基于AHP-熵權(quán)法的高校實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)研究

劉豐豪1 馬雋湫2 王云卿3 彭瑾3

摘要：高校實(shí)驗(yàn)室是衡量高?？蒲兴胶娃k學(xué)實(shí)力的重要體現(xiàn)，而保障實(shí)驗(yàn)室的安全是高校正常開展科研、教研活動(dòng)的基礎(chǔ)。以高校實(shí)驗(yàn)室為研究對(duì)象，運(yùn)用AHP-熵權(quán)法，建立實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，分析得出實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍和電氣安全兩項(xiàng)得分較低，需要從電氣設(shè)備及線路故障、實(shí)驗(yàn)設(shè)備安全操作水平等方面加強(qiáng)監(jiān)管，提高實(shí)驗(yàn)室整體安全水平。基于對(duì)實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)，梳理出建立安全標(biāo)準(zhǔn)化的要素，構(gòu)建了7個(gè)一級(jí)要素以及相應(yīng)的二級(jí)要素對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安全標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：高校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室；AHP-熵權(quán)法；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；安全標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：D631.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2096-1227（2024）06-0005-05

高校實(shí)驗(yàn)室作為培育大學(xué)生實(shí)踐能力和造就創(chuàng)新型人才的重要保障，日益成為衡量高?？蒲兴胶娃k學(xué)實(shí)力的重要體現(xiàn)，保障實(shí)驗(yàn)室的安全是高校正常開展科研、教研活動(dòng)的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料等的復(fù)雜性，往往涉及機(jī)械、電氣、毒物、輻射、化學(xué)等不同種類的威脅。此外，實(shí)驗(yàn)室中還會(huì)聚集專職實(shí)驗(yàn)教師、學(xué)生及操作工人等不同類型人員，人們的安全知識(shí)水平和安全操作能力參差不齊，一旦遇到不安全情況（過期的高壓氣瓶、不正確擺放的危險(xiǎn)化學(xué)試劑、違規(guī)用電的操作設(shè)備），極易引發(fā)人身傷害事故，造成教學(xué)科研活動(dòng)的中斷和財(cái)產(chǎn)損失。

李志紅[1]對(duì)100起實(shí)驗(yàn)室典型事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)火災(zāi)和爆炸是實(shí)驗(yàn)室事故的主要類型，危險(xiǎn)化學(xué)品、儀器設(shè)備是主要危險(xiǎn)因素，違反操作規(guī)程或誤操作、設(shè)備問題、線路故障是引發(fā)事故的主要原因。劉鑫等[2]從人、物、環(huán)境、管理四方面歸納實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)清單，利用風(fēng)險(xiǎn)矩陣?yán)碚?，?duì)各類風(fēng)險(xiǎn)源的發(fā)生概率和傷害程度進(jìn)行分析。劉林濤等[3]對(duì)比牛津大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全體系，指出高校實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該注重管理機(jī)構(gòu)、規(guī)章制度以及實(shí)施保障三方面指標(biāo)體系的建立，從而保證實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)行。李國輝[4]針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室的特殊環(huán)境，提出了機(jī)構(gòu)和職責(zé)、人員教育培訓(xùn)、作業(yè)安全及重大危險(xiǎn)源辨識(shí)與管理4個(gè)不同于企業(yè)的二級(jí)指標(biāo)。宗軍君等[5]根據(jù)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估指標(biāo)具有多層次、多因素且定量與定性指標(biāo)并存的特點(diǎn)，提出應(yīng)用模糊可拓層次分析法來評(píng)估實(shí)驗(yàn)室建設(shè)水平。陽富強(qiáng)等[6]針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室安全管理特點(diǎn)，繪制出布萊德利曲線模型，將實(shí)驗(yàn)室安全管理分為四階段并提出各階段的安全管理措施。楊靜[7]針對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室安全管理中存在安全意識(shí)淡薄、管理制度不完善的問題，從安全意識(shí)、管理機(jī)制、日常監(jiān)督等方面提出健全實(shí)驗(yàn)室管理體系的對(duì)策和建議。周建國、劉乾[8]以遼寧科技大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理為案例，構(gòu)建學(xué)校、學(xué)院、實(shí)驗(yàn)室三級(jí)聯(lián)動(dòng)安全管理責(zé)任體系，提出經(jīng)費(fèi)保障、隊(duì)伍建設(shè)和動(dòng)態(tài)監(jiān)管并舉來加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全管理。Bai Y等[9]提出一種基于區(qū)塊鏈模型的實(shí)驗(yàn)室安全管理體系。通過將安全教育、設(shè)備管理、廢物處理管理等方面進(jìn)行統(tǒng)一安排，有利于保障安全措施的有效實(shí)施。

