高校管制化學品智慧管理方案探索與實踐

孟 震， 晏旭秀， 劉 斌， 徐邦瑜

（南京大學a.化學化工學院；b.實驗室與設備管理處，南京 210023）

0 引言

高校實驗室是開展教學科研活動的主要載體，也是培養學生創新實踐能力的重要場所，在高校“雙一流”建設中發揮著舉足輕重的作用。實驗類學科的實驗室，經常要使用到各類試劑、化學品，其中包括管制類化學品。“管制化學品”是國家根據法律法規，為避免危險化學品被用于非法用途而采取特殊管控措施的劇毒、易制毒、易制爆、民用爆炸品、精神藥品、麻醉藥品等化學品［1-3］。這些管制化學品如使用或管理不當，極有可能引發重大安全事故、對社會穩定產生不良影響，例如2021年10月，南京某高校實驗室發生嚴重爆燃事故，致2 人死亡、9 人受傷，調查結果顯示事故系鎂鋁粉爆燃，而鎂粉就是管制化學品中的易制爆化學品。因此，必須加強對管制化學品安全管理的重視，進一步防范實驗室風險，保障高校教學科研工作安全順利運行。

1 高校管制化學品安全管理現狀

1.1 種類繁多、取用頻繁

高校實驗室具備專業種類多、研究方向廣、研究內容更新快等特點，因此管制化學品的使用也呈現出種類多、數量多、分布廣、購置頻繁等特點［4］，許多高校對管制化學品的管理方法仍有不少提升空間。例如，管制化學品的領取和使用雖然設立了登記制度，但是由于種類繁多、使用頻次高，導致出入庫頻繁，登記工作相對繁瑣，加之總用量不大，領用人未給予足夠的重視，易于造成疏漏。人工登記方式不僅人力、物力消耗大，管理效率低，而且不能實時了解管制化學品的購置、存儲、使用和廢棄情況，容易造成庫存積壓、藥品變質、廢棄物處理不及時等現象［5］，增加了管制化學品的安全管理風險。此外，雖然高校資產管理和實驗室安全管理部門對管制化學品存量和放置情況進行不定期檢查，但由于數據不易獲取、時效性差，只能獲得該檢查時間節點的“靜態”數據，無法對管制化學品的使用情況進行實時監測，因此化學品使用無法快速追溯、閑置化學品和過期試劑等未能得到及時安全的處理、實時臺賬不易獲得、賬目與實物不符等情況經常發生。上述問題都將導致管制化學品在進入實驗室后的各個環節存在安全隱患，極大升高實驗室風險系數。

1.2 分散儲存、多頭管理

隨著國家對高校科研的不斷投入，實驗室設備和實驗項目增多，加之人員密集、流動量大，使得實驗室管理工作日趨復雜。同時，高校涉及使用管制化學品的學科分布較廣，我校共有11 個院系使用到危險化學品，涵蓋576 個實驗室，儲存非常分散，其中又大多涉及管制化學品，且使用的管制化學品的種類與特點都不盡相同，顯著加大了管制化學品的管理復雜性和難度，統一化、規范化、精準化的管理難以實現。此外，由于管制化學品的管理涉及多個校部機關和二級單位，現有的單向垂直管理模式很難保障管理過程及時有效，也難以實現各管理、使用部門間的數據共享，這就需要運用目標導向的信息化手段協助提升管理工作效率，滿足現階段高校科研的需求。

1.3 環節孤立、靜態監管

從管制化學品的購置、儲存、使用和廢棄的全生命周期管理角度，其所涉環節很多、管理分散，不同階段管理尚未形成一以貫之的監管機制。在采購環節，購買管制化學品的程序尚不規范，“先購買、后審批”的情況時有發生；此外，管制化學品的采購渠道較多，不但難以保障購買的危化品質量，而且存在重復購置、閑置浪費等現象［6］。在存儲使用環節，使用操作不規范、對化學品的分類存放原則不清晰等問題也較為突出［7］，不能有效監控儲存位置和庫存數量，信息更新不及時［8］，影響管理效力。在處置環節，由于缺乏實時反映管制化學品入庫和使用的動態手段，無法準確掌握廢棄物的種類和數量，很難做到科學合理、及時有效地處置［9］。目前，雖然很多高校在管制化學品管理的某些環節建立了信息化管理平臺，但各環節之間缺乏整體統籌和銜接，尚未覆蓋管制化學品在實驗室的全生命周期［10］。

