重慶市建筑孔樁有限空間事故的氣象誘因初探

陳施吉 唐家萍 王遠(yuǎn)謀

（重慶市氣象服務(wù)中心，重慶 401147）

0 引 言

有限空間是指與外界相對(duì)隔離、封閉或者部分封閉的空間。有限空間的出入口較為狹窄，通風(fēng)狀況不良，有毒有害、易燃易爆物質(zhì)易于積聚且含氧量不足，從而容易發(fā)生中毒、窒息、爆炸等安全事故。許多領(lǐng)域都存在有限空間危險(xiǎn)作業(yè)，建筑孔樁便是其中之一。

近年來，國內(nèi)外學(xué)者通過對(duì)有限空間的深入研究，發(fā)現(xiàn)有限空間的作業(yè)安全與氣象條件存在一定程度的關(guān)聯(lián)。高建明等對(duì)有限空間的概念、分類、風(fēng)險(xiǎn)控制等進(jìn)行了系統(tǒng)闡述，指出了風(fēng)險(xiǎn)分析和控制的關(guān)鍵點(diǎn)。Meyer將有限空間分為物理危害和大氣危害兩大類，其中大氣危害包括有毒氣體、易燃?xì)怏w等。周興藩等發(fā)現(xiàn)我國大多數(shù)有限空間事故發(fā)生在建筑、市政設(shè)施管理等行業(yè)，主要源于硫化氫、一氧化碳等氣體中毒，以及甲烷、氮?dú)獾雀患瘜?dǎo)致的缺氧窒息。Pettit等列舉了多個(gè)有限空間事故案例，并指出這些事故的原因是有機(jī)物分解生成硫化氫。馬衛(wèi)國指出北京市的有限空間事故主要發(fā)生在6—8月，6月最多，死亡原因主要是硫化氫中毒和缺氧窒息。劉艷等的研究表明有限空間作業(yè)事故多發(fā)于夏季，區(qū)域內(nèi)事故起數(shù)與其常駐人口數(shù)據(jù)有關(guān)。秦妍等認(rèn)為夏季高溫、高濕、多雨的氣象條件將提高有限空間事故的發(fā)生概率。

建筑孔樁屬于有限空間，其作業(yè)安全也受到氣象條件的影響。建筑孔樁作業(yè)的常見安全事故之一是孔內(nèi)有害氣體導(dǎo)致人員中毒昏迷甚至死亡。徐益敏發(fā)現(xiàn)吉林市一起孔樁中毒事故的直接原因是作業(yè)環(huán)境溫度偏高，孔內(nèi)形成負(fù)壓。黃騰霄等分析了多起人工孔樁安全事故實(shí)例，其中一起事故的原因正是受氣溫影響，大量有毒有害氣體突然冒升至孔口導(dǎo)致人員死亡。對(duì)有限空間事故的調(diào)查結(jié)果表明，氣象條件對(duì)建筑孔樁有限空間的作業(yè)安全有一定影響。但是，目前從氣象角度出發(fā)分析影響機(jī)理的相關(guān)研究仍然較少。本文擬探究重慶市建筑孔樁作業(yè)事故的氣象誘因，分析氣象條件對(duì)作業(yè)安全的影響，為有限空間的安全生產(chǎn)提供保障。

1 資料來源

本文采用的氣象觀測數(shù)據(jù)和再分析資料分別來源于重慶市氣象局、美國國家環(huán)境預(yù)報(bào)中心和國家大氣研究中心的NCEP/NCARⅠ，重慶市生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)（GDP）取自重慶統(tǒng)計(jì)年鑒。表1給出了2011—2017年重慶市建筑孔樁有限空間安全事故信息（數(shù)據(jù)來源于重慶市應(yīng)急管理局），在6起孔樁有限空間安全事故中，有5起事故是中毒或窒息引起，且致死率較高（死亡人數(shù)≥3人），均為較大安全事故，其中2016年6月22日發(fā)生于潼南的安全事故提供了較完整的調(diào)查報(bào)告。

表1 2011—2017年重慶市建筑有限空間安全事故信息Table 1 Construction accidents of confined spaces in Chongqing from 2011 to 2017

2 事故特征分析

2.1 時(shí)空特征

圖1 a顯示，6起建筑孔樁有限空間作業(yè)安全事故的發(fā)生時(shí)間集中于6月或8月，即夏季是建筑施工有限空間作業(yè)安全事故高發(fā)季；圖1b顯示，2011—2017年的建筑孔樁有限空間作業(yè)安全事故有4起發(fā)生于主城區(qū)，2起發(fā)生于西部地區(qū)，其余地區(qū)無事故發(fā)生。結(jié)合圖1c各區(qū)域年均GDP分析，主城區(qū)和渝西地區(qū)的GDP分別占比43%、17%，貢獻(xiàn)度列居第一、二位，表明建筑孔樁有限空間的事故容易發(fā)生與經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快有關(guān)。

