王加祥, 黃 剛

(南京郵電大學(xué) a.經(jīng)濟(jì)學(xué)院; b.資產(chǎn)管理與實驗室建設(shè)處，南京 210023)

0 引 言

實驗室安全問題，一直以來都是學(xué)校管理層非常重視的問題，也是實驗室管理人員工作的重點，但實驗室環(huán)境問題在實驗室運行過程中同樣重要，高校對此重視程度較低。發(fā)達(dá)國家高校實驗室安全管理所采用的EHS管理體系，不僅強(qiáng)調(diào)實驗室的安全管理，對實驗室環(huán)境及其對實驗人員健康影響也非常重視，這對我國高校實驗室管理工作具有很重要的借鑒作用[1-3]。

近年來，我國高等教育在人才培養(yǎng)方式上越來越重視實踐教學(xué)，與之配套的實驗室建設(shè)投入也大幅增加，實驗室數(shù)量的增加大大提高了實驗室管理工作的強(qiáng)度和復(fù)雜性。雖然高校都建立了自己的實驗室安全管理制度，但安全事故仍時有發(fā)生，如何更高效地管理實驗室安全及環(huán)境問題，這對管理者的管理水平提出了新的要求?，F(xiàn)行的實驗室管理模式已經(jīng)明顯不能滿足需要，需要探索一種可行的實時監(jiān)測和控制實驗室安全及環(huán)境狀態(tài)的現(xiàn)代管理模式，將現(xiàn)在廣泛使用的信息化智能化技術(shù)融合到實驗室管理，盡可能減少安全隱患避免安全事故的發(fā)生。

1 目前常見實驗室安全管理模式分析

實驗室作為實踐教學(xué)和科研的重要載體，經(jīng)過多年發(fā)展，各高校在實驗室管理方面都積累了一定的經(jīng)驗，并在安全管理方面已形成相對固定的管理模式[4-5]。

(1)管理架構(gòu)。學(xué)校、院系、實驗室三級安全管理體系和組織架構(gòu)完備，層層落實，將安全責(zé)任細(xì)化并落實到具體責(zé)任人。

(2)制定管理制度。制定相應(yīng)的實驗室安全管理制度、管理辦法、應(yīng)急預(yù)案，以及相關(guān)實驗室使用守則、實驗物料管理細(xì)則等。

(3)執(zhí)行安全檢查。進(jìn)行定期或不定期安全檢查、抽查相結(jié)合的方式，加強(qiáng)對實驗室安全隱患的排查管理，并建立相應(yīng)安全檢查記錄。

(4)安全教育。在管理過程中，為防止人為因素導(dǎo)致的各類安全問題的發(fā)生，設(shè)置安全教育課程，對實驗室管理者和使用者進(jìn)行必要的實驗室安全教育。

這種通過行政手段逐級落實責(zé)任，結(jié)合安全檢查和安全教育手段來進(jìn)行強(qiáng)化管理的模式，在實驗室管理中確實起到一定作用，但也存在一些弊端。① 由于安全管理意識薄弱，容易出現(xiàn)上有政策下有對策，臨時應(yīng)付安全檢查;② 由于部門間人員流動調(diào)整，容易出現(xiàn)工作交接不及時或不全面而導(dǎo)致安全管理疏漏。同時，在實驗室管理過程中也難免會有看不到、想不到或不知道的各種安全問題，這都給實驗室安全管理帶來隱患。

