Risk assessment techniques in the worksites of occupational health – safety systems with emphasis on industries and constructions

Abstract

Occupational accidents have a major impact upon human integrity and also bring about high costs for the social health and insurance system of a country. In addition, risk analysis is an essential process for the safety policy of a company, having as main aim the effacement of any potential of damage in a productive procedure, while the quantified risk evaluation presumably is the most crucial part of the whole procedure of assessing hazards/unsafe situations in the work (Marhavilas 2009c ; 2010b).The aim and the contribution of this dissertation are concentrated: (i) on the determination and elaboration of existed, and (ii) on the development of new, risk analysis and assessment techniques in occupational health-safety systems (OHSS), along with the application of them in the worksites of industries and constructions, where the work conditions are unstable. The development of an integrated risk analysis scheme, which will combine a well-considered selection of widespread techniques, would enable companies to achieve efficient results on risk assessment. More specifically, in the frame of this thesis the following new results and findings are achieved: A) Scientific-literature reviewing: We determine and study, analyze and elaborate, classify and categorize, the main risk analysis and assessment (RAA) methods regarding the worksites of Occupational Health-Safety Systems (OHSS), by reviewing the scientific literature. The last action is constituted as essential for helping us in the implementation of new RAA techniques and consists of two phases: (i) investigation, presentation and elaboration of the main risk assessment methodologies and (ii) statistical analysis, classification, and comparative study of the corresponding scientific papers published by representative scientific journals covering the decade 2000-2009. The reviewing showed that the risk analysis and assessment techniques are classified into three main categories: (a) the qualitative, (b) the quantitative, and (c) the hybrid techniques (qualitative-quantitative, semi-quantitative). Qualitative techniques are based both on analytical estimation processes, and on the safety managers-engineers ability. According to quantitative techniques, the risk can be considered as a quantity, which can be estimated and expressed by a mathematical relation, under the help of real accidents’ data recorded in a worksite. Hybrid techniques, present a great complexity due to their ad-hoc character that prevents a wide spreading. The statistical analysis, shows that the quantitative methods present the highest relative frequency (65.63%) while the qualitative a lower one (27.68%). Furthermore the hybrid methods remain constantly at a very low level (6.70%) during the entire processing period (Marhavilas et al. 2010a ; 2011a ).B) Development of two new quantitative risk assessment techniques - Application in industries and constructions: The risk estimation is the most crucial part of the entire procedure of assessing hazards/unsafe situations in the work, and especially in industries’ and constructions’ worksites, where the work conditions are unstable. We can consider the risk as a quantity, which can be estimated and expressed by a mathematical relation, under the help of real accidents’ data. Particularly, in this thesis’ part, we develop and analyze the theoretical background of two new quantitative risk assessment techniques, which we call as PRAT (Proportional Risk Assessment Technique) and DMRA (Decision Matrix Risk Assessment), and apply them (as a case study) on the workplaces of (i) an industrial productive procedure (an aluminum extrusion industry) and (ii) the constructional sector (Marhavilas and Koulouriotis 2007a; 2008a; Marhavilas 2009a; Marhavilas et al. 2007b; 2009b).C) Development of a new hybrid risk assessment process - Application in industry: In this section we (i) develop and present a new hybrid risk assessment process (HRAP) and (ii) apply it in PPC, the Greek Public Power Corporation (which is the largest industry in Greece), by using occupational accidents that have been recorded, during the 12-year period of 1993-2004. The new process consists of four distinct phases: (a) the hazard sources’ identification phase, (b) the risk consideration phase, (c) the risk evaluation phase, and (d) the phase of the risk assessment and safety-related decision making (Marhavilas et al. 2008b; 2011b).D) Risk assessment by incorporating stochastic and quantitative techniques – Application in industry: An individual method cannot build either a realistic forecasting model or a risk assessment process in the worksites, and