基于三類危險源理論的高校科研實驗室風險分級管控方法研究

賈海江，李培省，趙 明，常 誠，王淼淼

（1.北京市科學技術研究院城市安全與環(huán)境科學研究所，北京 100054；2.北京科技大學土木與資源工程學院，北京 100083）

0 引言

高校科研實驗室是高校實施人才培養(yǎng)、開展科學研究和推動社會創(chuàng)新發(fā)展的重要基地。近年來，高校實驗室建設規(guī)模不斷擴大，科研活動日益頻繁，但由于高校安全管理薄弱、師生安全意識淡薄、多種危險源集中等多種原因，高校實驗室面臨的安全風險愈加復雜；據(jù)不完全統(tǒng)計，自2009～2019 年，高校實驗室火災爆炸、中毒等事故總數(shù)100 多起，其中至少有45 起事故造成了人員傷亡［1-4］；其中“12.26”北京交通大學火災爆炸事故［5］，造成3 人死亡，再一次為高校實驗室安全敲響警鐘，同時也引發(fā)更多的深思。高校實驗室事故的發(fā)生不僅威脅著廣大師生的人身安全，還對高校的聲譽造成了嚴重影響，因此作為實驗室安全管理工作的基礎——實驗室風險評估工作，對于實驗室的風險控制尤為重要。

1 研究現(xiàn)狀

近年來國內(nèi)外專家學者對實驗室風險評估開展了豐富的研究。高玉坤等［6］基于風險矩陣的方法建立了高校實驗室氣瓶風險評估體系，分析了氣瓶傾倒、泄漏和爆炸3 種氣瓶相關的事故情形，并根據(jù)風險矩陣的方法判定各個事故情形發(fā)生的概率及事故后果嚴重性，從而確定相應的風險等級。李自衛(wèi)等［7］應用新加坡實驗步驟半定量評估方法對某合成實驗進行了風險評估，通過分析各個步驟的潛在危險，利用可能性及嚴重性對危險進行分級，采取相應的管控措施后再次進行風險等級的估算，并判定其是否在可接受水平。王曄等［8］用量規(guī)法評估高校實驗室安全風險。陸琳睿［9］提出了將BP神經(jīng)網(wǎng)絡應用于實驗室安全評價體系模型；任穎［10］提出了基于模糊數(shù)學理論建立實驗室安全管理評價指標體系。

雖然風險分析與評估的方法種類繁多，但由于高校實驗室自身的特殊性，如使用者流動性大、化學品種類繁多、實驗時間間斷性等［11］，目前對于高校實驗室風險評估的研究及對實驗室的風險分析尚不夠深入。高校實驗室風險評估方法還存在諸多不足：

（1）對高校實驗室的人員不安全行為的研究較少。盡管實驗室安全事故發(fā)生的情景以及實驗室實際作業(yè)條件與建筑行業(yè)或煤礦行業(yè)差別較大，但作為安全實現(xiàn)的主體，實驗室人員的不安全行為依然是實驗室安全管理工作的一個關鍵切入點。

（2）實驗室安全管理重視不夠。沒有考慮到高校實驗室管理體系的運行的特殊性，忽略了在管理制度實際落實效果方面存在的問題及隱患。

（3）現(xiàn)有風險評估指標多不完善。①化學品管理的風險評價指標中，影響化學品傷害事故發(fā)生可能性的指標包括化學品的采購、儲存以及化學品使用和廢棄的管理制度及方式等，但卻忽視了實驗室化學品儲量這一重要指標，儲量的多少將會直接影響到事故后果的嚴重程度，因此也應量化進實驗室風險評價和指標體系。②實驗室內(nèi)危險儀器（例如高溫、低溫、輻射等高危設備）的數(shù)量，以及學生對該類設備的使用頻率或暴露頻次，也應作為實驗室固有風險值大小的一部分考慮；此外，現(xiàn)有評估體系中尚未考慮實驗室科研項目不同階段的動態(tài)因素以及實驗過程的不確定性等因素。

