文献挖掘视角下国内实验室安全研究

2020-12-11陈伟炯1b曾叙砜

实验室研究与探索 2020年11期

李平，李杰，陈伟炯，1b，曾叙砜

（1.上海海事大学a.海洋科学与工程学院；b.安全科技趋势研究中心；c.交通运输学院，上海 201306；2.辽宁工程技术大学安全科学与工程学院，辽宁葫芦岛 125105；3.北京理工大学爆炸科学与技术国家重点实验室，北京 100081）

0 引言

在国家大力推动下，我国高校及科研院所的科研实力不断增强，实验室作为理学、工学、农学、医学等学科教学、科研的重要场地，对教学、科研的发展创新起着重要的作用，推动着我国科研事业不断发展。随着实验室规模不断扩大、研究队伍持续增长、实验研究的不断增加，实验室安全环境变得越来越复杂，实验室安全事故频发。2019 年南京工业大学实验室爆炸火灾事故、2018 年北京交通大学环境实验室爆炸事故，是近期最严重、影响较大的2 起高校实验室事故。在实验室中，所需药品试剂的存储、人员实验操作过程、实验后期废弃物处理等环节，常有事故发生。硕、博研究生等众多科研工作者需要长期在实验室进行科学研究，一旦发生事故将造成人员、财产等的严重损失。

我国实验室安全研究较发达国家地区起步较晚，部分学者从美国［1］、英国［2］、日本［3］等高校实验室管理部门借鉴其管理模式及方法。面对复杂多变的实验室安全事故，李志红［4］统计分析了100 起实验室安全事故，发现火灾和爆炸是实验室事故的主要类型；李运书等［5］通过问卷调查研究发现医学生对实验室生物安全的认知淡薄。有大量学者通过国内外实验室事故引发对实验室现状的分析，并对实验室整体安全提出相应的对策建议［6-7］。浙江大学［8］、清华大学［9］、北京大学［10］等高校及科研院所的实验室研究人员就自身实验室存在的安全问题及应对措施进行研究。同样还有部分学者对气瓶安全管理［11］、辐射安全［12］、实验室废弃物处理［13］、实验室标准制度［14-15］、教材［16］、学生自我教育模式［17］、实验员应急心理［18］等特定的实验室安全内容进行研究。我国行政机构对实验室的建立与管理制定了一系列政策规范，如《关于加强高校实验室安全工作的意见》。对于实验室安全研究领域，除李文玉［19］对实验室管理人才队伍与期刊的相关性进行科学计量分析外，鲜有学者对整个实验室安全研究领域进行研究。本文以已有的实验室安全研究文献为数据基础，采用科学计量原理，分析实验室安全研究在我国的发展趋势、研究团体、研究热点等，为后期研究人员提供一幅可视化的总览图。

1 数据与方法

2019 年2 月27 日在中国知网（CNKI），以主题为“实验室安全”或“实验室事故”，时间设置为“不限-2018”，来源类别选取“SCI、EI、核心、CSCI、CSCD”进行检索。为保证每一篇文献都包含作者、机构、关键词以及研究内容的准确性，人工的除去会议报道、书评、会议综述、无关键词的文献，最终得到1992～2018 年间913 篇文献，保存为Refworks格式。

根据描述性统计方法和科学知识图谱原理，采用CiteSpace软件等工具，对实验室安全研究领域进行科学计量可视化研究。CiteSpace 软件是由美国德雷塞尔大学陈超美教授基于JAVA 开发的一款软件，相较于其他文献分析工具，其能够对中文文献进行很好兼容［20］。知识图谱中节点及标签大小表示作者、机构的发文量或关键词的出现频次，节点年轮颜色及连线颜色越暖表示出现时间距离2019 年越近，连线的宽度表示作者、机构的合作强度或关键词的共线强度。

