112 公務人員升官等薦任 職業安全衛生 工業安全管理(包括應用統計) 考古題詳解

112 年・公務人員升官等・薦任・職業安全衛生
試題代碼 工業安全管理(包括應用統計)

第 一 題20 分

近年來污水下水道人員進入污水管渠、儲槽作業、池槽等侷限空間作業意外事件頻傳,此類侷限空間作業的肇災原因多是作業人員吸入硫化氫毒氣或缺氧導致。請依《職業安全衛生設施規則》之規定,回答下列有關侷限空間作業之安全規定:

(一) 何謂侷限空間(confined space)?(5 分)

(二) 如有危害勞工之虞者,應訂定危害防止計畫,並使現場作業主管、監視人員、作業勞工及相關承攬人依循辦理。此等危害防止計畫應訂定哪些事項?(10 分)

(三) 應於作業場所入口顯而易見處所公告哪些注意事項,使勞工周知?(5 分)

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核心觀念

本題考《職業安全衛生設施規則》對局限空間的定義、危害防止計畫內容,以及作業場所入口的公告事項。解題時依序掌握第 19 條、第 29 條之 1 及第 29 條之 2 的規定即可。以下以命題當年(民國 112 年)法規為準。

解題方法

先按法條逐題作答:第(一)題列出構成局限空間的三項條件;第(二)題完整列出危害防止計畫應訂定的九項事項;第(三)題列出入口應公告的五項注意事項。這類法規題重在條文要件與項目完整,宜按法條次序作答。

(一)何謂局限空間?(5 分)

依《職業安全衛生設施規則》第 19 條,局限空間是指同時具備下列三項特徵的空間:

  1. 非供勞工在其內部從事經常性作業。
  2. 勞工進出方法受限制。
  3. 無法以自然通風維持充分、清淨空氣。

例如污水管渠、儲槽、池槽等,若符合上述條件,即屬局限空間。

(二)危害防止計畫應訂定事項(10 分)

依同規則第 29 條之 1,雇主於使勞工進入局限空間作業前,應確認有無可能引起缺氧、中毒、感電、塌陷、被夾、被捲、火災或爆炸等危害;有危害之虞時,應訂定危害防止計畫,並使現場作業主管、監視人員、作業勞工及相關承攬人依循辦理。

計畫應依作業可能引起的危害訂定下列九項:

  1. 局限空間內危害之確認。
  2. 局限空間內氧氣、危險物、有害物濃度之測定。
  3. 通風換氣實施方式。
  4. 電能、高溫、低溫與危害物質之隔離措施,以及缺氧、中毒、感電、塌陷、被夾、被捲等危害防止措施。
  5. 作業方法及安全管制作法。
  6. 進入作業許可程序。
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第 二 題20 分

請說明下列有關於安全的配對名詞,並比較其差異性。(每小題 5 分,共 20 分)

(一) 故障樹(fault tree)分析、事件樹(event tree)分析

(二) 失能傷害頻率(injury frequency rate)、失能傷害嚴重率(injury severity rate)

(三) 閃火點(flash point)、著火點(fire point)

(四) 爆燃(deflagration)、爆轟(detonation)

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核心觀念

本題測驗四組安全管理名詞的定義、分析方向、適用情境及判別指標。作答時應先說明各名詞的核心意義,再以「分析由何處開始、指標如何計算、現象如何發生」逐一比較。

解題方法

每小題以「定義+分析或衡量方式+關鍵差異」作答。第一小題比較事故分析的推演方向;第二小題比較傷害頻率與嚴重程度的計算基礎;第三、四小題則分別以持續燃燒能力和火焰傳播速度判別。

(一)故障樹分析與事件樹分析

**故障樹分析(Fault Tree Analysis, FTA)**是由特定的不良頂端事件出發,逐層追查可能造成該事件的設備故障、人為失誤或其他原因,並以邏輯閘(如 AND、OR)表示各原因間的組合關係。分析方向是由結果往原因,屬於演繹式、由上而下的分析;可用來找出事故成因組合,並估算頂端事件發生機率。

**事件樹分析(Event Tree Analysis, ETA)**是由一個初始事件出發,依序追蹤各項安全防護措施或系統是否成功,推演可能形成的事故結果。分析方向是由原因往結果,屬於歸納式、由下而上的分析;可呈現事故可能發展的路徑及各種後果。

