基于物元熵權模型的高校實驗室安全管理評價

李 焓, 姚 佳(成都理工大學 教務處,四川 成都 610059)

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基于物元熵權模型的高校實驗室安全管理評價

李 焓, 姚 佳
(成都理工大學 教務處,四川 成都 610059)

高校實驗室的安全管理是值得廣泛研究和探討的問題。現針對實驗室安全管理的特點，建立起實驗室安全管理評價指標體系，并根據可拓學中的物元模型與關聯函數，將信息論中的熵權理論引入到指標的權重計算，從而建立起高校實驗室安全管理綜合評價的物元熵權綜合評價模型，并運用該模型進行了實例分析，進一步證明了該模型的合理性、有效性和可靠性，對指導高校開展實驗室安全管理綜合評價具有重要的參考價值。

模糊物元； 實驗安全管理； 熵權法

0 引 言

高校實驗室是高校實施創新人才培養、科學研究和服務社會的重要基地,是體現學校教學科研水平、展示學校辦學實力的重要標志[1]，在培養學生動手能力、實驗、實踐能力、協作創新能力的過程中發揮著不可或缺的支撐作用[2]。近年來，隨著我國高等教育事業的蓬勃發展，高校招生規模地不斷擴大，高校實驗室的數量明顯增多，實驗室的教學、科研活動日趨頻繁，實驗室人員的集中度和流動性也相應增加[3]。因此如何加強高校內部實驗室的安全管理，保證高校實驗室安全穩定地運行，已成為目前高校實驗室建設與管理工作的重要研究課題，越來越受到廣泛重視[4]。

對于實驗室安全管理，我國一些學者都進行了積極、有益地研究與探索[5]，縱觀其研究成果，這些研究都主要集中在實驗室安全管理的制度建設和實驗室安全管理體系的構建[6-8]，而對于如何通過構建起高校各實驗室的相應安全評價指標體系，利用相關評價模型對實驗室安全管理展開定量評價分析的研究卻較少。因此筆者在分析和總結實驗室安全管理相關研究的基礎上，依據高校實驗室安全管理工作的特點，建立起實驗室安全管理的評價指標體系，并選取物元熵權評價模型對高校各實驗室安全管理展開定量評價分析，進一步為實驗室安全管理提供一種新的思路和方法。

1 評價指標體系的建立

在對實驗室安全管理開展評估前，首先應建立評價指標體系，其指標體系直接決定著實驗室安全管理評價效果，合理選取評價指標體系可以提高實驗室安全管理評價的科學性和準確性。

對于實驗室安全管理評價指標體系的構建，不同的學者有著不同的見解和看法，魯亞敏等[9]認為應以安全分級考核為標準，建立各級實驗室安全責任人員考核評價指標體系，蔡仕衡等[10]認為實驗室安全管理評價體系應包括安全管理委員會、安全操作規程、個人防護以及警告標志、安全管理體制及管理隊伍的建設等主要方面的內容。蔡毅飛等[11]則針對化學實驗室的特點，將環境問題和安全問題相組合，建立起了化學實驗室環境——安全的評價指標體系。

通過對各實驗室安全管理現狀的調查分析和對現有評價指標體系研究的基礎上[12-13]，實驗室安全管理體系是一項綜合管理體系，它應體現和決定著實驗室安全管理的相關內容，所建立的安全評價指標體系應符合客觀實際情況，并能滿足實驗室日常安全管理工作的需要，同時也應兼顧所建評價指標體系的通用性和適用性。因此，所建實驗室安全管理指標體系主要應包括以下幾個方面：①現階段實驗室安全管理制度建設情況；②實驗室安全管理保障體系；③實驗室日常運行、管理狀況;④與實驗室安全管理密切相關的意識教育等。若將上述內容作為指標體系的目標層，依據目標層再建立各準則層，其所建實驗室安全管理評價指標體系具體內容見表1。

2 實驗室安全管理物元熵權評價模型

2.1 物元及物元矩陣

給定事物的名稱N，關于其特征C有量值V，以有序三元組R=(N，C，V)作為描述事物的基本元，R簡稱物元[14]。如果事物N有n個特征C1，C2，…，Cn和對應的量值V1，V2，…，Vn，那么物元矩陣表示為：

(1)

若有m個事物N1，N2，…，Nm,具有n個共同的特征C1，C2，…，Cn，事物Nj的特征Ci對應的量值為Vij，則復合物元矩陣為：

(2)

表1 高校實驗室安全管理評價指標集

2.2 物元經典域、節域及待評物元

(1) 經典域。若將實驗室安全管理評價的指標可劃分為β個等級，其中各等級所對應的物元Rj(j=1,2,…,β)為：

式中:Vji為Nj對應于等級j的Cj的取值范圍，即Vji=(αji,bji)，則(αji,bji)稱之為經典域。

(2) 節域。定義所有等級的實驗室安全管理評價的物元為：

式中:Rm為所有等級下的n項特征指標所以對應的物元;N代表其評價等級的全體;Vim為N關于Ci下各等級所對應的量值取值范圍，Vim=(αim,bim，(αim,bim))稱為節域。

(3) 待評物元。

式中:N0為待評估的實驗室安全管理水平;C1,C2,…,Cn為N0下的各特征指標;V1,V2,…,Vn為其具體實測量值。

2.3 關聯函數及關聯度計算

(1) 關聯函數。可拓集是通過關聯函數進行描述的，當關聯函數表示物元量值為實軸上的一個點時，即反映該點隸屬于某一等級的程度[15]。根據可拓理論，定義其關聯函數為：

