化學(xué)化工類(lèi)實(shí)驗(yàn)室安全信息化建設(shè)的探索與實(shí)踐*

李純成，徐建強(qiáng)，陶 濤

(1 南京信息工程大學(xué)實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處，江蘇 南京 210044；2 南京信息工程大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院，江蘇 南京 210044)

回顧“十三五”以來(lái)，高校實(shí)驗(yàn)室安全事故時(shí)有發(fā)生，且發(fā)生的頻率和嚴(yán)重程度仍處在高位，充分暴露我國(guó)高校教學(xué)/科研實(shí)驗(yàn)室快速發(fā)展而安全管理模式滯后的問(wèn)題[1]。隨著信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能的發(fā)展，信息化建設(shè)是實(shí)驗(yàn)室安全建設(shè)的必由之路[2]。然而，一方面部分實(shí)驗(yàn)室安全管理的信息化程度不高，另一方面亦存在過(guò)度信息化，或者信息化“水土不服”，“看上去很美很好，但是實(shí)際用不起來(lái)”，形同虛設(shè)的窘境。傳統(tǒng)上，實(shí)驗(yàn)室安全信息的采集、分類(lèi)、分析和存儲(chǔ)等工作由人工完成，耗時(shí)費(fèi)力，往往統(tǒng)計(jì)不全、資料遺失等情況，在實(shí)驗(yàn)室搬家中會(huì)清理出為數(shù)不少的物賬不相符、標(biāo)簽脫落的化學(xué)品，增加廢棄物處置的安全風(fēng)險(xiǎn)，已報(bào)道的案例中就是金屬鈉、四氫鋁鋰等易制爆化學(xué)品。同時(shí)，由于時(shí)間、空間及人的精力等因素的限制，無(wú)法確保對(duì)實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)環(huán)境與實(shí)驗(yàn)過(guò)程信息進(jìn)行全面、實(shí)時(shí)的跟蹤、更新與監(jiān)管，也容易影響數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性問(wèn)題，從而不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除安全隱患。因此，實(shí)驗(yàn)室安全信息化建設(shè)一直以來(lái)是實(shí)驗(yàn)室安全建設(shè)必不可少的一環(huán)，特別是可能對(duì)安全管理的升級(jí)換代產(chǎn)生質(zhì)的飛躍[3]。

1 信息化建設(shè)的緊迫性與方向性

2018年北京交通大學(xué)市政與環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆炸燃燒事故[4]以來(lái)，《教育部辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全檢查工作的通知》(教高廳〔2019〕1號(hào))明確指出：建設(shè)全校統(tǒng)一的教學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理信息化系統(tǒng)，以及充分利用信息化手段提升安全工作水平等；教育部《高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室安全檢查項(xiàng)目表(2021版)》在責(zé)任體系中，明確要求“采用信息化手段管理實(shí)驗(yàn)室安全”，且“逐步建立和完善實(shí)驗(yàn)室安全信息管理系統(tǒng)和監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)”。實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)由原來(lái)的“自選動(dòng)作”轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)在的“規(guī)定動(dòng)作”，同時(shí)信息化建設(shè)也成為提升實(shí)驗(yàn)室本質(zhì)安全的重要舉措。

國(guó)家的大政方針為實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)指明方向，實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生觸動(dòng)實(shí)驗(yàn)室信息化建設(shè)的緊迫性。信息化建設(shè)并不是只做統(tǒng)計(jì)的表格，也不是“一刀切”做應(yīng)用軟件，需要更安全法規(guī)、規(guī)章以及學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)相結(jié)合，真正解決實(shí)驗(yàn)室安全管理中的痛點(diǎn)。以實(shí)驗(yàn)室安全培訓(xùn)為例，信息化建設(shè)，特別是虛擬仿真技術(shù)[5]的引入，極大地促進(jìn)了學(xué)生對(duì)安全知識(shí)的學(xué)習(xí)和掌握，但是仍然無(wú)法代替?zhèn)鹘y(tǒng)安全演練和實(shí)操。這就需要結(jié)合具體專業(yè)的實(shí)際情況，有針對(duì)性的推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室安全信息化建設(shè)，不能拋開(kāi)精細(xì)化管理和規(guī)范化流程，否則信息化建設(shè)就淪為“假把式”。

