基于多層物元可拓的實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

姚 潔， 陳海軍

（1.常州大學(xué)，江蘇 常州 213000；2.江蘇城鄉(xiāng)建設(shè)職業(yè)學(xué)院，江蘇 常州 213000）

0 引 言

近年來(lái)，高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)進(jìn)程逐漸加快［1］，實(shí)驗(yàn)室安全成為大家關(guān)注的重點(diǎn)，習(xí)近平總書記與參加全國(guó)政協(xié)十三屆四次會(huì)議的醫(yī)藥衛(wèi)生界、教育界委員交談時(shí)提出，“在加快建設(shè)世界一流大學(xué)和一流學(xué)科進(jìn)程中，一流實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)與管理是其重要支撐。”高校實(shí)驗(yàn)室是教育的主陣地之一，但是實(shí)驗(yàn)室事故卻時(shí)有發(fā)生，實(shí)驗(yàn)室事故主要分為燃燒爆炸、毒傷、機(jī)械傷害、觸電事故等。造成實(shí)驗(yàn)室事故的原因很多，這些安全隱患深藏在實(shí)驗(yàn)的全過(guò)程，實(shí)驗(yàn)管理人員的重要工作之一就是隱患排查和整改［2］。實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)一直是社會(huì)焦點(diǎn)和學(xué)校重點(diǎn)關(guān)注對(duì)象，教育部印發(fā)了《教育部辦公廳關(guān)于開(kāi)展加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)室安全專項(xiàng)行動(dòng)的通知》，該文件從多方面細(xì)化實(shí)驗(yàn)室管理路徑，逐步規(guī)范實(shí)驗(yàn)室建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。

實(shí)驗(yàn)室管理正在逐步細(xì)化完善，實(shí)驗(yàn)室人員在實(shí)驗(yàn)室管理過(guò)程中積累大量工作經(jīng)驗(yàn)，主觀上能較好地判斷實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)狀況，而實(shí)驗(yàn)室檢查制度也從相對(duì)客觀的角度，指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室管理全方位細(xì)則［3］。近年來(lái)，在對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理標(biāo)準(zhǔn)化的探討中發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室分級(jí)管理極為重要［4］，多層物元可拓實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)［5］可以直觀給出分級(jí)結(jié)果，從而進(jìn)一步推進(jìn)分級(jí)管理工作。蔡毅飛等［6］提出化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全模糊評(píng)價(jià)模型，通過(guò)層次分析來(lái)推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)化。陳晶晶等［7］提出使用層次分析法細(xì)化實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)體系，通過(guò)排序確定指標(biāo)權(quán)重系數(shù)為實(shí)驗(yàn)室安全管理提供決策支持。楊坦等［8］提出從設(shè)備設(shè)施、人員隊(duì)伍、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、經(jīng)費(fèi)保障和規(guī)章制度方面構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室管理評(píng)價(jià)體系，并采用G1賦權(quán)模型計(jì)算，結(jié)合實(shí)際修正模型，實(shí)施評(píng)價(jià)過(guò)程。宗軍君等［9］提出實(shí)驗(yàn)室評(píng)估具有多層次、多因素、定量與定性指標(biāo)并存等特點(diǎn)，模糊可拓層次分析方法可以客觀分析各因素之間的相對(duì)重要度，逐級(jí)計(jì)算可得綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

多層物元可拓方法［10］是具有很高的應(yīng)用性，特別實(shí)在定性-定量的評(píng)價(jià)具有較高的應(yīng)用價(jià)值［11］，同時(shí)目前在實(shí)驗(yàn)室安全因素分析，實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究取得較多成果［12］，初步形成框架體系，因?yàn)閼?yīng)用實(shí)際的環(huán)境具有特殊性，所以對(duì)各高校實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)有獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)系統(tǒng)［13］。