2 高校實驗室安全與環(huán)境管理現(xiàn)狀

2.1 實驗室安全管理重視不夠

實驗室在運行過程中常見的安全問題有火災(zāi)、非法闖入、有毒化學(xué)品及可燃?xì)怏w泄漏等，2017年教育部辦公廳發(fā)布了2起高校實驗室安全事故的通報：① 山西某高校一科研實驗室由于室內(nèi)電源自燃引發(fā)火情，過火面積約270 m2，財產(chǎn)損失約200萬元；② 上海某高效一實驗室在學(xué)生做實驗期間，反應(yīng)罐發(fā)生爆炸，導(dǎo)致一名學(xué)生手臂受傷。兩起安全事故給師生安全和學(xué)校財產(chǎn)帶來不同程度的損失，反映出部分高校在實驗室消防、危險化學(xué)品等安全領(lǐng)域仍存在薄弱環(huán)節(jié)。針對這些安全問題，很多高校已加大投入，逐步進(jìn)行實驗室安全改造，對易燃、易爆物品，采取與電源和火源隔離存放，對危化品設(shè)立專門的存放地點，設(shè)置明顯的標(biāo)識牌，并配備專用滅火設(shè)施，做好電路水路的定期檢查工作，但仍存在為應(yīng)付檢查突擊整改的現(xiàn)象，事后依舊不重視安全設(shè)施的維護(hù)。

為了防止實驗室設(shè)備及物料丟失，部分高校為實驗室配備了防盜門或加裝電子門禁和攝像頭，以加強(qiáng)實驗室的安全性。但仍有部分高校的實驗室在安全管理方面，掛靠或者完全依賴保衛(wèi)部門管理，少數(shù)實驗室甚至沒有監(jiān)控或監(jiān)控設(shè)備長時間未升級，設(shè)備損壞或監(jiān)控清晰度很差，一旦出現(xiàn)失竊或火災(zāi)等安全事件，只能事后調(diào)取錄像分析事件發(fā)生經(jīng)過和原因，缺乏實時性，可能錯過最佳處置時機(jī)而導(dǎo)致實驗室損失擴(kuò)大。

同時還存在部分實驗操作人員安全意識薄弱，即使接受過實驗室安全教育，仍存在僥幸心理，在實驗過程中圖方便而出現(xiàn)違規(guī)操作等問題，給實驗室運行帶來很大安全隱患。

2.2 實驗室環(huán)境管理不到位

在我國，許多高校對實驗室環(huán)境管理的重視程度不夠，忽略了良好的實驗室環(huán)境對廣大師生工作學(xué)習(xí)的影響，依然停留在以基礎(chǔ)的地面衛(wèi)生打掃為主，忽視實驗室的溫濕度、粉塵及有害氣體等可能帶來的安全和對人體健康影響問題。

(1)實驗室溫濕度控制不嚴(yán)。對于計算機(jī)類實驗室，由于季節(jié)氣候變化，實驗室容易出現(xiàn)環(huán)境溫濕度過高或過低問題，環(huán)境溫度過高容易引起電氣設(shè)備運行不穩(wěn)定或損毀[6]；濕度過高會引起電氣設(shè)備電路故障，尤其是南方梅雨季節(jié)，計算機(jī)機(jī)房如果管理不當(dāng)就容易濕度高，會在計算機(jī)元件上形成水氣，導(dǎo)致設(shè)備壽命變短，計算機(jī)無法啟動；濕度過低，很容易產(chǎn)生靜電，引發(fā)設(shè)備故障，同時也會讓機(jī)房的潔凈度達(dá)不到要求，靜電灰塵的聚集，進(jìn)而造成機(jī)房設(shè)備散熱困難，容易過熱和腐蝕，從而影響到正常教學(xué)活動[7]。

對于化學(xué)類實驗室對溫濕度要求更高，實驗室內(nèi)的濕度過高，化學(xué)品容易受潮，影響質(zhì)量，還可能發(fā)生反應(yīng)；溫度過高也有可能產(chǎn)生揮發(fā)或自燃現(xiàn)象，這不僅影響實驗過程和實驗結(jié)果，嚴(yán)重的甚至有中毒和爆炸的危險。這類實驗室一般都配置有精密儀器，如果空氣濕度過高，精密儀器和設(shè)備很容易受潮，影響設(shè)備使用壽命，也容易造成實驗結(jié)果有誤差甚至可能導(dǎo)致實驗失敗，所以此類實驗室應(yīng)該根據(jù)實驗要求保持恒溫恒濕，減少實驗干擾因素。