2 管制化學品管理的“數字化”應用瓶頸

在信息化時代背景下，物聯網、大數據、人工智能等技術的應用逐漸延伸至教育領域，越來越多的高校利用信息技術探索管制化學品智慧化管理方案。清華大學［10］、北京工業大學［11］等都提出并實施了管制化學品“閉環式”智慧管理模式，對采購、運輸、儲存、使用、處置等環節進行全生命周期監管；北京大學依托信息化系統建立了試劑管理平臺［12］，并對危險化學品進行分級、分類管理［13］；北京市化工研究院利用射頻識別技術（RFID）對電子標簽進行讀寫，實現目標識別和數據交換的功能，并應用于管制化學品的追蹤與監管等。由此可見，信息技術的應用為高校提供了許多切實可行的管制化學品管理方案，從而逐漸取代了傳統落后的人工管理模式，但當前的信息化管理主要是以“數字化”為主，存在一定的應用瓶頸，面對新形勢下實驗室安全管理的新需求，管制化學品的信息化管理工作也面臨新一輪深化與改革。

2.1 缺乏“自動感知”，過度依賴人工配合

部分高校在管制化學品的使用、儲存、盤點、回收等方面雖然建立了信息管理系統，但部分數據的獲取仍然依賴人工錄入信息，不能完全實現化學品的自動入庫、自動盤點等智能存儲功能，領用時需要用戶操作試劑柜大屏或手機等移動終端、手動登記臺賬、人工錄入稱重數值等，這些流程的人工操作不但影響管制化學品的管理效率，還很容易出現漏錯。需要依賴人工操作的信息化管理，僅僅是將管理手段從單純的人工操作轉化為對信息片面加工的數字化層面，無法滿足現階段高校管制化學品的管理需求，因此迫切需要尋求數字化向智慧化的轉型，做到管制化學品全生命周期管理，便捷高效地實現各個環節的精細化、動態化管理［14］，進一步提高信息化管理水平。

2.2 智能化場景應用不足，無法實時監控

由于高校實驗室承擔繁重的教學科研任務，在管理人員不足的情況下，日常無法抽出大量時間對管制化學品的實時存量進行監測。而管制化學品的基礎信息不完整，使用方法、注意事項等沒有共享機制，就會導致操作人員使用不規范、安全意識不到位。雖然部分高校對實驗室管制化學品試劑的種類和分級實現了信息管理覆蓋，針對重大危險源進行重點監測，但對于揮發出的有毒氣體、可燃氣體等無法做到在線實時的全時段監測，缺乏動態的數據保障。信息技術在管制化學品監管的各個環節沒有充分發揮作用，智能化場景應用不足，對人的不安全行為、物的不安全狀態沒有實現智慧的實時動態監管。

2.3 缺乏智能判斷，決策功能欠缺

當前高校管制化學品的信息化管理，強調“數字化”應用，側重于將管理流程中的實驗室環境狀態、管制化學品數量、操作步驟等以數據的形式呈現，用戶需要根據機器的信息提示，做出自己的決策判斷，進而再對機器設置下一個操作步驟。這種“數字化”應用是對既有流程的程序化表達，嚴格遵照規范執行，歷史數據有后續分析價值，但是缺少實時價值，機器以記錄功能為主，運行“報告模式”，缺乏智能判斷，決策功能欠缺。因此，“數字化”急需向“智慧化”轉型，機器能通過預設的經驗和智能學習，將呈現的數據進行深入分析計算得出結論，直接為用戶提供建議的決策選項，減少不必要的人工介入與判斷。“智慧化”是對原有工作流程的重塑，高于規范要求，歷史數據意義重大，機器具備各種分析模型，圍繞數據提供決策支撐。

綜上所述，目前高校管制化學品管理模式已基本完成了從“傳統”向“現代”的轉變，實現了數字化轉型，但還存在部分數據依賴人工錄入、智能化場景運用不足、無法實時捕獲動態數據、缺乏智能判斷等問題。因此，為滿足新時代背景下高校實驗室安全管理規范化、精細化的要求，急需推動管制化學品管理模式進一步從“數字化”向“智慧化”轉型，促進高校管制化學品智慧管理應用，提升高校實驗室信息化安全管理水平。

3 管制化學品智慧管理方案探索

在分析高校管制化學品安全管理現狀與特點的基礎上，對當前的“數字化”應用瓶頸進行了總結分析。結合學校工作實踐，通過運用信息技術加強對管制化學品的“智慧化”管理，提出自動化感知、高時效性動態數據獲取、智慧判斷提供決策支撐等舉措，形成主動式、服務式、智慧化的監管模式，構建管制化學品智慧化管理模型，以推動高校管制化學品安全管理規范化、信息化和智慧化，為高校管制化學品科學管理提供參考。

