高校實驗室安全立體化管控對策研究及應用

田志剛，郭子萌，馮利利，佟瑞鵬

（中國礦業大學（北京）a.資產與實驗室管理處；b.應急管理與安全工程學院，北京 100083）

0 引言

近年來，隨著我國高等教育快速發展，高校實驗室的數量和質量急速躍升，為學校教學實踐和科研創新起到了重要支撐作用，但與此同時，因高校實驗存在種類多樣性、人員流動性、布局分散性和研究探索性等原因，實驗安全風險防控難度較大，時有發生的各類實驗室安全事故和事件使高校面臨較大威脅，且引起了社會普遍關注和國家高度重視。從2015 年“8.12 天津港特大爆炸事故”后，國家對安全生產提出更高更嚴的要求，教育部也逐年加大對全國高校實驗室安全督查檢查力度，先后經歷了起步、鞏固、擴大和提升幾個階段，對提升高校實驗室安全管理水平起到了推動作用。近年來，全國高校通過專項檢查整改彌補了長時期的安全管理歷史欠賬，但實驗室安全作為學校大安全的一個重要組成部分，是一項特殊而漫長的工程，當前很多高校仍未將實驗室安全相關的風險因素、管控環節統籌銜接，出現責任劃分不清、重點危險源監管不到位、安全教育不充分、條件保障不足和安全制度針對性不強等問題，使高校實驗室安全工作仍面臨巨大挑戰。因此，如何從高校自身管理特點出發，系統化管控高校實驗室安全，提升實驗室安全綜合治理水平，是當前高校所面臨的重要關鍵課題。

1 高校實驗室安全管控研究熱點

近年來，實驗室安全事故頻頻發生。不僅嚴重影響著校園安全，而且廣受社會各界關注。2001～2021年間，全國高校實驗室發生的126 起實驗室安全事故共造成20 人死亡、107 人受傷，事故類型主要分為火災事故、爆炸事故、中毒事故、機械傷害事故、觸電事故和其他［1］。在如此多事故背后，針對高校實驗室安全領域的研究越來越成為熱點。

1.1 高校實驗室安全研究文獻出版趨勢

隨著國家宏觀監管力度不斷加強和學校自身面臨安全管控迫切要求，高校實驗室安全相關研究逐漸激增，實驗室事故的頻發，迫使實驗室安全的研究成為熱點話題［2］。通過梳理近十年（2012～2021 年）高校實驗室安全領域已發表的文獻，以Web of Science 為網絡平臺數據庫，將“高校實驗室安全管理（university laboratory safety management）”“高校實驗室事故致因（cause of university laboratory accident）”“高校實驗室風險評估（university laboratory safety risk assessment）”作為檢索式，檢索發現到了2185 篇文獻，這些文獻直觀反映出近年來此領域愈加受各界管理者和學者所重視，特別是2018 年后呈顯著增長的態勢，全球高校實驗室安全研究文獻的出版趨勢如圖1 所示。

圖1 全球高校實驗室安全研究文獻的出版趨勢

1.2 高校實驗室安全研究關鍵詞分析

關鍵詞共現網絡，可有助于識別該知識領域內出現的重要關鍵詞，同時提取該領域的主要研究主題，可說明這些出版物的關鍵詞是如何聚集在一起的。節點的大小表示關鍵詞所出現的頻率，節點與節點之間的重合表示關鍵詞在網絡上一起出現的次數。本文使用VOS軟件，可視化展現高校實驗室安全研究文獻的關鍵詞共現網絡，如圖2 所示。

圖2 高校實驗室安全研究文獻的關鍵詞共現網絡

由圖2 可知，近十年高校實驗室安全領域的研究主要是圍繞“風險（risk）”“行為（behavior）”“事故（accident）”3 個集群展開的。

關鍵詞隨時間演化進程，在一定程度上可以反映該研究領域的演化路徑。時間網絡圖在時間的維度上展示了高校實驗室安全的關鍵詞分析。節點的大小表示關鍵詞所出現的頻率，節點的顏色代表了關鍵詞所發表的年份，高校實驗室安全研究文獻關鍵詞時間網絡，如圖3 所示。