1 實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素分析

實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險(xiǎn)因素很多，所以形成的評(píng)價(jià)體系標(biāo)準(zhǔn)［14］并不統(tǒng)一，實(shí)驗(yàn)室檢查表從全系統(tǒng)、全方位、全過(guò)程細(xì)化了實(shí)驗(yàn)室可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)因素，形成的檢查表定期更新，逐步完善形成2022 年版本，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室檢查表中基本涵蓋實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)的危險(xiǎn)有害因素，相對(duì)比較完整，但是檢查操作時(shí)對(duì)檢查人員的素養(yǎng)要求很高，在檢查過(guò)程中將實(shí)際和檢查表一一對(duì)應(yīng)操作中存在一定的困難。而實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)是建立在更高的維度，對(duì)實(shí)驗(yàn)室全過(guò)程管理的評(píng)價(jià)，是實(shí)驗(yàn)室檢查，同時(shí)又更為精準(zhǔn)地反應(yīng)實(shí)驗(yàn)室的概況［15］。所以實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)指標(biāo)的建立既與實(shí)驗(yàn)室檢查緊密相關(guān)同時(shí)又有不同。針對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)的研究中發(fā)現(xiàn)，評(píng)價(jià)體系［16］建立是評(píng)價(jià)的核心。本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)室管理工作實(shí)際和重點(diǎn)、難點(diǎn)，列出以下評(píng)價(jià)體系。

（1）責(zé)任體系和規(guī)章制度。責(zé)任體系和規(guī)章制度是日常管理流程化的依據(jù)，是實(shí)驗(yàn)室整理管理水平的體現(xiàn)，很大程度上決定日常管理工作的內(nèi)容，主要包括：責(zé)任體系及人員結(jié)構(gòu)（這是實(shí)驗(yàn)室的整體概況，需要從規(guī)模上按要求配備專業(yè)的實(shí)驗(yàn)室管理人員）；檢查隱患整改制度（按照要求開(kāi)展有效的隱患排查和整改制度，重點(diǎn)查閱檢查頻次和整改情況）；實(shí)驗(yàn)室操作規(guī)程（各實(shí)驗(yàn)室需按照要求張貼操作規(guī)程，做到流程上墻）；經(jīng)費(fèi)保障和建設(shè)維護(hù)（有單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)室安全經(jīng)費(fèi)預(yù)算并實(shí)際執(zhí)行）。

（2）危險(xiǎn)有害因素管理。實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)有害因素很多，雜亂而且動(dòng)態(tài)，主要分為：危險(xiǎn)化學(xué)品（?；返念I(lǐng)用、使用和臨時(shí)存放符合規(guī)范）；特種設(shè)備（特種設(shè)備檢驗(yàn)合格證明，人員持證上崗，氣瓶管理程序規(guī)范，儀器狀態(tài)標(biāo)識(shí)明確）；實(shí)驗(yàn)室環(huán)境（實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)物質(zhì)警示明確，分布合理，規(guī)范使用通風(fēng)柜，實(shí)驗(yàn)環(huán)境整潔）。

（3）危廢處置。實(shí)驗(yàn)室廢棄物處置是日常管理的一部分，主要包括廢液（實(shí)驗(yàn)廢液收集、處置規(guī)范）；廢氣（有專門廢棄收集處置裝置）；固體廢棄物（實(shí)驗(yàn)固體廢棄物收集、處置規(guī)范）。

（4）安全文化建設(shè)。安全文化是從思想認(rèn)知上提升實(shí)驗(yàn)室安全水平，主要包括準(zhǔn)入教育（系統(tǒng)化開(kāi)展三類人員的教育培訓(xùn)）；安全宣傳活動(dòng)（有效的實(shí)驗(yàn)室安全宣傳和活動(dòng)）

（5）應(yīng)急救援與個(gè)人防護(hù)。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)急救援和防護(hù)主要解決和防范日常突發(fā)事件，主要包括：消防設(shè)施（合理消防間距不堵塞，加強(qiáng)檢查）；應(yīng)急救援裝備（應(yīng)急救援裝備完善，定期演練）；個(gè)人防護(hù)設(shè)施（添加勞保防護(hù)，避免直接接觸的傷害）。

2 運(yùn)用層次分析法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

了解實(shí)驗(yàn)室管理整體框架，構(gòu)建一級(jí)、二級(jí)指標(biāo)，如表1 所示，構(gòu)建多層評(píng)估層次結(jié)構(gòu)，計(jì)算各級(jí)指標(biāo)的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重值。

表1 實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)因素

采用九級(jí)標(biāo)度法整體相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜掖蚍纸Y(jié)果，匯總得到以下判斷矩陣

用規(guī)范列平均法（和法）計(jì)算得出該矩陣的最大特征值λmax，特征向量W ＝（W1，W2，…，Wn）T，特征向量通過(guò)歸一化處理即為計(jì)算所得權(quán)重因子。

