高校实验室安全立体化管控对策研究及应用

田志刚，郭子萌，冯利利，佟瑞鹏

（中国矿业大学（北京）a.资产与实验室管理处；b.应急管理与安全工程学院，北京 100083）

0 引言

近年来，随着我国高等教育快速发展，高校实验室的数量和质量急速跃升，为学校教学实践和科研创新起到了重要支撑作用，但与此同时，因高校实验存在种类多样性、人员流动性、布局分散性和研究探索性等原因，实验安全风险防控难度较大，时有发生的各类实验室安全事故和事件使高校面临较大威胁，且引起了社会普遍关注和国家高度重视。从2015 年“8.12 天津港特大爆炸事故”后，国家对安全生产提出更高更严的要求，教育部也逐年加大对全国高校实验室安全督查检查力度，先后经历了起步、巩固、扩大和提升几个阶段，对提升高校实验室安全管理水平起到了推动作用。近年来，全国高校通过专项检查整改弥补了长时期的安全管理历史欠账，但实验室安全作为学校大安全的一个重要组成部分，是一项特殊而漫长的工程，当前很多高校仍未将实验室安全相关的风险因素、管控环节统筹衔接，出现责任划分不清、重点危险源监管不到位、安全教育不充分、条件保障不足和安全制度针对性不强等问题，使高校实验室安全工作仍面临巨大挑战。因此，如何从高校自身管理特点出发，系统化管控高校实验室安全，提升实验室安全综合治理水平，是当前高校所面临的重要关键课题。

1 高校实验室安全管控研究热点

近年来，实验室安全事故频频发生。不仅严重影响着校园安全，而且广受社会各界关注。2001～2021年间，全国高校实验室发生的126 起实验室安全事故共造成20 人死亡、107 人受伤，事故类型主要分为火灾事故、爆炸事故、中毒事故、机械伤害事故、触电事故和其他［1］。在如此多事故背后，针对高校实验室安全领域的研究越来越成为热点。

1.1 高校实验室安全研究文献出版趋势

随着国家宏观监管力度不断加强和学校自身面临安全管控迫切要求，高校实验室安全相关研究逐渐激增，实验室事故的频发，迫使实验室安全的研究成为热点话题［2］。通过梳理近十年（2012～2021 年）高校实验室安全领域已发表的文献，以Web of Science 为网络平台数据库，将“高校实验室安全管理（university laboratory safety management）”“高校实验室事故致因（cause of university laboratory accident）”“高校实验室风险评估（university laboratory safety risk assessment）”作为检索式，检索发现到了2185 篇文献，这些文献直观反映出近年来此领域愈加受各界管理者和学者所重视，特别是2018 年后呈显著增长的态势，全球高校实验室安全研究文献的出版趋势如图1 所示。

图1 全球高校实验室安全研究文献的出版趋势

1.2 高校实验室安全研究关键词分析

关键词共现网络，可有助于识别该知识领域内出现的重要关键词，同时提取该领域的主要研究主题，可说明这些出版物的关键词是如何聚集在一起的。节点的大小表示关键词所出现的频率，节点与节点之间的重合表示关键词在网络上一起出现的次数。本文使用VOS软件，可视化展现高校实验室安全研究文献的关键词共现网络，如图2 所示。

图2 高校实验室安全研究文献的关键词共现网络

由图2 可知，近十年高校实验室安全领域的研究主要是围绕“风险（risk）”“行为（behavior）”“事故（accident）”3 个集群展开的。

关键词随时间演化进程，在一定程度上可以反映该研究领域的演化路径。时间网络图在时间的维度上展示了高校实验室安全的关键词分析。节点的大小表示关键词所出现的频率，节点的颜色代表了关键词所发表的年份，高校实验室安全研究文献关键词时间网络，如图3 所示。

图3 高校实验室安全研究文献关键词时间网络

由图3 可知，近十年关于实验室安全的研究正趋向于信息化风险评估（risk assessment of informatization）、信息化管理系统（management system of informatization）等研究领域。因此，运用信息化提升实验室安全管理的新模式是当前较为关注的热点。

2 高校实验室安全管控“六个维度”

高校实验室安全管控是一个相对复杂的总系统，如何将信息化理念和手段运用于此领域，使高校降低安全风险，提升实验室的安全等级水平，需要结合高校实验室安全特点开展针对性设计。为便于分析研究，我们将高校实验室安全管控划分为重点实验安全、安全制度体系、安全责任体系、安全教育培训、安全条件保障和特种设备体系“六个维度”的子系统，并对各子系统的管控对策要点分别作出阐释，为高校实验室安全信息化管控实施创造体系条件。

