安全科学在高校实验室安全文化中的应用与研究

廖冬梅， 翟 显， 杨旭升

（武汉大学a．动力与机械学院；b．实验室与设备管理处，武汉430072）

0 引 言

实验室是高校开展实验教学和科学研究的重要平台；实验室安全管理是保证高校师生安全、提高教学和科研环节的安全性和可靠性、消除伤亡事故的系统工程，是劳动保护工作的重要组成部分。针对“北京交大实验室爆炸”等安全事故频发的现状［1］，培养师生的安全科学素养，建设实验室安全文化，提升安全管理水平，创建安全长效机制势在必行。

根据安全文化学的内涵［2］，实验室安全文化应以保障实验室安全运行和发展为目标，是实验室师生的安全价值观与安全行为规范的集合，通过实验室体系对实验室系统四要素（制度、环境、设备和成员）施加影响；其概念框架见图1。实验室安全文化是高校师生学术生活和思政教育的一部分。

图1 实验室安全文化的概念框架示意图

“安全科学与工程”自20 世纪70 年代引入我国后，在核电、电力、交通、矿山、石油化工、建筑、信息等各个行业得以运用和发展［3］；但其相关理论目前在我国高校实验室安全管理的应用还是空白区。针对新时期高校实验室系统的危害因素特点，将安全科学理论引入实验室安全文化建设和思政教育，理论指导实践，全面提升个体和组织的安全价值观与安全行为规范，具有重要的理论和现实意义。

1 高校实验室系统的危害因素分析

1.1 实验器材种类繁多

与生产企业相比，高校实验室的实验器材单个量少但种类繁多，不仅有易碎玻璃器皿、易燃易爆危化品、毒害性和感染性病原微生物和动植物，还有大量高温、低温、高压、真空、高速旋转和辐射类的高风险仪器设备。随着“双一流”建设开展和科研经费逐年增加，高校相继购进各种贵重、精密、先进的仪器，对使用者的业务水平和安全意识提出了更高要求。

1.2 实验室环境与条件复杂

据统计，80%以上的高校实验室安全事故发生在研究生身上［4］。与本科教学实验相比，研究生实验通常具有实验条件更危险（如频繁使用高温高压高转速设备和危化品）、实验项目和内容更复杂、实验过程的未知因素更多、时间紧工作量大、学生大多独立开展实验工作、跨多个实验室完成课题、学科交叉流动性大、新的实验技术现学现用，操作不熟练等特点；因此潜在的实验室安全问题较突出，安全事故隐患严重。

1.3 实验室成员流动性大

高校实验室一般是由为数不多的教师（研究生导师）、教师团队和若干研究生构成，专职实验技术人员和管理人员的定岗定编人数和占比均很少。教授们常常忙于教学、争取科研项目、参加学术交流等活动，对实验室安全管理往往不够重视或投入精力不足；不少年轻教师本身就缺乏安全管理能力和经验，无法识别各种安全隐患。作为研究生实验室的生力军和主力军，研究生虽身处最高层次的教育阶段，但他们的安全意识、责任感普遍淡薄，实验技能不足，不认真遵守实验原理和安全操作规程，缺乏必要的现场指导和监督，导致实验室事故风险增大，损失严重，引起教育界的广泛关注［5-6］。

2 安全科学在实验室安全文化中的应用

在安全科学的视角下，应用事故法则、未遂事故和安全隐患、事故致因理论、危险源分类和控制、6S 管理、事故树分析、个体防护、安全人性的“X-Y理论”等理论对实验室安全事故案例和安全管理存在的问题进行深度分析与研究，通过安全宣传教育、安全监督检查和安全规章制度等各种手段措施，推进实验室安全文化和思政教育的协同发展。

2.1 事故法则、危险源分类、6S管理等理论应用

分析某高校实验室发生安全事故案例［7］：硕士生李某在博士生王某的带领下操作滚齿机加工齿轮。王某脚下踉跄一下，没在意；李某欲站到脚踏板上查看工件情况，突然脚下一滑失去平衡，右手碰到旋转的滚刀上，手指当即被铣掉两截。

（1）事故法则的应用。应用海因里希事故法则对以上案例进行分析，如图2 所示。

图2 滚齿机伤手的事故法则分析

此案例分析向学生揭示了一个十分重要的安全价值观：要预防死亡及重伤害事故，必须逐级清除轻微伤事故、未遂事故和安全隐患；即在事故发生之前，抓住时机及时消除无数次人的不安全行为和物的不安全状态。由于物的不安全状态的产生也是由于人的缺点或错误造成，所以人的不安全行为是导致事故发生的主要原因。培养人高度的安全防范意识和敏锐的隐患预见能力，并在安全价值观指导下养成良好的安全行为规范，是实验室安全文化建设和思政教育的重点。