2 安全風險素辨識

全面、準確辨識安全風險，是開展高校實驗室風險評估工作的基礎，而高校科研實驗室安全風險的復雜性和多樣性，一般的事故致因理論很難對實驗室不同防控層級的事故因素進行深入分析，采用三類危險源的理論方法對高校實驗室安全風險辨識開展相關研究，根據(jù)三類危險源理論中導致事故發(fā)生的因素之間的層次關系，可以對其安全風險進行全面快速地分析［12-13］；在三類危險源理論中，第1 類危險源定義為能量載體或危險物質(zhì)；第2 類危險源定義為物的故障、物理性環(huán)境因素，個體行為因素等；而第3 類危險源則是安全管理決策、組織失誤等。

（1）第1 類安全風險。即固有安全風險，主要指實驗室的危險物質(zhì)或能量載體，如實驗室的易燃液體、易燃固體、毒性物質(zhì)以及氧化物等危險化學品，高壓氣瓶以及高溫高壓或高速設備等，是實驗室事故發(fā)生發(fā)展的物質(zhì)性前提條件。

（2）第2 類安全風險。即觸發(fā)型安全風險，主要指實驗室對各種第一類安全風險的能量采取的約束措施失效，包括實驗室人員的個體行為因素、實驗室環(huán)境因素以及對第1 類危險源采取的技術防控措施失效等因素，是事故發(fā)生的觸發(fā)條件。

（3）第3 類安全風險。實驗室安全管理組織運行的因素（管理型安全風險），是對第2 類安全風險的糾正不及時或整改不力，主要包括實驗室安全責任體系的建立、規(guī)章制度的制定、安全保障條件、安全管理人員配置、安全教育以及安全檢查等方面存在的問題因素，是事故發(fā)生的根本原因。

通過實驗室事故分析以及對實驗室現(xiàn)場調(diào)研，本文從第1 類安全風險（固有風險）、第2 類安全風險（觸發(fā)型安全風險）及第3 類安全風險（管理型安全風險）3 個方面，對實驗室安全風險進行辨識。

2.1 實驗室第1 類安全風險辨識

以化學類科研實驗室為例，第1 類安全風險多種多樣，危險化學品是化學類科研實驗室中主要的第1類安全風險，如表1 所示。高校實驗室的危險化學品的種類繁多，但數(shù)量與生產(chǎn)型企業(yè)相比較少。因此，對于實驗室危險化學品的危險性分析應主要側(cè)重于危險化學品的自身物質(zhì)特性，以及危險化學品在實驗現(xiàn)場的數(shù)量。

表1 實驗室危險化學品安全風險

在化學實驗室中，普遍會使用到一些高溫高壓或高速的儀器設備，例如烘箱、馬弗爐、高溫爐、水浴鍋、超高速離心機，以及氫氣、氮氣、氧氣等各類氣瓶，都是具有較高能量的單元，屬于實驗室第1 類安全風險。根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，實驗室常見的危險儀器設備見表2。

表2 儀器設備類安全風險

此外，科研項目的特殊反應工藝，作為危險化學品以及儀器設備等各類安全風險的集合，是第1 類安全風險的特殊存在形式，也應作為實驗室第1 類安全風險進行管理，如壓力實驗、持續(xù)加熱實驗以及合成放熱等反應都有可能引起劇烈反應，使反應器內(nèi)部壓力突變，導致事故的發(fā)生。根據(jù)實驗室調(diào)研，部分科研項目風險如表3 所示。

表3 實驗室科研項目安全風險

2.2 實驗室第2 類安全風險辨識

第1 類安全風險的存在是實驗室事故發(fā)生的前提條件，只有在其存在的情況下，才會出現(xiàn)第2 類安全風險，因此對后者辨識應圍繞著前者來考慮。實驗室第2 類安全風險是對各種第1 類安全風險的能量采取的約束措施的失效，主要表現(xiàn)形式為個體行為因素、實驗室場所環(huán)境以及對科研實驗、危險化學品、氣瓶和儀器設備的風險防控等方面存在的問題。根據(jù)對實驗室事故統(tǒng)計以及事故原因分析，結(jié)合對實驗室現(xiàn)場調(diào)研，將實驗室常見的第2 類安全風險劃分為個體行為因素、實驗室場所及基礎安全，以及對第1 類安全風險采取的技術防控措施的失效3 個方面。

