交叉学科实验室开放与安全的管理体系建设

韩景芸，宋 崴，王江雪，裴葆青，樊瑜波

（北京航空航天大学 生物与医学工程学院，北京 100191）

高校实验室是组织高水平实验教学、建设一流学科的基础，是培养创新型人才、探索前沿学科的支撑。近年来，高校聚焦国家战略需求，以全球化视野实施“双一流”[1]、“新工科”[2]、“六卓越一拔尖计划”[3]等项目，积极推动一流实验室建设与共享[4]。而交叉学科实验室以全方位、多层次、大跨度等特点成为科技创新的重要平台，在人员、设施、仪器等方面具有更大的复杂程度与更多的不确定因素[5]。因此，随着建设力度和开放程度的日益提升[6-7]，如何充分辨识交叉学科实验室运行中的危险源与有害因素并加以有效防控，是实验室管理所面临的新课题。

通过分析生物医学工程（biomedical engineering，BME）实验室发展过程中面临的挑战，从现有实验室的危险源辨识着手，借鉴全面质量管理中的 PDCA（plan 计划，do 执行，check 检查，action 处理）循环[8]，建立从学院顶层到具体使用人不同级别的实验室安全运行体系，进一步完善组织构架、规章制度、培训考核、评价考核等环节，从而形成基于统一身份认证的自助式柔性实验室管理模式。

1 BME 特点及对实验室安全管理的挑战

BME 是一门新兴的边缘学科，发展迅速，已成为世界各国竞争的主要领域之一，其综合工程学、生物学和医学的理论和方法，从分子、细胞、组织、器官到整个人体系统，以多手段、多层次的方式为疾病的预防、诊断、治疗和康复提供服务。

1.1 人才培养模式改革对实验室管理的挑战

以产品研发到产品运行的生命周期为载体，让学生以主动的、实践的、课程之间有机联系的方式学习工程。CDIO（conceive 构思、design 设计、implement实现、operate 运作）理念是国际工程教育改革的一项成果[9]。例如约翰霍普金斯大学设置了面向不同年级的“BME design group”实践课，学生以解决本领域实际问题为导向，自选开放性项目；杜克大学通过必修、选修以及独立研修（independent study）等不同形式的设计类课程，强化工程动手与创新能力培养；东南大学设计出BME 连环实验系统，形成嵌套式的实验教学活动[10]；华中科技大学则构建了专业课程伴侣实验项目的教学模式，同时还开展了产业认知、创新创业训练等实践环节。

与传统教学模式相比，CDIO 增加了实验实践类课程的比重，围绕产学研一体化更加侧重交叉型、综合型、设计型实验项目的建设。教学形式更加多样化，以学生为中心[11]、研讨式教学[12]、翻转课堂[13]等先进教学形式得到普遍应用。这些教学形式的变化使育人过程更具自主性和创新性，涉及专业方向、实验人员和场地，以及使用时间等，并对实验室的开放程度和安全保障提出了更高要求，因此，实验室管理如何匹配现有的教学体系，创建更加柔性、自由且安全的环境是实验室工作面临的一个挑战。

1.2 交叉学科创新对实验室管理的挑战

BME 覆盖生物信息、医学图像、生物材料、系统分析等众多学科领域，无论从基础到前沿，还是从理论到应用，BME 研究都展现出大跨度、多学科交叉的特点[14]。而BME 实验室也在容纳资源、承载课题、服务对象等方面呈现出多层次与多元化的特征，在激发跨界创新的同时，也伴随着大量不确定因素在实验室积聚。一方面实验室容纳的仪器设备与材料的品类和数量不断提升，对实验室人员在实验技术、应急处理、沟通协调、设备维护等方面提出更高要求；另一方面，科研的探索性和复杂性以及人员的流动性，导致实验室人员密度增加、设备运行数量和时间增多、实验室运行风险加大。此外，随着BME 研究进一步向更深、更广层次的发展，可以预见，BME 实验室涉及的安全防范领域也将更加宽泛。因此，如何为实验室开放建立完善的人、物、事、环境全方位安全防控体系，是实验室面临的另一个挑战。

