（安全技术及工程专业论文）基于蒙特卡罗方法的苯职业暴露风险评价的研究.pdf

南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了 解南开大学关于收集、 保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本; 学校有权保存学位论文的印 刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以 及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版; 在不以 赢利为目 的的前 提下， 学校可以 适当复制论文的部分或全部内 容用于学术活动。 学位论文作者签名: 年月日 经指导教师同 意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名:学位论文作者签名: 解密时间:年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下: 内部 5 年 ( 最t 1 5 年，可少于5 年) 默默 鬓- ld 少 于 1 0 年 1 可少于2 0 年) 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文，是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中已经注明引用的内容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 己公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均已在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 学位论文作者签名: 年月日 第一章苯的职业暴露风险概述 第一章苯的职业暴露风险概述 第一节 概况 1 . 1 . 1苯的职业暴露概况 苯在工业 上的应用始于 1 0 0年前，随 着工业的不断发展，苯的应用日 益 广 泛，遍布全世界， 苯还是汽车废气中的两种主要 致癌物之一，环境空 气中苯的 浓度也有增高的趋势。 1 9 7 8 年， 卫生部组织全国开展苯、 铅、 汞等5 种职业中毒的普查。 全国接触 苯与含苯溶剂的 工人约5 0 万人， 苯中毒患病率 为0 . 5 % 。 同时发现苯中 毒再生障 碍性贫血2 4 例，白 血病9 例。 基于对1 9 9 6 9 个工厂的 空气中苯浓度测定数据统 计 分 析， 苯浓 度 几 何均 值为 1 8 . 1 m g / m ， 超 过 卫 生 标 准( 4 0 m g i m 3 ) 的 样 本占 3 9 . 4 % a随后在 1 2个城市开展的 苯作业工人回 顾性队 列调查证明 苯白 血病显著 增多， 苯作业组白 血病3 0 例， 对照组白 血病4 例， s u r 为5 . 7 4 。 苯组白 血病患 者 接 触 苯 浓 度 范 围 大 约 在1 0 _ 1 0 0 0 m g / m 3 0 1 9 8 7 年 根 据 这 些 调 查结 果， 苯白 血 病在我国 首次被 确定为8 种职业肿瘤之一m。 此外， 苯在g b 5 0 4 4 - 8 5 职业性接触毒物危 害程度分级中为1 级， 属极度 危害的化学物 质。 苯己 被列入我国 卫生部颁布的 高度物品目 录 。 在 职业病 危害因素分类目录中，苯列为可能导致苯中毒、苯所致白血病的职业病危害 因素。 苯所致白 血病、 苯中 毒已 列入 职业病目 录 ，已 发布并实施相应的 诊断标 准 g b z 6 8 -2 0 0 2 职业性苯中 毒诊断标准 ， g b z 9 4 - 2 0 0 2 职业性肿瘤诊断标 准 。 2苯的职业暴露机会 苯在工 农业生产中 被广泛使用: ( 1 ) 作为有 机化学合成中 常用的 原料， 如制造苯乙 烯、 苯酚、 药物、 农药、 合 成橡胶、塑料、洗涤剂、燃料、炸药等; ( 2 ) 作为溶剂，萃取剂和稀释剂， 用于生药的浸渍、提取、重结晶、以及油墨、 第一章苯的职业暴露风险概述 树脂、 人造革、粘胶和油漆等制造; ( 3 ) 苯的 制造，如焦炉气、煤焦油的 分馏、石油的裂化 重整与乙 炔合成苯: ( 4 )用作燃料，如工业汽油中苯的含量可高达 1 0 %以上。 3苯的毒理 苯在生产环境中以蒸汽形式由呼吸道进入人体，经皮肤吸收量很少，虽经 消化道吸收完全，但实际意义不大。苯进入体内后，主要分布在含类脂质较多 的 组织和器官中。一次大量吸 入高 浓度的 苯， 大脑、肾 上腺与 血液中的 含量最 高;中等量或少量长期吸入时，骨髓、脂肪和脑组织中含量较多。 苯的代谢产物被转运到骨髓或其他器官，可能表现为骨髓毒性和致白血病 作用， 主要涉及:( 1 ) 干扰细胞因子 对骨髓造血干细胞的生长和 分化的调节作 用。 ( 2 ) 抑制 细胞增殖。 ( 3 ) d n a 损伤， 苯的 代谢物可诱发突 变或染色体的损伤， 引 起再生障 碍性贫血或因 骨髓增生不良 ， 最终导致急性髓性白 血 病。( 4 )癌基 因的激活。 4苯中毒的临床表现 1 . 