姜 峰 楊鼎瑞

(蘭州理工大學(xué) 石油化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730050)

0 引言

伴隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展，我國不斷提高教育投入，加速高等教育發(fā)展[1]。化學(xué)一方面是基礎(chǔ)學(xué)科，另一方面是科技前沿的學(xué)科，他的發(fā)展依靠無數(shù)的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)滴積累。高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室不斷建設(shè)，實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)明顯增多，導(dǎo)致在教學(xué)及科研中出現(xiàn)的安全問題不能忽視。近年來，高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室安全事故時(shí)有發(fā)生，事故數(shù)量和損失情況也越來越嚴(yán)重[2]。通過對近幾年國內(nèi)高校實(shí)驗(yàn)室事故進(jìn)行整理發(fā)現(xiàn)我國高校實(shí)驗(yàn)室安全管理情況不容樂觀。例如：2018年12月實(shí)驗(yàn)室爆炸致3人死亡；2017年3月反應(yīng)釜爆炸1人受傷，同月實(shí)驗(yàn)樓起火并爆炸造成約200萬經(jīng)濟(jì)損失；2016年9月實(shí)驗(yàn)室爆炸2人重傷2人輕傷等等。高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室安全事故不僅造成財(cái)產(chǎn)損失，同時(shí)還伴隨環(huán)境污染，實(shí)驗(yàn)人員的傷亡也時(shí)有發(fā)生。事故影響實(shí)驗(yàn)室的正常教學(xué)科研任務(wù)，而且導(dǎo)致多年的研究成果毀于一旦[3]。

針對實(shí)驗(yàn)室安全問題很多學(xué)者做了相關(guān)研究。Ménard A Dana[4]對實(shí)驗(yàn)室安全進(jìn)行綜述，評(píng)論與回顧了化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全情況，僅是呼吁建立實(shí)驗(yàn)室安全體系。本文則是根據(jù)某高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室建立安全評(píng)價(jià)體系的具體研究。馮志林[5]等探討了清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全技術(shù)與安全教育、安全檢查問題。劉浴輝[6]、黃坤[7]等最早對國外一流高校實(shí)驗(yàn)室安全進(jìn)行分析，分別對檢查和落實(shí)、管理和培訓(xùn)進(jìn)行總結(jié)。國內(nèi)對實(shí)驗(yàn)室安全研究多是從行政管理角度進(jìn)行分析，以檢查培訓(xùn)為主，缺少安全整體思維。未能全面考慮實(shí)驗(yàn)室整體情況，從安全思維剖析事故根本原因，管控風(fēng)險(xiǎn)、減少隱患從根本上減少事故的發(fā)生。對實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行模糊評(píng)價(jià)僅能確定實(shí)驗(yàn)室安全狀況[8-9]，但未能具體分析各因素對實(shí)驗(yàn)室安全的不同作用情況及其相互作用關(guān)系。

本文對化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全提出評(píng)價(jià)體系，將結(jié)構(gòu)方程模型(Structural Equation Model，SEM)和模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)合，對化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全情況進(jìn)行分析。通過SEM進(jìn)行因子分析，由路徑系數(shù)判斷各個(gè)指標(biāo)因素對化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全的具體影響情況。通過模糊綜合評(píng)價(jià)確定化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全現(xiàn)狀。結(jié)合實(shí)例確定各指標(biāo)分別對安全的影響程度并提出安全措施和改進(jìn)建議，有助于化學(xué)實(shí)驗(yàn)室避免事故發(fā)生以及隱患的排查與消除。

1 實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)體系

高校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)復(fù)雜的體系。構(gòu)建安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，應(yīng)該從安全理論的基礎(chǔ)出發(fā)。結(jié)合實(shí)際，分析實(shí)驗(yàn)室意外事故的主要因素。根據(jù)海因里希理論和安全三要素[10]。通過實(shí)際研究某高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)室中的危險(xiǎn)因素有：實(shí)驗(yàn)室中儲(chǔ)存易燃、易爆、有毒化學(xué)品；部分實(shí)驗(yàn)儀器會(huì)伴有輻射及高溫高壓等情況；實(shí)驗(yàn)室用電安全；通風(fēng)及廢棄物處理。經(jīng)過查閱大量文獻(xiàn)和詢問有關(guān)專家學(xué)者意見后，構(gòu)建化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全指標(biāo)體系。一級(jí)指標(biāo)為個(gè)人安全、設(shè)備安全、安全管理3者分別對應(yīng)人—機(jī)—環(huán)三要素。每個(gè)一級(jí)指標(biāo)下劃分4個(gè)二級(jí)指標(biāo)，用來對一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行解釋擴(kuò)展。一共建立12個(gè)二級(jí)指標(biāo)，形成三層結(jié)構(gòu)，如圖1。