2 化學(xué)化工類(lèi)實(shí)驗(yàn)室安全隱患種類(lèi)

化學(xué)化工類(lèi)實(shí)驗(yàn)室通常涉及到用水、用電、用氣、化學(xué)品存儲(chǔ)與使用、儀器設(shè)備使用、實(shí)驗(yàn)廢棄物處置等實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，每一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能因?yàn)楸O(jiān)管不到位而造成事故。

2.1 水、電、氣安全

實(shí)驗(yàn)室用水主要包括儀器洗滌、實(shí)驗(yàn)裝置冷卻用水等，實(shí)驗(yàn)室上下水暢通是保證實(shí)驗(yàn)室用水安全的重要內(nèi)容。此外，在化學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)室中，水也是一種重要的化學(xué)物質(zhì)，若水與活潑金屬(如鈉、鉀等)相遇會(huì)發(fā)生激烈的化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致事故的發(fā)生，因此儲(chǔ)存有能與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室必須保證與水處于脫離狀態(tài)。

電是現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行的動(dòng)力基礎(chǔ)，小到照明用電，大到大型儀器設(shè)備供電，實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備功率與供電系統(tǒng)相匹配是保證實(shí)驗(yàn)室用電安全的重要內(nèi)容。此外，儀器設(shè)備規(guī)范操作也是用電安全的重要內(nèi)容[6]。

氣體是實(shí)驗(yàn)室的一類(lèi)特殊的化學(xué)物質(zhì)，不同氣體具有不同的性質(zhì)，不同實(shí)驗(yàn)中，氣體扮演不同的角色，它們可以是實(shí)驗(yàn)裝置的保護(hù)氣體，也可以是反應(yīng)氣體。實(shí)驗(yàn)室氣體大多具有無(wú)色無(wú)味的特點(diǎn)，因此保證實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所的通風(fēng)、確保實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性是實(shí)驗(yàn)室用氣安全的重要內(nèi)容。此外，對(duì)于使用易燃易爆氣體的實(shí)驗(yàn)室應(yīng)確保沒(méi)有明火存在。

2.2 化學(xué)品安全

據(jù)統(tǒng)計(jì)，具有CAS號(hào)的化學(xué)品已突破1億個(gè)，但是安全管制需要重點(diǎn)關(guān)注的是管制類(lèi)化學(xué)品。管制類(lèi)化學(xué)品有嚴(yán)格的定義和清單，主要有危險(xiǎn)化學(xué)品、易制爆、易制毒化學(xué)品。危險(xiǎn)化學(xué)品是指具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等性質(zhì)，對(duì)人體、設(shè)施、環(huán)境具有危害的劇毒化學(xué)品和其他化學(xué)品，包括爆炸物、易燃物、急性毒性化學(xué)品、各器官吸收毒性化學(xué)品、環(huán)境危險(xiǎn)化學(xué)品等；易制毒化學(xué)品是指可用于制造麻醉藥品和精神藥品的化學(xué)原料及試劑，包括可用于制造毒品的主要原料以及化學(xué)試劑[7]；易制爆化學(xué)品是指具有可以作為原料或輔料而制成爆炸品性質(zhì)的化學(xué)品。管制類(lèi)化學(xué)品清單列表并非一成不變，會(huì)隨著法律法規(guī)的變化而變化，特別是有可能在制備新型毒品中起到重要作用的原料及中間體。

坦率地說(shuō)，化學(xué)品數(shù)量超過(guò)一億，一間普通實(shí)驗(yàn)室涉及的化學(xué)藥品少到十幾種多到上百種，甚至上千種，不進(jìn)行信息化管理，是很難摸清楚實(shí)際情況的，且還需要進(jìn)行動(dòng)態(tài)更新。對(duì)于以上化學(xué)品的運(yùn)輸過(guò)程、買(mǎi)賣(mài)過(guò)程、存儲(chǔ)過(guò)程和使用過(guò)程，公安部門(mén)都對(duì)其有嚴(yán)格的規(guī)定，防止這些化學(xué)品在上述過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題，引起人員傷亡、污染環(huán)境或者其他后果。工作人員若參與到這些過(guò)程，必須按照有關(guān)規(guī)定嚴(yán)格執(zhí)行。