future perspectives should focus on the combined forecasting/estimation approach. The main purpose of this part is to gain insight into a risk prediction and estimation methodological framework (with acronym PRAT-TSP-SRE), using the combination of three different methods, including the proportional quantitative risk-assessment technique (PRAT), the time-series stochastic process (TSP), and the method of estimating the societal-risk (SRE) by F-N curves. In order to prove the usefulness of the combined usage of stochastic and quantitative risk assessment methods, an application on an electric power provider industry (PPC corporation) is presented to, using empirical data during the period 1993-2009 (Marhavilas and Koulouriotis 2012b).E) Risk assessment by the joint application of stochastic and deterministic processes in workplaces – Application in industry: Taking into account that the accident data bases, concerning companies’ workplaces, are not sufficient, we develop a new alternative risk assessment framework by combining stochastic and deterministic processes. In particular, stochastic (random) methods by using probabilistic models, contribute in “a priori” risk analysis and assessment, while deterministic methods contribute in “a posteriori” RAA. In other words, an individual method cannot achieve the optimum risk-assessment result in the worksites, and future perspectives should focus on the parallel application of a deterministic approach with a stochastic approach. Risk analysis and assessment techniques of the deterministic (DET) approach are classified into three main categories: (a) the qualitative, (b) the quantitative, and (c) the hybrid techniques (qualitative-quantitative, semi-quantitative). Furthermore, the stochastic (STO) approach includes the classic statistical approach (CSA) and the accident forecasting modelling (AFM). In this part of thesis, we: (i) present and classify the main RAA techniques of the deterministic approach and the stochastic approach as well, (ii) develop and present a new alternative risk assessment framework (called as STODET) including a stochastic and a deterministic process, and (iii) apply it in the Greek Public Power Corporation (PPC) by using occupational accidents that have been recorded, during the 17-year period of 1993-2009 (Marhavilas and Koulouriotis 2012a). F) Risk Evaluation by analyzing Occupational-Accident Time-Series in the workplaces - Application in Industry and Constructions: Taking into account the frame of “a priori” RAA, we develop, in this section, a methodological framework (as a part of the quantified risk evaluation), by incorporating a new technique, that is implemented by the Harmonic-Analysis of Time-Series of occupational-accidents. Our objective is therefore, twofold: (i) the development of a new risk assessment framework (called as HATS) and the subsequent application of HATS on the worksites of industry and of construction sector, and (ii) the enrichment of the harmonic-analysis theoretical background. In fact, we apply HATS on occupational-accident time-series, which were: (a) observed in the worksites of the Greek Public electric Power Corporation (PPC), and the Greek construction-companies (GCCs), and (b) recorded in great statistical-databases of PPC (associated with the years 1993-2009), and IKA, the Greek Social Insurance Institute/Ministry of Health (associated with the years 1999-2007) respectively (Marhavilas et al. 2013).G) Risk assessment by the combination of stochastic and deterministic processes focusing on Fault Trees – Application in industry: We proceed, in this section, to the development of an alternative STODET (stochastic-deterministic) RAA framework, based on the combination of the deterministic FTA (“fault-tree-analysis”) technique with the stochastic TRF (“time at risk failure)” model, and apply it on the worksite of an industrial productive procedure (Marhavilas and Koulouriotis, 2012c).Η) Risk assessment of OHSS focusing on Fault/Event Trees – Literature survey: Fault-Trees (FT) and Event-Trees (ET) are well recognized techniques worldwide, which have been used by reliability experts, in failure analysis of complex technical systems, whereas in risk assessment (RA) of Occupational Health-Safety Systems (OHSS), the situation is absolutely different, since their application is not quite expanded and has not been extensively incorporated in the main RA methodologies of OHSSs, despite its significance. In this section, we review and classify FT/ET methods, study and elaborate their characteristics, and also statistically analyze them, in order to (i) depict the subsistent situation of their treatment in various occupational fields, and (ii) enhance their handling and usage in RA of OHSS (Marhavilas et al. 2014a,b).