1 . 2 . 1急性中毒 急性苯中毒是由于短时间吸入大量苯蒸汽引起。主要表现为中枢神经系统 的 麻醉作用。 轻者表现出 兴奋、 欣快 感、步 态不稳，以及头晕、 头痛、恶心、 呕吐、 轻度意识模糊等。 重者神志模糊加重，由浅昏迷进入深昏 迷状态或出 现 抽搐.严重者导致呼吸，心跳停止。 1 . 1 . 2 . 2慢性中 毒 长期接触低浓度苯可引起慢性中 毒， 其主要临床表 现如下: ( 1 ) 神经系统:多表现为头痛、头晕、 失眠、记忆力减退等 类神经症， 有的 伴 有植物神经系统功能紊乱， 如心跳过速或过缓， 皮肤划痕反应阳 性，个别有肢 端麻木和痛觉减退表现。 ( 2 ) 造 血系统: 慢性苯中毒主要损害 造血系统。 苯可引 起各 种类型的白 血病， 苯与急性髓性白血病密切相关。国际癌症研究中心 ( 工 a r c )己确认苯为人类致 癌物。 ( 3 )其他:经常接触苯，皮肤可脱脂，变干燥，脱屑以 至效裂，有的出现过敏 第一章苯的职业暴露风险概述 性湿疹、 脱脂性皮炎。苯还可损害生殖系统， 对免 疫系统也 有影响，此 外，职 业性苯接触 工人染色体畸变率明 显增高 2 1 3 1 。 第二节 苯职业中 毒事故案例 z . 1急性苯中毒 1 、 大连富华服装有限公司急性 苯中 毒 1 9 9 7 年9 月2 3 日 大连富华服装有限公司 实习 学生1 4 人疑似“ 急 性职业中 毒”被送入医院。 ( 1 )中毒经过 1 9 9 7 年7 月下旬公司接订单生产1 万 件俄罗斯皮装， 为此， 公司要 求工人 加班生产。 生产车间位于二楼， 面积 4 0 0 m 2 左右， 车间内 无任何 机械通风设施 及排风扇， 仅靠窗户自 然通风。 近 5 0 名生 产工人手工刷胶粘接皮衣。 工 人操作 时无个人防护用具。自9月 2 2日晚 7时始，辽宁省纺织学校 4 3名学生加班刷 胶至 2 2 点左右( 用天津产氯丁胶) ，突然有 3 - 4 名学生出现头晕、头痛、恶心、 四肢无力等症状，陆续到医院就诊至 9月 2 3日上午已有 1 4名学生出现类似症 状， 经门 诊处置后1 0 人被收治住院观察。 经有关专家会 诊， 确诊为急性轻度苯 中毒。 ( 2 )现场调查 9 月2 4日 对作业现场进行环境监测， 测试结 果: 6 个刷胶作业点有4 个点 苯浓度超标，最高浓度的2 个作业点分别超标9 . 1 倍 和 1 3 . 8 倍， 测定最高值为 5 9 4 . 3 m g / m 3 . 抓丁胺又称氯丁橡胶;是氯丁二烯的a 一 聚合体， 溶于苯和氯坊， 可用于制 造涂料和胶粘剂。苯作为氯丁胶的稀薄剂用于粘接皮革等工艺更为多见。该公 司大量使用氯丁胶，经测试其中 苯浓度超标1 3 . 8 倍。苯的急 性中 毒多见于意外 事故或在通风不良 的环境下进行苯作业，而又 缺乏有效的 个人防 护等。 . 由 于急 于赶制皮装，加班加点，超负荷的劳动也为导致中毒发生的原因之一。 2 、 奶业公司的制冷车间工地3 名职工发生急性重 度苯中 毒案 例 4 ) 2 0 0 3 年 1月2 0日，在某奶业公司的制冷车间工地，在清洗冷水箱内的油漆 第一章苯的职业暴露风险概述 时， 3 名职工发生急性重度 苯中 毒。 ( 1 ) 中毒经过 某奶业公司制冷车间长、宽各 1 2 m , 斜顶高 5 . 5一 6 . 6 m ，有 5道分上下档的 窗口， 上档窗口 作采光用， 不能开 启。 冷水 箱长6 m ， 宽 和高 各3 m ， 似一只水池， 上面没有盖，位于车间东北角， 因冷水箱内 壁已 涂上防锈漆， 不符合工艺要求， 须使用 “ 香蕉水” 清洗掉。为 方便清洗， 在箱内 1 . 3 5 m高处 筑搭了 架子。 事故 就发生在除漆清洗的过程中。 3 名职工在1 月2 0 日1 8 时1 5 分开 始工作，吴 某 和郑某在作业前饮过酒， 3 人事先都有点知道油 漆和“ 香蕉水” 有毒， 但当时 只 有 2 只m p i 型过滤式防毒面 具， 胡某和吴某2 人戴上，在箱的 底层工作， 郑某 没有戴防毒面具， 被照顾 在架子上面工作。 箱内 带进2 桶1 6 k g “ 香蕉水” 。 工作 时 用脸盆作为盛器分别倒一些 “ 香蕉水” ， 毛巾 蘸上擦拭。 在擦扫过程中，3 人 都感到味很重， 刺眼， 其中吴 某在下面 工作 1 0 m i n左右实在忍不住， 走出冷水 箱休息 一会儿， 再下去继续竖持 工作。 在 1 8时3 0 分左右， 在车间外路过的职 工盛某忽然听到车间内 “ 当”的一声响，急忙进去，爬上一看，只见郑某己从 架子上倒下，由 胡和昊扶着， 不一会儿，胡 和吴也慢慢倒地。 盛某感到里面味 道很呛人，无法独自 下去救人， 念忙叫来伙伴用湿毛巾 捂着鼻子下去 救人， 现 场用水龙头喷水， 从郑的 倒下到3 人全部 救上的 过程大约3 0 m i n ， 送到医院是在 当晚的 1 9时4 5 分。 ( 2 )现场调查 当晚 2 3时 左右， 应急处理 组赶赴事故 现场， 一打开 制冷车间的门 就闻到刺 鼻的油漆 和 “ 香蕉水 “ 味， 现场放着用剩的 “ 香蕉水” 桶，因当时在冷水箱内 喷过水， 里面还有3 0 c m 的 积水， 现场没有 应急救 援用品 和报警装置。 