圖3 高校實驗室安全研究文獻關鍵詞時間網絡

由圖3 可知，近十年關于實驗室安全的研究正趨向于信息化風險評估（risk assessment of informatization）、信息化管理系統（management system of informatization）等研究領域。因此，運用信息化提升實驗室安全管理的新模式是當前較為關注的熱點。

2 高校實驗室安全管控“六個維度”

高校實驗室安全管控是一個相對復雜的總系統，如何將信息化理念和手段運用于此領域，使高校降低安全風險，提升實驗室的安全等級水平，需要結合高校實驗室安全特點開展針對性設計。為便于分析研究，我們將高校實驗室安全管控劃分為重點實驗安全、安全制度體系、安全責任體系、安全教育培訓、安全條件保障和特種設備體系“六個維度”的子系統，并對各子系統的管控對策要點分別作出闡釋，為高校實驗室安全信息化管控實施創造體系條件。

2.1 重點實驗分類分級管理

高校應根據學科分類，對不同學科和專業的實驗室分類管控、精準管控，應突出加強對化學、生物、輻射、機電等重點實驗的安全管理［3］。化學類實驗應高度關注危險化學品、氣體鋼瓶、高溫高壓設備、實驗操作及危險廢棄物管理；生物類實驗應高度關注病原微生物采購、保管及實驗室動物安全等；輻射類實驗室應當高度關注實驗物品的采購運輸、放射性廢棄物暫存、輻射類實驗資質、人員操作許可等過程管理；機電類實驗室應當高度關注機械、電氣、激光和粉塵等危險因素安全管理，做好實驗環境保護和個體防護工作［4］。重點實驗安全管控要點，如圖4 所示。

圖4 重點實驗安全管控要點

2.2 實驗管控制度制定執行

安全管控制度的制定涉及政府和高校兩個層面。國家、地方政府要盡可能結合高校教學科研活動特點，出臺區別于企業的、適用于高校的各類安全管理政策和標準。高校應在遵守國家、地方政府制定的相關法律、法規和規范、規定的前提下，結合自身特點和實際，不斷完善形成“層級明確、重點突出、獎懲分明”的實驗室安全管理規章制度體系，高校須嚴格規范執行［5］。目前，我國高度重視實驗室安全，先后出臺了《高等學校重點實驗室建設與管理暫行辦法》《高等學校實驗室工作規程》等規章制度和GB／T 27476—2014《檢測實驗室安全》、GB／T 31190—2014《實驗室廢棄化學品收集技術規范》、GB 19489—2004《實驗室生物安全通用要求》等國家標準［6］。地方政府要在上述規定和規范的基礎上，結合高校實驗活動實際情況，查漏補缺，對國家規定和規范沒有涉及到和具體說明的內容進行補充。實驗室安全制度管控要點，如圖5 所示。

圖5 實驗室安全制度管控要點

2.3 業務管理責任壓實落細

高校應明確有處級職能部門作為實驗室安全的主管部門，其他各有關職能部門協同共管［7］。不僅如此，高校應嚴格落實《安全生產法》中“管業務必須管安全”的要求，對實驗室安全工作相關的保衛、教務、科研、研究生管理、人事等職能部門清晰界定安全職責分工，形成“機構健全、橫縱到底”的安全責任體系［8］。實驗室安全責任管控要點，如圖6 所示。

圖6 實驗室安全責任管控要點

2.4 安全素養教育持續深入

高校應根據現行的國家、教育部相關規范，高度重視實驗室安全教育，結合學校實驗室安全工作具體情況，構建形式多樣、內容豐富、具有針對性的實驗室安全教育培訓體系［9］，著重從安全培訓教育、安全應急演練、安全文化創建等方面深入開展安全教育，并廣泛收集師生和專家學者的建議，對現有的安全教育體系進行優化和改進［10］。實驗室安全教育管控要點，如圖7 所示。