為了預(yù)防和減少高校實(shí)驗(yàn)室安全事故，推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室全面、安全、可持續(xù)發(fā)展，本文采用AHP-熵權(quán)法，從日常管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料、環(huán)境因素、實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍、電氣安全5個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安全評(píng)估，并以此為基礎(chǔ)對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)。目前，尚未有成熟的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范，本設(shè)計(jì)內(nèi)容可為實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化管理提供參考。

1 基于AHP-熵權(quán)法的實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

1.1 實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

參考相關(guān)已成熟的標(biāo)準(zhǔn)化評(píng)估研究文獻(xiàn)，如《國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估指標(biāo)規(guī)則》《高等學(xué)校基礎(chǔ)課教學(xué)實(shí)驗(yàn)室評(píng)估辦法和標(biāo)準(zhǔn)》《高等學(xué)校儀器設(shè)備管理辦法》，從日常管理、實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料、環(huán)境因素、實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍、電氣安全等5方面出發(fā)，對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建，見表1。

1.2 AHP-熵權(quán)法風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

1.2.1 基于AHP法的主觀權(quán)重確定

邀請(qǐng)相關(guān)專家對(duì)同級(jí)指標(biāo)的重要性進(jìn)行兩兩比較，運(yùn)用“1～9”標(biāo)度法進(jìn)行量化，見表2，獲得指標(biāo)的相對(duì)重要性，并進(jìn)行賦值。

對(duì)于n個(gè)元素來說，根據(jù)專家打分法對(duì)每一層次的n個(gè)元素進(jìn)行兩兩比較，得到兩兩比較的判斷矩陣A=（aij）m×n。

計(jì)算最大特征值，具體計(jì)算步驟如下：

①計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi；

（1）

②對(duì)Mi開n次方根，計(jì)算公式如下：

（2）

③將向量正規(guī)化，計(jì)算公式如下：

（3）

④根據(jù)公式可得，判斷矩陣A的最大特征值λmax。

一致性指標(biāo)CI的計(jì)算公式為：

（4）

通過上式計(jì)算出的CI值越小，表示判斷矩陣有較好的一致性；若CI=0，說明矩陣具有完全一致性；CI≠0，可以引入隨機(jī)一致性指標(biāo)CR輔助檢驗(yàn)。

指標(biāo)CR公式如下：

（5）

其中RI為平均一致性指標(biāo)，部分RI見表3。

當(dāng)n=1、2時(shí)，RI=0，公式不成立，但是通常CI=0，具有完全一致性。當(dāng)階數(shù)n＞2時(shí)，公式成立。

當(dāng)CR＜0.1時(shí)，表明該矩陣滿足一致性。

計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，求最大特征值公式AW=λmaxW中的矩陣W是權(quán)重向量，對(duì)應(yīng)各指標(biāo)的權(quán)重wj'（j=1，2，…n）。

根據(jù)準(zhǔn)則層和指標(biāo)層的權(quán)重計(jì)算結(jié)果，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的指標(biāo)層進(jìn)行層次總排序，見表4。

1.2.2 基于熵權(quán)法求客觀權(quán)重

將判斷矩陣A=（aij）m×n的各項(xiàng)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)矩陣。

計(jì)算評(píng)估指標(biāo)的信息熵，第j個(gè)指標(biāo)的信息熵計(jì)算公式如下：

（6）

其中k=1/lnn，且可知0≤Ej≤1。

計(jì)算各評(píng)估指標(biāo)的熵權(quán)，第j個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)計(jì)算公式如下：

（7）

計(jì)算指標(biāo)綜合權(quán)重。層次分析法的計(jì)算結(jié)果主觀性較強(qiáng)，為了客觀準(zhǔn)確反映指標(biāo)權(quán)重，綜合采用層次分析法和熵權(quán)法，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的綜合權(quán)重，計(jì)算公式為：

（8）

式中，α為人為主觀偏好系數(shù)，取值為0≤α≤1，決策者根據(jù)偏好給出具體數(shù)值，本文取0.5。指標(biāo)層熵權(quán)計(jì)算及綜合權(quán)重見表5。

由表5可知，重點(diǎn)設(shè)備及危險(xiǎn)材料的儲(chǔ)存與使用綜合權(quán)重最大，其次是實(shí)驗(yàn)設(shè)備安全操作水平、個(gè)人防護(hù)用品配置、電氣設(shè)備及線路故障、應(yīng)急演練，實(shí)驗(yàn)室人員密度所占權(quán)重最小。

1.2.3 專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室整體評(píng)估

構(gòu)建評(píng)價(jià)集。以10分作為最佳安全程度的分值，風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)隨分值的增加而減小，將實(shí)驗(yàn)室劃分為5個(gè)安全等級(jí)，見表6。

計(jì)算評(píng)價(jià)結(jié)果。采用線性加權(quán)模型計(jì)算專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)度，計(jì)算公式如下：

（9）

式中，U為專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；Ui為專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)體系中指標(biāo)層各指標(biāo)的綜合權(quán)重；Fi為計(jì)算得出的指標(biāo)評(píng)價(jià)數(shù)值。