对现场的 “ 香蕉水”和污染衣服的挥发气体即送实验室定性分析，均以苯和甲苯为主。 次日 ， 停 止 作 业 1 0 小 时 后 的 现 场 空 气 检 测 结 果， 苯 浓 度8 4 5 一1 0 3 7 m g / m 3 , 现场使用的 香蕉 水样品 经分析， 含苯5 7 . 6 2 % ;甲笨2 3 . 1 2 % ;乙 酸乙 酷 1 5 . 2 0 % ; 乙酸丁酷 3 . 1 7 % 0 3 、 某私人承包的股 份制农药厂急 性重度苯中毒案例 5 1 ( 1 )中毒经过 2 0 0 3 年3 月1 6 日1 0 : 3 0 左右， 某私人承包的股份制农药厂 环硫磷车间 反应 釜加入三氯化磷的管 道断 裂， 停产。工人用水冲洗2 0 m i n ， 真空管抽 1 0 m i n 后， 职 第一章苯的职业暴露风险概述 工王某打开反应釜的观察口( 4 0 0 m m * 3 0 0 m m ) ， 未佩戴防 毒口 罩到釜中取出 断裂的 管道( 约 2 m i n ) ， 欲再次取断裂的碎管时 ， 滑入釜 底。 工友侯某 佩戴防毒口罩下到 釜中 抢救王 某， 5 - 6 m i n 后晕倒在釜底。 被其他 人发现后先将侯 某从观察口 救出， 其呼吸微弱， 深昏 迷，王某 被救出时心跳呼 吸已 停止， 经急救中心的医 护人员抢 救无效， 死亡。 ( 2 )现场调查 中 毒事 故 发 生 后 5 h 现 场 采 样 ， 车间 内 空 气中 苯 质 量 浓 度6 0 1 8 m g / m 3 ， 反 应 釜中 苯2 3 3 6 m g l m s o 1 . 2 . 2慢性苯中毒 1 、 海南某高档包装纸盒生 产场慢性苯中毒 案例(6 1 2 0 0 4 年 对海南 某个生 产各类高档包 装纸盒 厂进行了 职业病危害健康检查。 该企 业为 1 9 9 3 年投建的外资 企业， 共有 1 0 0 0 多名员 工， 8 0 % 为女工， 生产工艺流 程中主要接触各类 含苯的 粘胶，该厂接触苯作 业工人共 6 4 3名进行职业性健康 检查， 其中女性 6 0 2 例( 9 3 % ) ， 男性 4 1 例( 6 % ) ， 年龄 1 8 3 8 岁， 接触苯作业工龄 0 . 3 -1 0年。 体 检情况 本次体检 接触苯作业工人共6 4 3 人， 职业 健康监护管 理办法 中苯作 业工人体检要求进 行， 筛出w b c 计数 低于4 . 5 x 1 0 / l 的工人1 0 名， 依 据 职 业性苯中毒诊断标准( g b z 6 8 - 2 0 0 2 ) 进行诊断 ， 检出职业 性慢性苯中 毒观察对象 2 例， 职业性慢性轻度苯中毒2 例， 职业性慢性中 度苯中 毒2 例， 表明 该厂职业 性慢性苯中毒比较严重。 2 、 句容市某工艺制鞋厂慢性苯中毒案例m 该工艺制鞋厂为个体私 营企业，全厂共 有职工9 4 人， 其中生 产工人8 4 人 多为女性，工龄3 个月至1 8 年不等，生产场 所为一简陋的2 层楼房， 每层面积 约 2 0 0 m2 左右，帮面和缝纫 2 车间同在 2 楼通间，刷胶流水线在 1 楼。2 0 0 3 年 1 0月前采用无苯的粘合剂，2 0 0 3 年 1 0月后改用川b - 2 0 1 - 5强力性胶粘剂( 氯丁 胶) ，车间无抽风排毒防护设 施。生产工时每天 在 1 0 -1 2 h 以 上，生产时无任何 个人防护用品。 2 0 0 4 年3 月下旬致使1 周内有3 名工人因 再生障碍性贫血收治入院， 对该 第一章苯的职业暴露风险概述 厂工人苯中毒情况进行了 调查，检查结果 经市职业中毒诊断组及北京朝阳医院 严格按照 g b z 6 8 - 2 0 0 2 职业性苯中毒诊断标准诊断， 全厂共确诊慢性苯中毒 1 8 例， 发 病率为2 1 . 1 4 % ， 其中 轻度中毒4 例， 中 度中 毒2 例， 重度中毒9 例( 全 血象减少4 例，再生障碍性贫血 5 例) ，另有观察对象 4 例。工人中毒情况与车 间空 气中苯 浓度高低有关， 刷胶车间苯 浓度最高， 全车间4 0 % 工人发生不同程 度 苯中毒，帮面车间次之( 1 8 . 1 2 % ) ，缝纫车间 空气中苯浓度虽不高， 但因 与帮 面 同在一大通间操作受其影响，仍有 2 人发生中毒6 . 1 3 % 0 3 .短时间 接触苯导致慢性苯中 毒案例1 8 1 青岛市 一外资企业 1 9 9 8 年发生1 例慢 性苯中 毒。 常某，女， 2 0 岁。1 9 9 7 年 7 月2日 人厂， 在该企业印刷科从事印刷工种。 1 9 9 7 年 9月2 8日 调人包装科。 包装科是手工作业，生产场所及周围环境无毒害因素。患者在印刷科从事有毒 作业不 足 3 个月。人厂前在指定体检单 位已 获得 健康证明。 1 9 9 8 年8 月区防疫 站对该公司 职工进行健康查体， 发现该职工 有异常 现象。 体检结果为: 白 细胞3 . 4 x 1 0 9 / 1, ， 红 细胞3 . 1 x 1 0 2 / l 、血红蛋白9 8 岁l 、血小 板 1 0 2 x 1 护/ l 。自 觉 症状有乏力、食欲差、月经量多、偶有鼻血和牙眼出血。即报上级部门予以确 诊。 经 “ 青岛 市职业病诊 断小组”复检， 根据g b 3 2 3 0 一1 9 9 7 职业性苯中 毒诊 断标准及处理原则 ，诊断结论为慢性重度苯中毒。