高校實驗室多方位安全管理信息系統設計

張洪杰， 向文姝， 張文鵬， 范資悅，c， 王慧敏

（武漢科技大學a.資源與環境工程學院；b.湖北省工業安全工程技術研究中心；c.冶金礦產資源高效利用與造塊湖北省重點實驗室，武漢 430081）

0 引 言

高校實驗室是實施創新人才培養、科學研究和社會服務的重要場所，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］。隨著我國科教興國戰略的大力實施，高校實驗室面臨實驗資源多、科研使用率高、人員流動性大、管理不夠規范等問題，增加了實驗室安全風險。2018年，北京交通大學某系學生在處理垃圾滲濾液污水試驗期間，發生爆炸，導致參與試驗的2名博士和1名碩士死亡［2］。2019年，國務院安委會召開視頻會議，要求深刻吸取北京交通大學“12·26”事故教訓，進一步推動高校實驗室安全管理工作［3］。減少實驗室中人員失誤和設備、試劑的不安全狀態，實現高校實驗室安全管理信息化，降低實驗室事故的發生，成為國家乃至高校廣泛關注的問題［4］。

基于實驗室安全管理研究，朱臻等［5］研究并開發了實驗室安全信息化平臺，該平臺提出了安全教育及培訓、實驗室安全檢查、危化品管理等內容，但該平臺未提及實驗室安全準入、實驗室風險評估等內容，對實驗室沒有形成系統全面的安全管理。駱晶晶等［6］構建了高校實驗室安全教育及實訓管理系統，提高了學生的安全意識，但系統局限于實驗室教育培訓和實操訓練。李雯靜等［7］雖然開發了一套面向安全管理的實驗室信息系統，但未考慮到學生的心理健康對實驗室安全的影響。文獻［8-10］對實驗室安全準入系統也進行了研究，但研究主要關注傳統師生安全準入，對實驗室風險分區和實驗人員心理健康等方面少有提及。本文根據實驗室安全管理過程中存在的問題，設計開發了一套高校多方位實驗室安全管理系統，以期實現高校實驗室科學高效、多方位和全過程的安全管理。

1 高校實驗室的安全管理現狀

隨著實驗室事故的頻發，越來越多的高校意識到實驗室安全管理的重要性。部分高校陸續開發了實驗室安全準入、儀器設備、危化品管理、實驗室安全檢查等系統，但高校實驗室事故還時有發生。研究發現，目前高校實驗室安全管理主要存在以下問題：

（1）師生安全意識薄弱，安全教育和培訓環節形式化。實驗室內人員多，實驗試劑亂放、混放，實驗廢液處理不規范等問題常見。許多高校采用在線考核的方式開展安全教育及培訓，但環節常流于形式。

（2）實驗室協同安全管理不到位。每個部門對實驗室安全工作的認識、定位和管理方式不同，對實驗室安全管理的權利和責任歸屬也不同［11］。現階段，許多高校實驗室安全工作都由校辦、保衛處、設備與實驗室管理處及學院相關負責人負責，形成了管理部門多，體制相對松懈的局面［12］。

（3）實驗室個人安全防護裝備不足。多數實驗室配備了實驗防護服、防護手套，但缺乏其他個人防護裝備以及應急救援物品。

（4）實驗室預約手續繁雜。實驗室管理由指定老師負責，師生借用實驗室，需要聯系負責老師，若聯系不上就無法進入實驗室，影響師生項目及實驗進展。

（5）紙質化管理不能順應時代變化。傳統實驗室安全管理多采用紙質化臺賬，針對實驗室繁雜的數據信息，紙質化管理不僅耗費大量人力物力、統計數據不完整，且容易因個人失誤造成數據統計錯誤等。

針對以上高校實驗室安全管理存在的問題，研究并開發一套多方位安全管理信息系統十分必要，該系統在解決這些不足的基礎上，能夠提高實驗室安全管理效率，使實驗室達到上佳的安全狀態。

2 實驗室安全管理系統架構與需求分析

2.1 系統架構

以Browser／Server，瀏覽器／服務器（B／S結構）為基礎，研究并開發高校實驗室多方位安全管理信息系統，B／S架構如圖1所示。

在物流作業這一環節中，針對作業時間以及貨物遺失等來說，訂單處理、分揀與驗貨等都是其關鍵控制點。要控制關鍵點，必須明確安全和不安全產品之間的界限，要保證產品安全性，必須嚴格管理關鍵控制點，使其處于特定臨界范圍。可以將臨界范圍分為三種類型，分別為化學范圍、微生物范圍以及物力范圍。