實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)結(jié)果。準(zhǔn)則層指標(biāo)評(píng)估分?jǐn)?shù)見表7。

依據(jù)表7構(gòu)建的評(píng)價(jià)集，最終得分為2.84270，對(duì)應(yīng)的專業(yè)教學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)（一般安全）。需要采取適當(dāng)措施，降低教學(xué)實(shí)驗(yàn)室事故危險(xiǎn)，使其達(dá)到可接受水平。為進(jìn)一步分析實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)因子，本文具體分析了準(zhǔn)則層的每個(gè)指標(biāo)得分，由表7可知，實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍與電氣安全得分最低。實(shí)驗(yàn)設(shè)備與材料得分較高，隱患相對(duì)較小，很大程度上保障了實(shí)驗(yàn)室的安全水平。因此針對(duì)分析結(jié)果，需要在實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍和電氣安全方面進(jìn)一步加強(qiáng)管理。

結(jié)合指標(biāo)綜合權(quán)重和專家意見，可得到電氣設(shè)備及線路故障、實(shí)驗(yàn)設(shè)備安全操作水平是影響實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍和電氣安全兩方面得分較低的主要因素。故需從這幾方面進(jìn)行監(jiān)管，以提高實(shí)驗(yàn)室的安全水平。

2 交通土建類安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)

標(biāo)準(zhǔn)化是指在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、科學(xué)和管理等社會(huì)實(shí)踐中，對(duì)重復(fù)性的事物和概念，通過制訂、發(fā)布和實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到統(tǒng)一，以獲得最佳秩序和社會(huì)效益。實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化是指通過制定有關(guān)的制度措施、操作規(guī)程、功能布局等方式，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的空間布局、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、材料操作管理等方面進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)。

王興達(dá)[10]綜合運(yùn)用“物理—事理—人理”方法論、PDCA循環(huán)體系和層次分析法等建立高校實(shí)驗(yàn)室安全管理標(biāo)準(zhǔn)化體系，并利用集對(duì)分析理論（SPA）對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化體系進(jìn)行分析研究，建立了優(yōu)化模型。何泳[11]以高校實(shí)驗(yàn)室安全標(biāo)準(zhǔn)化現(xiàn)狀為依托，設(shè)計(jì)提出了整合資源、頂層設(shè)計(jì)、分級(jí)管理的高校實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)制。汪弘[12]通過開展安全教育建設(shè)、安全管理體系建設(shè)、安全可視化建設(shè)和實(shí)驗(yàn)室安全應(yīng)急防護(hù)四方面的建設(shè)探索，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室安全標(biāo)準(zhǔn)化、可持續(xù)、全方位的建設(shè)體系。

本文基于對(duì)實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)，梳理出實(shí)驗(yàn)室建立安全標(biāo)準(zhǔn)化的要素及具體標(biāo)準(zhǔn)化要求條款，提出實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、建筑安全布局、安全平面設(shè)計(jì)、安全功能分區(qū)、設(shè)備材料安全標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全制度管理7個(gè)一級(jí)要素以及相應(yīng)的二級(jí)要素，基本涵蓋了高校專業(yè)實(shí)驗(yàn)室安全運(yùn)行的相關(guān)內(nèi)容，見圖1，為之后的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化管理提供了參考。

同時(shí)，還應(yīng)注意以下原則：①建立相關(guān)的安全管理部門。專門負(fù)責(zé)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的安全與環(huán)境健康工作。②有相關(guān)專業(yè)的技術(shù)專家，對(duì)安全、環(huán)境、健康相關(guān)的工作進(jìn)行指導(dǎo)。③著重關(guān)注高危險(xiǎn)的設(shè)備、材料，進(jìn)行實(shí)時(shí)安全監(jiān)控。

3 結(jié)束語

以實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況為依托，并參考相關(guān)企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)，建立了專業(yè)教學(xué)（下轉(zhuǎn)第16頁）（上接第8頁）實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，其中包括5個(gè)一級(jí)指標(biāo)和25個(gè)二級(jí)指標(biāo)。運(yùn)用AHP-熵權(quán)法確定綜合權(quán)重，并獲得二級(jí)指標(biāo)綜合權(quán)重的總排序，發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍和電氣安全兩個(gè)指標(biāo)因素的得分較低，需要重點(diǎn)加強(qiáng)監(jiān)管?；趯?duì)實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的評(píng)價(jià)，建立了實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想、建筑安全布局、安全平面設(shè)aab29fbe93bff31547e65fbc8a68ab8e計(jì)、安全功能分區(qū)、設(shè)備材料安全標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安全制度管理7個(gè)一級(jí)要素對(duì)實(shí)驗(yàn)室整體進(jìn)行安全標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，為之后的實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)化管理提供了參考。

參考文獻(xiàn)

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