病人随即送市某医院住院， 经支 持疗法 及对症治疗等 4个余月，病情 仍不断恶化， 最终因内出 血和急性感 染，于 1 9 9 8 年 1 2 月死亡。 生 产场所检侧情况: 刷科共有职工4 人， 其它3 人尚未发 现异 常。印刷属 手工 作业的 单独车间， 平均日 工作 9小时。 作业 场所局 部有通风设施。所用油 墨的 稀释剂及清版剂是含苯系物原料。所在 工作场所 连续 2年检 测， 空气中苯 含量均低于国家最高允许浓度。 第三节 国内外研究现状 1 . 3 . 1国外研究现状 1 8 9 7 年， n e n o i r 与c l a u d e 报道t 第1 例苯作业t - 人白 血病。 此后，有关 苯的 毒性、致癌性及诊断、治疗、预防等问 题受到 全世界的广泛注意并开 展了 大量调查研究。 近2 0 年来关于苯的毒性与 危害的国际专 题会议举行 过多次，其 第一章 苯的 职业暴 露风险概述 规模一次比一次大。苯是现代数万种工业化学品中受到广泛、 持久和深入研究 的少 数化学物之一。1 9 9 6 年 美国 工业医 学杂志主编 l a n d r i g a n 曾 发表专文 苯与 血液研究1 0 0 年 。 当前国外对苯的职业暴露风险的研究主要包括: 使 用职业流行病学资料对苯的 职业暴露风险进行回顾性分析9 1 ，如 ( a s i mp l e a p p r o a c h t o p e r f o r m i n g q u a n t i t a t i v e c a n c e r r i s k a s s e s s m e n t u s i n g p u b l i s h e d r e su lt s fr o m o c c u p a tio n a l e p id e m io lo g y s t u d i e s ) ， 通 过定 量 风险 分 析 提 供了 科 学的 方法制定职业或环境中潜在有毒暴露的标准。描述了一种根据公开的流行病文 献使用计算器或电子图表来完成定量癌症风险分析的方法。这些方法对已知的 或可能的 人类致癌物进行分析， 包括全氯乙 烯，甲 醛，苯，和镍。 和 ( i n d i r e c t v a l i d a t i o n o f b e n z e n e e x p o s u r e a s s e s s m e n t b y a s s o c i a t i o n w i t h b e n z e n e p o is o n in g ) ， 通 过 对中 国1 2 个 城 市 中 ， 苯 暴 露 对 工 人的 健 康 影 响 进 行 研 究， 检 查 历史苯暴露和当前苯中 毒之间关系11 0 1 对 苯 的 致 癌 能 力 的 研 究， 如 ( n o s i g n if i c a n t r i s k l e v e l s 伽s r l s ) f o r t h e p r o p o s i t i o n 6 5 c a r c ino g e n b e n z e n e ) ，通 过对美国苯 暴露的 橡胶 氢氯 化物工人患白 血病情况，以 及中国 各种工业苯暴露工 人的 观察， 评估 苯的吸入致癌力i l 。 个 体 暴 露 程 度 和 暴 露 标 记 之 间 的 关 系 的 研 究 。 如 ( b e n z e n e a n d le a d e x p o s u r e a s s e s s m e n t a m o n g o c c u p a t io n a l b u s d ri v e r s in b a n g k o k tr a ffi c ) ， 通 过 建 立 四 个 环 境 和生 态监控站，来估计在曼谷不同交 通区域苯和铅暴露分析， 研究空气中的 苯 和工作场所中苯暴露产生的标记物的相关性1 2 1 初步提出了 用统计学和数学预测模型 ( r e t r o s p e c t i v e e x p o s u r e a s s e s s m e n t u s i n g b a y e s i a n m e t h o d s ) ，使用贝叶斯 方法计 算苯的 暴露 值及其出 现的 概率 1 3 1 综合来看当前有关把那职业暴露风险的研究主要集中在利 用现有数 据进行 风险 分析、 苯的致癌能力， 相关性等 方面。 没有从系统角度全 面讨论用数学模 型和统计学原理对工作场所中苯的浓度进行预测和分析，以及用实测数据与模 拟数据对比，验证其可行性。 3 . 2 国内研究现状 我国在 5 0 年代初期己可查到有关苯中毒的研究报告，如薛汉麟对急性、慢 性苯中毒的 调查报告。苯在油漆、喷漆 行业， 在生产和使用农 药6 6 6 , d d t 及制 第一章苯的职业暴露风险概述 药等行业己有较多的应用.调查报告表明:当时苯接触浓度高，中毒发生率也 高，少数工厂高达 3 0 % 4 0 % 。因此，为解决苯中毒的诊断和治疗等实际问题， 进行了大量调查和研究， 制定了 苯中 毒诊断标准和苯在车间空 气中的最高容许 浓度( m a c ) . 