圖1 B／S架構圖

該原型系統由客戶端用戶層、服務層、數據層組成［6］。B／S結構可以提供一致的、通過Web瀏覽器實現的用戶界面，只有小部分事務邏輯在用戶端實現，而主要事務邏輯都在服務器端，形成表示層－應用層－數據層的體系結構，便于系統功能擴展，簡化了客戶端電腦載荷，減輕了系統維護與升級的成本和工作量［13］。應用層的任務是通過Web應用服務器接受用戶的請求，執行相應的擴展應用程序，通過Structured Query Language（SQL，結構化查詢語言）等方式與數據庫進行連接并提出數據處理申請，后臺數據庫將數據處理的結果提交給Web應用服務器，再由Web應用服務器傳送回客戶端［14］。

2.2 需求分析

系統面向總管理員、實驗室負責人、教師、學生等四類用戶群體，如圖2所示。根據各用戶群體需求，對其設置不同權限［15］。

圖2 需求用戶分類

（1）總管理員。對系統任意模塊都有權限進行操作，如審核實驗室安全檢查表，通知并檢查整改結果；把控危化品管理全過程；設置職業健康及心理健康題庫和學習視頻；嚴格把關實驗室風險管理，并對師生的意見及反饋做出回應等。進行實驗室預約一級審核，包括風險分析、應急措施等。

（2）實驗室負責人。對安全教育培訓內容進行審核，統計管理考核成績；對危化品采購及廢液處理向總管理員提交申請報告，負責實驗室隱患排查、風險評價、隱患分級分類處理和整改，確定風險區域。對實驗室預約申請進行二級審核，包括實驗用時、耗材等情況審核。

（3）教師群體。設置相應安全教育試題，錄制并發布安全教育視頻，同時也需要進行安全基礎知識培訓及考核、進行實操考察。可修改個人信息、查詢實驗詳細資料、對項目進行申請、編制安全檢查表并上傳報告，提出建議及反饋信息。對實驗室預約進行三級審核，包括合格證、實驗人數等相關情況。

（4）學生群體。學生是實驗室進行實驗的主體，進入實驗室前需進行安全教育和培訓，通過考核方可進行實驗；進行職業及心理健康測試；查詢實驗相關的詳細資料、實驗室預約及項目申請，同時有實驗室安全檢查報告上傳、提出意見及反饋，修改個人信息等權限。

實驗室安全管理系統由學校統一管理，數據處理集中，對于師生實驗預約申請進行層層把關，降低實驗存在的風險。該系統的開發，不僅完善了高校實驗室的安全管理，而且能多方位掌握實驗室安全管理狀態，提高實驗室安全管理水平，減少安全事故的發生。同時，師生可利用手機、電腦、平板登錄系統，實現實時掌握實驗室情況，對實驗室進行動態信息化安全管理。

3 高校實驗室安全管理信息系統功能設計

圖3 系統功能結構圖

3.1 用戶管理模塊

用戶管理模塊包括用戶注冊登錄、實驗室安全教育培訓、知識考核準入，實驗申請。

（1）用戶注冊登錄。學生使用學號進行注冊，包括姓名、年齡、班級學號、導師、專業方向等基本信息；教師使用工號進行注冊，包括姓名、年齡、研究方向和聯系方式等；通過輸入賬號，密碼及驗證碼登錄系統。

（2）安全教育培訓。包括基礎安全教育視頻，各類實驗室安全視頻、實驗室的注意事項及相應的安全課程，系統根據學生院系、專業、研究方向等制定課程。

（3）安全知識考核準入。包括安全教育考核以及實操考核兩部分，考核通過的師生可獲得考核合格證，教育培訓及考核每學期一次，系統將每次更新培訓內容、學時和學生成績。

（4）實驗申請。填寫實驗申請報告，包括實驗場地、實驗所需儀器設備、實驗試劑等，獲得考試合格證的師生才能進行實驗申請［16］。提交實驗申請，通過導師及實驗室負責老師或管理員審核通過后，在系統上獲得臨時門禁碼，通過人臉識別及門禁碼輸入，系統識別后可進入實驗室，具體流程見圖4。

圖4 用戶管理流程圖

3.2 基礎管理模塊

基礎管理模塊包括實驗室規章制度、人員信息管理、設備與儀器管理、實驗室簡介。其中：①實驗室規章制度子系統主要包括國家及地方頒布的實驗室安全法律法規以及學校規定的相關制度。②人員信息管理對需要進入實驗室的師生基本信息的統計，便于將實驗室安全責任落實到個人，同時也可以掌握老師和學生的研究方向，針對其研究方向制定培訓及考核計劃，進一步培養安全意識。③設備與儀器管理包括各實驗室儀器設備的基本情況介紹以及使用說明、注意事項、報修申請、實驗所需儀器設備采購申請等，極大地減少了儀器設備方面存在的安全隱患，加快對儀器設備的報修和采購進程。④對于各實驗室簡介，包括實驗室所處地理位置、房間號、面積、可容納人數、適用對象、所針對的研究方向、實驗室所含儀器設備和實驗室材料及試劑簡要介紹等。

