基于云模型的高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化研究

于振江，邵澤開，胡 潔，補(bǔ)利軍，卞昊雯

（1.中國人民大學(xué)保衛(wèi)處，北京 100872；2.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）保衛(wèi)處，北京 100083）

0 引言

實驗室安全是高校實驗室建設(shè)和管理的重要組成部分，直接關(guān)系到學(xué)校實驗教學(xué)和科研能否順利開展、學(xué)校財產(chǎn)能否免受損失、師生員工人身安全能否得到保障，對高校乃至全社會的穩(wěn)定至關(guān)重要［1］。近年來，高校實驗室火災(zāi)、爆炸等安全事故頻發(fā)，令人反省。2018 年12 月26 日北京交通大學(xué)環(huán)境工程實驗室內(nèi)進(jìn)行垃圾滲濾液污水處理科研試驗時發(fā)生爆炸引發(fā)火災(zāi)，造成3 人死亡，直接暴露出實驗室安全管理制度不完善、執(zhí)行制度不嚴(yán)格、安全防范意識淡薄、應(yīng)急處置能力不強(qiáng)等問題［2-5］。

實驗室安全管理是一項系統(tǒng)工程，涉及面廣，管理難度大，綜合性強(qiáng)。為降低高校實驗室安全管理風(fēng)險，將標(biāo)準(zhǔn)化管理方法引入實驗室安全管理，擬進(jìn)一步提高高校實驗室安全管理水平。

為加強(qiáng)高校實驗室的建設(shè)和管理，教育部先后頒布了《高等學(xué)校實驗室工作規(guī)程》及《高等學(xué)校實驗室安全檢查項目表》進(jìn)一步指導(dǎo)高校實驗室安全管理工作。國內(nèi)眾多學(xué)者對實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行了研究。蔡謙、陳日輝［6］使用灰色聚類法，對實驗室進(jìn)行綜合評估，歸納為實驗室條件、管理、效益和實驗室特色4 個聚類指標(biāo)，并明確優(yōu)秀、良好、合格和不合格4個級別的聚類灰類。陳晶晶［7］借助安全檢查表法編制了全面的適用于高校學(xué)術(shù)和研究環(huán)境的實驗室安全管理評價指標(biāo)體系。該體系從高校實驗室日常管理的7 各方面出發(fā)，包含7 個1 級指標(biāo)，24 個2 級指標(biāo)和83個3 級指標(biāo)。姜慧敏［8］認(rèn)為實驗室安全管理體系主要涉及組織機(jī)構(gòu)、監(jiān)督管理、運行保障等3 個體系，必須齊抓共管，相互協(xié)調(diào)，共同促進(jìn)。以上文獻(xiàn)中關(guān)于高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系仍未健全，須進(jìn)一步完善高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系。

目前評價類數(shù)學(xué)模型主要包括層次分析法、灰色綜合評價法、模糊綜合評價法、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)綜合評價法等，以上方法均屬于定性與定量相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策、評價方法，一定程度上掩蓋了定性指標(biāo)的模糊性，直接導(dǎo)致評價結(jié)果主觀性強(qiáng)［9-10］。而用云模型描述評價中語言變量可將定性概念轉(zhuǎn)化為定量的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)一步降低主觀因素對評估結(jié)果的影響，因此本文采用云模型對高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行評估研究［11］。

1 云模型

1.1 云模型

1995年中國科學(xué)院院士李德毅［12］首次提出了云模型，利用該模型可實現(xiàn)定性概念、定量數(shù)據(jù)的可逆轉(zhuǎn)化，并在特定條件下形成某種映射關(guān)系，為解決更復(fù)雜的決策問題提供新的方法。

該模型中假定U為一論域，C 為該論域的定性概念。x是定性概念C映射到論域空間U 上的一個點，表示C中可能實現(xiàn)若干種情況之一，定性概念C 映射到論域空間U 的映射可以用隸屬度函數(shù)μ（x）表示，且μ（x）∈［0，1］。每個點x 都是一個隨機(jī)分布的云滴，大量云滴積聚組成了定性概念C 的云，直觀反映出C的不確定性［13］。

1.2 云的數(shù)學(xué)模型及基本運算

目前云理論的分布形態(tài)主要包括三角形云、矩形云、梯形云和正態(tài)云等，由于客觀世界中大量隨機(jī)現(xiàn)象均近似服從正態(tài)分布，因此本文采用正態(tài)云分布模型進(jìn)行研究分析［14］。正態(tài)云模型可以用C（Ex，En，He）表示，其中期望Ex表示模糊概念C 在論域U 上的數(shù)值；熵En表示定性概念C 不確定性程度的度量，隨機(jī)性和模糊性與熵成正比例關(guān)系。超熵He表示熵的不確性度量，主要用來反映云的離散程度和云厚度，云的離散程度和云厚度隨著超熵增大而增大。