圖1 重慶市建筑有限空間事故的時(shí)空分布特征Fig.1 Feature distribution of construction accidents of confined spaces in Chongqing

2.2 天氣特征

圖2 給出孔樁安全事故的氣象特征。圖2a表明6起事故發(fā)生前24小時(shí)內(nèi)，大氣相對(duì)濕度均高于50%，其中相對(duì)濕度為80%以上的事故數(shù)量占比67%，同時(shí)風(fēng)速均小于3級(jí)。

圖2 重慶市建筑孔樁有限空間安全事故氣象特征（a）事故發(fā)生前24小時(shí)內(nèi)溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速及人體舒適度分布；（b）事故發(fā)生前24 h內(nèi)地面氣壓分布；（c）事故發(fā)生前一周內(nèi)（24～168 h）降水分布Fig.2 Meteorological feature of construction accidents of confined spaces in Chongqing.(a) air temperature,relative humidity, wind speed and human comfortable index of 24 hours before accidents happened; (b)atmospheric pressure of 24 hours before accidents happened; (c) precipitation of a week before accidents happened

T

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V

根據(jù)式（1），基于空氣溫度、相對(duì)濕度、風(fēng)速等氣象要素，計(jì)算人體舒適度指數(shù)，并根據(jù)表2的9級(jí)分類法對(duì)舒適度進(jìn)行分級(jí)，發(fā)現(xiàn)6起安全事故有5起舒適度等級(jí)在0～1級(jí)的區(qū)間內(nèi)，人體感覺為舒適。

圖2 b表明6起事故發(fā)生前24小時(shí)的地面氣壓均高于多年平均值，這是由近地面冷空氣入侵引起。圖2c為事故發(fā)生前一周的降水統(tǒng)計(jì)，可見事故發(fā)生前一周均有降水產(chǎn)生，雨量以小雨到中雨為主。

表2 人體舒適度指數(shù)9級(jí)分類等級(jí)Table 2 The human comfortable index grades

綜上，重慶市建筑孔樁有限空間作業(yè)安全事故特征如下：1）夏季是作業(yè)安全事故高發(fā)期；2）主城區(qū)、渝西是孔樁安全事故主要發(fā)生地，主城區(qū)尤甚，這與該地區(qū)的高GDP顯著正相關(guān)；3）孔樁安全事故發(fā)生時(shí)，人體感覺舒適；4）孔樁作業(yè)事故發(fā)生當(dāng)日，地面氣壓高于多年均值；5）孔樁安全事故發(fā)生前一周有兩天以上降雨過程。

3 典型個(gè)例分析

為深入分析建筑孔樁有限空間事故的氣象誘因，綜合考慮資料完整度、事故發(fā)生地與氣象監(jiān)測站距離等因素，選取2016年6月22日發(fā)生于潼南的“6.22”事故（以下簡稱“6.22”事故）進(jìn)行深入分析。

2016年6月22日，潼南航電樞紐工程移民專項(xiàng)設(shè)施遷改建工程C標(biāo)段發(fā)生一起中毒窒息事故，造成3人死亡、直接經(jīng)濟(jì)損失343.7萬元。經(jīng)技術(shù)組專家及調(diào)查組的調(diào)查取證，分析認(rèn)定此次事故的直接原因之一是近期連續(xù)降雨導(dǎo)致有毒有害氣體隨滲漏水向低處匯集。

圖3 潼南“6.22”事故氣象要素特征（紅色曲線表示24 h變溫，藍(lán)色曲線表示24 h變壓，綠色柱狀表示日累計(jì)降雨量）Fig.3 Meteorological feature of the“6.22”accident in Tongnan(24 h temperature change are marked by red line; 24 h pressure change are marked by blue line; daily rainfall are marked by green column)

圖3 給出“6.22”事故當(dāng)日及前四日的氣溫、氣壓、降雨量分布特征。可見，事故發(fā)生前（6月19日）、事故發(fā)生當(dāng)日（6月22日）潼南出現(xiàn)了小雨量級(jí)的降水，同時(shí)還伴有氣壓升高、氣溫降低現(xiàn)象，表明兩場降雨地面均伴有冷空氣入侵。

圖4 為“6.22”事故地點(diǎn)的氣象要素時(shí)間垂直剖面圖。由圖可見，事故發(fā)生當(dāng)日及前四日的大氣運(yùn)動(dòng)垂直速度以絕對(duì)值偏小的負(fù)值為主，表明事故地點(diǎn)上空空氣的上升運(yùn)動(dòng)非常弱；18日至事故當(dāng)日（22日），低層大氣相對(duì)濕度始終大于80%，并在19日、22日的降雨發(fā)生前進(jìn)一步增加，表明近地面的一直處于高濕狀態(tài)。

綜上所述，冷空氣入侵、降雨、弱上升氣流以及高相對(duì)濕度是可能會(huì)誘發(fā)安全事故的因素。

圖4 潼南“6.22”事故地點(diǎn)氣象要素時(shí)間垂直剖面圖（陰影表示相對(duì)濕度（%），等值線表示大氣運(yùn)動(dòng)垂直速度（m/s））Fig.4 Vertical profiles of the “6.22” accident in Tongnan（Relative humidity is shaded; vertical wind speed is marked by isoline）