1 9 5 6 年国家建委、 卫生部发 布的 工业企业设计暂行卫生标准 中， 苯 的m a c为 8 0 m g l m , 1 9 6 2 年 工 业 企 业 设 计 卫 生 标 准 苯 的 m a c 修改 为 5 0 m g l m 3 , 1 9 7 9年再次修改为 4 0 m g l m ，并且规定苯在地面水中 m a c为 2 . 5 m g l m ， 在居民区 大气中m a c为0 . 8 m g l m 3 . 1 9 6 5 年卫生部首次发 布 苯 中 毒的 诊断、 治疗和处 理方法( 草案) ， 1 9 7 4 年正 式发布 苯中 毒的诊断 标准及 处理原则 ， 此后， 于1 9 8 2 年及1 9 9 7 年又经过两次修订。 目 前国内 对苯的 职业暴露风险的 研究，主要包括:对风险分 析方法的研究 14 1 1 5 1 综述职业接触评估常用的 定量或半定量评估方 法及其效 度， 并提出了评 估工作的 基本原则、目 前存在的问题及 解决办法。 对苯的中毒 机制的 研究 1 6 1 11 7 1 以 及对苯急 慢性中 毒的 案例的分析11 8 1 1 9 1 2 0 1 等。 第四节 研究主 要内容和方法 随 着工业的不断 发展， 苯的应 用日 益广泛， 遍布全世界，发 生在工 作场所 的苯暴露造成的工人伤亡和社会影响也越来越严重，苯的职业暴露风险问题已 经引起社会各届的广泛关注。虽然许多职业病专家己经着手研究工作场所的的 苯职业暴露风险问 题， 但在安全领域， 工作场所的 苯暴露定量风险评价还是一 个很新的课题，至今仍处于探索阶段。 本文在查阅国内外此 课题 研究现状的基 础上，对工作场所环境中 的苯职 业暴露定量风险评价做了一些 初步的 探讨。 在风险分析领域，实际的 试验往往由 于有限的研究条件 而无 法进行。这一 限制催生了一系列的数值模拟方法，蒙特卡罗模拟就是其中一个通用且容易操 作的方法。蒙特卡罗模拟提供了一种有效的方法来了解一组概率分布在一个风 险模型中的 集成和传递。 这种方法从多组输入参数集中 提取一些 参数， 然后可 以 得到风险 模型的输出 。输入参数集由 指定的随机数发生器 产生，各个输入变 量的相互依赖性可以通过一对变量的协方差来表达。最后的输出分布可以被解 释为理论概率分布的近似。 本文以某化工有限公司生产车间为实例: ( 1 )设定生产车间基本 场景; 第 一章苯的职业暴 露风险概述 ( 2 )获得现场监测数据 ( 3 )建立模型 ( 4 )用 s p s s软件对相关参数进行数 理统计， 得到参数的 均值， 标准偏差 和分布; ( 5 )运行 c r y s t a l b a l l软件，输入 参数数值和模型方程式，进行蒙特卡 罗模拟，得到模拟结果数值和概率; ( 6 )对模拟数据和现场测量数据进行对比; 最后研究基于蒙特卡罗模拟的苯的职业暴露风险定 量评价的可 行性。 第五节 研究目的和意义 对工作场所苯的职业暴露进行风险评价的目的是 优化工作场所的职业安全 管理的措施和设计方案，提高职业安全卫生水平，促使工厂生产过程中实现安 全防护，降低因职业暴露对职工健康的影响。 ( 1 ) 蒙特卡罗 方法对工作场所苯的 职业暴露风险进行 分析， 结果作为职工 健康安全评价的主要依据， 通过风险分析发现生产过程中固 有或潜在的危害， 危 害后果并制定最佳的对策、措施和方案，最大限度地免除和降低危险或危害后 果，保障职工的健康。 ( 2 ) 运用概率论的 方法， 对工作场所的潜在危险， 进行定 性定量分析，评 价职业暴露风险可能性及产生的后果， 从而为工厂劳动安全卫生管理实现系统 化，标准化和科学化提供依据和条件。 ( 3 ) 为职业安全综合管理部门实 施监督管理提供依据。苯的 职业暴露蒙 特 卡罗方法风险评价的 分析、评价结论和对策措施 可为职业安全 综合管理部门审 批工厂建设项目 设计文件和监督管理生产情况提供依据。 苯的 职业暴露蒙特卡罗风险分析方法在职业健康安全管理中发挥了 积极的 作用。 通过对工作场所定量风险评价技术的使用，可监督作业环境， 促使工厂 减少危险源及危险因素，不仅保障了广大职工的身体健康，也保证了生产的安 全稳定运行。 第二章 蒙特卡罗模拟研究方法和工具 第二章 蒙特卡罗模拟研究方法和工具 第一节 职业暴露风险评价方法 2 . 1 . 1根据职业史进行暴露评估 以正确可靠的职业史为基础，职业史调查是接触评估工作的常规组成部 分，包括其生产的产品或提供的服务、工种、工作任务及其时间分配等，这也 是进行定性、定量评估的第一步。调查职业史的方法采用现场访问研究对象， 也可通过其他多种 途径收 集职业史资料， 如工 会记 录、 医保记 录、 人事档案等1 _ ; +2 1 是否有相似 职位监测数据 是否有其他 年份监测数据 职位之间的比较 历史数据之间比较 对职位的暴露风险进行评估 专家判断 图2 . 1 :分析职位的暴露风险的策略图 分析苯暴露所使用的策略 在图2 . 1 中 显示。 如果苯的监测数据与其他描 述 暴露信息一致， 则估算来源于调节苯暴露频率后的测量值的均值。 如果 对于 特 殊的部门 没有监测数据，或者测量结果与暴露信息不一致，则在任务 描述比 较 和考虑历史改变，可使用类似工作的监测数 据. 