對(duì)該判斷矩陣的進(jìn)行一致性檢查，雖然一開(kāi)始由專家打分獲得的判斷矩陣并不要求由一致性，但如果數(shù)據(jù)偏離多大，結(jié)論無(wú)法得出，因此需要對(duì)上述判斷矩陣進(jìn)行一致性檢查，通過(guò)一致性檢查的判斷矩陣的分析結(jié)論才具有可靠性。

判斷矩陣一致性指標(biāo)計(jì)算式：

查表得Aar，按下面式子得出一致性比率：

若Ar＜0.1，則判斷矩陣滿足一致性要求，否則不滿足。

3 多層物元可拓模型的建立

物元可拓分析是將不相容結(jié)論合理轉(zhuǎn)換的有效方法，通過(guò)引入域的概念，將問(wèn)題的邊界合理轉(zhuǎn)化，可拓集合就是把實(shí)際問(wèn)題中因素特征值描述具體化，從而使用數(shù)學(xué)模型計(jì)算，得出因素分析結(jié)果，該方法廣泛應(yīng)用于評(píng)估、決策中，有效指導(dǎo)生活中實(shí)際問(wèn)題的解決，因?yàn)槠涠糠治龅奶攸c(diǎn)，具有一定的科學(xué)性。

（1）劃分經(jīng)典域和節(jié)域

式中：v為第n個(gè)特征的量值域；Rj為經(jīng)典域物元。

式中，節(jié)域Rp為節(jié)域物元關(guān)于特征的量值域。

（2）確定待評(píng)物元

式中，Rx為待評(píng)價(jià)對(duì)象。

（3）關(guān)聯(lián)函數(shù)計(jì)算

式中：

kxj（vi）即為第x 個(gè)待評(píng)物元、第j 個(gè)等級(jí)、第i 個(gè)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度。

2 級(jí)指標(biāo)在每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)下的關(guān)聯(lián)函數(shù)組成的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)矩陣K（vi）＝［kxj（vi）］，與2 級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量wi＝（wik）的乘積，即為對(duì)應(yīng)各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的1級(jí)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)矩陣

1 級(jí)指標(biāo)與每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)函數(shù)組成的風(fēng)險(xiǎn)矩陣K（s）＝k（vi），與1 級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重向量wi＝（wik）的乘積，即為對(duì)應(yīng)各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的目標(biāo)層的關(guān)聯(lián)矩陣

（4）計(jì)算安全等級(jí)。根據(jù)

得出計(jì)算結(jié)果，關(guān)聯(lián)度結(jié)果中最大值對(duì)應(yīng)的j值（風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)）即為計(jì)算結(jié)果。

4 實(shí)際應(yīng)用分析

應(yīng)用案例選取的是常州某高?；ゎ惖囊婚g實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室試劑柜存放日常使用化學(xué)試劑，無(wú)中試設(shè)備，實(shí)驗(yàn)室面積約為68 m2。

4.1 風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重

運(yùn)用九級(jí)標(biāo)度法得出專家打分結(jié)果，匯總?cè)绫?。

表2 一級(jí)指標(biāo)對(duì)目標(biāo)層的評(píng)價(jià)矩陣

（1）1 級(jí)指標(biāo)權(quán)重和一致性分析。根據(jù)式1 得出1 級(jí)指標(biāo)的權(quán)重B ＝｛0.239 2，0.502 8，0.116 0，0.035 6，0.106 4｝，按照式（2）和式（3）方法計(jì)算，結(jié)果Ar＝0.043 ＜0.1，判斷得出該矩陣有效。

（2）2 級(jí)指標(biāo)權(quán)重和一致性分析。2 級(jí)指標(biāo)中以責(zé)任體系和規(guī)章制度為例，由專家打分，上述權(quán)重和一致性計(jì)算所得結(jié)果如表3 所示。

表3 責(zé)任體系和規(guī)章制度評(píng)價(jià)判斷矩陣

據(jù)式（1）得出該2 級(jí)指標(biāo)的權(quán)重B ＝｛0.774，0.622 6，0.215 1，0.084 9｝，按照式（2）和式（3）方法計(jì)算，結(jié)果Ar＝0.053 ＜0.1，判斷得出該矩陣有效。