(3)

式中:Kj(Vi)為各評價因子對應于所屬評價等級的關聯度；xi代表評價因子的實際取得的量值；Vji為經典域；Vim為節域；ρ(xi,Vji)代表點xi與有限區間Vji的距離；ρ(Vi,Vim)代表點xi與有限區間Vim的距離，

(2) 綜合關聯度。若依據式(3)計算出各指標關于第j級的關聯度為Kj(Vi),則待評估物元R0關于第j級的綜合關系度為：

(4)

ωi(i=1,2…,n)為各指標的權重系數。

(3) 所屬等級確定。

Nj=max{Kj(N0),1≤j≤β}

(5)

式中,Nj代表待評估物元R0關于評價的第j級評價等級,即Kj(N0)中的最大值所對應的等級代表其所歸屬的級別。

2.4 熵權法確定指標權重

熵權法是一種根據綜合評價指標中的數值所提供信息量的大小來確定權重系數的方法[16]。利用式(4)對實驗室安全管理評價指標體系進行綜合關聯度計算時，涉及到評價指標權重的選取，為了能夠盡可能消除指標權重的制定受主觀因素影響，采用熵權法來確定指標權重。其具體計算步驟如下：

(1) 根據標準化矩陣計算第i項指標的熵值ei：

(6)

式中,zij(i=1,2,…,n;j=1,2,…,m)為第i個評價指標的第個評價對象具體量值xij，進行歸一化處理后的結果。歸一化處理公式如下：

(2) 計算第j指標的差異性系數gj：

gi=1-ei

(3) 對差異性系數進行歸一化處理得到各指標的權重：

以上可得熵權ω=(ω1,ω1,…,ωn)向量，且滿足：

3 實例分析

為了驗證所建模型對實驗室安全管理綜合評價的有效性，現選取某高校的物理實驗室、電子實驗室、化學實驗室、機械實驗室、地質實驗室進行實驗室安全管理綜合評價分析。

首先，抽取專家和該領域相關專業人員組成評估小組，依據表1所建評價指標體系，分別對各指標項給出具體評價分值。此次評價過程中，各指標分值取值范圍設定在(0，10)之間，同時劃分為“優”、“良”、“中”、“差”四個不同等級，各等級對應的區間值為：(10,8)、(8，6)、(6，4)、(4，0)。經專家對各實驗室評估后，各實驗室的各評價指標的具體分值見表2。

現利用所建模型對各實驗室安全管理展開綜合評價分析，具體分析步驟如下：

(1) 構造物元、計算關聯函數值。將每一個待評估實驗室作為一個評估物元，各指標項的每個等級所對應的數值區間值，作為經典域，各指標存在共同的節域(10，0)。根據式(3)所定義的關聯函數計算出各指標實測量值分屬于“優”、“良”、“中”、“差”各等級的關聯度K1(N0)，K2(N0)，K3(N0)，K4(N0)。

(2) 計算指標權重。將表2中各實驗室相應指標實測量值進行歸一化處理，再利用其熵權計算方法，計算出各指標的權重，各指標權重具體計算結果見表1中的指標權重列。

表2 2013學年某高校教學實驗室安全管理綜合指標

(3) 計算綜合關聯度。利用式(4)，綜合關聯度計算公式計算出各實驗室的綜合關聯度向量，其結果見表2。

表2 綜合關聯度計算結果及所屬等級

(4) 評價結果分析。依據式(5)可知，綜合關聯度最大值所對應等級為其實驗室安全管理評價結果。故從表2綜合關聯度值來看，這5個實驗室所對應的等級分別為：“良”、“優”、“中”、“優”、“良”。

從評價結果來看，該校大部分實驗室安全管理評價后的所屬等級大都在中等以上，說明現階段各實驗室的安全管理狀況都較不錯。這也與實際情況比較吻合，進一步證明了該評價方法的正確性與可靠性。

4 結 語

通過建立起實驗室安全管理評價指標體系，基于可拓理論提出了一種對高校實驗室安全管理綜合評價的物元評價模型，從而為高校實驗室安全管理找到了一種定量分析的新方法。同時引入信息論中的熵權理論計算權重方法，可有效地減少其計算的主觀性，提高了實驗室安全管理綜合評價的準確性。運用實例分析，進一步證明了利用該模型進行實驗室安全管理綜合評價的適用性和可行性，其研究結果為實驗室安全管理綜合評價提供了新的參考方法。

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An Evaluation Research of Laboratory Safety Management Based on the Model of Matter Element and Entropy Weight

LIHan,YAOJia
(Office of Teaching Affairs, Chengdu University of Technology, Chengdu 610059, China)

It is deserved to conduct research and exploration on the laboratory safety management of colleges and universities. Aiming at the specialty of laboratory safety management, this paper established an evaluation system, and introduced the entropy theory of the information theory into computing the index weight, so led to the comprehensive evaluation model based on matter element and information entropy of laboratory safety management of colleges and universities. Fatherly, this model was applied for an empirical analysis. The result of analysis proved its rationality validity and reliability. Surely, it has an important reference value for the colleges and universities to conduct a comprehensive evaluation on the laboratory safety management.

fuzzy matter-element; laboratory safety management; information entropy method

2014-05-22

成都理工大學教學改革項目“卓越計劃”專業實踐教學管理探索(13JGY91)

李 焓(1978-)，男，四川平昌人，博士在讀,助教，研究方向：教學和管理。Tel.:18980919227;E-mail:154131002@qq.com

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1006-7167(2015)02-0289-05