如果没有相同 时期的 类似工 作 的数据， 则在调整历史变化和暴露频率后，使用其他时 期的相同 工作的数据. 第二章 蒙特卡罗模拟研究方法和工具 如果以 上可用资源都不存在， 则使用一切有用的暴露信息和专家的判断来估计 暴露水平 2 3 2 4 。 2 . 1 . 2根据职业暴露矩阵进行评估: 由于历史基础资料太少，或者有些年份资料缺失，难以构绘出全面的、连 续性的暴露概况， 更难作出 定量或半定量的估 算。 在暴露风险的方法中， 从 2 0 世纪8 0 年代建 立发展起来的 职业暴露矩阵可以 作为接触评定的 方法之 一来解决 这一问 题。 在能获得一定的 历史资料、目 标工种及其具体任务和接触情况相对 稳定的 情况下， 可以 建立职业暴露矩阵 2 5 工作暴露 矩阵 模式的 建立步骤， 随着研究 主题、 研究对 象特性不同而 不同。 可归纳成四个步 骤:( 1 ) 暴露群的 筛选;( 2 ) 工 作职务 与暴露因子建立关联;( 3 ) 决定权重大小 : ( 4 ) 建 立预测值; ( 5 ) 综合 加权给分订定暴露指标等。 而建 立 “ 职 业暴露矩阵”时需注意误差的产生及效度的评估，以避免实际暴露被高估或低 估 26 。 表2 . 1职业暴露矩阵表 年份 行业级别 工种级别 0123 1 9 8 1 年 1 9 9 0 年 0 1 2 3 1 9 9 1 年 2 0 0 0 年 0 1 2 3 2 0 0 1 年 2 0 0 7 年 0 1 2 3 如 表2 . 1 所示， 矩阵中 一条轴为行业职业暴 露浓度分级， 另一条轴为职 业 第二章 蒙特卡罗模拟研究方法和工具 暴露的 浓度进行分级， 其基本准则为: 0 级表示基本无接触;1 级表示工人呼吸 带空 气中的 苯的浓度在最高容许浓度以 下; 2 级表示超过最高容许浓 度1 倍之内; 3 级则 表示超过最高容许浓度2 倍以 上。 对每个测定点分别 根据其工厂所在的 行 业可能的 浓度级别和根据其工 种可能的 浓度 级别进行分级。 矩阵的值是工作场 所空气中的苯蒸汽的浓度。 有些职业暴露矩阵 根据专家的 判断 和测定资料数据库而建立， 通常还参考 了公开发表的文章并咨询了工业界 人士; 有些 职业暴露矩阵则基于走访有代表 性的 工作现场而制订。 还有一些通过比较多 方资料、模拟现 场、甚至主观估计 等方法， 估算系数进行推算。 2 . 1 . 3专家评估方法 在评估过程中，专家根据专业知识和现场工作经验，利用职业史调查表、 接触 物质列 表、补充调查问卷，根据现场测量 值，按照资料的可及性、 准确度 和变 异度、内部信度、 外部信度，设定规则、收集资料、 确定资料的可 用性和 使 用方法， 综合各种暴露 途径进行评估。 专家评估方法具有一定的主 观性， 也没 有全球范围内 的标准。以 测定资料 为 标准， 专家评估结果差别非常大。在发病率很低的研究中 ， 尽量控制错 误分类 所产生的稀释作用， 使特异度最大化， 是非常重要的。不同专家评估结果也很不 一致。同一批专家评估结果的可重复性一般， 与不同专家评估结果的一致性相 似。 对专家的采访可通过电 话和e - m a i l 进行。 相关要素包括项目目 标的描述， 生产过程中 有用信息的回顾，专家评估和科学判定文献的 简单总结，以 及采访 的问题。采访中可以提醒专家一些研究文献，防止专家过于自信，比如低估不 确定性 2 7 1 2 8 1 2 9 1 。 2 . 1 . 4生物样本评估法 生物样本评估法就是直接测定人体样品中的生物标志物， 是相对简 单有效 的 评估方法。 通过测定体内有 毒物质代谢物的 含量，评估人体的 暴露水 平。如 果接触效应的 潜伏期很短，这可以合理代表 其在潜伏期内 的接触情况。 如果外 源物的 生物半减期较长， 且其生物负荷不受 疾病或治疗的 影响， 那么测定 外源 物在靶组织中的浓度，也能提供有关信息 30 1 3 p 第二章 蒙特卡罗模拟研究方法和工具 在工厂，一般人员的苯暴露主要通过吸入。一旦进入血液， 苯会暂时储存与 骨头和脂肪，肝和肾可把苯转化为代谢物，通过尿液排泄。大多数不能代谢的 苯通过呼吸排出。暴露研究表明苯暴露的 有毒标记物可被 分为 三组:( 1 )非代 谢苯 通过呼 吸， 血液， 尿液排出; ( 2 ) 苯的 泌尿代谢; ( 3 ) 与d n a ， 血色素或 白 蛋白 形成加合物。 在人类新陈代谢过程中，前两个过程可作为苯暴露的标记 物衡量血液和尿液中的。 通过对空气中苯浓度的 测量， 用回归分 析来显示空气中的苯和 工作场所中苯 暴露 产生的 标记物的相关性， 揭示 个体暴露与 环境媒介相互关系 3 2 1 2 . 1 . 5蒙特卡罗评价方法 基于蒙特卡罗统计学和数学预测模型，出现了一种新的暴露评估方法。根 据相对合理适用的物理模型，收集相关参数即暴露决定因子信息。可由专家根 据这些信息和专业知识，给出对这些因子的均值、分布形式、变化范围的主观 判断，作为 物理模型的 输入变量，利用有限的测定资料， 进行计算机模拟抽样， 计算该物质的浓度值及其出 现的 概率。 这样就充分 利用了 所有的 测量数 据。 而 不像别的一些方法那样将不理想的测量值直接去除，从而提高了资料的利用效 率 3 3 1 3 4 1 . 