2 結(jié)構(gòu)方程模型建立

實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)體系中12個(gè)二級(jí)指標(biāo)雖相互獨(dú)立，但由于人行為的不確定性，也存在潛在聯(lián)系。結(jié)構(gòu)方程模型能夠同時(shí)處理多指標(biāo)，同時(shí)分析各指標(biāo)因果關(guān)系，明確各指標(biāo)間相互關(guān)系。

2.1 SEM模型

SEM由測量模型和結(jié)構(gòu)模型組成[11]。測量模型表示觀測變量對潛在變量的影響，結(jié)構(gòu)模型表示潛在變量之間的相互影響。

測量模型：

X=Λxξ+δ；

(1)

Y=Λyη+ε；

(2)

其中，ξ與δ、η與ε之間無相關(guān)性，Λx與Λy為觀測變量X、Y的因素負(fù)載，δ與ε為誤差變量，ξ為潛在變量。

結(jié)構(gòu)模型：

η=Γξ+Βη+ζ

(3)

式中：

Γ—外生潛在變量對內(nèi)生潛在變量的回歸系數(shù)；

B—內(nèi)生潛在變量間的回歸系數(shù)；

ζ—結(jié)構(gòu)方程誤差項(xiàng)。

SEM可以同時(shí)考慮多個(gè)因變量同時(shí)作用，并且能夠容許變量存在測量誤差，并可得到因子系數(shù)。所以運(yùn)用結(jié)構(gòu)方程可以了解各因素內(nèi)部之間的相互作用，以及權(quán)重系數(shù)。對于分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全情況則可以明確各個(gè)因素對實(shí)驗(yàn)室安全的具體影響情況，從而確定實(shí)驗(yàn)室安全提升方向。

2.2 結(jié)構(gòu)方程模型構(gòu)建

測量模型根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系確立的3個(gè)一級(jí)指標(biāo)：個(gè)人安全(A1)、設(shè)備安全(A2)、安全管理(A3)應(yīng)用到SEM中的潛在變量，則將其下屬的12個(gè)二級(jí)指標(biāo)(an1-an4)設(shè)為SEM的觀測變量。結(jié)構(gòu)模型根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)的三層結(jié)構(gòu)，構(gòu)建相同的三層結(jié)構(gòu)方程。

選擇某校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室為研究對象，通過對經(jīng)常使用實(shí)驗(yàn)室的師生以及相關(guān)專家發(fā)放問卷的方式收集數(shù)據(jù)。問卷主要包括基本情況、個(gè)人情況、設(shè)備狀況、安全管理4個(gè)部分。針對每一觀測變量提出對應(yīng)問題以獲得相應(yīng)觀測變量評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)。問卷采用李克特五級(jí)量表，分值越大越符合。采用網(wǎng)絡(luò)調(diào)查，共收到130份問卷。去除14份無效問卷，得到116份有效問卷，有效回收有效率89%，符合調(diào)查要求。對獲得數(shù)據(jù)進(jìn)行信度和效度檢驗(yàn)，符合要求，可用于實(shí)驗(yàn)研究，見表1。

表1 信度和效度檢驗(yàn)

運(yùn)用AMOS軟件構(gòu)建化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全結(jié)構(gòu)模型，將獲得的調(diào)查數(shù)據(jù)輸入到軟件所構(gòu)建模型中。并通過該軟件進(jìn)行SEM擬合，對潛在變量與觀測變量進(jìn)行分析。

2.3 結(jié)構(gòu)方程模型估計(jì)與評(píng)價(jià)

SEM分析通常采用廣義最小二乘法(Generalized Least Squares，GLS)。GLS是一種消除異方差的方法，可得到估計(jì)量無偏和一致估計(jì)。本文用GLS對化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全模型進(jìn)行估計(jì)。

通過對化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全SEM的擬合數(shù)值與各項(xiàng)擬合優(yōu)度檢驗(yàn)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，模型各項(xiàng)指標(biāo)基本滿足SEM擬合標(biāo)準(zhǔn)。其中調(diào)整的良性適配指標(biāo)值國內(nèi)可接受范圍在大于0.9。而近年在國際上有認(rèn)可范圍在大于0.8，本次研究采用大于0.8的范圍標(biāo)準(zhǔn)[12-13]。本次化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全模型擬合成功，見表2。

表2 SEM擬合評(píng)價(jià)

通過SEM擬合結(jié)果中所得到的路徑系數(shù)可知其均在0.5～0.95之間，表示沒有無關(guān)變量指標(biāo)和重復(fù)相同指標(biāo)。即結(jié)構(gòu)方程路徑以及模型結(jié)構(gòu)因子設(shè)計(jì)符合要求，如圖2。