2 结果

2.1 整体趋势分析

实验室安全研究领域文献随时间的变化趋势，代表着研究领域知识、信息的传递、发展、变化。从图1（a）中可以看出，第一篇实验室安全研究的文献于1992 年发表，对人身辐射安全联锁系统进行研究［21］。1992～2002 年我国学者对实验室安全研究进展较为缓慢。从2002 年起，实验室安全的研究开始逐步受到重视，其中，2003、2004 年和2009 年呈现＞1 的倍数增长，2007～2013 年间文献产出随时间迅速增长；2014年和2017 年的文献产出量较2013 年和2016 年稍有下降，但数量仍比较大；2016 年文献产出量首次破百；2018 年较2017 年增加30.6%，达到研究年鉴文献产出量峰值128 篇。

图1 实验室安全研究时序分布

使用CiteSpace工具，分别将作者、机构、关键词的所有数据导出；对于机构只保留一级机构，对于同一机构不同表述的核实统一；利用CiteSpace 导出的“首次出现的年份（Year）”数据，分别统计逐年新增的作者、机构、关键词的数量，并绘制时间序列图，见图1（b）；由于1992～2002 年间文献的产出量较小，这里直接统计2003～2018 年的数据。从图中可以看出，2003～2018 年间每年新增的作者和关键词的数量逐年上升，期间有个别年份小幅下降，但整体呈上升趋势；2003～2010 年间每年新增机构的数量随年份不断增加，2010～2018 年间增加量趋于平稳。这些变化表明，实验室安全研究的队伍及规模不断扩大，所涉及的研究内容也越来越丰富。

2.2 作者合作分析

在文献处理中发现，2003～2018 年间共计有2 256名作者在核心及以上期刊发文3013 篇；发文量≥2 篇的作者410 名，占总人数的18.17%；发文量≥2 篇的作者的发文量为1 168 篇，占总发文量的38.77%。发文量前10 的作者中，冯建跃以16 篇文献位居第一，发文时间最早的是张益绍，如表1。发文量前10 的作者大多是在2010 年开始发文，可见我国实验室安全研究是一个新兴的研究领域。

表1 Top10 作者详细信息

在CiteSpace中选择Author（作者），可以得到大量实验室安全研究的作者合作网络，这里对团队规模尤为突出的第一、第二大作者合作网络重点分析。第一大作者合作网络的颜色较为明亮，表明大部分文献发表的时间距离2019 年较近（见图2）。第一大合作网络以冯建跃、范强锐、张志强等为核心，其中冯建跃分别与金海萍、阮俊、张志强、陈俊德、史天贵等合作，形成高产作者网。冯建跃、阮俊、金海萍、张银珠、李五一、俞欢军都来自浙江大学实验室与设备管理处，形成了第一大网络中心最大的合作团体，主要对安全、环保、信息化、实验气体、危险化学品及浙江大学实验室情况进行研究。冯建跃还与史天贵（北京理工大学）、亓文涛（杭州科技大学）、张新祥（北京大学）、陈敬德（中山大学）、张志强（北京大学）、柯红岩（北京科技大学）等密切合作，足见冯建跃在实验室安全研究领域的引领作用。同时史天贵、亓文涛、张新祥、陈敬德、张志强、柯红岩等在各自高校又形成了一定的研究团队。史天贵、范强锐、马涛（北京理工大学实验室与设备管理处，表示史天贵、范强锐、马涛来自北京理工大学实验室与设备管理处），王征、李秀珍、赵显利、李勤、李汉军（北京理工大学生命科学与技术学院）等以北京理工大学为平台密切合作，其中以王征为次核心的团体发文较早，主要对实验室废弃物处理、日常管理等进行研究。李五一与郑春龙（宁波大学），王森、汪前进、叶秉良（浙江理工大学）的合作团体发文时间较早；陈敬德、温浩光、周勤、赵艳娥等以中山大学设备与实验室管理处为基础形成合作。张新祥、张志强、李思敬、黄凯等依托北京大学进行了密切的合作，并且还和彭华松（上海交通大学）等存在合作。彭华松、谢亚萍、熊顺子、刘闯、丁菊珍等形成了以上海交通大学为基础的合作团体，这是一个新兴的合作团体。杨瑞、杜奕等以清华大学化工系为基础的团体，与清华大学实验室与设备处的郭英姿等存在合作关系；并且闻星火、郭英姿、马文川、武晓锋、黄开盛等形成了以清华大学实验室与设备处为基础的合作团体。亓文涛、樊冰、姜周曙、林海旦等以杭州科技大学为基础进行实验室安全研究。院系中不同学科的研究人员及实验室监管部门人员之间存在密切的合作关系，能够切实解决实验室安全问题。