（1）個體行為因素。在化學實驗室中，個人行為因素直接影響著實驗室的安全狀況，不安全的個體行為是實驗室第1 類安全風險導致事故的重要觸發(fā)因素，屬于實驗室第2 類安全風險。個人行為因素存在的問題主要有：①安全意識較低，意識不到實驗室存在的風險，或意識到了緊急危險的存在但依然繼續(xù)進行實驗操作，未及時采取自我保護措施。②未接受專業(yè)安全教育，安全知識不足，不足以應對實驗過程中的風險。③未遵守實驗安全操作規(guī)程，實驗過程不規(guī)范、未按規(guī)定要求開啟相關防護設備或未根據(jù)實驗過程中存在的風險佩戴正確的個人防護用品等。

（2）實驗室場所及基礎安全。實驗室的場所環(huán)境，用水用電，通風系統(tǒng)，個人防護用品，應急設施及防護用品的配置等是影響實驗室安全的重要因素，規(guī)范有序的實驗室場所是師生開展實驗的有力保障，也是做好實驗室安全管理工作的前提條件。實驗室場所及基礎安全方面存在的問題會導致實驗第1 類安全風險防控缺乏基礎保障條件，屬于第2 類安全風險。存在的問題主要有：①實驗室所依托的建筑、裝修不符合消防要求；②實驗室的安全出口設置等不符合消防疏散要求，如緊急疏散通道被雜物堵塞等；③實驗室空間布局不合理，實驗區(qū)域與學習辦公區(qū)混用，未做有效隔離；④實驗室水電布局不合理，管道選材不當以及管線敷設未做有效固定等，影響實驗室的正常使用；⑤實驗室未配置通風系統(tǒng)或通風系統(tǒng)未按相關標準建設，風速、風量不符合要求等；⑥缺少護目鏡、防護服等個人防護用品，以及洗眼器、應急淋浴、急救藥瓶等應急設備設施的配置等。

（3）第1 類安全風險技術防控措施的失效。第1類安全風險技術防控措施主要是指對第1 類安全風險所采取的最基礎的風險防控措施，主要包括科研項目、危險化學品、氣瓶以及危險儀器設備的風險防控。①科研項目風險防控主要包括對科研項目中實驗過程的風險評估以及風險防控措施的落實，存在的問題主要為科研項目未進行風險評估或科研項目風險防控措施未落實，例如個人防護裝置、設備安全性能不符合實驗過程的風險防控要求等。②危險化學品的風險防控應包括采購、儲存安全、使用過程安全和廢棄處置的全過程等。存在的問題主要為危險化學品采購過程不符合規(guī)范，購買不合格的危險化學品；危險化學品儲存量過多、互為禁忌的危險化學品混存、存放位置不合適以及未使用危險化學品專用儲存柜等；實驗室的危險化學品安全技術說明書不齊全，配置試劑、樣品等未貼試劑標簽；危險化學品的取用未制定安全操作規(guī)程或缺少風險控制程序；危險化學品廢棄物未設置專門的暫存地點以及專用的分類儲存容器，危險化學品廢棄物暫存量過多，未及時處理等。③氣瓶風險防控應包括氣瓶的采購、驗收、存放、使用過程以及相應的報警裝置的設置等，存在的問題主要包括未建立氣瓶臺賬；從無資質(zhì)供應商處采購氣瓶，未進行安全驗收而導致氣瓶無定期檢驗合格標識或安全附件缺失；氣瓶存放量過多，存放地點不當（如應遠離熱源等要求）；實瓶、空瓶以及可燃性氣體、助燃性氣瓶混放；使用易燃易爆氣體或密閉空間使用大量窒息性氣體等未設置相應的氣體探測報警裝置；氣瓶使用過程中氣瓶管路連接混亂，標識不明，去向不清等。④儀器設備的風險防控應包括用電、布局、設備安全防護以及設備的檢修維護等各個方面。存在的主要問題為未建立相應的設備臺賬，對設備的檢修維護及壓力容器的定期檢驗不全面，不能及時發(fā)現(xiàn)設備存在故障；大功率設備的配電用線不匹配，冰箱、烘箱以及電阻爐等有散熱需求的設備環(huán)境空間不足，設備布局不合理等。