2.3 其他安全

實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備按功能來(lái)分可劃分為加熱設(shè)備、冷凍設(shè)備、測(cè)試設(shè)備、通風(fēng)設(shè)備、稱量?jī)x器等，這些儀器設(shè)備的安全問(wèn)題在供電正常的情況下，主要取決于操作人員的操作規(guī)范與否。

實(shí)驗(yàn)室廢棄物一般可以分為無(wú)機(jī)廢液、有機(jī)廢液、損傷性固體廢物(碎玻璃)、塑料空瓶、玻璃空瓶、化學(xué)沾染性廢棄物(一次性手套、移液槍針頭等)。隨著高校規(guī)模的不斷擴(kuò)大，如何減少?gòu)U棄物的產(chǎn)生，杜絕廢棄物隨意處置帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)(安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)保風(fēng)險(xiǎn)等)已經(jīng)是刻不容緩的問(wèn)題。

3 實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題解決的有效途徑探討與實(shí)踐

從上面羅列的實(shí)驗(yàn)室安全隱患來(lái)看，面廣量大，十分龐雜，即使專業(yè)人員也很難做到面面俱到，在目前高校普遍缺少安全管理人員的情況下，利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)結(jié)合大數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，建立實(shí)驗(yàn)室安全信息化系統(tǒng)就可以起到事半功倍的效果。

3.1 實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁系統(tǒng)的建設(shè)

實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入是安全信息化建設(shè)的“第一道門(mén)”。實(shí)驗(yàn)室是教師、學(xué)生、技術(shù)人員從事教學(xué)科研、實(shí)踐創(chuàng)新、技術(shù)研發(fā)的重要場(chǎng)所，高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室安全檢查項(xiàng)目二級(jí)指標(biāo)“人員管理”中明確要求制定相應(yīng)的人員準(zhǔn)入制度，在“門(mén)禁監(jiān)控”二級(jí)指標(biāo)中要求門(mén)禁和監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)正常，與實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入制度相匹配。實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入制度的難度不是較為固定的教職工，而是相對(duì)變化的本科生和研究生。

以某信息工程大學(xué)為例，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處建立了實(shí)驗(yàn)室安全學(xué)習(xí)與考試平臺(tái)，平臺(tái)里建立了有關(guān)安全議題的試題庫(kù)，內(nèi)容包含通識(shí)類(lèi)和各專業(yè)學(xué)科分類(lèi)安全知識(shí)、安全規(guī)范、國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)、應(yīng)急措施等。要求在校從事教學(xué)和科研的教師、本科生和研究生均需參加一年一度的考試，通過(guò)者發(fā)放合格證書(shū)，作為實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入的依據(jù)。將考試結(jié)果與二級(jí)學(xué)院實(shí)驗(yàn)室門(mén)禁進(jìn)行數(shù)據(jù)耦合，只有通過(guò)考試且為該院師生才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。

3.2 實(shí)驗(yàn)室水、電、氣的管理

實(shí)驗(yàn)室水、電、氣通常是化學(xué)類(lèi)實(shí)驗(yàn)室的基本配置，離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室時(shí)關(guān)水、關(guān)電、關(guān)氣是常規(guī)操作，但是由于某些原因?qū)е率韬鲆彩墙?jīng)常發(fā)生的事。一旦疏忽就會(huì)出現(xiàn)“水漫金山”、電器長(zhǎng)時(shí)間供電而“發(fā)熱”、因氣路老化而“泄氣”等癥狀以及由此進(jìn)一步引發(fā)的“后遺癥”。通過(guò)在水閥、電源開(kāi)關(guān)、氣閥安裝相應(yīng)傳感器，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室監(jiān)視系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)過(guò)程提醒系統(tǒng)就能有效地避免由水、電、氣使用引發(fā)各種并發(fā)癥。