**主要差異:**FTA 先設定事故結果,再反推原因;ETA 先設定初始事件,再順向推演後果。前者著重「事故為何發生」,後者著重「事故發生後可能如何發展」。

(二)失能傷害頻率與失能傷害嚴重率

**失能傷害頻率(Injury Frequency Rate, FR)**表示一定工作時數內發生失能傷害的頻率,常用公式為:

FR=失能傷害次數×106總經歷工時FR=\frac{\text{失能傷害次數}\times 10^6}{\text{總經歷工時}}

通常以每一百萬工時的失能傷害次數表示。

**失能傷害嚴重率(Injury Severity Rate, SR)**表示一定工作時數內因失能傷害損失的工作日數,常用公式為:

SR=失能傷害損失總日數×106總經歷工時SR=\frac{\text{失能傷害損失總日數}\times 10^6}{\text{總經歷工時}}

通常以每一百萬工時的損失工作日數表示。損失日數依適用的統計口徑計入;死亡或永久失能的案件,按規定折算為損失日數。

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第 三 題20 分

某化學工廠以丙烷(C3H8\mathrm{C_3H_8})作為燃料,用以輔助加熱反應裝置。如果該工廠每天 8 小時之使用消耗量為 66 公斤,請回答下列問題:

(一) 請列出丙烷完全燃燒時之化學反應式。(4 分)

(二) 若大氣環境為 1 大氣壓、溫度 25℃、氧氣濃度 20%,為使丙烷完全燃燒,請計算所需要之理論空氣量,以每小時立方米(m3/hr\mathrm{m^3/hr})表示之。(8 分)

(三) 丙烷理論爆炸下限為 0.55×Cst0.55 \times C_{\mathrm{st}}(CstC_{\mathrm{st}}:混合氣體當量濃度),請計算丙烷之爆炸下限。(4 分)

(四) 假設丙烷之爆炸上限為 9.5%,請計算丙烷之危險性指數。(4 分)

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核心觀念

本題考查丙烷完全燃燒的化學計量、以燃燒耗氧量換算理論空氣量,以及爆炸範圍相關指標。使用理想氣體莫耳體積將每小時燃料消耗量換算成氣體體積;空氣中的氧氣濃度依題意採 20%20\%。

解題方法

(一)丙烷完全燃燒反應式

丙烷完全燃燒生成二氧化碳與水。先平衡碳、氫原子,再平衡氧原子:

C3H8+5O2→3CO2+4H2O\mathrm{C_3H_8+5O_2\rightarrow 3CO_2+4H_2O}

每 11 莫耳丙烷完全燃燒,需要 55 莫耳氧氣。

(二)理論空氣量

工廠每日使用 66 kg66\ \mathrm{kg},每日操作 88 小時,因此每小時丙烷用量為:

668=8.25 kg/hr\frac{66}{8}=8.25\ \mathrm{kg/hr}

丙烷分子量為:

MC3H8=3(12)+8(1)=44 kg/kmolM_{\mathrm{C_3H_8}}=3(12)+8(1)=44\ \mathrm{kg/kmol}

換算為莫耳流率:

n˙C3H8=8.2544=0.1875 kmol/hr\dot n_{\mathrm{C_3H_8}} =\frac{8.25}{44} =0.1875\ \mathrm{kmol/hr}

依燃燒反應式,每莫耳丙烷需要 55 莫耳氧氣,因此:

n˙O2=5(0.1875)=0.9375 kmol/hr\dot n_{\mathrm{O_2}} =5(0.1875) =0.9375\ \mathrm{kmol/hr}

在 11 大氣壓、25∘C25^\circ\mathrm{C} 下,理想氣體莫耳體積為:

Vm=RTP=0.082057(298.15)1≈24.465 m3/kmolV_m=\frac{RT}{P} =\frac{0.082057(298.15)}{1} \approx 24.465\ \mathrm{m^3/kmol}

所需氧氣體積流率為:

V˙O2=0.9375(24.465)≈22.94 m3/hr\dot V_{\mathrm{O_2}} =0.9375(24.465) \approx 22.94\ \mathrm{m^3/hr}

空氣中氧氣濃度為 20%20\%,理論空氣量為:

V˙air=V˙O20.20=22.940.20≈114.7 m3/hr\dot V_{\mathrm{air}} =\frac{\dot V_{\mathrm{O_2}}}{0.20} =\frac{22.94}{0.20} \approx 114.7\ \mathrm{m^3/hr}

(三)丙烷爆炸下限

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第 四 題20 分

人體計測資料尺寸經常用於產品設計或空間規劃,人體計測資料應用之三個常用的設計原則為:(1) 極端設計;(2) 可調設計;(3) 平均設計。(每小題 10 分,共 20 分)

(一) 何謂極端設計?可調設計?平均設計?

(二) 假設使用者之人體計測資料皆為常態分布,使用者平均身高為 170 公分,標準差為 10 公分;使用者手臂長度為 80 公分,標準差為 20 公分;使用者平均肩寬為 60 公分,標準差為 6 公分。以極端設計在設計:

  1. 逃生門高度;
  2. 人孔直徑;
  3. 緊急停止鈕與操作員位置的距離。

上述尺寸應在多少較為恰當(不考慮安全係數)?