2.3 實驗室第3 類安全風險辨識

第3 類安全風險是對第2 類安全風險糾正的不及時或整改不力。應主要從實驗室安全管理組織體系、規(guī)章制度的建設、安全投入、安全培訓以及安全檢查等方面進行辨識。

（1）安全管理組織體系。建立完善的組織體系是安全管理工作順利開展和對第2 類安全風險進行防控的基礎，組織體系缺陷屬于第3 類安全風險。高校實驗室安全管理組織體系方面存在的問題主要為學校實驗室安全管理機構(gòu)（包括院系、實驗室）責任人不明確，或未明確學校實驗室安全主管部門，職能部門之間缺乏統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，相互掣肘，無法保證安全管理工作的有效開展等。

（2）安全管理制度。科學有效的規(guī)章制度是實施實驗室安全管理的重要環(huán)節(jié)，實驗室安全管理制度不完善，會導致實驗室管理人員對第2 類安全風險防控措施的落實無章可依，屬于第3 類安全風險。存在的問題主要有：①規(guī)章制度編制不全面不科學，缺乏實際操作性，如未制定實驗室安全獎懲制度、制定的安全檢查制度不能夠保證實驗室的隱患排查閉環(huán)管理等；②院系未結(jié)合實際情況細化管理要求，或未針對學科特色做安全補充規(guī)定，如缺少專業(yè)的危險性實驗指導書等；③實驗室未針對風險分布情況制定相應的安全管理要求，或未建立實驗室的安全檢查與值班值日制度等。

（3）經(jīng)費保障。實驗室安全經(jīng)費保障缺失則無法為第2 類安全風險糾正程序提供資金上的支持，屬于第3 類安全風險，存在的問題主要有：①學校專項安全經(jīng)費缺失，無法保障實驗室安全基礎設施建設，導致實驗室基礎設施條件欠缺，或存在其他重大安全隱患；②學校未設立安全常規(guī)經(jīng)費，或預算經(jīng)費太少，不足以保障實驗室安全管理工作的有序開展；③院系、實驗室自籌經(jīng)費不足，例如，對實驗室通風設施，安全防護設施等投入不足，不能支撐實驗室基本安全工作等［14］。

（4）安全教育。安全教育是提高實驗室?guī)熒踩庾R，提升實驗相關安全知識，保證實驗室安全的重要環(huán)節(jié)。部分高校實驗室對師生只在形式上進行簡單的安全知識培訓與教育，浮于表面，沒有落實到位，在效果、廣度以及專業(yè)性等方面存在一定的不足，師生對實驗室安全專業(yè)知識并沒有完全掌握，對各種危險化學品、儀器設備的安全防范措施等沒有融會貫通，對實驗操作與防護的安全理解不到位，無法有效預防實驗室事故的發(fā)生［15］。實驗室在安全教育方面存在的問題會對個體行為因素產(chǎn)生較大的影響，屬于第3 類安全風險。

（5）隱患排查。隱患排查是監(jiān)督實驗室規(guī)章制度是否落實的重要手段，隱患排查及整改不力［16］，直接影響對第2 類安全風險的辨識和糾正措施的落實，屬于第3 類安全風險。實驗室安全檢查方面存在的問題主要有：①學校及學院未建立安全風險清單，對安全風險分布情況掌控不明；②未組建專業(yè)的安全檢查隊伍，檢查人員對隱患的辨識能力欠缺，在安全檢查過程中無法全面辨識出存在的第2 類安全風險；③學校及學院未制定安全檢查計劃，或未按計劃進行安全檢查；④對安全檢查過程中發(fā)現(xiàn)的隱患整改未及時跟進整改，即第2 類安全風險的糾正程序不足等。