（2）危险源分类。在此案例中，高速运转的滚齿机属于第1 类危险源，是事故发生的能量载体，决定事故后果的严重程度。机油泄漏、不清理油污、不停机操作、滑倒属于第2 类危险源，是事故发生的触发外因，决定事故发生的可能性。设备维护不善、不认真检查实验现场安全状况、不遵守安全操作规程等属于第3类危险源，也就是人的安全理念、知识和安全行为习惯的缺失，是事故发生的充分条件，也是最大危险源。

（3）6S管理制度。针对此类案例发生的原因，在高校实验室引入6S 安全管理制度［8］，即开展整理（Seiri）、整顿（Seiton）、清扫（Seiso）、清洁（Seiketsu）、素养（Shitsuke）和安全（Security）等6 项活动，它们之间的关系见图3。6S 管理通过规范实验环境、设备耗材，营造安全卫生、协调有序的实验条件，消除发生安全事故的根源，培养学生良好的安全行为习惯，提升安全文化水平。

图3 6S之间的关系

研究实践表明，开展6S 容易，但长时间维持必须依靠人素养的提升；所以人是最关键的因素。根据安全人性的“X-Y理论”［9］，对违反相关制度并造成不良后果者，将视情节处以警告、批评、书面检查，乃至停止实验等处理；最终目的是通过安全监督检查，使学生能自觉养成良好的安全行为习惯，从“被动要求”变为“主动执行”；激发他们对生命健康和实验室责任的担当意识和使命感，这也是思政教育所倡导的方向。

2.2 应用事故树分析设备故障，提升实验设备安全

近年来，高校实验室屡次发生储存易挥发或易分解试剂的冰箱爆炸事故［10］。由于易燃易爆气体与空气混合物的最小引爆能量都很小，如二硫化碳为0． 015 mJ（V ＝6． 52%）、乙醚0． 49 mJ（V ＝3． 37%）、苯0． 55 mJ（V ＝2． 71%）、丙酮1． 15 mJ（V ＝4． 87%）［11］；冰箱内部的机械温控器、照明灯、风扇等设施启动时产生的微小电火花即有可能引爆它们；而冰箱里放置的化学试剂会增加爆炸产生的破坏力。同时，由于冰箱处于近似密封状态，减压条件差，因而一旦发生爆炸，它的威力比空间爆炸大得多，可能造成严重破坏。

2.2.1 事故树的应用

应用事故树［12］研究冰箱爆炸，从顶上事件“实验室冰箱电火花爆炸”入手，结合实验室安全管理实际，绘制事故树如图4 所示。

图4 实验室冰箱电火花爆炸的事故树分析

布尔代数表达式如下：

上述方程式展开共有12 项，且均为最小割集；根据最小割集结构重要度判断原则，以I（Xi）表示结构重要度，排序如下：

2.2.2 风险控制措施

结合冰箱的工作特点和技术发展，可以确定风险控制措施的优先顺序依次为消除电火花（普通冰箱进行防爆改造、购买防爆冰箱）、密封试剂、改善通风等。

（1）防爆电气设备标准与化学防爆冰箱。要求实验室师生学习GB3836-2010《爆炸性环境》，掌握防爆术语和定义、爆炸性场所危险性划分、设备防爆方法、爆炸性气体类别、气体温度组别、设备保护级别等；识别防爆标志如Ex d ibmb IIB T4 的含义［13］，并能根据实验室实际情况，选择防爆等级合适的各类电气设备。

购买实验室专用化学防爆冰箱。压缩机、冷凝风机采用浇封或隔爆技术处理，为保护压缩机不致损坏，采用延时型防爆固态继电器和过载保护及热保护器件，部分控制电器采用隔爆处理；温控器作为一个无源开关与防爆有源光耦固态继电器组成本质安全型温度自动控制系统；储存腔内没有任何线路，不会产生电火花；为了防止静电所带来的危害，冰箱内腔喷涂导电漆，消除静电效应。

（2）密封试剂。易挥发或易分解试剂一定要绝对密封，平稳放置，防滴洒和泄漏；并经常进行清理；必要时可以考虑用惰性气体封存。存放强酸强碱以及腐蚀性的物品时必须选择耐腐蚀的容器，并且存放于托盘内，以免器皿被腐蚀后药品外泄。

（3）改善通风。首先尽量改善冰箱内通风不良的现象，间隔一定时间需要打开冰箱门换气，使箱体内的可燃蒸气及时散发。特别是在发生停电事件后，冰箱内温度升高，易导致试剂挥发加速；此时要及时切断冰箱电源，把门敞开，尽量通风散发，检査无危险后，再重启冰箱。

通过事故树分析，学生能理解爆炸发生的三要素，全面了解冰箱爆炸的基本原因，能从人因、物因和环境管控3 个方面制定并主动执行防爆措施与安全规定，丰富了实验室师生的安全科学知识。

2.3 理解危险源控制层级，掌握危险源控制技术

对实验室系统进行危险源辨识和分析后，应努力控制危险源以消除和减少风险。危险源控制层级遵照如图5 所示的金字塔优先顺序［14］。第1 优先级适用的设计手段在技术、经济等方面取决于实验室的固有条件，常用于新建实验大楼的规划阶段和老旧实验室的改造环节；因此在安全教育中，我们重点强调第2 优先级中的个体防护装备和第3 优先级中的安全标志。