2.1 重点实验分类分级管理

高校应根据学科分类，对不同学科和专业的实验室分类管控、精准管控，应突出加强对化学、生物、辐射、机电等重点实验的安全管理［3］。化学类实验应高度关注危险化学品、气体钢瓶、高温高压设备、实验操作及危险废弃物管理；生物类实验应高度关注病原微生物采购、保管及实验室动物安全等；辐射类实验室应当高度关注实验物品的采购运输、放射性废弃物暂存、辐射类实验资质、人员操作许可等过程管理；机电类实验室应当高度关注机械、电气、激光和粉尘等危险因素安全管理，做好实验环境保护和个体防护工作［4］。重点实验安全管控要点，如图4 所示。

图4 重点实验安全管控要点

2.2 实验管控制度制定执行

安全管控制度的制定涉及政府和高校两个层面。国家、地方政府要尽可能结合高校教学科研活动特点，出台区别于企业的、适用于高校的各类安全管理政策和标准。高校应在遵守国家、地方政府制定的相关法律、法规和规范、规定的前提下，结合自身特点和实际，不断完善形成“层级明确、重点突出、奖惩分明”的实验室安全管理规章制度体系，高校须严格规范执行［5］。目前，我国高度重视实验室安全，先后出台了《高等学校重点实验室建设与管理暂行办法》《高等学校实验室工作规程》等规章制度和GB／T 27476—2014《检测实验室安全》、GB／T 31190—2014《实验室废弃化学品收集技术规范》、GB 19489—2004《实验室生物安全通用要求》等国家标准［6］。地方政府要在上述规定和规范的基础上，结合高校实验活动实际情况，查漏补缺，对国家规定和规范没有涉及到和具体说明的内容进行补充。实验室安全制度管控要点，如图5 所示。

图5 实验室安全制度管控要点

2.3 业务管理责任压实落细

高校应明确有处级职能部门作为实验室安全的主管部门，其他各有关职能部门协同共管［7］。不仅如此，高校应严格落实《安全生产法》中“管业务必须管安全”的要求，对实验室安全工作相关的保卫、教务、科研、研究生管理、人事等职能部门清晰界定安全职责分工，形成“机构健全、横纵到底”的安全责任体系［8］。实验室安全责任管控要点，如图6 所示。

图6 实验室安全责任管控要点

2.4 安全素养教育持续深入

高校应根据现行的国家、教育部相关规范，高度重视实验室安全教育，结合学校实验室安全工作具体情况，构建形式多样、内容丰富、具有针对性的实验室安全教育培训体系［9］，着重从安全培训教育、安全应急演练、安全文化创建等方面深入开展安全教育，并广泛收集师生和专家学者的建议，对现有的安全教育体系进行优化和改进［10］。实验室安全教育管控要点，如图7 所示。

图7 实验室安全教育管控要点

2.5 条件保障措施加大夯实

高校需在人员队伍、支持经费、硬件软件及环保设施等方面加大配备和投入，夯实实验室安全全方位保障能力［11］。同时加强在危险源辨识、安全巡检、隐患整改安全巡检保障，并针对重点实验制定基于自身的“资源可控、操作可达”的应急预案，做好充分的危机应对条件保障［12］。实验室安全保障管控要点，如图8所示。

图8 实验室安全保障管控要点

2.6 特种设备跟踪闭环管控

高校应加强实验特种设备的安全管理，包括高压设备、高温、制冷设备、起重设备和专用车辆设备。对特种设备的安全管理，应从设备使用资质许可、特种设备使用场所、使用操作规程等方面做实做细，从采购、使用、管理到设备报废，实现特种设备的生命全周期管理，对特种设备安全状况持续关注、跟踪管理，形成可追溯的全过程信息记录［13］。实验室特种设备管控要点，如图9 所示。

图9 实验室特种设备管控要点

3 高校实验室安全风险仿真模拟

在对以上“六个维度”子系统的管控体系要点阐述的基础上，还需进一步针对子系统之间及其与管控总系统的反馈关系深入探索信息化管控实施的针对性和计划性。由于高校实验室安全是一个完整、有机的复杂系统，我们可以运用系统动力学的仿真方法优势，对其各子系统的要素逻辑关系、风险传导过程及影响程度大小等问题开展具体分析研究。

