安全科學在高校實驗室安全文化中的應用與研究

廖冬梅， 翟 顯， 楊旭升

（武漢大學a．動力與機械學院；b．實驗室與設備管理處，武漢430072）

0 引 言

實驗室是高校開展實驗教學和科學研究的重要平臺；實驗室安全管理是保證高校師生安全、提高教學和科研環節的安全性和可靠性、消除傷亡事故的系統工程，是勞動保護工作的重要組成部分。針對“北京交大實驗室爆炸”等安全事故頻發的現狀［1］，培養師生的安全科學素養，建設實驗室安全文化，提升安全管理水平，創建安全長效機制勢在必行。

根據安全文化學的內涵［2］，實驗室安全文化應以保障實驗室安全運行和發展為目標，是實驗室師生的安全價值觀與安全行為規范的集合，通過實驗室體系對實驗室系統四要素（制度、環境、設備和成員）施加影響；其概念框架見圖1。實驗室安全文化是高校師生學術生活和思政教育的一部分。

圖1 實驗室安全文化的概念框架示意圖

“安全科學與工程”自20 世紀70 年代引入我國后，在核電、電力、交通、礦山、石油化工、建筑、信息等各個行業得以運用和發展［3］；但其相關理論目前在我國高校實驗室安全管理的應用還是空白區。針對新時期高校實驗室系統的危害因素特點，將安全科學理論引入實驗室安全文化建設和思政教育，理論指導實踐，全面提升個體和組織的安全價值觀與安全行為規范，具有重要的理論和現實意義。

1 高校實驗室系統的危害因素分析

1.1 實驗器材種類繁多

與生產企業相比，高校實驗室的實驗器材單個量少但種類繁多，不僅有易碎玻璃器皿、易燃易爆危化品、毒害性和感染性病原微生物和動植物，還有大量高溫、低溫、高壓、真空、高速旋轉和輻射類的高風險儀器設備。隨著“雙一流”建設開展和科研經費逐年增加，高校相繼購進各種貴重、精密、先進的儀器，對使用者的業務水平和安全意識提出了更高要求。

1.2 實驗室環境與條件復雜

據統計，80%以上的高校實驗室安全事故發生在研究生身上［4］。與本科教學實驗相比，研究生實驗通常具有實驗條件更危險（如頻繁使用高溫高壓高轉速設備和危化品）、實驗項目和內容更復雜、實驗過程的未知因素更多、時間緊工作量大、學生大多獨立開展實驗工作、跨多個實驗室完成課題、學科交叉流動性大、新的實驗技術現學現用，操作不熟練等特點；因此潛在的實驗室安全問題較突出，安全事故隱患嚴重。

1.3 實驗室成員流動性大

高校實驗室一般是由為數不多的教師（研究生導師）、教師團隊和若干研究生構成，專職實驗技術人員和管理人員的定崗定編人數和占比均很少。教授們常常忙于教學、爭取科研項目、參加學術交流等活動，對實驗室安全管理往往不夠重視或投入精力不足；不少年輕教師本身就缺乏安全管理能力和經驗，無法識別各種安全隱患。作為研究生實驗室的生力軍和主力軍，研究生雖身處最高層次的教育階段，但他們的安全意識、責任感普遍淡薄，實驗技能不足，不認真遵守實驗原理和安全操作規程，缺乏必要的現場指導和監督，導致實驗室事故風險增大，損失嚴重，引起教育界的廣泛關注［5-6］。

2 安全科學在實驗室安全文化中的應用

在安全科學的視角下，應用事故法則、未遂事故和安全隱患、事故致因理論、危險源分類和控制、6S 管理、事故樹分析、個體防護、安全人性的“X-Y理論”等理論對實驗室安全事故案例和安全管理存在的問題進行深度分析與研究，通過安全宣傳教育、安全監督檢查和安全規章制度等各種手段措施，推進實驗室安全文化和思政教育的協同發展。

