，安全責任劃分不明確；未能最大程度的發(fā)揮各工作單元的工作能力，同時監(jiān)督單位未能有效對兩項作業(yè)同時進行檢查。另外垂直交叉作業(yè)對于溝通要求較高，相互間缺少準確高效的信息溝通，資料共享，以及未保證與建設單位、設計單位、監(jiān)理及施工單位間的交流溝通，很容易造成事故的發(fā)生。解決垂直交叉作業(yè)現(xiàn)有問題是確保作業(yè)安全的基礎，針對垂直交叉作業(yè)的特點提出了適用性更強、更為完善的垂直交叉作業(yè)組織結構模式，如圖4所示。在進行兩項作業(yè)前應將所有參與建設單位、施工單位及監(jiān)理單位組織進行作業(yè)前分析，針對各個環(huán)節(jié)進行聯(lián)合討論決策，使相互之間的作業(yè)影響降至可控范圍，并制定有利于整體安全的防控方案。同時，監(jiān)理單位在參與垂直交叉作業(yè)決策后對兩項作業(yè)進行同時監(jiān)管，提高兩項作業(yè)的信息交流及共享度。

圖4 垂直交叉作業(yè)安全組織機構劃分

垂直交叉作業(yè)安全管理包含多項內(nèi)容，任何內(nèi)容出現(xiàn)問題都會導致嚴重的安全事故，因此，壓氣站廠房內(nèi)吊裝及地面維修作業(yè)中的每一項作業(yè)的流程都應穩(wěn)定可靠。完善的單項作業(yè)流程材料，可以為垂直交叉作業(yè)組織結構提供支持，為完善壓氣站垂直交叉作業(yè)的安全管理流程，提出了更為合理的垂直交叉作業(yè)安全管理工作流程，如圖5所示。

圖5 垂直交叉作業(yè)安全管理組織工作流程

3.3.2 垂直交叉作業(yè)雙向安全管控機制建立

垂直交叉作業(yè)除了存在上述的作業(yè)安全管理組織機構不合理、作業(yè)流程不完善外，作業(yè)系統(tǒng)中的信息傳遞、命令執(zhí)行、執(zhí)行反饋等均存在偏差。垂直交叉作業(yè)進行的過程中不能形成一個有機的整體，導致安全事故發(fā)生頻率增加。為徹底解決上述問題，提出能實現(xiàn)閉環(huán)控制、反饋控制、調(diào)節(jié)偏差等多種功能的垂直交叉作業(yè)雙向安全管控機制。通過安全管控機制降低垂直作業(yè)安全管理中的誤差，增加每個作業(yè)環(huán)節(jié)中監(jiān)督結果的共享與反饋，同時將建設單位、現(xiàn)場施工單位、一線施工人員及監(jiān)理單位有機結合，建立良好的配合關系。以建立的垂直交叉作業(yè)安全管理組織機構為基礎，建立如圖6所示垂直交叉作業(yè)雙向安全管理執(zhí)行機制。

圖6 垂直交叉作業(yè)雙向安全管理執(zhí)行機制

4 應用分析

選取新疆西部管道公司連木沁作業(yè)區(qū)、王家溝作業(yè)區(qū)及鄯善作業(yè)區(qū)3個作業(yè)區(qū)在2020年1月到6月時間段內(nèi)對建立的安全管控機制效果進行應用分析，統(tǒng)計垂直作業(yè)產(chǎn)生的碰傷及砸傷事故發(fā)生數(shù)量與2019年1月到6月垂直交叉作業(yè)對應事故數(shù)量進行對比分析，分析結果如圖7所示。

圖7 垂直交叉作業(yè)管控機制運行前后事故發(fā)生數(shù)量

由圖7可以看出，作業(yè)區(qū)內(nèi)垂直交叉作業(yè)在采用雙向安全管理機制后，事故的發(fā)生數(shù)量明顯降低。但安全管理機制在運行中需要一定的適應過程，在運行前期效果不突出。通過試驗，垂直交叉作業(yè)管理機制需要進行全面培訓，將新的安全理念灌輸?shù)矫總€作業(yè)人員當中，才能將垂直交叉作業(yè)危險降低至完全可控范圍內(nèi)。

5 結論

(1)在全面分析交叉作業(yè)類型的基礎上，確定出垂直交叉作業(yè)事故發(fā)生特性，通過建立垂直交叉作業(yè)空間影響分析模型，推導出了適用于垂直交叉作業(yè)影響范圍定量計算方程。

(2)從垂直交叉作業(yè)事故發(fā)生可能性及事故發(fā)生后果出發(fā)，根據(jù)專家評分提出改進的作業(yè)危險事故可能性半定量計算方法。

(3)針對壓氣站垂直交叉作業(yè)中存在的組織方式、溝通及監(jiān)督機制不成熟、不合理的情況，建立了以協(xié)調(diào)管理溝通計劃為核心的垂直交叉作業(yè)安全雙向管控機制，并設計了安全組織結構的工作流程。