第二节 蒙特卡罗方法在苯的职业暴露风险定量评价中的应用 2 . 2 . 1蒙特卡罗方法概述 蒙特卡罗 ( mo n t e c a r l o ) 方法， 又称随 机抽样或统计试验方法， 属于计算 数学的一个分支，它是在本世纪四十年代中期为了适应当时原子能事业的发展 而发展起来的。 m o n t e c a r l 。 方法的基本思想很早以 前就 被人们所发现和利用。 早在 1 7 世纪，人们就知道用 事件发生的 “ 频率” 来决 定事件的 “ 概率” 。1 9 世 纪人们用投针 试验的方法 来决定圆周率: 。 本世纪4 0 年代电子 计算机的出 现， 特别是近年来高速电子计算机的出现， 使得用数学方法在计 算机 上大量、快速 地模拟这样的 试验成为可能。 传统的经验方法由于不能逼近真实的物理过程， 很难得到满意的 结果，而蒙特卡罗方法由于能够真实地模拟实际物理过程， 故 解决问 题与实际非常符合， 可以 得到很圆 满的 结果。 蒙特卡罗方法的基本原理及思想如下: 第二章 蒙 特卡罗模拟研 究方法和工具 当所要求解的问题是某种事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值 时，它们可以通过某种 “ 试验”的方法，得到这种事件出现的频率，或者这个 随机变数的平均值，并用它们作为问题的解。 数学 语言 描述: 构造一个概 率空间( w, a , p ) ， 其中， w是一个事件集合， a是集合w 的 子集s 体， p 是在a上建立的 某个概率测 度; 在这个概率空间中， 选取一个随 机变量4 ( n ) ， 使得这个随机变量的 期望值正好是所要求的解q ， 然后 用q ( n ) 的 简单子 样的算 术平均值作为q的 近似值。 蒙特卡罗方法通过抓住事 物运动的几何 数量和几何特征，利用数学方法来 加以 模拟，即进行一种数字模拟实验。 它是以 一个概率模型为基础， 按照这个 模型 所描绘的 过程， 通过 模拟实验的结果， 作为问 题的 近似解。 可以把蒙特卡罗解题归结为三个主要步 骤: 构造或描 述概率过程; 实现从 己知概率分布抽样;建立各种估计量。 ( 1 ) 构造或描述概率过程: 对于本身就具有随 机性质的问题， 如粒 子输运问 题， 主要是正确描述和 模拟这个概率过程， 对于本 来不是随机性质的 确定性问 题，比如计算定积分，就必须事先构造一个人为的 概率过程， 它的 某些参量正 好是所要求问题的解。即要将不具有随机性质的问题转化为随机性质的问题。 ( 2 ) 实现从已 知概率分布 抽样: 构造了 概率模型以后，由 于各种概率模型都 可以 看作是由 各种各样的概率分布构成的，因此产生已 知概率分布的随 机变 量 ( 或随机向量) ，就成为实 现蒙 特卡罗方法 模拟实 验的 基本手段， 这也是蒙特卡 罗 方法被称为随机 抽样的原因。 最简单、 最基本、 最重要的一个概率分布是( 0 , 1 ) 上的 均匀分布 ( 或 称矩形分 布) 。随 机数就是具 有这种均匀分布的 随机变量。 随 机数 序列就是具有这种分布的总体的 一个简单子样，也就是一个具有 这种分 布 的 相互独立的随机 变数序列. 产生随机数的问 题， 就是从这个分布的 抽样问 题。 在计算机上，可以 用物理方法产生随机数，但 价格昂 贵， 不能重复， 使用不便。 另一种方法是用数学递推公式产生。这样产生的序列，与真正的随机数序列不 同，所 以称为伪随机数，或伪随机数序列。不过，经过多种统计检验表明，它 与真正的随机数， 或随机数序列具有相近的性质，因此可把它作为真正的随机 数来使用。 由己知 分布随 机抽样有各种方法， 与 从( 0 , 1 ) 上均匀分布抽样不同， 这 些方法都是借助于随机序列来实现的，也就是说，都是以产生随机数为前提的。 由 此可见，随机数是实现蒙特卡罗 模拟的基本工具。 ( 3 ) 建立各种估计量: 一 般说 来， 构造了 概率模型并能从中抽样后， 即实现 第二章 蒙特卡罗模拟研究方法和工具 模拟实验后，我们就要确定一个随机变量，作为所要求的问题的解，我们称它 为无偏估计。 建立各种估计量， 相当于对模拟实验的结果进行考察和登 记，从 中得到问题的解。当然，还可以引入其它类型的估计，如最大似然估计，渐进 有偏估计等。但是， 在蒙 特卡罗计算中， 使用最多的 是无偏估计。 蒙特卡罗 ( m o n t e c a r l o ) 方法的优缺点主 要体现在: 由于整个试验是在计算机上 进行的， 排除了 人为因素的影响， 保证了试验 每次在完全独立的 条件下进行，由 试验结构更能 较准确地对实际问 题作出 判断。 蒙特卡罗方法与一般计算方法有很大区别，一般计算方法对于解决多维或因素 复杂的问 题非常困 难，而蒙特卡罗方法对于解决这方面的问 题却比 较简单。 科 技计算中的问 题比 这要复杂得多。问 题的 维数 ( 即 变量的 个数) 可能高达数百 甚至数千。对这类问题，难度随维数的增加呈指数增长，这就是所谓的 “ 维数 的灾难” ( c o u r s e d i m e n s i o n a l i t y ) ， 传统的数 值方法 难以对 付 ( 即 使使用速度最快 的计算机) 。 