2.1 事故法則、危險源分類、6S管理等理論應用

分析某高校實驗室發生安全事故案例［7］：碩士生李某在博士生王某的帶領下操作滾齒機加工齒輪。王某腳下踉蹌一下，沒在意；李某欲站到腳踏板上查看工件情況，突然腳下一滑失去平衡，右手碰到旋轉的滾刀上，手指當即被銑掉兩截。

（1）事故法則的應用。應用海因里希事故法則對以上案例進行分析，如圖2 所示。

圖2 滾齒機傷手的事故法則分析

此案例分析向學生揭示了一個十分重要的安全價值觀：要預防死亡及重傷害事故，必須逐級清除輕微傷事故、未遂事故和安全隱患；即在事故發生之前，抓住時機及時消除無數次人的不安全行為和物的不安全狀態。由于物的不安全狀態的產生也是由于人的缺點或錯誤造成，所以人的不安全行為是導致事故發生的主要原因。培養人高度的安全防范意識和敏銳的隱患預見能力，并在安全價值觀指導下養成良好的安全行為規范，是實驗室安全文化建設和思政教育的重點。

（2）危險源分類。在此案例中，高速運轉的滾齒機屬于第1 類危險源，是事故發生的能量載體，決定事故后果的嚴重程度。機油泄漏、不清理油污、不停機操作、滑倒屬于第2 類危險源，是事故發生的觸發外因，決定事故發生的可能性。設備維護不善、不認真檢查實驗現場安全狀況、不遵守安全操作規程等屬于第3類危險源，也就是人的安全理念、知識和安全行為習慣的缺失，是事故發生的充分條件，也是最大危險源。

（3）6S管理制度。針對此類案例發生的原因，在高校實驗室引入6S 安全管理制度［8］，即開展整理（Seiri）、整頓（Seiton）、清掃（Seiso）、清潔（Seiketsu）、素養（Shitsuke）和安全（Security）等6 項活動，它們之間的關系見圖3。6S 管理通過規范實驗環境、設備耗材，營造安全衛生、協調有序的實驗條件，消除發生安全事故的根源，培養學生良好的安全行為習慣，提升安全文化水平。

圖3 6S之間的關系

研究實踐表明，開展6S 容易，但長時間維持必須依靠人素養的提升；所以人是最關鍵的因素。根據安全人性的“X-Y理論”［9］，對違反相關制度并造成不良后果者，將視情節處以警告、批評、書面檢查，乃至停止實驗等處理；最終目的是通過安全監督檢查，使學生能自覺養成良好的安全行為習慣，從“被動要求”變為“主動執行”；激發他們對生命健康和實驗室責任的擔當意識和使命感，這也是思政教育所倡導的方向。

2.2 應用事故樹分析設備故障，提升實驗設備安全

近年來，高校實驗室屢次發生儲存易揮發或易分解試劑的冰箱爆炸事故［10］。由于易燃易爆氣體與空氣混合物的最小引爆能量都很小，如二硫化碳為0． 015 mJ（V ＝6． 52%）、乙醚0． 49 mJ（V ＝3． 37%）、苯0． 55 mJ（V ＝2． 71%）、丙酮1． 15 mJ（V ＝4． 87%）［11］；冰箱內部的機械溫控器、照明燈、風扇等設施啟動時產生的微小電火花即有可能引爆它們；而冰箱里放置的化學試劑會增加爆炸產生的破壞力。同時，由于冰箱處于近似密封狀態，減壓條件差，因而一旦發生爆炸，它的威力比空間爆炸大得多，可能造成嚴重破壞。