(2)忽視空氣質(zhì)量對實驗室的環(huán)境影響。實驗室的環(huán)境空氣質(zhì)量是一個最容易被管理人員和使用者忽視的問題，尤其是化學(xué)類實驗室，室內(nèi)往往會有各類化學(xué)藥劑揮發(fā)，空氣中的總揮發(fā)性有機(jī)物TVOC對人的健康有很大危害，若不處理，隨著時間的推移，其濃度會越來越大[8-9]。對于普通實驗室，由于上課學(xué)生人數(shù)較多，在上課過程中空氣質(zhì)量往往較差，時間稍長，室內(nèi)粉塵、二氧化碳濃度升高，溫度也隨之升高，空氣質(zhì)量逐漸變差，同時還會伴有各種異味，而實驗人員處于忙碌狀態(tài)時，并不注意環(huán)境空氣質(zhì)量的變化，這對于實驗中的師生的身體健康非常不利[10]。

(3)急需改善實驗室環(huán)境。實驗室室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量不僅關(guān)乎實驗室使用者的舒適和健康，還會影響他們的學(xué)習(xí)和研究效率，有資料顯示，通過改善室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量，有助于將效率提高15%～20%[11]，因此，加強(qiáng)實驗室環(huán)境管理，提升實驗室室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量十分必要。

3 實驗室安全及環(huán)境實時管理方案

3.1 方案設(shè)計宗旨

實驗室安全及環(huán)境智能化管理是對實驗室管理的創(chuàng)新嘗試，其目的是輔助實驗室管理員實時了解實驗室狀態(tài)，并完成部分自動化處理，為實驗室管理帶來便利，提高管理效率，實現(xiàn)24 h不間斷監(jiān)控。綜合考慮實驗室建設(shè)的實際情況，從經(jīng)濟(jì)性、實用性角度出發(fā)，循序漸進(jìn)，逐步完善，不能一味追求先進(jìn)一步到位，更不能做成形象工程，要讓其發(fā)揮有效作用，盡可能減少和化解安全隱患。在不改動實驗室原有硬件設(shè)施的基礎(chǔ)上，模塊設(shè)備要具備一定的先進(jìn)性，能夠?qū)崟r采集實驗室狀態(tài)數(shù)據(jù)，信息傳遞安全穩(wěn)定，可擴(kuò)展性強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)通過手機(jī)APP將信息傳遞給管理人員，以達(dá)到實時管理的目的。

3.2 方案設(shè)計

(1)總體設(shè)計。傳統(tǒng)有線方式的監(jiān)控系統(tǒng)施工成本高、組網(wǎng)復(fù)雜，建設(shè)周期長，為避免實驗室施工改造對正常教學(xué)和科研工作的影響，本方案中的設(shè)備模塊采用無線方式聯(lián)網(wǎng)。目前物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用較多的幾種無線組網(wǎng)技術(shù)有WiFi、Bluetooth、ZigBee等，通過對比，選用了低功耗、低成本、組網(wǎng)方便的ZigBee模塊設(shè)備進(jìn)行組網(wǎng)[12]。連接各節(jié)點設(shè)備后，通過ZigBee網(wǎng)關(guān)連接物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器，移動客戶端通過互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)發(fā)，構(gòu)建起一個能夠?qū)崟r掌握實驗室安全狀態(tài)的信息通信環(huán)境[13]。從實用和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，方案不在本地設(shè)置物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，而是利用更專業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)云服務(wù)器，既節(jié)約了本地服務(wù)的器硬件投入，也減少了專業(yè)IT維護(hù)管理工作，只要本地校園網(wǎng)絡(luò)通信穩(wěn)定，即使出差在外地，也可以通過手機(jī)APP了解實驗室的實時狀態(tài)，圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

(2)實時安全管理模塊。針對實驗室管理中最常見的火災(zāi)、非法闖入等安全隱患，將煙霧探測器、人體紅外探測器對實驗室進(jìn)行布防，實時監(jiān)測實驗室內(nèi)部的運行安全狀態(tài)。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

