基于多層物元可拓的實驗室安全風險評估

姚 潔， 陳海軍

（1.常州大學，江蘇 常州 213000；2.江蘇城鄉建設職業學院，江蘇 常州 213000）

0 引 言

近年來，高校實驗室建設進程逐漸加快［1］，實驗室安全成為大家關注的重點，習近平總書記與參加全國政協十三屆四次會議的醫藥衛生界、教育界委員交談時提出，“在加快建設世界一流大學和一流學科進程中，一流實驗室的建設與管理是其重要支撐。”高校實驗室是教育的主陣地之一，但是實驗室事故卻時有發生，實驗室事故主要分為燃燒爆炸、毒傷、機械傷害、觸電事故等。造成實驗室事故的原因很多，這些安全隱患深藏在實驗的全過程，實驗管理人員的重要工作之一就是隱患排查和整改［2］。實驗室安全風險一直是社會焦點和學校重點關注對象，教育部印發了《教育部辦公廳關于開展加強高校實驗室安全專項行動的通知》，該文件從多方面細化實驗室管理路徑，逐步規范實驗室建設標準，實現本質安全。

實驗室管理正在逐步細化完善，實驗室人員在實驗室管理過程中積累大量工作經驗，主觀上能較好地判斷實驗室風險狀況，而實驗室檢查制度也從相對客觀的角度，指導實驗室管理全方位細則［3］。近年來，在對實驗室管理標準化的探討中發現，實驗室分級管理極為重要［4］，多層物元可拓實驗室風險評價［5］可以直觀給出分級結果，從而進一步推進分級管理工作。蔡毅飛等［6］提出化學實驗室安全模糊評價模型，通過層次分析來推進實驗室評價標準化。陳晶晶等［7］提出使用層次分析法細化實驗室評價體系，通過排序確定指標權重系數為實驗室安全管理提供決策支持。楊坦等［8］提出從設備設施、人員隊伍、實驗教學、經費保障和規章制度方面構建實驗室管理評價體系，并采用G1賦權模型計算，結合實際修正模型，實施評價過程。宗軍君等［9］提出實驗室評估具有多層次、多因素、定量與定性指標并存等特點，模糊可拓層次分析方法可以客觀分析各因素之間的相對重要度，逐級計算可得綜合評價結果。

多層物元可拓方法［10］是具有很高的應用性，特別實在定性-定量的評價具有較高的應用價值［11］，同時目前在實驗室安全因素分析，實驗室評價指標體系研究取得較多成果［12］，初步形成框架體系，因為應用實際的環境具有特殊性，所以對各高校實驗室，應有獨立的實驗室評價系統［13］。

1 實驗室風險評價因素分析

實驗室的風險因素很多，所以形成的評價體系標準［14］并不統一，實驗室檢查表從全系統、全方位、全過程細化了實驗室可能出現的風險因素，形成的檢查表定期更新，逐步完善形成2022 年版本，因為實驗室檢查表中基本涵蓋實驗室出現的危險有害因素，相對比較完整，但是檢查操作時對檢查人員的素養要求很高，在檢查過程中將實際和檢查表一一對應操作中存在一定的困難。而實驗室評價是建立在更高的維度，對實驗室全過程管理的評價，是實驗室檢查，同時又更為精準地反應實驗室的概況［15］。所以實驗室評價指標的建立既與實驗室檢查緊密相關同時又有不同。針對實驗室安全評價的研究中發現，評價體系［16］建立是評價的核心。本文結合實驗室管理工作實際和重點、難點，列出以下評價體系。

（1）責任體系和規章制度。責任體系和規章制度是日常管理流程化的依據，是實驗室整理管理水平的體現，很大程度上決定日常管理工作的內容，主要包括：責任體系及人員結構（這是實驗室的整體概況，需要從規模上按要求配備專業的實驗室管理人員）；檢查隱患整改制度（按照要求開展有效的隱患排查和整改制度，重點查閱檢查頻次和整改情況）；實驗室操作規程（各實驗室需按照要求張貼操作規程，做到流程上墻）；經費保障和建設維護（有單獨的實驗室安全經費預算并實際執行）。

（2）危險有害因素管理。實驗室的危險有害因素很多，雜亂而且動態，主要分為：危險化學品（危化品的領用、使用和臨時存放符合規范）；特種設備（特種設備檢驗合格證明，人員持證上崗，氣瓶管理程序規范，儀器狀態標識明確）；實驗室環境（實驗危險物質警示明確，分布合理，規范使用通風柜，實驗環境整潔）。

（3）危廢處置。實驗室廢棄物處置是日常管理的一部分，主要包括廢液（實驗廢液收集、處置規范）；廢氣（有專門廢棄收集處置裝置）；固體廢棄物（實驗固體廢棄物收集、處置規范）。

（4）安全文化建設。安全文化是從思想認知上提升實驗室安全水平，主要包括準入教育（系統化開展三類人員的教育培訓）；安全宣傳活動（有效的實驗室安全宣傳和活動）

（5）應急救援與個人防護。實驗室應急救援和防護主要解決和防范日常突發事件，主要包括：消防設施（合理消防間距不堵塞，加強檢查）；應急救援裝備（應急救援裝備完善，定期演練）；個人防護設施（添加勞保防護，避免直接接觸的傷害）。

2 運用層次分析法進行實驗室安全風險評估

了解實驗室管理整體框架，構建一級、二級指標，如表1 所示，構建多層評估層次結構，計算各級指標的風險權重值。

表1 實驗室安全風險因素

采用九級標度法整體相關領域專家打分結果，匯總得到以下判斷矩陣

用規范列平均法（和法）計算得出該矩陣的最大特征值λmax，特征向量W ＝（W1，W2，…，Wn）T，特征向量通過歸一化處理即為計算所得權重因子。

對該判斷矩陣的進行一致性檢查，雖然一開始由專家打分獲得的判斷矩陣并不要求由一致性，但如果數據偏離多大，結論無法得出，因此需要對上述判斷矩陣進行一致性檢查，通過一致性檢查的判斷矩陣的分析結論才具有可靠性。