3.1 实例选取

为便于分析，本文选取了11 所高校作为实例进行模型仿真模拟。11 所样本高校在学校特色、学科类别、实验室类型等方面均具有一定的代表性。具体来讲，以学校特色分类，样本包括全国重点、“双一流”高校9 所，地方重点高校2 所；以学科类别分类，样本包括理工类高校5 所，综合类高校4 所，师范类高校2所；在实验室类型方面，样本高校涵盖了化学、生物、辐射、机电、土木、特种设备等各种类型；在隶属关系方面，样本包括教育部直属高校7 所、工信部高校2 所、教育部与省合建高校2 所。

3.2 各子系统的实际作用率

本文选取的“六个维度”子系统并不是独立的，并不是其中一个子系统安全就能保证高校实验室安全，只有子系统之间协调运转时，高校实验室安全才能达到本质安全，各个子系统在高校实验室安全保障中的作用和影响程度不尽相同。通过设置6 种不同的模拟情景对子系统的实际作用率进行分析［14］，实际作用率是指调控某个子系统各因子增加量增加至一定值，其他子系统增加量保持不变的情况下，对比分析调控某个子系统各因子增加量变动的前后实验室安全风险总水平值的变化情况，仿真得到增加各子系统相同增加量时实验室安全风险总水平值的变化情况。11 所高校实验室安全各子系统实际作用率，如图10 所示。

图10 高校实验室安全各子系统实际作用率

3.3 影响程度分析

通过对比分析发现，11 所高校对于6 个子系统的敏感性趋势较基本一致表现为：重点实验安全风险子系统＞安全制度体系子系统＞安全责任体系子系统＞安全教育体系培训子系统＞安全条件保障子系统＞特种设备安全风险子系统。通过以上11 所高校实验室安全风险仿真分析，验证了实验室安全管理过程中，高校应注重不同子系统的特征，以信息化为手段，针对性、计划性实施管控措施。

4 高校实验室安全立体化管控对策及应用

4.1 立体化管控对策设计思路

基于以上高校实验室安全“六个维度”管控体系阐释和仿真模拟分析，进而将高校实验室安全信息化管控集合形成一个总系统，可提出立体化管控设计总体思路为：建立实验室安全管理“数据中台”，打造“实验室安全生态”，从而实现对实验室房间信息、分级分类、重要危险源、实验人员、实验记录、实验资质、实验规程、准入培训、制度及责任落实等重要信息的“大数据管理”，以发挥数据的监测、分析、预警及决策作用［15］；将实验室安全管理由原先“管理者单向管控”向“相关方全员参与治理”转变，依托信息技术、人工智能构建多功能、交互式、研判型管控平台，实现全员、全程、全要素立体化管控［16］。高校实验室安全立体化管控架构，如图11 所示。

图11 高校实验室安全立体化管控架构

4.2 立体化管控对策实施原则

（1）业务流程梳理再造。在现有管理方式下，高校需设定准确的安全定位，全面收集实验室安全各参与方的意见建议，并以信息化为驱动，对实验室安全管理模式进行深度的流程再造和业务梳理，搭建实验室安全管控平台［17］。

（2）统筹规划分步实施。高校要结合自身事业发展规划和智慧校园等规划，制定出符合国家战略和学校实际的立体化管控中长期详细规划，突出重点和迫切需求，合理设定科学、合理的分期实施方案。

（3）技术改进适时调整。立体化管控实施过程中要充分运用当前互联网、物联网、人工智能等关键技术，实现实验室安全管理的“硬软结合”，同时也要预留出适应远期规划的通讯数据标准和拓展接口，保持管控系统的可持续性［18］。

4.3 立体化管控对策实践应用

以本文作者所在高校为例，在此架构统领下，分期规划实施，已先后建成化学品管理平台、实验室安全教育平台、实验室安全巡检平台和实验室危险源管控平台，正在设计构建中的实验室信息管理（LIMS）平台将对总系统进行科学补充，最终形成云平台闭环。各平台架构和功能如下：

（1）化学品综合管理平台。化学品综合管理平台主要用于化学品（含气体钢瓶）的申购、入校、入库、领用、盘点、巡检和处置，包括化学品线上申购、分级分类审批、订单签收、订单验收、订单领用、订单统计分析、废弃物管理等功能。化学品管理平台架构、见图12。

图12 化学品综合管理平台架构

（2）实验室安全教育平台。实验室安全教育平台具有实验室安全知识、政策法规教育培训及实验室安全准入考试功能。安全知识板块涵盖通识类、危险化学品安全、建筑与土木安全、消防安全、电气安全、机械安全、矿业安全、地质安全、辐射安全、环境安全、特种设备、卫生保健等十二类内容；政策法规板块分为国家级政策法规、上级管理部门政策法规、校级规章制度。实验室安全教育考试系统板块，是学校建立实验室安全准入工作机制的一个平台，具有题库管理、自测管理、试卷管理与考试管理等功能。实验室安全教育平台架构及安全教育流程，见图13。

