高校实验室多方位安全管理信息系统设计

张洪杰， 向文姝， 张文鹏， 范资悦，c， 王慧敏

（武汉科技大学a.资源与环境工程学院；b.湖北省工业安全工程技术研究中心；c.冶金矿产资源高效利用与造块湖北省重点实验室，武汉 430081）

0 引 言

高校实验室是实施创新人才培养、科学研究和社会服务的重要场所，是体现学校教学科研水平、展示学校办学实力的重要标志［1］。随着我国科教兴国战略的大力实施，高校实验室面临实验资源多、科研使用率高、人员流动性大、管理不够规范等问题，增加了实验室安全风险。2018年，北京交通大学某系学生在处理垃圾渗滤液污水试验期间，发生爆炸，导致参与试验的2名博士和1名硕士死亡［2］。2019年，国务院安委会召开视频会议，要求深刻吸取北京交通大学“12·26”事故教训，进一步推动高校实验室安全管理工作［3］。减少实验室中人员失误和设备、试剂的不安全状态，实现高校实验室安全管理信息化，降低实验室事故的发生，成为国家乃至高校广泛关注的问题［4］。

基于实验室安全管理研究，朱臻等［5］研究并开发了实验室安全信息化平台，该平台提出了安全教育及培训、实验室安全检查、危化品管理等内容，但该平台未提及实验室安全准入、实验室风险评估等内容，对实验室没有形成系统全面的安全管理。骆晶晶等［6］构建了高校实验室安全教育及实训管理系统，提高了学生的安全意识，但系统局限于实验室教育培训和实操训练。李雯静等［7］虽然开发了一套面向安全管理的实验室信息系统，但未考虑到学生的心理健康对实验室安全的影响。文献［8-10］对实验室安全准入系统也进行了研究，但研究主要关注传统师生安全准入，对实验室风险分区和实验人员心理健康等方面少有提及。本文根据实验室安全管理过程中存在的问题，设计开发了一套高校多方位实验室安全管理系统，以期实现高校实验室科学高效、多方位和全过程的安全管理。

1 高校实验室的安全管理现状

随着实验室事故的频发，越来越多的高校意识到实验室安全管理的重要性。部分高校陆续开发了实验室安全准入、仪器设备、危化品管理、实验室安全检查等系统，但高校实验室事故还时有发生。研究发现，目前高校实验室安全管理主要存在以下问题：

（1）师生安全意识薄弱，安全教育和培训环节形式化。实验室内人员多，实验试剂乱放、混放，实验废液处理不规范等问题常见。许多高校采用在线考核的方式开展安全教育及培训，但环节常流于形式。

（2）实验室协同安全管理不到位。每个部门对实验室安全工作的认识、定位和管理方式不同，对实验室安全管理的权利和责任归属也不同［11］。现阶段，许多高校实验室安全工作都由校办、保卫处、设备与实验室管理处及学院相关负责人负责，形成了管理部门多，体制相对松懈的局面［12］。

（3）实验室个人安全防护装备不足。多数实验室配备了实验防护服、防护手套，但缺乏其他个人防护装备以及应急救援物品。

（4）实验室预约手续繁杂。实验室管理由指定老师负责，师生借用实验室，需要联系负责老师，若联系不上就无法进入实验室，影响师生项目及实验进展。

（5）纸质化管理不能顺应时代变化。传统实验室安全管理多采用纸质化台账，针对实验室繁杂的数据信息，纸质化管理不仅耗费大量人力物力、统计数据不完整，且容易因个人失误造成数据统计错误等。

针对以上高校实验室安全管理存在的问题，研究并开发一套多方位安全管理信息系统十分必要，该系统在解决这些不足的基础上，能够提高实验室安全管理效率，使实验室达到上佳的安全状态。

2 实验室安全管理系统架构与需求分析

2.1 系统架构

以Browser／Server，浏览器／服务器（B／S结构）为基础，研究并开发高校实验室多方位安全管理信息系统，B／S架构如图1所示。

在物流作业这一环节中，针对作业时间以及货物遗失等来说，订单处理、分拣与验货等都是其关键控制点。要控制关键点，必须明确安全和不安全产品之间的界限，要保证产品安全性，必须严格管理关键控制点，使其处于特定临界范围。可以将临界范围分为三种类型，分别为化学范围、微生物范围以及物力范围。