2.2.1 事故樹的應用

應用事故樹［12］研究冰箱爆炸，從頂上事件“實驗室冰箱電火花爆炸”入手，結合實驗室安全管理實際，繪制事故樹如圖4 所示。

圖4 實驗室冰箱電火花爆炸的事故樹分析

布爾代數表達式如下：

上述方程式展開共有12 項，且均為最小割集；根據最小割集結構重要度判斷原則，以I（Xi）表示結構重要度，排序如下：

2.2.2 風險控制措施

結合冰箱的工作特點和技術發展，可以確定風險控制措施的優先順序依次為消除電火花（普通冰箱進行防爆改造、購買防爆冰箱）、密封試劑、改善通風等。

（1）防爆電氣設備標準與化學防爆冰箱。要求實驗室師生學習GB3836-2010《爆炸性環境》，掌握防爆術語和定義、爆炸性場所危險性劃分、設備防爆方法、爆炸性氣體類別、氣體溫度組別、設備保護級別等；識別防爆標志如Ex d ibmb IIB T4 的含義［13］，并能根據實驗室實際情況，選擇防爆等級合適的各類電氣設備。

購買實驗室專用化學防爆冰箱。壓縮機、冷凝風機采用澆封或隔爆技術處理，為保護壓縮機不致損壞，采用延時型防爆固態繼電器和過載保護及熱保護器件，部分控制電器采用隔爆處理；溫控器作為一個無源開關與防爆有源光耦固態繼電器組成本質安全型溫度自動控制系統；儲存腔內沒有任何線路，不會產生電火花；為了防止靜電所帶來的危害，冰箱內腔噴涂導電漆，消除靜電效應。

（2）密封試劑。易揮發或易分解試劑一定要絕對密封，平穩放置，防滴灑和泄漏；并經常進行清理；必要時可以考慮用惰性氣體封存。存放強酸強堿以及腐蝕性的物品時必須選擇耐腐蝕的容器，并且存放于托盤內，以免器皿被腐蝕后藥品外泄。

（3）改善通風。首先盡量改善冰箱內通風不良的現象，間隔一定時間需要打開冰箱門換氣，使箱體內的可燃蒸氣及時散發。特別是在發生停電事件后，冰箱內溫度升高，易導致試劑揮發加速；此時要及時切斷冰箱電源，把門敞開，盡量通風散發，檢査無危險后，再重啟冰箱。

通過事故樹分析，學生能理解爆炸發生的三要素，全面了解冰箱爆炸的基本原因，能從人因、物因和環境管控3 個方面制定并主動執行防爆措施與安全規定，豐富了實驗室師生的安全科學知識。

2.3 理解危險源控制層級，掌握危險源控制技術

對實驗室系統進行危險源辨識和分析后，應努力控制危險源以消除和減少風險。危險源控制層級遵照如圖5 所示的金字塔優先順序［14］。第1 優先級適用的設計手段在技術、經濟等方面取決于實驗室的固有條件，常用于新建實驗大樓的規劃階段和老舊實驗室的改造環節；因此在安全教育中，我們重點強調第2 優先級中的個體防護裝備和第3 優先級中的安全標志。

圖5 危險源控制層級的優先順序

（1）個體防護裝備。個體防護裝備（Personal Protective Equipment，PPE）是在實驗中工作人員為防御物理、化學、生物等外界危害因素所穿戴、配備和使用的各種防護用品的總稱。在危險源不能消除，若發生事故可能危及人身安全的情況下，必須使用PPE；它是保護人身安全的最后一道防線。但PPE 不能消除第1、2 類危險源，只是一道阻止有害物進入人體的屏障；因此PPE不能被視為控制危險源的主要手段，而只能作為一種輔助性措施。

實驗室PPE主要涉及勞動防護和衛生防護兩個方面；按照防護部位不同，它又可分為頭部、呼吸、眼面部、聽力、手部、足部和軀體等七大類防護裝備［15］。針對高校實驗室多次發生“作業不戴工作帽，長辮被絞頭皮”“不戴護目鏡，眼睛被酸堿灼傷” 等安全事故［16］，本文推薦的PPE選用程序如圖6 所示。