图5 危险源控制层级的优先顺序

（1）个体防护装备。个体防护装备（Personal Protective Equipment，PPE）是在实验中工作人员为防御物理、化学、生物等外界危害因素所穿戴、配备和使用的各种防护用品的总称。在危险源不能消除，若发生事故可能危及人身安全的情况下，必须使用PPE；它是保护人身安全的最后一道防线。但PPE 不能消除第1、2 类危险源，只是一道阻止有害物进入人体的屏障；因此PPE不能被视为控制危险源的主要手段，而只能作为一种辅助性措施。

实验室PPE主要涉及劳动防护和卫生防护两个方面；按照防护部位不同，它又可分为头部、呼吸、眼面部、听力、手部、足部和躯体等七大类防护装备［15］。针对高校实验室多次发生“作业不戴工作帽，长辫被绞头皮”“不戴护目镜，眼睛被酸碱灼伤” 等安全事故［16］，本文推荐的PPE选用程序如图6 所示。

（2）安全标识。安全标识通过形状、颜色、简单文字及其组合引起人们对危险源的注意，进一步使师生产生遵从行为（即安全动作），最终实现事故预防的目的［17］；但不能取代安全操作规程和PPE等防护措施。

安全标识在实验室安全和思政教育中发挥着举足轻重作用。从楼梯口张贴各类消防流程标识，实验室房门、冰箱上设有明确的安全与环保警示标识或告示，常见危险、剧毒、有辐射化学品的分类标签到各种仪器设备使用的注意事项等，这些安全标识的规范化使用是最直观、最快捷、有效的风险提示方法和手段。

图6 个体防护装备选用程序

2.4 应用安全人性的“X-Y 理论”，发挥实验室安全文化的牵引作用

2.4.1 安全人性的“X-Y理论”

在王秉提出的安全人性“X-Y 理论”中［9］，假设组织中存在两种极端成员，分别为：

（1）事故倾向型。消极安全人性，强调人的安全人性弱点，为“X理论”。

（2）安全倾向型。积极安全人性，强调人的安全人性优点，为“Y理论”。

“X-Y理论”认为，在通常情况下该绝对化的假设是不存在的，组织内的绝大多数成员应该处于两种假设之间；并提出安全人性正态分布模型，如图7 中的曲线I所示。该模型提出了组织安全管理的两种重要途径，即“X理论”假设下的处罚淘汰手段（安全监督检查）和“Y理论”假设下的宣传典型手段（安全宣传教育）。在模型中，通过对“Y 理论”安全倾向型成员为组织安全的努力行为进行尊重、宣传、奖励等激励活动，会促使越来越多的成员认可并主动接受组织的安全价值观、理念和行为准则等，进而使成员自发采取有利于组织安全的行为，这时模型会向右发生移动（见图7 中的曲线II），实现了积极安全人性“正态分布”的最大值，突出了组织安全文化的牵引作用［2］。

图7 安全人性正态分布模型

2.4.2 实验室安全文化的牵引作用

在实际安全管理工作中，实验室管理部门可联合学校团委，在学生中开展安全技能、安全知识竞赛、安全演讲、安全辩论赛等安全文化活动，奖励优胜者。用实验室建设经费支持学生建立并自主管理实验室安全文化QQ群和微信群，开辟实验安全交流讨论区，建设最新实验室安全事故通报与分析、设备安全操作规程、化学品安全技术说明书（MSDS）、个体防护设备选择、不同废弃物处理方法和途径等专栏和内容。鼓励学生参加安全评价师或注册安全工程师考试，并利用所学知识编制实验室安全检查表及安全评价体系、实验室危险源辨识及安全防范方案设计、实验室突发事故应急预案等。这些举措使学生重新认识所处的学习、实验、实践和生活环境的“安全问题”，促进学生把安全价值观与安全行为规范贯彻和拓展到科研、家庭和社会生活中去，培育“敬畏生命、落实责任、严守制度”的处世态度，推进安全和思政教育的协同发展。

凭借实验室安全文化的牵引作用，使越来越多的师生逐渐从关注个人安全到关注整个实验室体系的安全，进而使个体与组织之间形成了一个“命运共同体”。实验室成员会主动发挥其主观能动性，充分展示其自主保安价值，主动为组织安全贡献自己的努力，呈现出安全人性的“Y理论”假设。

3 结语与展望

文化内化于心，作用于行动，养成于习惯。作为教育人，培养人的高等院校，希望能将更多的安全科学理论引入实验室安全管理，通过建设实验室安全文化，充分发挥文化的“软管理”作用来激发师生内心“敬畏生命、遵守规范、责任担当”的情感和动力，践行“课程思政”育人理念，将“要我安全”转变为“我要安全”，主动遵守安全管理制度，自觉消除安全隐患，全面提高实验室系统的安全性。