判斷矩陣一致性指標計算式：

查表得Aar，按下面式子得出一致性比率：

若Ar＜0.1，則判斷矩陣滿足一致性要求，否則不滿足。

3 多層物元可拓模型的建立

物元可拓分析是將不相容結論合理轉換的有效方法，通過引入域的概念，將問題的邊界合理轉化，可拓集合就是把實際問題中因素特征值描述具體化，從而使用數學模型計算，得出因素分析結果，該方法廣泛應用于評估、決策中，有效指導生活中實際問題的解決，因為其定量分析的特點，具有一定的科學性。

（1）劃分經典域和節域

式中：v為第n個特征的量值域；Rj為經典域物元。

式中，節域Rp為節域物元關于特征的量值域。

（2）確定待評物元

式中，Rx為待評價對象。

（3）關聯函數計算

式中：

kxj（vi）即為第x 個待評物元、第j 個等級、第i 個指標的關聯度。

2 級指標在每個風險等級下的關聯函數組成的風險等級矩陣K（vi）＝［kxj（vi）］，與2 級指標對應的權重向量wi＝（wik）的乘積，即為對應各風險等級的1級指標的關聯矩陣

1 級指標與每個風險等級對應關聯函數組成的風險矩陣K（s）＝k（vi），與1 級指標對應的權重向量wi＝（wik）的乘積，即為對應各風險等級的目標層的關聯矩陣

（4）計算安全等級。根據

得出計算結果，關聯度結果中最大值對應的j值（風險等級）即為計算結果。

4 實際應用分析

應用案例選取的是常州某高校化工類的一間實驗室，實驗室試劑柜存放日常使用化學試劑，無中試設備，實驗室面積約為68 m2。

4.1 風險權重

運用九級標度法得出專家打分結果，匯總如表2。

表2 一級指標對目標層的評價矩陣

（1）1 級指標權重和一致性分析。根據式1 得出1 級指標的權重B ＝｛0.239 2，0.502 8，0.116 0，0.035 6，0.106 4｝，按照式（2）和式（3）方法計算，結果Ar＝0.043 ＜0.1，判斷得出該矩陣有效。

（2）2 級指標權重和一致性分析。2 級指標中以責任體系和規章制度為例，由專家打分，上述權重和一致性計算所得結果如表3 所示。

表3 責任體系和規章制度評價判斷矩陣

據式（1）得出該2 級指標的權重B ＝｛0.774，0.622 6，0.215 1，0.084 9｝，按照式（2）和式（3）方法計算，結果Ar＝0.053 ＜0.1，判斷得出該矩陣有效。

（3）計算各指標相對目標層的總權重。根據層次分析法，計算出各2 級指標相對目標層的權重，整理見表4。

表4 實驗室安全風險各層次因素總權重

4.2 多層物元可拓評價

根據實際需求規范風險域范圍M，M ＝｛m1，m2，…，mj｝，j為風險等級數，如表5 所示。

表5 實驗室安全風險水平等級

4.2.1 經典域和節域

通過式（4）～（6）劃分經典域和節域：

4.2.2 待評物元的關聯度計算

待評價物元為實驗室安全風險因素的2 級指標，以責任體系和規章制度安全因素為例，根據式（7）和式（8）計算關聯度如下：

和上述方法一樣，2 級指標中危險有害因素管理、危廢處置、安全文化建設、應急救援與個人防護的關聯度計算得出結果見表6。

表6 實驗室安全評價各級指標及關聯度

從2 級指標風險等級可以看出，該實驗室安全風險因素中的經費保障和建設維護、應急救援裝備是3級風險，風險點較高的因素，急需加以改正，廢氣這個2 級指標為1 級風險，表示這一部分目前做得很好。

其他的2 級指標對應為2 級風險，雖然風險可以接受，但是有整改的余地，以提高實驗室安全水平。

4.2.3 一級指標評價計算

按照式（9）可得實驗室安全風險因素的二級指標的關聯度矩陣為：

將X1風險權重值乘以各風險等級關聯度，計算得出X1對各風險等級的關聯度，運用同樣的方法，可得其他1 級指標關聯度k（r1），對其進行2 級評價，結果如表7。

由表7 可知，1 級指標風險等級都是2 級風險，根據式（10）得出，對應各風險等級的目標層的關聯矩陣，該實驗室安全評價的最終結果為2 級風險。

表7 多層可拓評價目標層結果

5 結 論

多層物元可拓的方法在實驗室安全評價上可以進行運用，其中代表物元的安全風險因素的分級歸納是起點，而因素權重是決定各級可拓等級的要點之一，在實際運用中，能清晰地半定量地對評價因素和最終等級間關系進行分析，是實驗室安全評價一種有效評價方法，在統一標準的前提下，半定量計算出評價結果，避免多次評價前提不一致的情況，同時在積累實際操作經驗情況下，也能對評價前提統一變換，靈活性很強。

實驗室評估方法眾多，大多以定性為主，一個有效的半定性半定量的方法能增加實驗室評估的科學性和應用性。多層物元可拓方法有較強實際應用背景，以我校某實驗室為例，展示評估方法全過程，評估結果為分級等級，以生成的評估結果為導向，能更好地指導實驗室分級管理工作，評估結果推導實驗室安全管理的薄弱點，從而更精準指導實驗室隱患整改。因有案例作為支撐，后期可推廣到其他實驗室，同時也豐富了實驗室分級管理的研究工作。