3.1 實現自動化感知，嚴格落實監管工作

原有的管制化學品“數字化”管理流程中，部分工作過度依賴人的責任心和自覺性，例如臺賬數據需要人工錄入，如果管理人員在錄入過程中被其他重要的事情打斷或影響，則導致步驟不完整、數據產生差錯，進而造成臺賬數據或實時存量不準確。此外，易制毒、易制爆化學品管理中要求執行“雙人雙鎖”規定，機械鎖使用存在諸多不便。

針對上述問題，學校嘗試改變常規的監管技術方案，盡可能減少流程中對人工操作和人員的主觀配合的依賴，讓信息系統在軟硬件的配合下自動識別、記錄人員的操作，進一步降低主客觀因素的影響，使臺賬記錄更加及時、準確、嚴格、高效。

（1）采用可以進行非接觸讀取的超高頻波段（UHF）的射頻標簽技術，將射頻標簽貼敷于試劑瓶上，并設置程序在開關門發生時，以及柜門關閉狀態下的特定時間間隔，用內置在柜體內的射頻天線對柜中的標簽（試劑瓶）進行盤點，這樣如果試劑被取出，即使操作人員忘記進行申報和登記，系統會識別試劑被取出，從而避免關鍵事件信息的遺漏和缺失。

（2）使用一卡通刷卡或者人像識別的形式完成身份驗證，由系統進行記錄并關聯到此次驗證開門后試劑的動態，避免使用臺賬人為登記過程中可能出現的偏差和錯誤。

（3）使用符合GA374—2001 要求的電子防盜鎖，以鎖體和門磁兩套系統分別獨立記錄柜門開關情況，同時應用本項目組智慧實驗室管理系統中的高效溯源技術方案，通過把開關門事件信息與視頻監控數據相互關聯打通，可以便捷高效地查看每次開關門情況及對應的視頻監控影像，進一步嚴格落實監管工作。

3.2 獲取高時效性數據，強化動態監控及溯源

利用信息技術構建動態數據庫系統，指導管制化學品安全管理。將過去的“人跑”轉化為“數字跑”，從“人控”轉化為“數控”，實現全方位、全鏈路的動態式監控和智慧化服務。

（1）在管制化學品服務平臺中，建立信息資源數據庫，包括化學試劑的SDS、采購資質手續、供貨商信息、入庫信息、領用人信息等，實現管制化學品來源和去向的快速查詢，使責任追究有據可依。對領取使用場所重點部位、重要設備進行無死角視頻監控，達到風險安全監管目的。利用大數據對重要環境參數實時監控，對風險程度較高的關鍵數據進行統計對比分析，并發送警示信號，提醒實驗人員及時做出防范措施化解風險。

（2）依托“互聯網+”建立管制化學品“一碼通”，每瓶試劑入庫前配置單獨唯一的編碼（編碼兼容射頻識別技術和二維碼掃描技術），利用射頻識別技術（RFID）以射頻雷達掃描確認的形式入庫出庫，快速準確地錄入化學品的電子信息，保障管制化學品的實時化、動態化的管理。通過實驗室管理模塊（安全教育考試，電子使用臺賬）、采購管理模塊（統一管理，規范采購流程）、倉儲管理模塊（缺貨預警，掃碼入庫，環境監控）和查驗管理模塊（用戶信息授權核驗，試劑使用記錄和安全狀態，試劑存量），對管制化學品各環節進行信息化監控，實現申購、審批、入庫、存放、查詢、領取、回收、處置等全生命周期的實時監管，確保數據在線、網絡協同、可追溯，并對數據存儲加密，實現“人機料環”的一體化管理。

（3）在管制化學品的實際使用管理中，管制化學品由實驗室管理人員登記入庫，依據化學安全技術說明書進行分類，并在外包裝貼上RFID 標簽，存入實驗室的指定存儲柜。用戶在取用或歸還管制化學品時須遵循雙人領取、雙人雙鎖的原則，必須在規定時間內完成2 次不同用戶信息的授權校驗，均核驗通過后，柜門才會自動打開，用戶對試劑稱量后取出或放入試劑柜，系統將自動記錄試劑編號及其稱重值，實時反饋柜內試劑存量及種類等信息（見圖1）。上述數據均由系統全自動完成采集，通過信息化平臺實時上傳至處理層，管制化學品的存儲或取出都將以“動態化”數據的形式同步到智慧實驗室管理平臺中，后臺管理人員可以實現對管制化學品進行實時監管，提高了管制化學品的管理效率和儲存的安全性。并且，系統一旦檢測到數據異常，會立即將相關信息上傳至處理層，向管理人員發出異常警報提醒可能存在的安全隱患，同時還設有一鍵報警等快捷方式。