圖7 實驗室安全教育管控要點

2.5 條件保障措施加大夯實

高校需在人員隊伍、支持經費、硬件軟件及環保設施等方面加大配備和投入，夯實實驗室安全全方位保障能力［11］。同時加強在危險源辨識、安全巡檢、隱患整改安全巡檢保障，并針對重點實驗制定基于自身的“資源可控、操作可達”的應急預案，做好充分的危機應對條件保障［12］。實驗室安全保障管控要點，如圖8所示。

圖8 實驗室安全保障管控要點

2.6 特種設備跟蹤閉環管控

高校應加強實驗特種設備的安全管理，包括高壓設備、高溫、制冷設備、起重設備和專用車輛設備。對特種設備的安全管理，應從設備使用資質許可、特種設備使用場所、使用操作規程等方面做實做細，從采購、使用、管理到設備報廢，實現特種設備的生命全周期管理，對特種設備安全狀況持續關注、跟蹤管理，形成可追溯的全過程信息記錄［13］。實驗室特種設備管控要點，如圖9 所示。

圖9 實驗室特種設備管控要點

3 高校實驗室安全風險仿真模擬

在對以上“六個維度”子系統的管控體系要點闡述的基礎上，還需進一步針對子系統之間及其與管控總系統的反饋關系深入探索信息化管控實施的針對性和計劃性。由于高校實驗室安全是一個完整、有機的復雜系統，我們可以運用系統動力學的仿真方法優勢，對其各子系統的要素邏輯關系、風險傳導過程及影響程度大小等問題開展具體分析研究。

3.1 實例選取

為便于分析，本文選取了11 所高校作為實例進行模型仿真模擬。11 所樣本高校在學校特色、學科類別、實驗室類型等方面均具有一定的代表性。具體來講，以學校特色分類，樣本包括全國重點、“雙一流”高校9 所，地方重點高校2 所；以學科類別分類，樣本包括理工類高校5 所，綜合類高校4 所，師范類高校2所；在實驗室類型方面，樣本高校涵蓋了化學、生物、輻射、機電、土木、特種設備等各種類型；在隸屬關系方面，樣本包括教育部直屬高校7 所、工信部高校2 所、教育部與省合建高校2 所。

3.2 各子系統的實際作用率

本文選取的“六個維度”子系統并不是獨立的，并不是其中一個子系統安全就能保證高校實驗室安全，只有子系統之間協調運轉時，高校實驗室安全才能達到本質安全，各個子系統在高校實驗室安全保障中的作用和影響程度不盡相同。通過設置6 種不同的模擬情景對子系統的實際作用率進行分析［14］，實際作用率是指調控某個子系統各因子增加量增加至一定值，其他子系統增加量保持不變的情況下，對比分析調控某個子系統各因子增加量變動的前后實驗室安全風險總水平值的變化情況，仿真得到增加各子系統相同增加量時實驗室安全風險總水平值的變化情況。11 所高校實驗室安全各子系統實際作用率，如圖10 所示。

圖10 高校實驗室安全各子系統實際作用率

3.3 影響程度分析

通過對比分析發現，11 所高校對于6 個子系統的敏感性趨勢較基本一致表現為：重點實驗安全風險子系統＞安全制度體系子系統＞安全責任體系子系統＞安全教育體系培訓子系統＞安全條件保障子系統＞特種設備安全風險子系統。通過以上11 所高校實驗室安全風險仿真分析，驗證了實驗室安全管理過程中，高校應注重不同子系統的特征，以信息化為手段，針對性、計劃性實施管控措施。