图1 B／S架构图

该原型系统由客户端用户层、服务层、数据层组成［6］。B／S结构可以提供一致的、通过Web浏览器实现的用户界面，只有小部分事务逻辑在用户端实现，而主要事务逻辑都在服务器端，形成表示层－应用层－数据层的体系结构，便于系统功能扩展，简化了客户端电脑载荷，减轻了系统维护与升级的成本和工作量［13］。应用层的任务是通过Web应用服务器接受用户的请求，执行相应的扩展应用程序，通过Structured Query Language（SQL，结构化查询语言）等方式与数据库进行连接并提出数据处理申请，后台数据库将数据处理的结果提交给Web应用服务器，再由Web应用服务器传送回客户端［14］。

2.2 需求分析

系统面向总管理员、实验室负责人、教师、学生等四类用户群体，如图2所示。根据各用户群体需求，对其设置不同权限［15］。

图2 需求用户分类

（1）总管理员。对系统任意模块都有权限进行操作，如审核实验室安全检查表，通知并检查整改结果；把控危化品管理全过程；设置职业健康及心理健康题库和学习视频；严格把关实验室风险管理，并对师生的意见及反馈做出回应等。进行实验室预约一级审核，包括风险分析、应急措施等。

（2）实验室负责人。对安全教育培训内容进行审核，统计管理考核成绩；对危化品采购及废液处理向总管理员提交申请报告，负责实验室隐患排查、风险评价、隐患分级分类处理和整改，确定风险区域。对实验室预约申请进行二级审核，包括实验用时、耗材等情况审核。

（3）教师群体。设置相应安全教育试题，录制并发布安全教育视频，同时也需要进行安全基础知识培训及考核、进行实操考察。可修改个人信息、查询实验详细资料、对项目进行申请、编制安全检查表并上传报告，提出建议及反馈信息。对实验室预约进行三级审核，包括合格证、实验人数等相关情况。

（4）学生群体。学生是实验室进行实验的主体，进入实验室前需进行安全教育和培训，通过考核方可进行实验；进行职业及心理健康测试；查询实验相关的详细资料、实验室预约及项目申请，同时有实验室安全检查报告上传、提出意见及反馈，修改个人信息等权限。

实验室安全管理系统由学校统一管理，数据处理集中，对于师生实验预约申请进行层层把关，降低实验存在的风险。该系统的开发，不仅完善了高校实验室的安全管理，而且能多方位掌握实验室安全管理状态，提高实验室安全管理水平，减少安全事故的发生。同时，师生可利用手机、电脑、平板登录系统，实现实时掌握实验室情况，对实验室进行动态信息化安全管理。

3 高校实验室安全管理信息系统功能设计

图3 系统功能结构图

3.1 用户管理模块

用户管理模块包括用户注册登录、实验室安全教育培训、知识考核准入，实验申请。

（1）用户注册登录。学生使用学号进行注册，包括姓名、年龄、班级学号、导师、专业方向等基本信息；教师使用工号进行注册，包括姓名、年龄、研究方向和联系方式等；通过输入账号，密码及验证码登录系统。

（2）安全教育培训。包括基础安全教育视频，各类实验室安全视频、实验室的注意事项及相应的安全课程，系统根据学生院系、专业、研究方向等制定课程。

（3）安全知识考核准入。包括安全教育考核以及实操考核两部分，考核通过的师生可获得考核合格证，教育培训及考核每学期一次，系统将每次更新培训内容、学时和学生成绩。

（4）实验申请。填写实验申请报告，包括实验场地、实验所需仪器设备、实验试剂等，获得考试合格证的师生才能进行实验申请［16］。提交实验申请，通过导师及实验室负责老师或管理员审核通过后，在系统上获得临时门禁码，通过人脸识别及门禁码输入，系统识别后可进入实验室，具体流程见图4。

图4 用户管理流程图

3.2 基础管理模块

基础管理模块包括实验室规章制度、人员信息管理、设备与仪器管理、实验室简介。其中：①实验室规章制度子系统主要包括国家及地方颁布的实验室安全法律法规以及学校规定的相关制度。②人员信息管理对需要进入实验室的师生基本信息的统计，便于将实验室安全责任落实到个人，同时也可以掌握老师和学生的研究方向，针对其研究方向制定培训及考核计划，进一步培养安全意识。③设备与仪器管理包括各实验室仪器设备的基本情况介绍以及使用说明、注意事项、报修申请、实验所需仪器设备采购申请等，极大地减少了仪器设备方面存在的安全隐患，加快对仪器设备的报修和采购进程。④对于各实验室简介，包括实验室所处地理位置、房间号、面积、可容纳人数、适用对象、所针对的研究方向、实验室所含仪器设备和实验室材料及试剂简要介绍等。