3.3 危化品管理模塊

危化品管理是高校最關心的問題，危化品是導致實驗室事故頻發的最大隱患因子。對實驗室危化品進行管理，有利于減少實驗室的事故風險，提高實驗室的安全性。危化品管理包括危化品基本信息統計、危化品采購、危化品的預約及使用申請、廢液處理。①危化品基本信息統計包括危化品的名稱、種類、數量、毒性、熔點、沸點、存放條件及位置等。②危化品的采購包括師生提交危化品采購申請，實驗室負責老師、管理員審核和商家詳情（資質合格證、是否符合國家相關文件標準）等。③危化品的預約及使用申請，師生根據實驗需求，在系統中對危化品的種類及數量進行預約申請，申請通過后才能領取危化品并使用。④廢液處理，首先需要對廢液成分進行了解，分類存放并在廢液桶外側粘貼廢液成分，拍照上傳至系統指定位置，管理員根據每日監控，定期請校外專業人士進行清理，防止出現暫存量過大或暫存時間過長等常見問題。

3.4 項目建設模塊

項目建設模塊包括項目申請、項目審核、項目實施、項目評估。師生提出研究項目申請，對研究項目所用實驗室、儀器設備及材料試劑等信息填報完整，在項目申請模塊提交申請，由實驗室負責老師及管理員進行項目審核和風險評估，當項目審核和評估通過后，老師和學生可進入實驗室開展項目研究。最后，在項目實施結束后，針對項目實施過程進行評估反饋，并對實驗室風險隱患進行排查。

3.5 風險管理模塊

對實驗室進行風險管理降低實驗室的事故發生率，①按實驗試劑的性質及儀器設備的特征對實驗室進行分類，通過計算實驗室隱患的嚴重程度與其發生的可能性的乘積（R）來確定該實驗室的危險等級，如圖5所示。

圖5 風險矩陣圖

同時也可利用風險矩陣繪制實驗室內的風險區域，將繪制好的風險矩陣圖上傳至系統中，方便相關人員注意實驗室內的風險區域。②對實驗室隱患進行上報、排查和統計，利用安全檢查表法對其進行檢查，并填寫整改措施，將完整的安全檢查表上傳數據庫，并要求實驗室負責人對實驗室進行隱患整改。③對實驗樣品進行檢驗及校驗、操作審批和風險評估，不放過任何可能存在的風險隱患，加強實驗室的安全管理力度。④對實驗室管理設立應急管理子模塊，包括實驗室應急預案、應急急救視頻以及應急急救包（臨時應急的綁帶、電筒、藥品等），對突發的應急狀況進行補救，減少人員傷亡和實驗室損失。

3.6 職業與心理健康管理模塊

職業與心理健康管理是本系統主要研究的子模塊，如圖6所示。其中：①職業健康管理包括健康體檢、安全防護措施和職業防護用品管理。針對長時間使用實驗室的師生定期進行體檢，并將體檢報告上傳至系統對應模塊；實驗室職業安全防護措施主要有物理性、化學性和生物性的安全防護措施，師生進入實驗前應熟悉并使用實驗室相應的防護措施，并進行使用；職業防護用品管理主要包括職業防護用品的名稱、存放位置及所處狀態（在用、缺失和過期），并進行及時維護和補充。②心理健康管理。在實驗室安全管理系統設計心理健康模塊對于各高校實驗室及科研基地來說十分必要。目前，越來越多的學生心理承受能力低，遇到矛盾容易引發沖突，在該模塊設置心理健康教育培訓和心理健康測試，把控師生心理健康，減少由于心理壓力對實驗安全造成的影響。

圖6 職業與心理健康管理

4 結 論

本文從實驗室準入、危化品及儀器設備管理、實驗室風險分布、師生職業與心理健康等幾個方面考慮人、物、環境、管理因素對實驗室安全的影響，提出基于B／S模式的高校實驗室多方位安全管理信息系統，以實現對實驗室進行多方位、全過程的安全管理。并利用SQL等方式與數據庫進行連接，實現在線數據統計和更新，減少了紙質化臺賬對數據統計的繁瑣，提高了實驗室的安全管理水平。同時，系統對實驗室安全進行多層次管理，由總管理員、實驗室負責人、教師和學生四者進行層層管理，權責分明，對實驗室安全管理起到保護和提升作用，也有利于提高各層級管理員、教師的安全意識及安全責任感，減少實驗室風險事故的發生。