一种多方法风险评估框架，用于提升城市地下私人污水处理系统的安全性

《TUNNELLING AND UNDERGROUND SPACE TECHNOLOGY》：A multi-method risk assessment framework to enhancing the safety of urban underground private sewage treatment systems

私人地下污水处理系统存在有毒气体积聚、空间受限等独特风险，本研究提出整合4M分析、Bow-Tie分析和HAZOP的三角评估框架，通过40起事故案例和首尔真实爆炸事件验证。该方法有效识别环境危害与机械故障等主要风险源，并利用风险矩阵将高风险转化为低风险等级，同时发现HAZOP未识别的微生物异常产气等过程级偏差，为地下设施安全管理提供可复制方案。

　　随着城市化进程的不断加快，地下空间逐渐成为承载城市关键基础设施的重要场所，如供水系统、能源网络和通信设施等。这些地下设施的广泛应用使得其安全问题日益凸显。由于地下空间的特殊性，如空间受限、气体积聚、基础设施老化以及运营监管不足等因素，使得此类设施面临独特的安全隐患。尽管已有大量研究关注地下空间的风险管理，但在针对私人地下污水处理设施的系统性风险评估方面仍存在明显不足。为此，本研究提出了一种整合的三步风险评估框架，结合了4M分析、Bow-Tie分析和HAZOP方法，旨在全面识别、可视化和缓解私人地下污水处理设施中的风险因素。

### 一、地下空间的安全挑战

地下空间的安全问题主要源于其封闭性和复杂性。在空间受限的环境中，设备密集分布，一旦发生事故，往往会造成严重后果。例如，2014年在韩国首尔的Songpa-gu地区发生了一起地面塌陷事故，塌陷跨度达2.5米，深度达到5米。类似事件在泰国曼谷、日本福冈、美国芝加哥、中国深圳和宁波等地也多次被报道。这些事故不仅影响了公共安全，还对城市基础设施的稳定性构成了威胁。因此，系统性地评估地下设施的风险，对于保障城市安全具有重要意义。

在私人地下污水处理系统中，风险尤为突出。这类系统由于其封闭的结构，容易积累有毒、易燃甚至可能爆炸的气体，如甲烷和硫化氢。这些气体的存在增加了窒息和爆炸的风险。例如，在印度，私人污水处理设施的爆炸事故每年造成超过400人死亡，而在中国和泰国，类似的事故也导致了重大的人员伤亡和财产损失。2017年宁波的一次爆炸事件就是典型案例，凸显了私人污水处理系统潜在的危险性。因此，如何有效识别和管理这些风险，成为当前研究的重要课题。

### 二、现有研究的局限性

尽管已有多种风险评估技术被应用于地下设施的管理，如4M分析、Bow-Tie分析和HAZOP方法，但大多数研究仍集中于大型污水处理设施，未能充分考虑私人污水处理系统的特殊性。此外，现有研究往往采用单一方法进行风险评估，难以全面揭示事故的复杂成因，尤其是在涉及人为失误和设备故障的交叉影响时。因此，缺乏系统性地评估私人污水处理系统风险的研究，使得这一领域的安全管理存在较大漏洞。

### 三、研究方法与框架

为弥补这一研究空白，本研究构建了一个整合的三步风险评估框架，将4M分析、Bow-Tie分析和HAZOP方法相结合，以实现对私人地下污水处理设施风险的全面识别和管理。首先，4M分析用于分类风险因素，包括人员（Man）、机器（Machine）、材料（Material）和管理（Management）。通过这一分析，可以明确系统在不同层面所面临的风险，如人为操作不当、设备老化、化学物质泄漏以及管理漏洞等。

接下来，Bow-Tie分析用于可视化事故的成因和后果，并设计预防和缓解措施。这一方法通过构建事故的“尾”和“头”来展示风险事件的演变过程，从而帮助识别关键的控制点。例如，在私人污水处理设施中，Bow-Tie分析可以揭示在何种情况下气体积聚可能引发爆炸，并据此提出相应的防护措施。

最后，HAZOP分析用于系统性地识别过程中的潜在异常和危险因素。该方法通过逐一检查系统中的每个环节，找出可能导致事故的偏差，并评估其后果。例如，在私人污水处理系统中，HAZOP可以检测出温度升高和微生物活动异常等潜在问题，进而提出改进措施，如加强温度控制和通风管理。

为了确保研究结果的准确性和可靠性，本研究在每个评估阶段都进行了交叉验证。此外，研究还利用了实际事故数据，对提出的框架进行了验证。通过分析韩国2004年至2021年间发生的40起事故，研究发现其中77.5%是由异常操作引起的，12.5%是由废弃化粪池导致的。这些数据为风险评估提供了实证支持，同时也揭示了私人污水处理设施中不同风险因素的分布情况。

### 四、研究结果与应用

研究结果表明，私人地下污水处理设施的主要风险来源于环境危害和机械故障。通过整合的三步风险评估框架，这些高风险和中高风险因素被重新归类到较低风险等级中，从而有效降低了潜在的事故概率。此外，HAZOP分析发现了一些之前未被识别的工艺层面偏差，为系统优化提供了新的视角。

Bow-Tie分析在风险控制方面发挥了重要作用，通过明确事故的演变路径，研究团队设计了相互补充的预防和缓解措施。例如，针对甲烷气体积聚的风险，研究提出了加强通风系统的建议，以确保空气流通并降低爆炸的可能性。同时，研究还发现，温度升高和微生物活动异常是导致气体积聚的重要因素，因此在实际操作中，需要加强对这些因素的监控和管理。

通过将多种风险评估技术整合到一个框架中，本研究不仅提高了风险评估的全面性和准确性，还建立了相互验证的分析体系，从而确保了评估结果的可靠性。此外，该方法的实用性在实际案例中得到了验证，例如，2022年发生的一起事故，应用该框架后，不仅成功识别了风险因素，还提出了有效的应对措施，证明了其在实际应用中的价值。

### 五、结论与展望

本研究通过整合4M、Bow-Tie和HAZOP方法，构建了一个适用于私人地下污水处理设施的三步风险评估框架。这一框架不仅能够系统性地识别和分类风险因素，还能通过可视化和多维度分析，设计出相互补充的风险缓解策略。研究结果表明，该方法在降低高风险和中高风险因素方面具有显著效果，为地下设施的安全管理提供了新的思路。

未来，随着城市地下空间的进一步发展，风险评估技术需要不断优化和更新。本研究提出的框架可以作为其他地下设施风险评估的参考，尤其是在涉及复杂系统和多因素交互的场景中。此外，研究还强调了数据驱动的风险管理策略的重要性，通过收集和分析实际事故数据，可以更准确地识别潜在风险，并制定相应的预防措施。这种基于数据的方法不仅提高了风险评估的科学性，也为政策制定和安全标准的建立提供了依据。

综上所述，私人地下污水处理设施的安全管理是一个复杂而重要的课题。通过系统性地应用多种风险评估技术，可以更全面地识别和管理风险因素，从而有效降低事故发生的可能性。本研究提出的三步框架，为这一领域提供了新的研究方向和实用工具，具有重要的理论和实践意义。未来的研究可以进一步拓展该框架的应用范围，探索更多适用于地下设施的风险评估方法，以确保城市地下空间的安全和可持续发展。