m o n t e c a r l o 方法能很好 地用来 对付维数的灾 难， 因为 该方法的 计算 复杂性不再依赖于 维数。以前那些本来是无 法计算的问 题现在也能够计算。 其 优点如下: 采用随机抽样的方法，反映了统计涨落的规律。 不受系统多维、多因素等复杂性的限制。 mc 程序结构清晰简单。 研究人员采用 m c方法编写 程序来解决问 题，比 较容易 得到自 己想 得到的 任意中间结果，应用灵活性强。 mc方法主要弱点是收敛速度较慢和误差的 概率性质，其概率误差正比 于?，如果单纯以 增大 抽样粒子个数n来减小误差， 就要增加很大的 计算量。 在现代的定量风险分 析中，蒙 特卡罗 模拟研究占 据很中心的地位。历史 上， 蒙特卡罗方法被认为是只在分析方法不能用或不 适用时 应用的最后的 手段:原 因在于， 第一，需 要写你自己 的软件， 第二，计算 机计算容量。 快速增长的处 理器能力结合易获 得和易用的商业软件己经从根本 上改变了原来的境遇。 现在 私人电 脑和现代软 件的实用性使一个定量风险分析 在蒙 特卡罗程序的 基础上进 行实践的执行是可能的， 原来是 几乎不能 执行的 3 5 36 1 。 2 . 2 . 2 蒙特卡罗 方法的应用 蒙特卡罗方法首先建立一个概率模型，使所求问题的解正好是该模型的参 第二章 蒙特卡罗模拟研究方法和工具 数或其他有关的特征量，然后通过多次模拟一 个统计试验，统计出某事件发生 的百分比。只要试验次数很大，该百分比便近似于事件发生的概率，利用建立 的 概率模型， 求出 要估计的参数，再次对模拟结果进行分析总结，预言或者验 证该 系统的 某些特性。蒙特卡洛方法属于试验数学的一个分支。由 于蒙特卡罗 方法能够比较逼真地描述事物的特点及物理过程，所以能解决一些通常数学方 法难以解决的问题。 蒙特卡罗方法可以 解决各种类型的问 题，根据是否涉及随 机过程的 性态和 结果，将这些问题分为: ( 1 ) 确定性的数学问 题例如:利用蒙特卡 罗方法求积分， 解偏微分方程， 解 线性代数方程组等。 可将这样的数学问 题转换成相应的 随机过程， 然后用蒙特 卡罗方法进行求解。 ( 2 ) 随 机性问 题例如: 在实 验核物理里粒 子输运问 题中的 应用、 宇宙射线在 地球大气中的 传输过程、高能物理实 验中的 核相互作用过程和测量不确定度评 估等。 蒙特卡罗方法解决问题的优势在于能 够比 较逼真地描述具 有随 机性质的事 物及系统过程，条件限制少，收敛速度与问题的维数无关，具有同时计算多个 方案与多个未知量的能力，误差容易 确定， 程序结构简单，易于 实现。 不足之 处是收敛速 度慢。 蒙特卡罗方法算法由以下几个方面组成: 求得系统的概率密度函数 ( p r o b a b i l i ty d e n s i ty f u n c t i o n ) 。 给出 描述一个系统的 概率密 度函 数是应用蒙 特卡罗 方法的 前提; 利用随机数产生器产生在区间 0 , 1 上服从均匀分布的随机数 并且进 行随机性检 验: 确定随机变量抽样规则， 即 从 在区间 0 , 1 上 均匀分布的随 机数出 发， 随机抽取满足给定的概率密度函 数的随 机变量，常用的 有直接、 舍选、复 合抽样: 模拟结果 记录， 记录一 些感兴 趣的 量的 模拟结果; 进行误差 估计， 确定统 计误差( 或方差) 随 模拟次数以 及其它一些量的 变化规律; 减少方差的技 术， 采用该 技术可减少模拟过程中计算的次数。 2 . 2 . 2 . 1随机数的产生 随机数 是实 现由己知 分布抽 样的 基本量， 用专门的 符号咨 表 示。 在由 已 知分 布的抽样过程中， 将随机数作为已 知量， 用适当的数学 方法可以 产生具 有任意 分布的简单子样。 第二 章 蒙 特卡罗 模拟研究方法和工具 定 义 在 0 , 1 区 间 上 服 从 均 匀 分布 的 随 机 变 量的 独 立 样 本 称为 均 匀 分 布随 机 数。 由具有已 知分布的总 体中 抽取简单子样，由简单子样中若干 个性来近似地 反映总体的 共性， 这种思想在蒙 特卡罗 方法中占 有非常重 要的 地位. 在连续型随 机变量的分布中，最简单而且最基本的分布是单位均匀分布。由该分布抽取的 简单子 样称为随机 数序列， 其中每一个体就 是随 机数。 “ 伪随 机数” 概念首先由l e h m e r 定义出来的， 通过数学方法 产生的 随机数 为伪随机数。同余法是在计算机上产生伪随机数最常见的方法，即用如下递推 公式产生随机数序列: 氛 + * = t ( , - . ., 4+k-1), n = 1 , 2 , . . . . . . . . . . . . . . . . ( 2 - 1 ) 对 于 给定 的 初 始值 奋 ， 确 定 氛 十， ， n = 1 ,2 , 只 要 它 们 能 通 过 一 系 列随 机 性 检 验， 就可以 把它们当成随机数 使用。 用同余法产生 伪随机数的 优点在于可以 利用计 算机 对递推公式进行计算， 产生的速度快，费用 低廉， 所以 在计算机上用数学 方法产生伪随机数最为适宜。 同余法是一类方法的总称，它也由递推公式和初始值来产生随机数，这种 方法包括乘同余法、加同余法和混合同余法。 乘同 余方法产生伪随 机数是最常用，它是由l e h m e r