高校實驗室管制化學品的智能管控

郭 婷， 黃開勝， 艾德生， 林旭平

（清華大學實驗室管理處，北京 100084）

0 引 言

實驗室是高校教學、科研活動的基地，是培養創新人才的主戰場。科研活動探索性強、不確定性大、學科交叉顯著，加之實驗室人員流動性大、安全知識技能和安全意識參差不齊，危險源眾多，對高校實驗室安全管理提出了挑戰［1-2］。一直以來，化學品的管理是高校實驗室安全管理的重點和難點。2019年，教育部對40所高校開展了實驗室安全現場檢查，在發現的883項問題與隱患中，屬于化學安全問題的占比最大，達32%，排在第二位的是實驗場所問題，占13%。有的化學品除可能具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等危險性質外，還可能被不法分子用于非法用途，危害他人財產和人身安全，對社會造成不良影響，如劇毒、易制爆、易制毒化學品、民用爆炸品、麻醉藥品和精神藥品等。對這些化學品，國家依據相關法律法規采取特殊管理和控制，以下簡稱管制化學品。

高校對管制化學品的管理除須考慮化學品本身的危險特性外，還要滿足國家相關法律法規的監管要求。管制化學品種類繁多，在實驗室屬于常規試劑，由于缺乏健全的安全管理機制或落實不到位等，易存在違規采購和儲存、缺少臺賬或賬物不符等問題［3］。近年來，互聯網、物聯網、大數據、人工智能等快速發展影響和改變了教育形式和管理方式，越來越多的高校將信息技術運用到實驗室安全管理［4-5］，而管制化學品的安全管理有望成為該應用的新高地。探索互聯網、信息技術在化學品安全管理的應用，推進化學品管理的規范化、信息化，實現更安全、更高效的化學品管理，解決高校實驗室安全管理的重點和難點。

1 管制化學品監管要求概況

管制化學品的安全管理涉及化學品的全生命周期，包括采購、運輸、儲存、使用、處置等環節。針對不同類別的管制化學品，國家都有相應的法律法規要求。此外，教育部對高校實驗室管制化學品的管理也有相關要求。基于化學品危險特性，對照國家管控要求，結合高校實驗室特點，分析管制化學品管理要點和難點。

1.1 易制毒化學品

2005年頒布的《易制毒化學品管理條例》（國務院令第445號）明確國家對易制毒化學品實行分類管理和許可制度。易制毒化學品分為3類。第1類是可以用于制毒的主要原料，第2類、第3類是可以用于制毒的化學配劑。2005年列入管制的易制毒化學品共23種，其中第1類12種，第2類5種，第3類6種。相繼在2008、2012、2014、2017、2021年新增種。目前我國列入管控的易制毒化學品共38種，其中第1類19種，第2類11種，第3類8種。

（1）應建立單位內部易制毒化學品管理制度。個人不得購買第1類、第2類易制毒化學品。購買第2類、第3類的應在購買前向所在地縣級人民政府公安機關備案［6］。

（2）應設置專庫或者專柜儲存易制毒化學品，專庫應當設有防盜設施，專柜應當使用保險柜［7］。

（3）教學科研單位應當設立專柜儲存藥品類易制毒化學品。專柜應當使用保險柜；專柜應當實行雙人雙鎖管理。藥品類易制毒化學品入庫應當雙人驗收，出庫應當雙人復核，做到賬物相符［8］。

受限于實驗室面積，沒有專柜儲存易制毒化學品是高校普遍存在的問題。丙酮、鹽酸、硫酸、三氯甲烷、乙醚等易制毒化學品在實驗室使用非常頻繁且用量大，其臺賬管理和使用安全管理是高校化學品管理的難點。

1.2 易制爆危險化學品

《易制爆危險化學品名錄》列有9大類74種化學品，其中酸類3種、硝酸鹽類11種、氯酸鹽類3種、高氯酸鹽類4種、重鉻酸鹽類4種、過氧化物和超氧化物類15種、易燃物還原劑類16種、硝基化合物類11種、其他類7種。