图2 2003～2018年实验室安全研究的第一大作者合作网络

第二大作者合作网络，形成了曹国庆、许钟麟、张益昭、刘华、张彦国（中国建筑研究院），祁建国、张宗兴（军事医学院），刘伟（中国动物疾病预防控制中心）等为高产作者的合作网络，核心网络主要以生物安全实验室研究为主，见图3。第二大合作网络较第一大合作网络颜色更冷，说明第二大合作网络的作者发文时间较早，表明生物安全实验室研究时间较早。

图3 2003～2018年实验室安全研究的第二大作者合作网络

2.3 机构合作分析

实验室安全研究的机构基本分为高校和科研院所两部分，如图4 所示的左下角以高校为主，右上角以科研院所为主，中间以“中国科学院”连接起来。发文量排名前十的机构依次为北京大学（40，2003～2018 年北京大学的发文量）、清华大学（37）、浙江大学（33）、北京理工大学（24）、中山大学（22）、中国建筑科学研究院（21）、上海交通大学（21）、四川大学（19）、军事医学科学院（14）、北京科技大学（14）。发文量主要集中在高校，发文量大的高校间合作密切，这些机构都位于我国经济较为发达的地方，地理位置越近的机构合作越密切。以中国建筑科学研究院、军事医学科学院、中国医学科学院、中国疾病预防控制中心及部分地方性疾病预防控制中心、生态环境部、中国科学院、各地的医院等科研院所也是实验室安全研究的重要场所，主要对生物安全实验室进行研究。

图4 2003～2018年实验室安全研究的最大机构合作网络

为更加清楚的了解机构的研究情况，这里将发文量排名前十的一级机构中的二级机构提取出来，见表2。从二级机构的设置可以看出，“实验室设备管理处”及同类不同名的高校实验室行政管理部门是发文量最多的下属机构。在高校院系中，医学、化学、生物、电气、物理、材料、环境、计算机等特定实验室的研究是各同类机构的重点。不同高校由于学科重点不同，研究的侧重点也不同，如北京大学、四川大学、中山大学对生物医学类实验室研究较多，而北京科技大学主要对矿类实验室安全进行研究。

2.4 关键词共现分析

在CiteSpace中选择Keyword，将节点最低出现频次设置为2，采用寻径网络算法进行裁剪，以提高网络的可读性，结果共提取出123 个关键词（见图5）。图中节点的紫色外圈表示该关键词的中介中心性，高中介中心性的点表明它是研究的热点，也是连接两个领域的关键枢纽，以该点研究铺开的研究面较广。从图中可以看出，“安全管理”“实验室安全”“实验室”“生物安全”“高校实验室”“实验室管理”“安全教育”“高校”“生物实验室安全”等为关键词共现网络中的高频词汇，并且是高中介中心性的点。“实验室安全”“实验室”等高频词汇可以看出本文研究的内容为实验室安全。“高校实验室”“高校”表明高校是实验室安全研究的重要场所，生物实验室、化学实验室、医学实验室等实验室是安全研究的重要类型，安全管理、安全教育、安全文化是实验室安全研究的重要措施。关键词突发性探测发现“生物安全”（2003～2010 年，突变区间）是研究时间较早且突变区间最长的热点关键词，“危险化学品”（2014～2015 年）突变区间距离2019 年较近，与实验室危险化学品事故有关。除部分对生物类实验室的气密性、防护、早期建设等技术层面的安全研究外，有26.2%的关键词中存在“管理”用词，主要集中在2009～2018 年间，其“体系”“模式”“对策”“规范化”是研究的热点。实验室安全研究逐渐引入定量的风险评估方法，如层次分析法、模糊综合评价法等。2017 年教育部提出了“双一流”建设，网络中也出现了建设“双一流（2018，初始出现年份）”实验室的研究。