4 高校實驗室安全立體化管控對策及應用

4.1 立體化管控對策設計思路

基于以上高校實驗室安全“六個維度”管控體系闡釋和仿真模擬分析，進而將高校實驗室安全信息化管控集合形成一個總系統，可提出立體化管控設計總體思路為：建立實驗室安全管理“數據中臺”，打造“實驗室安全生態”，從而實現對實驗室房間信息、分級分類、重要危險源、實驗人員、實驗記錄、實驗資質、實驗規程、準入培訓、制度及責任落實等重要信息的“大數據管理”，以發揮數據的監測、分析、預警及決策作用［15］；將實驗室安全管理由原先“管理者單向管控”向“相關方全員參與治理”轉變，依托信息技術、人工智能構建多功能、交互式、研判型管控平臺，實現全員、全程、全要素立體化管控［16］。高校實驗室安全立體化管控架構，如圖11 所示。

圖11 高校實驗室安全立體化管控架構

4.2 立體化管控對策實施原則

（1）業務流程梳理再造。在現有管理方式下，高校需設定準確的安全定位，全面收集實驗室安全各參與方的意見建議，并以信息化為驅動，對實驗室安全管理模式進行深度的流程再造和業務梳理，搭建實驗室安全管控平臺［17］。

（2）統籌規劃分步實施。高校要結合自身事業發展規劃和智慧校園等規劃，制定出符合國家戰略和學校實際的立體化管控中長期詳細規劃，突出重點和迫切需求，合理設定科學、合理的分期實施方案。

（3）技術改進適時調整。立體化管控實施過程中要充分運用當前互聯網、物聯網、人工智能等關鍵技術，實現實驗室安全管理的“硬軟結合”，同時也要預留出適應遠期規劃的通訊數據標準和拓展接口，保持管控系統的可持續性［18］。

4.3 立體化管控對策實踐應用

以本文作者所在高校為例，在此架構統領下，分期規劃實施，已先后建成化學品管理平臺、實驗室安全教育平臺、實驗室安全巡檢平臺和實驗室危險源管控平臺，正在設計構建中的實驗室信息管理（LIMS）平臺將對總系統進行科學補充，最終形成云平臺閉環。各平臺架構和功能如下：

（1）化學品綜合管理平臺?；瘜W品綜合管理平臺主要用于化學品（含氣體鋼瓶）的申購、入校、入庫、領用、盤點、巡檢和處置，包括化學品線上申購、分級分類審批、訂單簽收、訂單驗收、訂單領用、訂單統計分析、廢棄物管理等功能?；瘜W品管理平臺架構、見圖12。

圖12 化學品綜合管理平臺架構

（2）實驗室安全教育平臺。實驗室安全教育平臺具有實驗室安全知識、政策法規教育培訓及實驗室安全準入考試功能。安全知識板塊涵蓋通識類、危險化學品安全、建筑與土木安全、消防安全、電氣安全、機械安全、礦業安全、地質安全、輻射安全、環境安全、特種設備、衛生保健等十二類內容；政策法規板塊分為國家級政策法規、上級管理部門政策法規、校級規章制度。實驗室安全教育考試系統板塊，是學校建立實驗室安全準入工作機制的一個平臺，具有題庫管理、自測管理、試卷管理與考試管理等功能。實驗室安全教育平臺架構及安全教育流程，見圖13。

圖13 實驗室安全教育平臺架構及流程

（3）實驗室安全巡檢平臺。實驗室安全巡檢平臺對每次安全檢查發現的各類隱患予以單位內網上通報，線上跟蹤整改進程，將信息技術與實驗室安全檢查工作相融合，形成線上線下實驗室安全閉環管理。功能包含：實驗室信息維護、安全巡檢任務下發、巡檢情況匯總、實驗室整改跟蹤等。實驗室安全巡檢平臺架構及功能展示，如圖14 所示。

圖14 實驗室安全巡檢平臺架構

（4）實驗室危險源管控平臺。實驗室危險源管控系統以實驗室房間為單位，將實驗室高溫高壓設備、氣體鋼瓶、危險化學品等進行集成管理，可實現實驗室危險源的智能化、安全化、可視化管理。具有實驗室危險源信息管理、GIS定位管理、權限管理、危險源監控、報警記錄、統計分析等功能。實驗室危險源管控平臺架構及功能展示，如圖15 所示。