（1）嚴禁個人購買易制爆危險化學品。購買單位應在購買后5日內，通過易制爆危險化學品信息系統，將購買的易制爆危險化學品的品種、數量以及流向信息報所在地縣級公安機關備案［9］。

（2）教學、科研、醫療、測試等易制爆危險化學品使用單位，可使用儲存室或者儲存柜儲存易制爆危險化學品，單個儲存室或者儲存柜儲存量在50 kg以下［9］。

（3）儲存場所使用的防盜安全門應符合GB 17565—2007的要求，其防盜安全級別應為乙級（含）以上；專用儲存柜應具有防盜功能，符合雙人雙鎖管理要求，并安裝機械防盜鎖，機械防盜鎖應符合GA/T 73的相關規定［10］。

易制爆危險化學品治安危害大，公安部嚴管嚴查。74種易制爆危險化學品，高校實驗室常用到的達60%，加之實驗室人員流動性大，雙人雙鎖管理和人員教育培訓是管理難點。從名稱上可以看出，易制爆化學品均為危險化學品，具有一種或多種危險特性，儲存時首先應根據危險性分區、分類、分庫儲存。雙人雙鎖管理要求2名專職人員通過2把鑰匙管控易制爆危險化學品的存取和使用，及時登記品種、用量和流向信息。實驗室人員復雜，知識背景和專業素質參差不齊，對人員開展針對性的安全培訓和考核是準入其使用的必要前提。雙人雙鎖管理和人員教育培訓雖然增加了時間成本和管理成本，但對保障易制爆危險化學品的安全儲存和使用是至關重要的，高校應嚴格落實。

1.3 劇毒化學品

《危險化學品目錄（2015版）》中劇毒化學品共計148種。實驗室常用到的有疊氮化鈉、磷化氫、氟、氯、氯化氰、氰化氫、五氧化二砷等。

（1）國家對購買劇毒化學品行為實行許可管理制度，應當依法申請取得《劇毒化學品購買憑證》和《劇毒化學品準購證》。未取得上述許可證件，任何單位和個人不得購買劇毒化學品［11］。

（2）劇毒化學品應當在專用倉庫內單獨存放，并實行雙人收發、雙人保管制度［12］。

（3）劇毒化學品執行“五雙”管理（即雙人驗收、雙人保管、雙人發貨、雙把鎖、雙本賬），技防措施符合管制要求［7］。

國家對劇毒化學品的購買、運輸、存儲、使用、處置各個環節都有嚴格的管理制度和技防措施要求，一定程度上限制了使用劇毒化學品的高校數和實驗室數。確需用到劇毒化學品的高校和實驗室應嚴格按照法規要求制定和落實相應的管理制度和技防措施。加大安全經費投入，利用信息化手段，實現對劇毒化學品全周期監控管理，切實保障人身安全。

1.4 民用爆炸物品

《民用爆炸物品品名表》中將爆炸品分為五類：工業炸藥、工業雷管、工業索類火工品、其它民用爆炸物品和原材料。高校實驗室用到的主要涉及第五類原材料中的硝酸銨、2，4，6-三硝基苯酚（苦味酸）、2，4，6三硝基甲苯（TNT）等。

（1）購買民用爆炸物品的單位，應當自成交之日起3日內，將購買的品種、數量向所在地縣級人民政府公安機關備案［13］。

（2）民用爆炸物品應當儲存在專用倉庫內，并按照國家規定設置技術防范設施［13］。

（3）爆炸品單獨隔離、限量存儲，使用、銷毀按照公安部門要求執行［7］。

爆炸品對外界作用如受熱、受壓、撞擊等非常敏感，容易發生劇烈的化學反應，導致爆炸。爆炸品應專柜、隔離、限量儲存，嚴禁與強氧化劑、易燃物等混放。存放爆炸品的實驗室應實時監控房間內通風、溫度、TVOC濃度等，制訂安全防范措施和應急預案。

1.5 麻醉藥品和精神藥品

（1）麻醉藥品和第1類精神藥品的使用單位應當設立專庫或者專柜儲存麻醉藥品和第1類精神藥品。專庫應當設有防盜設施并安裝報警裝置；專柜應當使用保險柜。專庫和專柜應當實行雙人雙鎖管理［14］。