3 風險管控

綜合應用風險矩陣等多種方法，進而對安全風險進行評估。實驗室事故的發(fā)生具有較大的隨機性和不確定性，事故后果與事故發(fā)生時實驗室的固有風險即第1 類安全風險分布密切相關，而實驗室第2 類安全風險則對事故發(fā)生概率起著決定性的作用。因此，可以將前兩類安全風險的風險評估結(jié)果分別作為實驗室事故發(fā)生后果以及可能性參考，結(jié)合風險矩陣的方法，將實驗室風險分為四個等級。分別為重大風險實驗室，較大風險實驗室、一般風險實驗以及低風險實驗室，如圖1 所示。

圖1 實驗室風險等級判定矩陣

通過實驗室風險評估，明確各個實驗室的風險分布情況。對于重大風險的實驗室，學校層級的安全主管部門應重點監(jiān)管，理清實驗室安全風險的主要類型，協(xié)助實驗室完成對安全風險防控措施的落實。通過對第2 類安全風險的全面檢查，明確安全風險防控措施失效的主要環(huán)節(jié)，加強管理，避免類似的隱患再次出現(xiàn)。對于較大風險的實驗室，所屬學院應負責重點監(jiān)管，加強安全檢查的頻次，對安全檢查中問題隱患，應及時跟蹤其整改落實情況。在檢查過程中，若發(fā)現(xiàn)重大事故隱患，導致實驗室的風險等級升高，應立即報備學校，實施聯(lián)動監(jiān)管。對于一般風險和低風險的實驗室，學院應定期進行檢查，同時，實驗室應自覺進行安全風險防控措施的落實。對于風險等級不同的實驗室，應從安全檢查、教育培訓和定期風險評估等方面實現(xiàn)差異化動態(tài)監(jiān)管，如圖2 所示。

圖2 不同風險等級實驗室差異化管理示意

通過對實驗室安全風險系統(tǒng)辨識，可將實驗室建立如圖3 的實驗室風險管控體系圖。風險分級管控作為實驗室事故預防中的第3 道防火墻，把實驗室第1類安全風險辨識作為風險分級的基礎。高校化學類實驗室中化學試劑種類多并且危險性大，實驗室中的安全風險種類和數(shù)量較多，以實驗室為基礎單元，對實驗室的固有風險進行分析和研究。首先對實驗室第1 類安全風險進行辨識，建立相應的安全風險臺賬，進而根據(jù)第1 類安全風險評估方法對實驗室固有風險評估進行評估和分級。通過對實驗室第1 類安全風險的辨識和固有風險分級的結(jié)果，繪制實驗室風險地圖，明確出各個實驗室第1 類安全風險的分布情況。

圖3 實驗室風險管控體系圖

以隱患排查和隱患治理作為實驗室事故預防中的第2 道防火墻，即全面核實實驗室的第2 類安全風險，通過系統(tǒng)而細致全面的安全檢查，明確實驗室安全風險防控中的每一個環(huán)節(jié)，確保不會由于第1 類安全風險防控措施的存在缺陷而產(chǎn)生第2 類安全風險，從而引起事故的發(fā)生。實驗室隱患排查應覆蓋對第1 類安全風險防控的每一個環(huán)節(jié)，對實驗室中個體行為風險、實驗場所風險、危險化學品風險、氣瓶風險和儀器設備風險等方面進行全面的隱患排查，及時記錄并制定相關整改措施，確保整改的及時性和有效性，避免由于實驗室各類隱患即第二類安全風險的發(fā)展而導致事故。

以安全管理水平的提高為實驗室事故預防中的第3 道防火墻，第3 類安全風險在實驗室事故的發(fā)生發(fā)展中有正效應和負效應作用兩種影響。因此，實驗室安全管理應結(jié)合第3 類安全風險的風險等級即實驗室當前的安全管理組織運行狀況采取相應的風險管控措施。