（3）計(jì)算各指標(biāo)相對(duì)目標(biāo)層的總權(quán)重。根據(jù)層次分析法，計(jì)算出各2 級(jí)指標(biāo)相對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重，整理見(jiàn)表4。

表4 實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)各層次因素總權(quán)重

4.2 多層物元可拓評(píng)價(jià)

根據(jù)實(shí)際需求規(guī)范風(fēng)險(xiǎn)域范圍M，M ＝｛m1，m2，…，mj｝，j為風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)數(shù)，如表5 所示。

表5 實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)水平等級(jí)

4.2.1 經(jīng)典域和節(jié)域

通過(guò)式（4）～（6）劃分經(jīng)典域和節(jié)域：

4.2.2 待評(píng)物元的關(guān)聯(lián)度計(jì)算

待評(píng)價(jià)物元為實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)因素的2 級(jí)指標(biāo)，以責(zé)任體系和規(guī)章制度安全因素為例，根據(jù)式（7）和式（8）計(jì)算關(guān)聯(lián)度如下：

和上述方法一樣，2 級(jí)指標(biāo)中危險(xiǎn)有害因素管理、危廢處置、安全文化建設(shè)、應(yīng)急救援與個(gè)人防護(hù)的關(guān)聯(lián)度計(jì)算得出結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)各級(jí)指標(biāo)及關(guān)聯(lián)度

從2 級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可以看出，該實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)因素中的經(jīng)費(fèi)保障和建設(shè)維護(hù)、應(yīng)急救援裝備是3級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較高的因素，急需加以改正，廢氣這個(gè)2 級(jí)指標(biāo)為1 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，表示這一部分目前做得很好。

其他的2 級(jí)指標(biāo)對(duì)應(yīng)為2 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，雖然風(fēng)險(xiǎn)可以接受，但是有整改的余地，以提高實(shí)驗(yàn)室安全水平。

4.2.3 一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)計(jì)算

按照式（9）可得實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)因素的二級(jí)指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度矩陣為：

將X1風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重值乘以各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)關(guān)聯(lián)度，計(jì)算得出X1對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的關(guān)聯(lián)度，運(yùn)用同樣的方法，可得其他1 級(jí)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度k（r1），對(duì)其進(jìn)行2 級(jí)評(píng)價(jià)，結(jié)果如表7。

由表7 可知，1 級(jí)指標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)都是2 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)式（10）得出，對(duì)應(yīng)各風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的目標(biāo)層的關(guān)聯(lián)矩陣，該實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)的最終結(jié)果為2 級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

表7 多層可拓評(píng)價(jià)目標(biāo)層結(jié)果

5 結(jié) 論

多層物元可拓的方法在實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)上可以進(jìn)行運(yùn)用，其中代表物元的安全風(fēng)險(xiǎn)因素的分級(jí)歸納是起點(diǎn)，而因素權(quán)重是決定各級(jí)可拓等級(jí)的要點(diǎn)之一，在實(shí)際運(yùn)用中，能清晰地半定量地對(duì)評(píng)價(jià)因素和最終等級(jí)間關(guān)系進(jìn)行分析，是實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)一種有效評(píng)價(jià)方法，在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的前提下，半定量計(jì)算出評(píng)價(jià)結(jié)果，避免多次評(píng)價(jià)前提不一致的情況，同時(shí)在積累實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)情況下，也能對(duì)評(píng)價(jià)前提統(tǒng)一變換，靈活性很強(qiáng)。

實(shí)驗(yàn)室評(píng)估方法眾多，大多以定性為主，一個(gè)有效的半定性半定量的方法能增加實(shí)驗(yàn)室評(píng)估的科學(xué)性和應(yīng)用性。多層物元可拓方法有較強(qiáng)實(shí)際應(yīng)用背景，以我校某實(shí)驗(yàn)室為例，展示評(píng)估方法全過(guò)程，評(píng)估結(jié)果為分級(jí)等級(jí)，以生成的評(píng)估結(jié)果為導(dǎo)向，能更好地指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室分級(jí)管理工作，評(píng)估結(jié)果推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室安全管理的薄弱點(diǎn)，從而更精準(zhǔn)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室隱患整改。因有案例作為支撐，后期可推廣到其他實(shí)驗(yàn)室，同時(shí)也豐富了實(shí)驗(yàn)室分級(jí)管理的研究工作。