同一個論域U 中的云C1（Ex1，En1，He1），C2（Ex2，En2，He2）可進(jìn)行運算，運算法則詳見表1。

表1 云的運算法則

1.3 正向云發(fā)生器

云發(fā)生器是云模型的計算方法，主要包括正向和逆向云發(fā)生器以及X 和Y 云發(fā)生器等，將定性概念、定量數(shù)據(jù)相互轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)采用正向云發(fā)生器，其可將定性概念C中可實現(xiàn)的各種可能性轉(zhuǎn)化成定量數(shù)據(jù)，明確數(shù)據(jù)范圍并根據(jù)隸屬度函數(shù)確定分布規(guī)律。假定云數(shù)字特征（Ex，En，He），根據(jù)正向云發(fā)生器利用Matlab軟件繪制定性概念的正態(tài)分布云圖，如圖1 所示。

圖1 正態(tài)分布云圖

2 高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系

2.1 高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系指標(biāo)

借鑒國家規(guī)范及相關(guān)文獻(xiàn)［15-17］，將高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系分為2 級，1 級指標(biāo)主要包括責(zé)任體系、規(guī)章制度、安全文化、安全檢查、實驗場所、安全設(shè)施、基礎(chǔ)安全、化學(xué)安全、生物安全、輻射安全、機(jī)電等安全、特種設(shè)備與常規(guī)冷熱設(shè)備等12 個核心技術(shù)要求。1 級指標(biāo)又細(xì)化為52 個2 級指標(biāo)，其中責(zé)任體系包括：學(xué)校層面安全責(zé)任體系、院系層面安全責(zé)任體系、經(jīng)費保障、隊伍建設(shè)、其他；規(guī)章制度包括實驗室安全標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)校實驗室安全管理制度、院系實驗室安全管理制度；安全文化包括：安全宣傳教育、安全演練；安全檢查包括：危險源辨識、安全檢查、安全隱患整改、安全報告；實驗場所包括：場所環(huán)境、衛(wèi)生與日常管理、場所其他安全；安全設(shè)施包括：消防設(shè)施、應(yīng)急噴淋與洗眼裝置、通風(fēng)系統(tǒng)、門禁監(jiān)控、實驗室防爆；基礎(chǔ)安全包括：用電用水基礎(chǔ)安全、個人防護(hù)、其他；化學(xué)安全包括：危險化學(xué)品采購、驗收、發(fā)放、實驗室化學(xué)試劑存放、實驗操作安全、管控類化學(xué)品管理、實驗氣體管理、化學(xué)廢棄物處置管理、危化品倉庫與廢棄物中轉(zhuǎn)站、其他化學(xué)安全；生物安全包括：實驗室資質(zhì)、場所與設(shè)施、病原微生物采購與保管、人員管理、操作與管理、實驗動物安全、生物實驗廢物處置；輻射安全包括：實驗室資質(zhì)與人員要求、場所設(shè)施與采購運輸、放射性實驗安全及廢棄物處置；機(jī)電等安全包括：儀器設(shè)備常規(guī)管理、機(jī)械安全、電氣安全、激光安全、粉塵安全；特種設(shè)備與常規(guī)冷熱設(shè)備包括：起重類設(shè)備、壓力容器、校內(nèi)專用機(jī)動車輛、加熱及制冷裝置管理等，如圖2 所示。

圖2 高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系

2.2 實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系分級

《冶金等工貿(mào)企業(yè)安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化基本規(guī)范評分細(xì)則》將大于60 分的標(biāo)準(zhǔn)化水平分成1～3 級，但未對60 分以下的標(biāo)準(zhǔn)化水平進(jìn)行分級。文獻(xiàn)［5］將實驗室分為優(yōu)秀、良好、合格和不合格4 個級別的聚類灰類。

本文采用云模型對高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行分級，考慮到云模型根據(jù)黃金分割率將分割為奇數(shù)個云，將高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化程度分為5 級，并明確了不同安全管理標(biāo)準(zhǔn)化等級特征，其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級可滿足實驗室安全管理要求，Ⅳ、Ⅴ級需學(xué)校進(jìn)行整改，詳見表2。