圖15 實驗室危險源管控平臺架構及界面展示

4.4 立體化管控對策應用效果

基于信息化的立體化管控對策實施以來，已將校級發布的28 個各類管控制度規定內嵌入各子平臺，并陸續實現平臺間的數據共享對接，年度平均信息化數據總量26.62 萬Mb，年度訪問總量148 萬人次，為提升作者所在高校的實驗室安全管理水平起到了顯著的推動作用，學校管理實踐經驗也受到社會關注，《中國科學報》和科學網以《實驗室安全“求解”》［19］為題刊登報道。學校實施立體化管控對策的應用效果主要體現在：

（1）以“全程追蹤”為標準的化學品管理平臺率先在北京市高校實施了管制類?；稲FID 電子追蹤，作為落實“公安部令第154 號”有關易制爆危化品流向管理的典型單位，學校先后參與了北京市地方標準《劇毒、易制爆危險化學品電子追蹤管理規范》（DB11／T 1904—2021）初審和終審，該地方標準在全國具有引領示范效應，已于2022 年4 月1 日起正式實施。同時，學校?；穾旌突瘜W品管理平臺先后迎接北京大學、清華大學等十余所國內知名高校專家參觀訪問和交流。

（2）以“分級分類”為抓手的危險源管控平臺已實現對學校69 間一級、110 間二級、326 間三級管控實驗室?；贰怏w鋼瓶、高溫高壓及特種設備的GIS可視化管控。同時，學校在此基礎上完善了一系列實驗室“建（新建、改建、擴建）”“立（科研項目立項、研究生開題立項）”“開（新開實驗）”購“危險實驗品采購”等重點環節的風險評估配套實施細則，增強了學校、學院的安全管控和應急處置能力。

（3）以“全員參與”為宗旨的實驗室安全教育平臺實施3 年來，通過設置必修、選修課程，面向18 566名學生、348 名實驗管理人員和160 名新入校教職實施實驗室安全準入教育，分別從通識、專業不同角度定制培訓考試方案，對學校能源、礦加、應化、環境、安全、地質、機械、電氣、材料、力學、土木、巖土等實驗參與人員進行實驗技能和演練實操等精準化培訓。

（4）以“閉環銷號”為目標的實驗室安全巡檢平臺實施以來，已形成常態化的巡檢機制，學校成立由27 名行業專家組成的實驗室安全督導組和10 名研究生組成的實驗室安全巡查組，確保校級檢查年度不少于8 次、院級檢查年度不少于12 次、一級風險實驗室自查每月不少于2 次，通過平臺、手機APP 實現安全隱患的整改下達、進度審核和復查，實現安全隱患整改限時閉環銷號。

我校將重點實驗管理、安全制度執行作為靶向，安全責任落實、安全教育深入作為前提，安全條件提升、特種設備跟蹤作為保障，實施實驗室安全的宏觀、中觀、微觀聯動管理，幾年來實驗室安全事故（事件）接警、接報次數呈逐年下降趨勢。在主管部門實驗室安全現場檢查中，隱患數低于被檢查高校平均水平，且逐年下降比率為13.6%。

5 結語

結合實驗室安全領域研究趨勢，運用系統動力學仿真模擬結果，提出高校實驗室立體化管控對策，各子平臺的設計、運行均以總“安全云平臺”為伺服對象，平臺間保持功能相對獨立、數據可交換傳遞的有機聯系，已初步實現數據實時調取、預警和分析的目標。隨著信息技術和人工智能的快速發展，可以借助AI、AR、VR等技術手段，將以上各平臺深入整合，并集成為功能更強、更便捷的信息化平臺，構建更為智能化的高校實驗室安全管控體系，不斷提升高校實驗室安全等級水平。