(Z0.9=1.28Z_{0.9}=1.28;Z0.95=1.645Z_{0.95}=1.645;Z0.975=1.96Z_{0.975}=1.96)

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核心觀念

人體計測資料的三種設計原則,是依設計尺寸要適應哪一部分使用者來選擇:

  • 極端設計:以特定極端百分位數作為設計基準,讓某一端的使用者也能使用。若尺寸要避免妨礙高個子或大體型者,採較高百分位數;若要讓矮個子或小體型者也能觸及或通過,採較低百分位數。
  • 可調設計:將設備尺寸或位置設計成可調整,涵蓋使用者人體尺寸的範圍;例如可調式座椅、工作臺或操作面板。
  • 平均設計:以平均值作為設計基準,適用於尺寸差異對使用效果影響不大,或設備不適合採可調設計的情況。平均尺寸不代表能適合所有人。

本題第二小題要求採用極端設計,並指定人體尺寸為常態分布。若 X∼N(μ,σ2)X\sim N(\mu,\sigma^2),其第 pp 百分位數為:

Xp=μ+ZpσX_p=\mu+Z_p\sigma

設計時須先判斷尺寸要照顧哪一端,再選擇相應的百分位數。

解題方法與計算

1. 逃生門高度

逃生門高度須避免高個子使用者碰撞門框,因此以身高的較高百分位數設計。本題提供 Z0.95=1.645Z_{0.95}=1.645,採第 95 百分位數:

H0.95=170+1.645(10)=186.45 公分H_{0.95}=170+1.645(10)=186.45\text{ 公分}

因此,逃生門高度以至少約 186.45 公分較為恰當。

2. 人孔直徑

人孔直徑須讓體型較大者也能通過,因此以肩寬的較高百分位數設計。同樣採第 95 百分位數:

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第 五 題20 分

假設某一廠牌安全帶的標準為能承受 1500 公斤重以上的強度。今有一批採購的安全帶,隨機抽出 5 個樣品,測試結果能承受的強度分別為 1600、1520、1500、1550 及 1650 公斤重,請問:

(一) 安全帶抽樣的平均強度為何?(5 分)

(二) 樣本的標準差為何?(5 分)

(三) 在 95% 的信心水準下,安全帶強度的信賴區間為何?此批安全帶的強度是否能接受?(10 分)

(t1−0.05,4=2.132t_{1-0.05,4}=2.132;t1−0.025,4=2.776t_{1-0.025,4}=2.776;t1−0.05,5=2.015t_{1-0.05,5}=2.015;t1−0.025,5=2.571t_{1-0.025,5}=2.571)

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核心觀念

本題考查小樣本、母體標準差未知時的平均數估計。樣本數為 n=5n=5,且未提供母體標準差,因此使用自由度 n−1=4n-1=4 的 tt 分配,建立母體平均強度的雙尾 95% 信賴區間。

樣本平均數與樣本標準差分別為:

xˉ=∑i=1nxin,s=∑i=1n(xi−xˉ)2n−1\bar{x}=\frac{\sum_{i=1}^{n}x_i}{n},\qquad s=\sqrt{\frac{\sum_{i=1}^{n}(x_i-\bar{x})^2}{n-1}}

母體平均數的 95% 信賴區間為:

xˉ±t1−α/2,n−1sn,α=0.05\bar{x}\pm t_{1-\alpha/2,n-1}\frac{s}{\sqrt{n}},\qquad \alpha=0.05

解題方法

五個樣品的強度為 1600、1520、1500、1550、16501600、1520、1500、1550、1650 公斤重。

(一)抽樣平均強度

xˉ=1600+1520+1500+1550+16505=78205=1564 公斤重\bar{x}=\frac{1600+1520+1500+1550+1650}{5} =\frac{7820}{5} =1564\text{ 公斤重}

(二)樣本標準差

各觀測值與平均數的離差平方為:

(1600−1564)2=1296(1520−1564)2=1936(1500−1564)2=4096(1550−1564)2=196(1650−1564)2=7396\begin{aligned} (1600-1564)^2&=1296\\ (1520-1564)^2&=1936\\ (1500-1564)^2&=4096\\ (1550-1564)^2&=196\\ (1650-1564)^2&=7396 \end{aligned}

離差平方和為 1296+1936+4096+196+7396=149201296+1936+4096+196+7396=14920,因此:

s=149205−1=3730≈61.07 公斤重s=\sqrt{\frac{14920}{5-1}} =\sqrt{3730} \approx61.07\text{ 公斤重}

分母使用 n−1=4n-1=4,這是計算樣本標準差的自由度修正。

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