4 氣象誘因分析

通過統(tǒng)計(jì)分析重慶市建筑孔樁有限空間作業(yè)安全事故的時(shí)空特征與氣象特征，并選取潼南“6.22”事故案例，分析大氣環(huán)流形勢(shì)，結(jié)果表明降水、氣壓、溫度、濕度、風(fēng)速等氣象因素對(duì)孔樁作業(yè)安全有影響。

氣象因子可能的影響機(jī)理如下：1）夏季高空槽與低壓氣旋、西南氣流與低空風(fēng)切變等天氣系統(tǒng)活動(dòng)頻繁，易造成降水，雨水降落至地表，滲透進(jìn)地下，滲透水會(huì)攜帶土壤中的有毒有害氣體向低處匯集，同時(shí)還會(huì)降低土壤的通氣性，減少作業(yè)空間含氧量，因此在降雨發(fā)生后進(jìn)行的孔樁作業(yè)危險(xiǎn)性更高；2）溫度、濕度、風(fēng)速三因素決定了人體舒適度，如果夏季在孔樁內(nèi)作業(yè)人員遇到適宜的溫度或濕度條件，人體感覺較為舒適，就更容易放松警惕，從而增加安全事故發(fā)生概率；3）當(dāng)風(fēng)速較小時(shí)（風(fēng)力等級(jí)＜3級(jí)），孔樁內(nèi)空氣流動(dòng)性更差，有毒有害氣體大量積聚于孔樁內(nèi)，構(gòu)成潛在的安全隱患；4）冷空氣入侵，地面氣壓增高，孔樁內(nèi)的有毒有害氣體不易向外擴(kuò)散，容易誘發(fā)安全事故。

綜上所述，在進(jìn)行建筑孔樁有限空間作業(yè)前，應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步加強(qiáng)孔樁安全檢查，并強(qiáng)調(diào)作業(yè)人員安全教育，提高作業(yè)人員的安全防范意識(shí)。入孔作業(yè)前，一定先要用通風(fēng)設(shè)備對(duì)人工挖孔樁進(jìn)行換氣，并進(jìn)行有害氣體濃度檢測。如果孔樁作業(yè)位置附近出現(xiàn)了降雨，隨后數(shù)日作業(yè)人員應(yīng)更加提高警惕。

5 結(jié)論

本文基于重慶市2011—2017年間的建筑孔樁有限空間安全事故信息、氣象觀測資料、NCEP/NCAR再分析資料等，歸納統(tǒng)計(jì)了重慶市建筑孔樁有限空間事故的時(shí)空特征與氣象特征，結(jié)果表明夏季為事故高發(fā)時(shí)段，主城區(qū)和渝西地區(qū)為事故多發(fā)地區(qū)，這與地區(qū)生產(chǎn)總值（GDP）顯著正相關(guān)。

選擇2016年6月22日在潼南發(fā)生的孔樁安全事故為個(gè)例，綜合分析了該事故發(fā)生期間及發(fā)生前的大氣環(huán)流形勢(shì)，分析了氣象因素對(duì)建筑孔樁有限空間安全事故發(fā)生的可能影響機(jī)理，總結(jié)如下：

重慶市孔樁安全事故發(fā)生前一周均有2天以上降水產(chǎn)生，雨水滲透進(jìn)入土壤，降低了土壤的通氣性，有限空間含氧量降低，同時(shí)滲透水還會(huì)攜帶土壤中的有毒有害氣體向地勢(shì)低的地方匯集，這為低洼處的孔樁作業(yè)點(diǎn)留下了安全隱患。

重慶市孔樁建筑有限空間的安全事故發(fā)生時(shí)，濕度大但溫度不高，人體感覺均比較舒適，作業(yè)人員會(huì)很容易放松警惕，進(jìn)而加大作業(yè)安全事故發(fā)生概率；

大氣環(huán)境風(fēng)速較小時(shí)，孔樁內(nèi)的有毒有害氣體向外擴(kuò)散難度增加，易于在孔內(nèi)積聚，形成潛在的安全隱患。

遇冷空氣入侵時(shí)，地面氣壓的增大將使得孔樁內(nèi)的有毒有害氣體難以向孔外擴(kuò)散，進(jìn)而加大安全事故發(fā)生概率。

因此，建筑孔樁有限空間作業(yè)前，應(yīng)加強(qiáng)安全檢查，及時(shí)對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行安全作業(yè)教育，增強(qiáng)作業(yè)人員的安全防護(hù)意識(shí)，并提前使用通風(fēng)設(shè)備為孔內(nèi)換上新鮮空氣。如果作業(yè)前數(shù)日出現(xiàn)了降雨過程，隨后數(shù)日應(yīng)進(jìn)一步提高警惕，加強(qiáng)天氣變化情況監(jiān)測。