2 实验室开放过程中危险源的辨识

目前，我校生物与医学工程学院在读本科生与研究生分别超过400 人和700 人。院内有基础公共实验室、专业实验室及大型贵重设备实验室等，分别由实验系列专职教师与相关领域的教师负责管理，但均为开放型实验室。为了发现开放实验室日常运行中存在的安全问题，对我院6 个具有代表性的实验室进行了连续50 天的调查，由专人轮流记录每日8:00—22:00时间段实验室的运行情况。发现大部分实验室不安全问题是人为因素引起的（见图1），如灭菌锅和动物实验中的常规操作失误，揭示出实验技术以及培训效果欠佳的问题，而涉及的设备关停、样本处理等常识疏漏，则暴露出实验人员安全意识淡薄、缺乏公共责任意识的问题等。此外，调查中还发现随着交叉学科的深入，实验室功能不断扩展，仪器设备和材料剧增，出现实验过程相互干扰、安全防护不充分的现象。此外，实验室管理也存在一定缺陷，如信息化和智能化程度不高，导致预约体系效率低，且无法对重点区域和危险源进行有效监控；管理不闭环、规章制度与岗位职责落实不到位等问题。

图1 实验室开放运行中不安全因素调查统计

3 以风险防控为导向的实验室闭环管理

PDCA 管理循环是全面质量管理体系运转的基本方法，以“一切管理始于计划，落于不断改善”为宗旨，实现质量控制的循环渐进式提升。学院借鉴PDCA管理模式，将实验室运行中的使用者、课题组、管理人以及学院等多维度的责权利串联起来，形成一个可持续发展的实验室PDCA 循环闭环管理运行机制（见图2）。

3.1 “3+X”组织管理体系

图2 实验室PDCA 循环闭环管理运行机制

建立了“3+X”组织分层责任管理体系，3 表示三个管理层级，X 指导师组，各级之间具有递进包含 关系（见图3）。其中区域管理由实验中心承担，为了使有限的专业管理人力资源覆盖到全院，实验中心采用模块分工合作制，即将学院所有场地划分成若干模块区域，将实验室主要工作梳理成若干模块事务单元，每位专职教师负责其中一个区域和一个单元的统筹管理，而实验中心主任负责调配各区域间的分工协作。对于房间管理，各个实验室按照专业特点和人员构成差异制定个性化的管理规则，以“谁管理、谁负责，谁使用、谁负责”为原则，由实验专职或相关教师组织日常运行管理。对于设备管理，特别是大型精密仪器则由学院统一定岗管理，指定具体教师负责这些设备全生命周期的运行与维护。此外，导师组是各级管理的最小单位，导师是责任主体，需要对组内成员的活动全面负责。

图3 3+X 组织分层责任管理体系

在该责任管理体系中，实验中心上传下达扮演枢纽角色；通过区域管理形式将校院方针落实到学院各层，同时将运行中出现的问题形成建设方案反馈给学院。此外，通过这种自上而下的层级责任管理，实现每个区域、每个房间、每套设备、每个事件都有具体人员负责，并通过自下而上的执行响应，实现实验室软硬实力的不断加强，形成“落实—反馈—建设”的闭环组织机构。

3.2 流程式规章制度体系

科学完善的制度体系是保障实验室安全开放的前提。学院在贯彻上级要求的同时，以风险控制为导向，在不同级别、不同区域、不同事物之间建立了院级实验室管理规章制度（见表1），对人的安全行为、物的安全状态、环境的安全因素等确定具体要求。此外，规章制度在内容上强调流程化，其目标使每位使用者能够具备较为统一的标准，以便指导行为，以及描述和处理问题，从而实现单个实验室以及跨学科多个实验室使用过程的安全性、规范性和高效性。