（2）安全標識。安全標識通過形狀、顏色、簡單文字及其組合引起人們對危險源的注意，進一步使師生產生遵從行為（即安全動作），最終實現事故預防的目的［17］；但不能取代安全操作規程和PPE等防護措施。

安全標識在實驗室安全和思政教育中發揮著舉足輕重作用。從樓梯口張貼各類消防流程標識，實驗室房門、冰箱上設有明確的安全與環保警示標識或告示，常見危險、劇毒、有輻射化學品的分類標簽到各種儀器設備使用的注意事項等，這些安全標識的規范化使用是最直觀、最快捷、有效的風險提示方法和手段。

圖6 個體防護裝備選用程序

2.4 應用安全人性的“X-Y 理論”，發揮實驗室安全文化的牽引作用

2.4.1 安全人性的“X-Y理論”

在王秉提出的安全人性“X-Y 理論”中［9］，假設組織中存在兩種極端成員，分別為：

（1）事故傾向型。消極安全人性，強調人的安全人性弱點，為“X理論”。

（2）安全傾向型。積極安全人性，強調人的安全人性優點，為“Y理論”。

“X-Y理論”認為，在通常情況下該絕對化的假設是不存在的，組織內的絕大多數成員應該處于兩種假設之間；并提出安全人性正態分布模型，如圖7 中的曲線I所示。該模型提出了組織安全管理的兩種重要途徑，即“X理論”假設下的處罰淘汰手段（安全監督檢查）和“Y理論”假設下的宣傳典型手段（安全宣傳教育）。在模型中，通過對“Y 理論”安全傾向型成員為組織安全的努力行為進行尊重、宣傳、獎勵等激勵活動，會促使越來越多的成員認可并主動接受組織的安全價值觀、理念和行為準則等，進而使成員自發采取有利于組織安全的行為，這時模型會向右發生移動（見圖7 中的曲線II），實現了積極安全人性“正態分布”的最大值，突出了組織安全文化的牽引作用［2］。

圖7 安全人性正態分布模型

2.4.2 實驗室安全文化的牽引作用

在實際安全管理工作中，實驗室管理部門可聯合學校團委，在學生中開展安全技能、安全知識競賽、安全演講、安全辯論賽等安全文化活動，獎勵優勝者。用實驗室建設經費支持學生建立并自主管理實驗室安全文化QQ群和微信群，開辟實驗安全交流討論區，建設最新實驗室安全事故通報與分析、設備安全操作規程、化學品安全技術說明書（MSDS）、個體防護設備選擇、不同廢棄物處理方法和途徑等專欄和內容。鼓勵學生參加安全評價師或注冊安全工程師考試，并利用所學知識編制實驗室安全檢查表及安全評價體系、實驗室危險源辨識及安全防范方案設計、實驗室突發事故應急預案等。這些舉措使學生重新認識所處的學習、實驗、實踐和生活環境的“安全問題”，促進學生把安全價值觀與安全行為規范貫徹和拓展到科研、家庭和社會生活中去，培育“敬畏生命、落實責任、嚴守制度”的處世態度，推進安全和思政教育的協同發展。

憑借實驗室安全文化的牽引作用，使越來越多的師生逐漸從關注個人安全到關注整個實驗室體系的安全，進而使個體與組織之間形成了一個“命運共同體”。實驗室成員會主動發揮其主觀能動性，充分展示其自主保安價值，主動為組織安全貢獻自己的努力，呈現出安全人性的“Y理論”假設。

3 結語與展望

文化內化于心，作用于行動，養成于習慣。作為教育人，培養人的高等院校，希望能將更多的安全科學理論引入實驗室安全管理，通過建設實驗室安全文化，充分發揮文化的“軟管理”作用來激發師生內心“敬畏生命、遵守規范、責任擔當”的情感和動力，踐行“課程思政”育人理念，將“要我安全”轉變為“我要安全”，主動遵守安全管理制度，自覺消除安全隱患，全面提高實驗室系統的安全性。