利用煙霧探測器監(jiān)控室內(nèi)煙霧情況，可有效探測出火災(zāi)初期陰燃階段或火災(zāi)生成后產(chǎn)生的煙霧，并啟動蜂鳴器報警，同時立即通過網(wǎng)絡(luò)向管理員發(fā)出報警信息，管理員可第一時間調(diào)取現(xiàn)場監(jiān)控攝像頭查看現(xiàn)場，并做出處理方案，判斷是否打開實驗室關(guān)鍵位置和易燃物品附近的滅火系統(tǒng)，也可設(shè)置成直接聯(lián)動消防干接點，自動打開滅火裝置。由于實驗室的特殊性，通常選擇以七氟丙烷為滅火劑的氣體滅火裝置，這是一種被廣泛應(yīng)用且沒有二次污染的滅火裝置[14]。對于化學(xué)類實驗室則需要根據(jù)實驗室實際情況配備專用的滅火設(shè)施，并加強(qiáng)化學(xué)試劑管理[15]。在非開放時間或管理人員離開情況下，實驗室進(jìn)入布防狀態(tài)，此時如果有人未經(jīng)授權(quán)進(jìn)入實驗室，會觸發(fā)人體紅外傳感器并發(fā)出警報，管理員手機(jī)收到報警信息后，遠(yuǎn)程打開安放在實驗室的攝像頭，查看實驗室實時影像，判斷是否為非法進(jìn)入，并做出是否撤防選擇；如果實驗室內(nèi)存在可燃?xì)怏w，在傳感器檢測到有氣體異常時，向管理員發(fā)出報警，并通過預(yù)先設(shè)置指令，自動打開風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)。

(3)實時環(huán)境管理模塊。對于溫濕度的控制，純粹靠人去感知是無法達(dá)到應(yīng)有的效果，借助溫濕度傳感器，實時采集環(huán)境溫濕度信息，并根據(jù)實驗要求設(shè)置溫濕度閥值，進(jìn)而自動控制空調(diào)和其他加濕除濕設(shè)備，使環(huán)境溫濕度保持在合適的范圍，同時管理員也能通過手機(jī)隨時查看實驗室的溫濕度狀態(tài)。表1為實驗室所涉及的環(huán)境監(jiān)測傳感器。

表1 環(huán)境監(jiān)測傳感器

實驗室空氣質(zhì)量的自動管理是通過實時監(jiān)測實驗室環(huán)境中PM2.5的濃度、二氧化碳及其他有害氣體，當(dāng)探測到有害氣體或達(dá)到系統(tǒng)預(yù)設(shè)的閥值時，自動打開風(fēng)機(jī)進(jìn)行通風(fēng)換氣。針對化學(xué)類實驗室，必要時可加裝專業(yè)的空氣凈化系統(tǒng)，有效解決有毒有害氣體、異味氣體、粉塵顆粒物等帶來的危害，凈化實驗室環(huán)境。

4 結(jié) 語

實驗室的安全管理是一項重在防范貴在落實的工作，信息化智能化技術(shù)的應(yīng)用，使實驗室安全和環(huán)境的實時管理成為現(xiàn)實，為實驗室管理工作提供了重要技術(shù)支撐，但目前還沒有真正形成基于此的行業(yè)規(guī)范。不同實驗室面臨的安全與環(huán)境問題并不完全相同，這要求實驗室管理人員具備較好的信息化知識儲備，在實踐中改革和完善現(xiàn)有管理模式，努力解決管理中遇到的難點，樹立創(chuàng)新管理意識，建設(shè)適合自身實驗室運行管理需求的技術(shù)方案，用技術(shù)手段優(yōu)化實驗室的運行管理過程，提高高校實驗室綜合管理效率和運維保障能力，努力為廣大師生提供一個安全、健康的實驗環(huán)境，建設(shè)以人為本的實驗室。