（1）對于組織運行狀況等級為差的實驗室，其事故風險有很大程度的發(fā)展惡化的趨勢。此時，對于事故風險等級同時為重大風險，或較大風險的實驗室，為不可接受的風險，應立即關停整治。應從實驗室的責任體系、規(guī)則制度、經(jīng)費保障、安全教育以及安全檢查和隱患整改等各個方面進行優(yōu)化改進，明確實驗室責任人和各項管理制度，保證實驗室安全管理組織運行狀況能夠應對實驗室風險管控措施的有效實施。在實驗室組織運行狀況得到顯著提升之前，學校或院系級實驗室安全管理部門，應協(xié)助實驗室進行風險管控工作，使實驗室風險保持在可接受水平（見圖4）。

圖4 實驗室組織運行狀況等級為差時，風險變化趨勢

（2）對于組織運行狀況等級為較差的實驗室，其事故風險有較大程度的發(fā)展惡化的趨勢。此時，對于事故風險等級同時為重大風險的實驗室，為不可接受的風險，應立即關停整治。應從實驗室的責任體系、規(guī)則制度、經(jīng)費保障、安全教育以及安全檢查和隱患整改等各個方面進行優(yōu)化改進，明確實驗室責任人和各項管理制度，保證實驗室安全管理組織運行狀況能夠應對實驗室風險管控措施的有效實施，逐步加強對實驗室第2 類安全風險的風險管控力度，將實驗室風險降低至可接受水平（見圖5）。

圖5 實驗室組織運行狀況等級為較差時，風險變化趨勢

（3）對于組織運行狀況等級為一般的實驗室，其事故風險發(fā)展趨勢相對平穩(wěn)。應針對實驗室在組織運行過程中存在的主要問題進行改進，進一步提升實驗室安全管理的組織運行的積極性和主動性，重點加強重大風險實驗室的風險管控工作，提高實驗室對第二類安全風險的管控能力以及隱患整改的時效性，逐步提升實驗室安全管理組織運行狀況（見圖6）。

圖6 實驗室組織運行狀況等級為一般時，風險變化趨勢

（4）對于組織運行狀況等級為較好的實驗室，其事故風險在一定時間內(nèi)能夠一定程度的改善，風險水平有降低的可能性。此時應加強對重大風險以及較大風險實驗室的風險管控工作，提高實驗室對第二類安全風險的管控能力以及隱患整改的時效性，并進一步升實驗室安全管理組織運行狀況（見圖7）。

圖7 實驗室組織運行狀況等級為較好時，風險變化趨勢

（5）對于組織運行狀況等級為好的實驗室，風險管控在一定時間內(nèi)有較大程度的提升，風險水平降低的可能性較大。應加強對重大風險以及較大風險實驗室的風險管控工作，進一步提高實驗室對第二類安全風險的管控能力以及隱患整改的時效性，促進實驗室事故風險等級的降低，對實驗室事故預防起到積極有效的正效應作用（見圖8）。

圖8 實驗室組織運行狀況等級為好時，風險變化趨勢

4 結(jié)語

本文基于三類危險源理論，對實驗室安全風險進行了系統(tǒng)的辨識，將實驗室安全風險分為3 類；第1 類安全風險主要是科研項目實驗、危險化學品、氣瓶、儀器設備四種；第2 類安全風險主要是實驗室個體行為因素、實驗場所及基礎安全以及對4 種第1 類安全風險技術防控措施的失效；第3 類安全風險主要為實驗室安全管理的組織運行因素。

根據(jù)第1 類安全風險（固有風險）以及第2 類安全風險（觸發(fā)型安全風險）的評估分級結(jié)果，參考風險矩陣的方法，將實驗室分為重大風險、較大風險、一般風險和低風險4 個風險等級，對不同風險等級提出了不同的監(jiān)管策略，并結(jié)合第3 類安全風險對前兩類安全風險的影響作用，對實驗室風險等級進行了修正，并提出了相應的改進措施。

應用三類危險源安全風險的理論方法，進行了實驗室安全風險分析，進而建立了實驗室基于三類危險源理論的風險防控模型。