3.3 化學(xué)品的過(guò)程管理

在眾多的化學(xué)品中，一般學(xué)校應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注三類(lèi)化學(xué)品，即易制爆化學(xué)試劑、易制毒化學(xué)試劑以及易燃化學(xué)試劑。這三類(lèi)試劑一旦流失到社會(huì)或存貯不當(dāng)將帶來(lái)極大的安全隱患。這三類(lèi)試劑必須有專門(mén)的存貯柜存放，在存放過(guò)程還需注意配伍禁忌，即相互反應(yīng)的物質(zhì)不能混放。在解決了存放問(wèn)題的基礎(chǔ)上，使用過(guò)程管理是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，按照傳統(tǒng)的手工記錄方法不僅費(fèi)時(shí)，也很難保證結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)三類(lèi)試劑的試劑柜安裝傳感器、配備專用的電子天平、結(jié)合試劑識(shí)別系統(tǒng)(一瓶一碼)就可以實(shí)現(xiàn)試劑柜開(kāi)門(mén)、試劑稱重、試劑用量記錄、試劑柜關(guān)門(mén)等連續(xù)操作，從而極大地減輕試劑管理人員的管理壓力。

3.4 儀器設(shè)備的使用過(guò)程管理

儀器設(shè)備的使用過(guò)程一般分為開(kāi)機(jī)、使用及關(guān)機(jī)三個(gè)階段，不同的儀器設(shè)備使用過(guò)程有所不同，有些儀器設(shè)備在使用過(guò)程會(huì)有一些特殊的要求，針對(duì)這三個(gè)階段以及使用過(guò)程的特殊要求，安裝相應(yīng)的傳感器，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室視頻監(jiān)控系統(tǒng)就能全方位掌握實(shí)驗(yàn)人員使用儀器過(guò)程，包括是否按操作規(guī)程使用儀器、儀器使用過(guò)程與儀器管理人員的在線互動(dòng)、大型儀器設(shè)備使用機(jī)時(shí)的記錄等，為儀器設(shè)備的開(kāi)放共享提供有力支撐。

3.5 實(shí)驗(yàn)室廢棄物的有效管理

實(shí)驗(yàn)室廢棄物品種多、數(shù)量多，將會(huì)給管理人員帶來(lái)很大挑戰(zhàn)。實(shí)驗(yàn)室廢棄物中的化學(xué)試劑空瓶又與上述化學(xué)品的過(guò)程管理緊密相關(guān)。因此把易制爆試劑、易制毒試劑、易燃物試劑空瓶納入上述化學(xué)品過(guò)程管理系統(tǒng)，就能實(shí)現(xiàn)管制類(lèi)試劑的閉環(huán)管理，從另一個(gè)側(cè)面強(qiáng)化了危險(xiǎn)化學(xué)品的管理水平。

4 結(jié) 語(yǔ)

在實(shí)驗(yàn)室安全信息化管理系統(tǒng)中，人始終是最主要的因素，作為實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理人員應(yīng)該加強(qiáng)自身安全知識(shí)的學(xué)習(xí)，轉(zhuǎn)變管理理念，變“要我安全”為“我要安全”，關(guān)注實(shí)驗(yàn)室的每一個(gè)過(guò)程，確定每一個(gè)過(guò)程可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，利用信息化的技術(shù)就能從繁重、繁瑣的工作中解放出來(lái)。值得注意的是，既要反對(duì)不作為的“反信息化”，又要反對(duì)亂作為的“過(guò)度信息化”，在管理實(shí)踐中需要堅(jiān)持用信息化建設(shè)推進(jìn)精細(xì)化管理，用精細(xì)化管理促進(jìn)規(guī)范化流程，用規(guī)范化流程(范式)再反過(guò)來(lái)完善信息化建設(shè)，信息化、精細(xì)化、規(guī)范化“三化聯(lián)動(dòng)”才能使得實(shí)驗(yàn)室安全管理上水平、出實(shí)效。