（2）麻醉藥品和第1類精神藥品應配備專人管理并建立專用賬冊，專用賬冊的保存期限應當自藥品有效期期滿之日起不少于5年［7］。

開展麻醉藥品和精神藥品實驗研究活動應有保證藥品安全的措施和管理制度。咖啡因是高校實驗室常會用到的第2類精神藥品，對第2類精神藥品，實驗室也應建立專用賬冊，實行專人管理。

2 高校管制化學品管理現狀

2.1 高校管制化學品管理存在的問題

隨著國家管控越來越嚴格，教育部安全檢查的持續推進，各高校越來越重視危化品的安全管理，如學校層面成立專門的安全管理部門，建設試劑采購系統，購置試劑柜、安裝報警器等。但受限于實驗空間、實驗人員安全意識淡薄等，管制化學品未單獨存放、未落實雙人雙鎖管理、不相容試劑混放時有發生。

（1）缺乏健全的管理制度和管理體系。多數高校通常是結合國家相應法律法規的管理框架，制定實驗室管制化學品管理制度，未結合本校實際情況，逐漸呈現水土不服、落地困難的現象；有些學校安全管理部門人員較少，安全工作通常由部門辦公室人員兼職，缺乏專業的知識背景，管理要求難以真正落實；高校學科多、研究方向各異，實驗人員根據需求自行采購，缺乏統籌規劃和專人管理，管制化學品重復采購、過量采購、超量儲存現象比較普遍［15］。

（2）院系主動擔責不夠，監管不到位。目前高校管制化學品的監管仍以學校監管為主，院系主動監管意識不足，多為被動配合學校的檢查，未起到主動監管的責任［16］。自查自糾意識薄弱，容易造成學校摸底不清，監管不到位的現象。

（3）管理信息化程度低。絕大多數高校仍沿用傳統的手工登記臺賬，準確性和及時更新無法保證，信息化管理模式比較滯后。試劑采購、準入與門禁、儲存場所監控等未全部實現信息化或各系統獨立運行未實現對接融合。隨著安全管理體系日趨完善，管理手段和管理模式呈多樣化趨勢，運用信息技術強化管制化學品采購、使用、儲存、處置全過程安全管理是目前高校不可回避的挑戰。

（4）經費投入不足。部分高校重視程度不夠，安全經費無法得到保障。儲存柜、監控、應急等設施不到位或陳舊落后，缺乏有針對性的應急演練。實驗人員個人防護裝備、應急裝備、器材較缺乏，小問題有可能變成大事故。

（5）安全教育體系不健全，缺乏專業的安全培訓。對師生的安全教育培訓多停留在學校相關管理制度、管理文件層面，院系和實驗室參與度較低，導致專業性、針對性不強，容易使安全教育流于形式，難以深入到師生的工作學習中，切實提高師生的安全意識［17］。

2.2 國內高校管制化學品儲存管理方案

目前國內高校管制化學品儲存的管理方案主要有以下3種：

（1）普通試劑柜存儲，手工登記臺賬。大多數高校對管制化學品的管理與其他化學品管理方式一致，按照化學品的危險特性，選用防爆或耐腐蝕材質的試劑柜，分類分區存儲。根據管控要求，存放易制爆危險化學品的試劑柜安裝雙把鎖，執行雙人管理；易制毒化學品存放于帶鎖的試劑柜中由專人管理。指定試劑管理員或者試劑的使用者手工登記種類和數量，形成實驗室管制化學品臺賬。

（2）普通試劑柜存儲，信息化手段盤點生成臺賬。部分高校在沿用傳統普通試劑柜存儲管制化學品的基礎上，借助信息化盤點裝備生成化學品臺賬。這種方式相較于傳統手工登記，在準確度和更新率上都有了提升，也可利用化學禁忌風險庫等實現安全存儲，但由于盤點周期長、人力耗費大，往往做不到定期盤點，隨著時間的延長，臺賬趨于手工登記的效果。