3.3 危化品管理模块

危化品管理是高校最关心的问题，危化品是导致实验室事故频发的最大隐患因子。对实验室危化品进行管理，有利于减少实验室的事故风险，提高实验室的安全性。危化品管理包括危化品基本信息统计、危化品采购、危化品的预约及使用申请、废液处理。①危化品基本信息统计包括危化品的名称、种类、数量、毒性、熔点、沸点、存放条件及位置等。②危化品的采购包括师生提交危化品采购申请，实验室负责老师、管理员审核和商家详情（资质合格证、是否符合国家相关文件标准）等。③危化品的预约及使用申请，师生根据实验需求，在系统中对危化品的种类及数量进行预约申请，申请通过后才能领取危化品并使用。④废液处理，首先需要对废液成分进行了解，分类存放并在废液桶外侧粘贴废液成分，拍照上传至系统指定位置，管理员根据每日监控，定期请校外专业人士进行清理，防止出现暂存量过大或暂存时间过长等常见问题。

3.4 项目建设模块

项目建设模块包括项目申请、项目审核、项目实施、项目评估。师生提出研究项目申请，对研究项目所用实验室、仪器设备及材料试剂等信息填报完整，在项目申请模块提交申请，由实验室负责老师及管理员进行项目审核和风险评估，当项目审核和评估通过后，老师和学生可进入实验室开展项目研究。最后，在项目实施结束后，针对项目实施过程进行评估反馈，并对实验室风险隐患进行排查。

3.5 风险管理模块

对实验室进行风险管理降低实验室的事故发生率，①按实验试剂的性质及仪器设备的特征对实验室进行分类，通过计算实验室隐患的严重程度与其发生的可能性的乘积（R）来确定该实验室的危险等级，如图5所示。

图5 风险矩阵图

同时也可利用风险矩阵绘制实验室内的风险区域，将绘制好的风险矩阵图上传至系统中，方便相关人员注意实验室内的风险区域。②对实验室隐患进行上报、排查和统计，利用安全检查表法对其进行检查，并填写整改措施，将完整的安全检查表上传数据库，并要求实验室负责人对实验室进行隐患整改。③对实验样品进行检验及校验、操作审批和风险评估，不放过任何可能存在的风险隐患，加强实验室的安全管理力度。④对实验室管理设立应急管理子模块，包括实验室应急预案、应急急救视频以及应急急救包（临时应急的绑带、电筒、药品等），对突发的应急状况进行补救，减少人员伤亡和实验室损失。

3.6 职业与心理健康管理模块

职业与心理健康管理是本系统主要研究的子模块，如图6所示。其中：①职业健康管理包括健康体检、安全防护措施和职业防护用品管理。针对长时间使用实验室的师生定期进行体检，并将体检报告上传至系统对应模块；实验室职业安全防护措施主要有物理性、化学性和生物性的安全防护措施，师生进入实验前应熟悉并使用实验室相应的防护措施，并进行使用；职业防护用品管理主要包括职业防护用品的名称、存放位置及所处状态（在用、缺失和过期），并进行及时维护和补充。②心理健康管理。在实验室安全管理系统设计心理健康模块对于各高校实验室及科研基地来说十分必要。目前，越来越多的学生心理承受能力低，遇到矛盾容易引发冲突，在该模块设置心理健康教育培训和心理健康测试，把控师生心理健康，减少由于心理压力对实验安全造成的影响。

图6 职业与心理健康管理

4 结 论

本文从实验室准入、危化品及仪器设备管理、实验室风险分布、师生职业与心理健康等几个方面考虑人、物、环境、管理因素对实验室安全的影响，提出基于B／S模式的高校实验室多方位安全管理信息系统，以实现对实验室进行多方位、全过程的安全管理。并利用SQL等方式与数据库进行连接，实现在线数据统计和更新，减少了纸质化台账对数据统计的繁琐，提高了实验室的安全管理水平。同时，系统对实验室安全进行多层次管理，由总管理员、实验室负责人、教师和学生四者进行层层管理，权责分明，对实验室安全管理起到保护和提升作用，也有利于提高各层级管理员、教师的安全意识及安全责任感，减少实验室风险事故的发生。