表2 風(fēng)險分級量化和特種描述

3 基于云理論的高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化水平評估

3.1 構(gòu)建指標(biāo)等級的權(quán)重云模型、評價云模型

設(shè)中間云為C0（Ex0，En0，He0），其左右兩側(cè)相鄰的云分別為C－1（Ex－1，En－1，He－1），C＋1（Ex＋1，En＋1，He＋1），C－2（Ex－2，En－2，He－2），C＋2（Ex＋2，En＋2，He＋2）。各云的數(shù)字特征算法如下：

定義論域U 為［0，1］，He0為常數(shù)，令He0＝0.005［18］，本文根據(jù)指標(biāo)在安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系結(jié)構(gòu)中的重要程度，劃分為“極重要”“較重要”“一般”“次重要”“不重要”5 個語言值，根據(jù)式（1）～（10）將權(quán)重云分為5 個云模型，詳見表3。

表3 指標(biāo)評價語言及權(quán)重云

高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化水平越低，安全管理風(fēng)險越大，反之亦然。根據(jù)風(fēng)險可接受程度可設(shè)置“風(fēng)險不可接受”“風(fēng)險難接受”“風(fēng)險可接受”“風(fēng)險可允許”“風(fēng)險可忽略”5 個語言值，根據(jù)式（1）～（10）

計算各個評價語言值的評價云模型，詳見表4。

表4 風(fēng)險語言評價及評價云

3.2 綜合評判

根據(jù)圖2、表1 及評價語言值確定最底層指標(biāo)評價云模型，計算如下：

式中：aj為最底層第j個子指標(biāo)的評價云模型；νj為最底層第j個子指標(biāo)的語言評價云模型；wj為最底層第j個子指標(biāo)的權(quán)重云模型。

依據(jù)aj計算結(jié)果，采用加權(quán)平均法得出綜合評判云模型結(jié)果集Ai＝（a1，a2，…，ak），其中ak為第i 層中第k個指標(biāo)的云模型，計算如下：

式中：akj為第i層中第k個指標(biāo)的第j個子指標(biāo)的語言評價云模型；Wkj為第i 層中第k 個指標(biāo)的第j 個子指標(biāo)的權(quán)重云模型。

4 實例應(yīng)用

根據(jù)圖1 制定高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化評價表，采用云理論的計算方法對該校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化水平進(jìn)行評價。

本次評價邀請多名實驗室安全管理專家組成評價小組，確定各個子指標(biāo)的權(quán)重云和評價云，然后利用式（11）計算子指標(biāo)的評價云模型。以1 級指標(biāo)以責(zé)任體系為例，其評價結(jié)果云模型為（0.737，0.061，0.008），相應(yīng)計算結(jié)果如表5 所示。同理可求得其他指標(biāo)的云及其數(shù)字特征，計算結(jié)果如表6 所示。

表5 高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化—責(zé)任體系評價結(jié)果

表6 高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化評價結(jié)果

依據(jù)式（12）計算出該校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化評價結(jié)果云模型為（0.676，0.036，0.005），將云模型輸入到評價結(jié)果圖中，可得出實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化等級介于Ⅱ級與Ⅲ級之間，且靠近Ⅱ級，如圖3 所示，整體造成的安全管理風(fēng)險可接受，需加強(qiáng)重點指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化管理。

圖3 高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化評價結(jié)果云圖

5 結(jié)語

（1）國家規(guī)范未明確高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化評價方法，考慮到傳統(tǒng)的半定量及定量評價方法主觀性較強(qiáng)且未能體現(xiàn)定性指標(biāo)的模糊性，提出基于云模型的高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化評價模型，該模型很好地兼顧了實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化評價的模糊性和隨機(jī)性特點，對高校實驗室安全管理進(jìn)行全面考慮，評價結(jié)果更可信可靠。

（2）高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系由12 個1級指標(biāo)，52 個2 級指標(biāo)構(gòu)成，12 個1 級指標(biāo)分別為責(zé)任體系、規(guī)章制度、安全文化、安全檢查、實驗場所、安全設(shè)施、基礎(chǔ)安全、化學(xué)安全、生物安全、輻射安全、機(jī)電等安全、特種設(shè)備與常規(guī)冷熱設(shè)備。

（3）高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化可劃為5 個級別，并明確不同實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化等級特征。

（4）高校實驗室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系中責(zé)任體系、規(guī)章制度、化學(xué)安全極重要，特種設(shè)備與常規(guī)冷熱設(shè)備次重要。高校實驗室安全管理部門可參考本評價體系數(shù)據(jù)，合理安排資源，提高高校實驗室安全管理水平。