图13 实验室安全教育平台架构及流程

（3）实验室安全巡检平台。实验室安全巡检平台对每次安全检查发现的各类隐患予以单位内网上通报，线上跟踪整改进程，将信息技术与实验室安全检查工作相融合，形成线上线下实验室安全闭环管理。功能包含：实验室信息维护、安全巡检任务下发、巡检情况汇总、实验室整改跟踪等。实验室安全巡检平台架构及功能展示，如图14 所示。

图14 实验室安全巡检平台架构

（4）实验室危险源管控平台。实验室危险源管控系统以实验室房间为单位，将实验室高温高压设备、气体钢瓶、危险化学品等进行集成管理，可实现实验室危险源的智能化、安全化、可视化管理。具有实验室危险源信息管理、GIS定位管理、权限管理、危险源监控、报警记录、统计分析等功能。实验室危险源管控平台架构及功能展示，如图15 所示。

图15 实验室危险源管控平台架构及界面展示

4.4 立体化管控对策应用效果

基于信息化的立体化管控对策实施以来，已将校级发布的28 个各类管控制度规定内嵌入各子平台，并陆续实现平台间的数据共享对接，年度平均信息化数据总量26.62 万Mb，年度访问总量148 万人次，为提升作者所在高校的实验室安全管理水平起到了显著的推动作用，学校管理实践经验也受到社会关注，《中国科学报》和科学网以《实验室安全“求解”》［19］为题刊登报道。学校实施立体化管控对策的应用效果主要体现在：

（1）以“全程追踪”为标准的化学品管理平台率先在北京市高校实施了管制类危化品RFID 电子追踪，作为落实“公安部令第154 号”有关易制爆危化品流向管理的典型单位，学校先后参与了北京市地方标准《剧毒、易制爆危险化学品电子追踪管理规范》（DB11／T 1904—2021）初审和终审，该地方标准在全国具有引领示范效应，已于2022 年4 月1 日起正式实施。同时，学校危化品库和化学品管理平台先后迎接北京大学、清华大学等十余所国内知名高校专家参观访问和交流。

（2）以“分级分类”为抓手的危险源管控平台已实现对学校69 间一级、110 间二级、326 间三级管控实验室危化品、气体钢瓶、高温高压及特种设备的GIS可视化管控。同时，学校在此基础上完善了一系列实验室“建（新建、改建、扩建）”“立（科研项目立项、研究生开题立项）”“开（新开实验）”购“危险实验品采购”等重点环节的风险评估配套实施细则，增强了学校、学院的安全管控和应急处置能力。

（3）以“全员参与”为宗旨的实验室安全教育平台实施3 年来，通过设置必修、选修课程，面向18 566名学生、348 名实验管理人员和160 名新入校教职实施实验室安全准入教育，分别从通识、专业不同角度定制培训考试方案，对学校能源、矿加、应化、环境、安全、地质、机械、电气、材料、力学、土木、岩土等实验参与人员进行实验技能和演练实操等精准化培训。

（4）以“闭环销号”为目标的实验室安全巡检平台实施以来，已形成常态化的巡检机制，学校成立由27 名行业专家组成的实验室安全督导组和10 名研究生组成的实验室安全巡查组，确保校级检查年度不少于8 次、院级检查年度不少于12 次、一级风险实验室自查每月不少于2 次，通过平台、手机APP 实现安全隐患的整改下达、进度审核和复查，实现安全隐患整改限时闭环销号。

我校将重点实验管理、安全制度执行作为靶向，安全责任落实、安全教育深入作为前提，安全条件提升、特种设备跟踪作为保障，实施实验室安全的宏观、中观、微观联动管理，几年来实验室安全事故（事件）接警、接报次数呈逐年下降趋势。在主管部门实验室安全现场检查中，隐患数低于被检查高校平均水平，且逐年下降比率为13.6%。

5 结语

结合实验室安全领域研究趋势，运用系统动力学仿真模拟结果，提出高校实验室立体化管控对策，各子平台的设计、运行均以总“安全云平台”为伺服对象，平台间保持功能相对独立、数据可交换传递的有机联系，已初步实现数据实时调取、预警和分析的目标。随着信息技术和人工智能的快速发展，可以借助AI、AR、VR等技术手段，将以上各平台深入整合，并集成为功能更强、更便捷的信息化平台，构建更为智能化的高校实验室安全管控体系，不断提升高校实验室安全等级水平。