Τα ατυχήματα, οι τραυματισμοί και οι εμφανιζόμενες ασθένειες στους εργασιακούς χώρους, έχουν υπαγορεύσει από δεκαετίες την εξεύρεση και εφαρμογή διαδικασιών και μηχανισμών για τον προσδιορισμό, την πρόβλεψη και την εκτίμηση τόσο των πηγών κινδύνου όσο και των επιπτώσεων τους, οι οποίες μπορούν να επηρεάσουν και να απειλήσουν άμεσα ή έμμεσα την υγεία και ασφάλεια των εργαζομένων, αλλά και την εν γένει ορθή λειτουργία των εργασιακών συνθηκών. Υπό αυτό το πρίσμα έχουν αναπτυχθεί διεθνώς διάφορες μέθοδοι και τεχνικές, οι οποίες άλλες αφορούν σε ποιοτικές και άλλες σε ποσοτικές μεθοδολογίες και εργαλεία, που εδράζονται είτε σε καθαρά μαθηματικούς υπολογισμούς, στατιστικές προσεγγίσεις ή σε άλλες σύνθετες διαδικασίες, και τα οποία έρχονται να συνεισφέρουν στην αξιολόγηση και εκτίμηση των επιπέδων κινδύνου, και της σοβαρότητας των συνεπειών του (Marhavilas 2009c; 2010b). Ο στόχος και η συνεισφορά της παρούσης διατριβής έγκειται: (i) στον εντοπισμό και την επισκόπηση υπαρχόντων, καθώς και (ii) στην ανάπτυξη νέων, μεθόδων και τεχνικών ανάλυσης, υπολογισμού, αξιολόγησης και εκτίμησης της επικινδυνότητας (risk), στον τομέα της ασφάλειας εργασίας, με έμφαση στη Βιομηχανία και τις Κατασκευές Τεχνικών Έργων. Πιο συγκεκριμένα, στο πλαίσιο της εν λόγω διατριβής παρήχθησαν τα κάτωθι αποτελέσματα: Α) Διερεύνηση και ανασκόπηση της διεθνούς επιστημονικής βιβλιογραφίας: Πραγματοποιήθηκε συστηματική βιβλιογραφική αναζήτηση των προϋπαρχόντων τεχνικών και μεθόδων υπολογισμού, αξιολόγησης και εκτίμησης διακινδύνευσης–επικινδυνότητας στην ασφάλεια εργασίας. Στόχος ήταν ο εντοπισμός και η συλλογή, η ανάλυση και επεξεργασία, η αποτύπωση και κωδικοποίηση, καθώς και η ομαδοποίηση και κατηγοριοποίηση των διαφόρων μεθόδων ανάλυσης και εκτίμησης της επικινδυνότητας, μέσω της διερεύνησης και ανασκόπησης της διεθνούς επιστημονικής βιβλιογραφίας κατά την δεκαετία 2000-2009. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε συνίστατο στην ανάλυση της μεθοδολογίας, την καταγραφή και κωδικοποίηση των σημαντικότερων χαρακτηριστικών αυτής, η οποία οδήγησε σε ομαδοποίηση των προσεγγίσεων, και τέλος στη στατιστική επεξεργασία-ανασκόπηση και μελέτη των άρθρων των επιστημονικών περιοδικών. Οι τεχνικές ανάλυσης και εκτίμησης της επικινδυνότητας ταξινομούνται σε τρείς βασικές κατηγορίες: α) τις ποιοτικές, β) τις ποσοτικές, και γ) τις υβριδικές. Οι ποιοτικές τεχνικές, βασίζονται κυρίως σε αναλυτικές διαδικασίες υπολογισμού συγκεκριμένων και κατάλληλα ορισμένων μεγεθών, αλλά προϋποθέτουν την εμπειρία και την κριτική ικανότητα του αναλυτή και ενσωματώνουν υφιστάμενες νομοθετικές