（3）智能試劑柜存儲，自動生成動態臺賬。部分高校采用智能試劑柜存儲管制化學品，可以實時監控試劑出入庫情況，掌握柜內存儲的化學品種類和數量，隨時調取動態臺賬［18］。但目前高校采用的智能試劑柜主要用于校級或院系級庫房，管理相對簡單，還未有高校在實驗室級全面采用智能試劑柜。

3 管制化學品智能管控方案

3.1 實驗室管制化學品使用情況

通過對清華大學涉及管制化學品儲存和使用的院系摸底調研，發現管制化學品的使用有以下特點：

（1）種類繁多。管制化學品在實驗室屬于常規試劑，易制毒化學品、易制爆危險化學品、民用爆炸品、精神藥品均有使用，且用到的化學品種類多。以化學系為例，其用到的易制爆危險化學品有45種，易制毒化學品15種。

（2）儲存分散。全校有26個院系使用管制化學品，涉及600多間實驗室。樓宇狀況、實驗室條件、院系管理要求和實驗室落實強度等的不同，都會影響管制化學品智能管控效果。

（3）常用種類相對集中。全校實驗室用到的管制化學品種類雖然很多，但多數實驗室都會用到的種類相對集中。如涉及到易制毒化學品使用的500多個實驗室，絕大多數實驗室都會用到鹽酸、硫酸、丙酮。而多數實驗室使用的易制爆危險化學品包括硝酸、過氧化氫、硝酸鹽和活潑金屬單質。

3.2 實驗室管制化學品管理的主要問題

目前，管制化學品直接存儲于各實驗室，由課題組自主管理，主要問題集中在：

（1）存儲不規范。根據管控要求，管制化學品應單獨存放，易制爆危險化學品雙人雙鎖管理，安裝機械防盜鎖；易制毒化學品儲存于保險柜。部分院系實驗室空間有限，管制化學品與其他化學品混存混放時有發生。人員流動性大、安全意識淡薄等，部分實驗室管制化學品的存儲未滿足專柜、雙人雙鎖管理。

（2）缺乏動態臺賬。實驗室化學品臺賬大多手工登記，難以滿足管制化學品使用量、余量信息的及時更新，無法實現動態臺賬管理。且實驗室人員變動頻繁，試劑缺乏專人管理，易出現臺賬信息與實際出入大。

（3）缺少人與物的匹配。多數院系沒有實現管制化學品與使用人一一匹配管理，難以做到責任落實到人。通過采購單可以得知管制化學品采購人，但采購者可能不是最終使用者或唯一的使用者，在進行人員管理或者有事故發生回溯追責時就存在不便和障礙。

3.3 智能管控方案

依據國家管控要求，采用閉環管理方式，掌握管制化學品從采購、配送、存儲、使用到廢物回收處置全周期的狀態［19］，建立動態臺賬，實現全程可追溯、可管控。

管制化學品智能管控總體方案為：管制化學品的全鏈條管理依托學校試劑采購系統，在試劑采購系統中建立管制化學品管理模塊，在實驗室建立智能化用戶終端（如智能試劑柜等）。同時與實驗室安全管理系統對接，實現人員準入授權管理和數據實時推送等功能。通過在管制化學品包裝上貼二維碼、RFID等信息標簽［20］，利用互聯網、物聯網等技術，追蹤管制化學品全周期狀態，實現可管控。同時智能終端管理系統可以實時掌握不同實驗室管制化學品的使用量與存量，形成精準的動態臺賬，從而消除實驗室不規范存儲、使用等帶來的隱患。總體方案、用戶端管理流程和軟硬件模塊示意圖分別如圖1～3所示。