圖1 用戶領用及歸還管制化學品的流程圖

3.3 智慧感知判斷，簡化用戶流程

在傳統“數字化”應用方案中，機器無法做出智慧判斷，用戶拿試劑瓶使二維碼區域對準掃描探頭，并選擇“取出”或者“歸還”動作，通過人工操作的信息輸入，來判斷是否取出了某瓶試劑。這個過程中事件的識別基于用戶的“申報”，用戶如果“申報”錯誤（不論是受外界影響或者主觀的）會帶來記錄的缺失或者錯誤、混亂，造成監管不及時、不完善。此外，試劑取用前需要用戶在網頁端或移動端提交申請，申請過程中包含了試劑信息、時間地點信息的填寫，申請被批復后再取用試劑，同時需要對化學試劑的取還及取用量進行登記，這就在取用試劑之前增加了額外的流程，而實際的實驗過程中取用試劑的行為是高頻次、多樣化出現的，這種流程帶來的額外工作量和自覺性要求，也會給用戶的教學科研工作帶來一定的負擔。

學校以符合監管要求為前提，深挖試劑取用的全流程邏輯和用戶使用習慣，以減少試劑取用之外的流程、動作為主要目標，對在信息技術軟硬件輔助下的管制化學品取用流程進行了再造，與傳統的二維碼掃描技術和其他供應商提供的射頻標簽技術相比，進一步減少了原有取用流程和操作習慣造成的影響。

在試劑常規取用過程中，不再需要人為判斷并輸入此次操作是“取用”還是“歸還”，而是由信息系統依據開關門之間柜內試劑的增減進行判定，同時對于試劑重量取出和歸還前兩個狀態重量的記錄，也采用射頻標簽加電子天平數據上報的方式完成相關信息的輸入，解放人工在大屏或手機端的錄入工作。具體操作和系統感知步驟如圖2 所示。

圖2 管制化學品存儲柜管理系統流程

3.4 協同高效決策支撐，實現精細化管理

學校積極探索實驗室安全智慧管理的新模式，利用現代信息技術將管理流程和監管信息在有關部門之間共享，實現管制化學品全生命周期的信息共享和協同互助，提高管理部門的綜合治理能力。運用“互聯網+”技術，把常用化學品的使用方法和注意事項在平臺上進行培訓和演示，并同步至移動端，以便實驗人員能夠隨時查閱和學習所需的危化品信息，要求他們必須在了解管制化學品的性質和操作技術規范后再開展實驗，杜絕由于人的不規范操作而造成的安全事故［15］。

不僅管理信息共享，而且通過資源調配推動實驗資源共享，將一些實驗室化學品剩余庫存調劑至其他需要的老師，避免重復過量購置。有使用需求的實驗室可以提出申請，充分利用現有資源，及時消耗化學品庫存，減少試劑囤積，提高管制化學品的使用效率，也能在一定程度上保證化學品的質量和使用安全性［16］。通過提升管制化學品全生命周期服務和實驗室安全的智慧管理能力，為實驗室管理注入“信息化血液”，為實驗室發展筑牢“智慧防線”。

此外，通過對管制化學品智慧管理解決方案中的數據進行科學分析，可以探索管制化學品安全知識圖譜，歸納管制化學品事故關聯性、風險隱患相似性。通過智慧化的方式，找到解決存在各項問題的對策，為管理部門對管制化學品安全管理模式的改進提供一系列具有針對性和可操作性的方案，實現職能管理部門從監管向服務的轉型、使用部門從被動向主動的轉型，統籌推進實驗室安全管理工作，提升實驗室安全治理能力和治理水平。

4 結語

高校實驗室安全管理工作任重而道遠，管制化學品作為實驗室中的重要風險源，始終是安全管理關注的焦點之一。黨的二十大報告提出，“教育、科技、人才是全面建設社會主義現代化國家的基礎性、戰略性支撐”。為把握信息技術的應用優勢，以教育信息化引領教育現代化，必須認清當前高校管制化學品管理存在的問題，不斷完善管理機制和方法，運用信息技術推動實驗室安全管理模式的改革與創新。針對管制化學品，要深挖其具體使用場景，通過信息技術彌補或解決管理過程中流程性、規范性、自覺性的管理要求與科研使用需求及效率之間的矛盾，提供讓管理者與用戶師生均滿意的安全管理解決方案。通過對管制化學品全生命周期的實時化、動態化監管，推動其管理模式從“數字化”向“智慧化”轉型，進一步提升實驗室智慧管理水平和師生體驗，為高校師生建立一個安全有序的科研教學環境。