διατάξεις, προδιαγραφές, διαδικασίες και πρακτικές. Κατά την ποσοτική εκτίμηση, η επικινδυνότητα θεωρείται ως ένα μετρήσιμο μέγεθος και εκφράζεται με μαθηματικώς διατυπωμένη σχέση. Οι υβριδικές τεχνικές, ως συνδυασμός των ποιοτικών και ποσοτικών τεχνικών, παρουσιάζουν αυξημένη πολυπλοκότητα λόγω της ad hoc φύσης τους και γι’ αυτόν τον λόγο δεν έχουν εξαπλωθεί επαρκώς (Marhavilas et al. 2010a ; 2011a).Β) Ανάπτυξη δύο νέων ποσοτικών τεχνικών εκτίμησης της επικινδυνότητας και εφαρμογή τους στη Βιομηχανία και στις κατασκευές: Η ποσοτική αποτίμηση της επικινδυνότητας, αποτελεί το πιο σημαντικό μέρος όλης της διαδικασίας εκτίμησης της, καθώς η επικινδυνότητα (risk) μπορεί να θεωρηθεί ως ένα μετρήσιμο μέγεθος και να εκφραστεί με μαθηματική σχέση, η εφαρμογή της οποίας σε συγκεκριμένο εργασιακό χώρο, απαιτεί την τροφοδότηση με ακριβή δεδομένα στοχευμένων μετρήσεων καθώς και ατυχημάτων ή έκθεσης σε πηγές κινδύνου. Επιπλέον, η εκτίμηση της επικινδυνότητας στους εργασιακούς χώρους βιομηχανικών επιχειρήσεων (εργοστάσια), καθώς και κατασκευαστικών επιχειρήσεων (εργοτάξια τεχνικών έργων), με ποσοτικές τεχνικές, εκτός της επιστημονικής σπουδαιότητας, έχει πολύ μεγάλη πρακτική χρησιμότητα στην πρόληψη των εργατικών ατυχημάτων και στην διασφάλιση της υγείας και της σωματικής ακεραιότητας των εργαζομένων και παρευρισκομένων σ’ αυτά. Μετά την κατανόηση των κυριότερων τεχνικών ανάλυσης και εκτίμησης της επικινδυνότητας, πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη δύο νέων ποσοτικών τεχνικών, ήτοι της PRAT (Proportional Risk Assessment Technique) και της DMRA (Decision Matrix Risk Assessment), οι οποίες εφαρμόσθηκαν ως μελέτη περίπτωσης (case study), σε Βιομηχανία Διέλασης Αλουμινίου, καθώς και στον τομέα των κατασκευών τεχνικών έργων (Marhavilas and Koulouriotis 2007a; 2008a; Marhavilas 2009a; Marhavilas et al. 2007b; 2009b).Γ) Ανάπτυξη μία νέας υβριδικής-τεχνικής εκτίμησης της επικινδυνότητας με έμφαση στη Βιομηχανία: Στη φάση αυτή, αναπτύχθηκε και αναλύθηκε το θεωρητικό υπόβαθρο μιας νέας υβριδικής-τεχνικής ποσοτικής εκτίμησης της επικινδυνότητας HRAP (Hybrid Risk Assessment Process) και εφαρμόσθηκε ως μελέτη περίπτωσης, στον υπολογισμό της επικινδυνότητας στη Δημόσια Επιχείρηση Ηλεκτρισμού (Δ.Ε.Η.), χρησιμοποιώντας καταγεγραμμένα από την επιχείρηση, στοιχεία εκδήλωσης ατυχημάτων ή έκθεσης σε πηγές κινδύνου, που αφορούσαν μία αρκετά μεγάλη χρονική περίοδο δώδεκα ετών (1993-2004). Τα σχετικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η εκτιμούμενη τιμή της επικινδυνότητας για την εν λόγω δωδεκαετία, είναι για ορισμένες πηγές κινδύνου μεγαλύτερη του 500 (στην κλίμακα 0-1000) γεγονός που καταδεικνύει την αναγκαιότητα της λήψης άμεσων μέ¬τρων, προκειμένου να υποβαθμιστεί ο άμεσος κίνδυνος για την εκδήλωση σοβαρού ατυχήματος (Marhavilas et al. 2008b; 2011b).