圖1 智能管控總體方案

圖2 用戶端管理流程

圖3 智能試劑柜軟硬件模塊示意

針對目前實驗室存儲與使用環節存在的問題，采取智能管控措施如下：

（1）智能試劑柜存儲管制化學品，規范存儲與使用。智能試劑柜柜體配備電控鎖和機械鎖，任何狀態均可實現雙人雙鎖管理，鎖具符合GA/T 73標準要求。柜體內外殼體采用優質冷軋鋼板，鋼板厚度≥1.2 mm，柜體結構采用中空雙層設計，達到防火效果。設計方案完全滿足易制爆化學品管控標準對柜體要求。同時，智能試劑柜配套建設智能試劑柜管理系統，在管理系統中集成了常用化學試劑的配伍禁忌數據庫，對存儲過程中出現配伍禁忌問題會做出預警，確保安全規范存儲。

（2）自動稱量自動記錄，實現實時動態臺賬。為實現信息化，在每瓶試劑上貼RFID、二維碼二合一的信息標簽，該標簽可以被射頻設備與二維碼閱讀器讀取，進行試劑識別以及位置跟蹤。采用電子天平稱量，每個試劑瓶對應的存儲位置均有電子天平，可以測得每個試劑瓶存入與拿取時的重量，通過與RFID的配合可以跟蹤每次試劑的存取操作，并上傳相關數據，形成精準的實時動態臺賬。

（3）多種方式身份認證，準確記錄人員操作。為確保試劑安全，智能試劑柜集成多種身份認證方式，以適應不同場景下的人員操作，包括：密碼、刷卡、生物特征（人臉、指紋）。有了身份認證，就可以記錄每次操作的人員、時間，以及操作人員存入或者取出的試劑名稱與試劑數量等，將人員與試劑自動形成關聯關系。同時，針對可能存在的異常操作，還設計監控設備，可以遠程調取錄像，進行人工追蹤。

通過建立管制化學品的智能管控，可以進一步降低管制化學品在實驗室存儲、使用等環節的風險，提升高校管制化學品的管理水平。

3.4 智能管控方案實踐

管制化學品全鏈條管理已列入“清華大學實驗室安全全面提升計劃（2020.7～2023.6）”。基于前期調研和制定的管制化學品智能管控方案，2021年學校通過公開招標采購了20臺智能試劑柜（包含智能試劑柜管理系統），在材料學院、環境學院、機械系3個院系的20個實驗室進行試點。目前智能試劑柜已全部進駐學校，已在部分實驗室試運行。

智能試劑柜采用集成式管控方案，有5個獨立柜門，存放易燃易爆化學品柜門使用黃色；酸堿類化學品柜門使用白色，內部上下左右在鋼板表面襯具有阻燃功能PP板；每個獨立柜門均配有電控鎖和機械鎖，可達到雙人雙鎖管理要求。對沒有排風管道的實驗室，智能試劑柜配有自凈化裝置。支持密碼、刷卡、指紋、人臉識別等認證方式。采用柜內稱重方式，每個存儲位置均有稱重設備，實現一對一稱重。試劑柜嵌入式系統集成RFID和二維碼，通過RFID感應或掃描二維碼識別試劑，通過RFID感應判斷試劑的出入庫操作完成情況。此外，智能試劑柜可脫機運行，保證斷網情況下仍可繼續工作。智能試劑柜外觀、內部結構、出入庫操作界面如圖4、圖5所示。

圖4 數據安全驗證結果

圖4 智能試劑柜外觀及內部結構

圖5 存取試劑操作界面

通過智能試劑柜及其管理系統可實時掌握學校、院系、實驗室管制化學品使用量、存量等信息。同時，智能試劑柜具備各種異常報警功能，如柜門打開超時、試劑混放、試劑在規定時間內未歸還以及溫度過高、TVOC超限等，可通過微信公眾號等方式推送給各級管理人員，實現全程可監控，達到規范存儲和使用試劑，提高過程安全管理水平。

4 結語和展望

管制化學品安全管理作為高校實驗室安全管理的重點，越來越受到重視和關注。理順管理思路、規范管理過程、消除安全隱患是做好安全管理工作的必要條件。物聯網技術的蓬勃發展使實驗室管制化學品向著更高效率、更精準的專業管理方向發展。為適應信息技術發展和管制化學品管理服務安全高效的需要，改變傳統化學品管理模式，實現管制化學品的信息化、智能化管理，是高校實驗室安全管理、提高服務質量的必然趨勢和必然選擇。