表1 院级实验室管理规章制度

3.3 嵌套式培训体系

安全教育培训是风险管理的基本法则，为此，构建了嵌套式的培训服务体系（见图4），其越外层的培训受众面越广，内容越宽泛；越内层的培训面向人群越少，越强调个性化，及专业化。该体系运行目标是在保障使用者全面接受基础安全常识、制度、技能等方面培训的同时，也能够充分考虑场景、项目和实验人员的个性差异，有针对性地进行入室或专项训练，做到因房间、因项目、因人员而异。此外，在各层级培训中，以“观看演示+动手实训”的模式为主提高培训效果。而对于精密或贵重仪器设备，则采用基于虚拟现实技术开发的仿真系统进行培训，达到即提高学生的学习主动性，又保护设备的双重功效。

图4 嵌套式培训服务体系

3.4 积分制考评体系

为了保障组织机构、规章制度以及培训体系在实验室开放运行中的有效贯彻落实，建立了两套考核方案。其一是考试制，每一层级的安全培训配有相应的笔试或者实操考试，提高入室或设备获准使用的门槛值。其二是名誉积分制，在实验室运行中参考交规扣分标准，制定详细的奖罚规定。使用人在通过基础的培训考试后将获得原始12 分，随后在实验过程中的不良行为将被扣分，受到警告、通告、再考试等不同程度的教育，同时名誉积分还与学生的奖学金和教师的绩效直接相关。相反，如果对实验室的运行提出有效建议、参与管理或者避免事故发生者则获得奖励积分，在每学期末高积分获得者将得到物质和名誉奖励。

4 实验室安全开放的技术支撑

学院积极推进实验室的信息化实验管理平台建设，利用计算机、智能芯片、视频监控以及移动互联网等先进技术为实验室安全开放的流程化管理提供强有力的支撑。院级实验室开放综合信息管理平台如图5 所示。实验室中心拥有信息平台的最高权限，同时负责使用人、负责人和仪器设备等数据库的动态更新和维护。在实验室运行中，实验中心基于统一身份认证系统将预约权限下放给负责人库中的对应教师，而申请人必须同时满足“培训、考核和信誉积分”三方面条件才能进入使用人资质库名单，才具有预约资质。申请人在线预约成功后，通过智能门禁系统和电源控制器，可在预约时间段内进行自助式的科研、教学等活动，并由智能视频终端进行过程监控。此外，管理平台还具有信息共享与交互功能，如在设备数据库中全面动态记录每台设备从采购到报废全生命周期的信息，包含设备档案、培训资料、使用记录、支撑科研与教学项目等，库中信息全面开放。通过上述信息管理平台的建设，突破了人力管理的局限，方便了师生更灵活的错峰使用，同时便于师生了解和学习使用现有实验资源，做到物尽其用，避免重复采购。

图5 院级实验室开放综合管理信息平台

5 结语

面向不断涌现的发展机遇，BME 实验室正向更加开放、多元、综合、智能方向发展[15]，而全国高校实验室发生的安全事故[16]，则警示出实验室安全管理与高校实验室发展在一定程度上相互脱节。本文借鉴PDCA 全面质量管理循环理论，通过建立“3+X”这种自上而下的层级责任管理，实现了自助式实验室柔性开放管理体系；同时通过自下而上的执行响应，实现了“落实—反馈—建设”循环式闭环运行机制。此外，制度、培训、考核体系和实验室管理信息平台建设则实现了人防、物防、技防三位一体的实验室安全保障，尤其是荣誉积分的规定激发了使用人员的安全责任意识，在实验室营造出规范化与流程化的安全氛围。近两年，通过以上理念的实施，实验室的运行效率和安全意识显著提升，不良事件的发生率降低，软硬件条件及安全保障设施逐年完善，开放程度能够随需求自动调节，为高水平人才培养和一流学科建设提供了强有力的支撑。