Δ) Ανάλυση και εκτίμηση της επικινδυνότητας με συνδυασμό περισσότερων μεθόδων: Επειδή η χρήση μίας και μοναδικής μεθόδου στην ανάλυση και εκτίμηση της επικινδυνότητας στους εργασιακούς χώρους, δεν επιφέρει τα βέλτιστα αποτελέσματα, σύμφωνα και με τα πορίσματα της διεθνούς βιβλιογραφίας, αναπτύχθηκε μία νέα συνδυαστική μέθοδος, με το ακρωνύμιο PRAT-TSP-SRE, η οποία συνδυάζει: (i) την αναλογική ποσοτική τεχνική PRAT, (ii) την τεχνική TSP (Time-Series Analysis) η οποία εστιάζεται στην ανάλυση των χρονοσειρών εργασιακών συμβάντων και ατυχημάτων, και (iii) την τεχνική SRE (Societal Risk Estimation) η οποία εξετάζει τον κοινωνικό κίνδυνο. Η εν λόγω νέα συνδυαστική μέθοδος εφαρμόσθηκε σε στατιστικά δεδομένα της ΔΕΗ για την περίοδο 1993-2009 (Marhavilas and Koulouriotis 2012b).E) Συνδυασμός Στοχαστικών και Αιτιοκρατικών μεθόδων στην ανάλυση και εκτίμηση της επικινδυνότητας: Λαμβάνοντας υπόψη το γεγονός ότι στις επιχειρήσεις δεν υπάρχει πάντοτε επαρκής βάση στατιστικών στοιχείων εργασιακών συμβάντων και ατυχημάτων, εστιάσθηκε το επιστημονικό μας ενδιαφέρον στην ανάπτυξη και παρουσίαση μίας νέας προσέγγισης σχετικά με την ανάλυση και εκτίμηση της επικινδυνότητας στους εργασιακούς χώρους, η οποία να στηρίζεται στο συνδυασμό στοχαστικών (πιθανοκρατικών) μεθόδων (stochastic techniques) με αιτιοκρατικές (deterministic techniques). Πιο συγκεκριμένα οι στοχαστικές μέθοδοι, με τη βοήθεια πιθανοκρατικών μοντέλων, συμβάλλουν στην “a priori” ανάλυση και εκτίμηση της επικινδυνότητας, καθώς και στην πρόβλεψη όταν δεν υπάρχουν επαρκή καταγεγραμμένα στοιχεία, ενώ οι αιτιοκρατικές μέθοδοι στην “posteriori” ανάλυση και εκτίμηση της επικινδυνότητας. Έτσι πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη ενός νέου μεθοδολογικού πλαισίου με ακρωνύμιο STODET (Stochastic-Deterministic framework), και το οποίο εφαρμόσθηκε επίσης στη ΔΕΗ (η οποία έχει το πλεονέκτημα να είναι μία πολύ μεγάλη βιομηχανία, απασχολεί ~30.000 εργαζόμενους και διαθέτει μία τεράστια βάση στατιστικών δεδομένων σχετικά με εργασιακά συμβάντα και ατυχήματα), καλύπτοντας την ευρεία χρονική περίοδο 1993-2009 (Marhavilas and Koulouriotis 2012a). ΣΤ) Ανάπτυξη μίας νέας στοχαστικής τεχνικής εκτίμησης της επικινδυνότητας με χρήση χρονοσειρών ατυχημάτων και με έμφαση στη Βιομηχανία και τις Κατασκευές: Στο πλαίσιο της a priori” ανάλυσης και εκτίμησης της επικινδυνότητας, πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη ενός νέου στοχαστικού μεθοδολογικού πλαισίου με ακρωνύμιο HATS (Harmonic Analysis Time-Series), χρησιμοποιώντας την τεχνική ανάλυσης χρονοσειρών ατυχημάτων, το οποίο εφαρμόσαμε: (i) στη ΔΕΗ καλύπτοντας μία πολύ μεγάλη χρονική περίοδο 17 ετών (1993-2009), και (ii) στον κλάδο των κατασκευών, χρησιμοποιώντας τη στατιστική βάση ατυχημάτων του ΙΚΑ για τις κατασκευαστικές εταιρείες, για την περίοδο 1999-2007 (Marhavilas et al. 2013).Z) Ανάπτυξη μίας νέας συνδυαστικής τεχνικής εκτίμησης της επικινδυνότητας με χρήση στοχαστικών και αιτιοκρατικών μοντέλων, με έμφαση στην ανάλυση αστοχιών/βλαβών και εφαρμογή στη Βιομηχανία: Επειδή η χρήση μίας και μοναδικής μεθόδου στην ανάλυση και εκτίμηση της επικινδυνότητας στους εργασιακούς χώρους, δεν επιφέρει τα βέλτιστα αποτελέσματα, σύμφωνα και με τα πορίσματα της διεθνούς βιβλιογραφίας, πραγματοποιήθηκε η ανάπτυξη μία νέας συνδυαστικής μεθόδου STODET (Stochastic-Deterministic framework), με το ακρωνύμιο FTA-TRF, η στηρίζεται στο συνδυασμό της στοχαστικής (πιθανοκρατικής) μεθόδου TRF (time at risk failure model) με την αιτιοκρατική τεχνική (deterministic technique) της ανάλυσης των αστοχιών ή βλαβών FTA (Fault-Tree Analysis), και η οποία εφαρμόσθηκε σε μεγάλη καπνοβιομηχανία της Θράκης (Marhavilas and Koulouriotis 2012c). Η) Διερεύνηση και ανασκόπηση της διεθνούς επιστημονικής βιβλιογραφίας: Αναφορικά με την αιτιοκρατική τεχνική (deterministic technique) FTA (Fault-Tree Analysis), πραγματοποιήθηκε βιβλιογραφική αναζήτηση των προϋπαρχόντων τεχνικών Ανάλυσης του Δένδρου Αστοχιών (FTA) με εστίαση στην ασφάλεια εργασίας, εξαιτίας της μεγάλης σημαντικότητας που αυτή παρουσιάζει σε OHSS συστήματα (Occupational Health and Safety Systems). Στόχος ήταν ο εντοπισμός και η συλλογή, η ανάλυση-επεξεργασία, η αποτύπωση-κωδικοποίηση και η ομαδοποίηση-κατηγοριοποίηση των διαφόρων τεχνικών FTA, μέσω της διερεύνησης και ανασκόπησης της διεθνούς επιστημονικής βιβλιογραφίας κατά την περίοδο 2000-2012. Η μέθοδος που χρησιμοποιήθηκε συνίστατο στην ανάλυση της μεθοδολογίας, την καταγραφή και κωδικοποίηση των σημαντικότερων χαρακτηριστικών αυτής, η οποία οδηγεί σε ομαδοποίηση των προσεγγίσεων, και τέλος στη στατιστική επεξεργασία-ανασκόπηση και μελέτη των άρθρων των επιστημονικών περιοδικών (Marhavilas et al. 2014a,b). Η εν λόγω τεχνική δεν έχει αξιοποιηθεί επαρκώς στο πεδίο της ασφάλειας της εργασίας, και γι’ αυτό είναι επιστημονικά πολύ ελκυστική η ανάπτυξη νέων μεθόδων με χρήση της FTA, πέραν αυτών που ήδη αναπτύχθηκαν (στις εργασίες των Marhavilas and Koulouriotis 2012c; Marhavilas et al. 2014a,b).