2.4 結(jié)構(gòu)方程模型擬合結(jié)果分析

(1)對潛在變量通過路徑系數(shù)分析可得化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全與安全管理聯(lián)系最為緊密，其次為設(shè)備安全、個(gè)人安全?？山忉尀楫?dāng)實(shí)驗(yàn)室安全情況提升1個(gè)單位則安全管理提升0.93個(gè)單位，設(shè)備安全提升0.92個(gè)單位，個(gè)人安全提升0.72個(gè)單位。

(2)對觀測變量通過路徑系數(shù)分析，可得到化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全與設(shè)備可靠程度關(guān)系最為密切，其次為安全教育程度。而實(shí)驗(yàn)室廢棄物處理標(biāo)準(zhǔn)化度對實(shí)驗(yàn)室安全影響最小，也是最難改善之處?？山忉尀閷?shí)驗(yàn)室安全情況提升1個(gè)單位則設(shè)備可靠程度提升0.92×0.74=0.680 8個(gè)單位，而實(shí)驗(yàn)室廢棄物處理標(biāo)準(zhǔn)化度僅提升0.93×0.52=0.483 6個(gè)單位。

(3)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全管理與設(shè)備安全對實(shí)驗(yàn)室安全情況影響很大，是實(shí)驗(yàn)室的安全基礎(chǔ)。設(shè)備可靠程度和安全教育程度能夠分別代表化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備與管理2方面安全情況。對于實(shí)驗(yàn)室中人的安全情況則因人的影響因素很多，例如心情、環(huán)境、年齡以及生理周期等存在很多干擾因素，容易受到周邊影響。根據(jù)SEM因子分析，實(shí)驗(yàn)室安全還需從安全管理與設(shè)備安全為基礎(chǔ)，避免物的不安全狀態(tài)發(fā)生，努力做到本質(zhì)安全化。同時(shí)提升實(shí)驗(yàn)人員自身安全能力，避免人的不安全行為發(fā)生，從而預(yù)防事故發(fā)生。

圖2 SEM擬合結(jié)果Fig.2 SEM fitting results

3 化學(xué)實(shí)驗(yàn)室模糊綜合評(píng)價(jià)

化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全由于人的行為具有隨機(jī)性，無法精確定量，具有模糊性。模糊綜合評(píng)價(jià)可以將定性評(píng)價(jià)轉(zhuǎn)換為定量評(píng)價(jià)，從而對模糊的、難以量化的因素做出總體評(píng)價(jià)。

3.1 建立評(píng)價(jià)因素集與評(píng)語集

本研究的主要目的在于尋找影響化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的安全因素及其作用大小，并確定安全現(xiàn)狀。采用模糊綜合評(píng)價(jià)確定化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全現(xiàn)狀，為實(shí)驗(yàn)室安全運(yùn)行提供依據(jù)參考[14]。評(píng)價(jià)因素采用實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)體系中確定的評(píng)價(jià)因素，保持與SEM中變量相同，以便聯(lián)合2種模型所得結(jié)果共同分析。

本次將化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全情況劃分為5個(gè)等級(jí)“優(yōu)—良—中—差—劣”。并結(jié)合SEM的李克特五級(jí)量表，將“5-4-3-2-1”與“優(yōu)—良—中—差—劣”相互對應(yīng)。

3.2 確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

模糊綜合評(píng)價(jià)法的關(guān)鍵是建立各指標(biāo)之間的模糊關(guān)系[15]。對指標(biāo)進(jìn)行相互比較，構(gòu)造成對比較矩陣[16]。運(yùn)用層次分析法，邀請14位專家，運(yùn)用1-9標(biāo)度法對指標(biāo)進(jìn)行打分。默認(rèn)每位專家的打分重要性相同，得到比較矩陣。一級(jí)指標(biāo)矩陣，見表3。

得到A=(0.539 0.297 0.164)T，并滿足一致性檢驗(yàn)。

表3 一級(jí)指標(biāo)比較矩陣

同理，可得到二級(jí)指標(biāo)權(quán)重分別為：

3.3 構(gòu)造模糊綜合評(píng)價(jià)矩陣

將模糊評(píng)價(jià)一、二級(jí)指標(biāo)與結(jié)構(gòu)方程中的潛在變量和觀測變量對應(yīng)，獲得的SEM問卷調(diào)查數(shù)據(jù)也用于模糊綜合評(píng)價(jià)中。2種方法選擇相同指標(biāo)體系，以及同一組數(shù)據(jù)對一種事物進(jìn)行分析。通過對問卷數(shù)據(jù)進(jìn)行整理可得到與指標(biāo)所對應(yīng)問卷問題的“優(yōu)—良—中—差—劣”比例。例如，a11科研人員安全能力程度，調(diào)查結(jié)果為3.5%的人認(rèn)為“劣”，9%的人認(rèn)為“差”，14.2%的人認(rèn)為“中”，43.1%的人認(rèn)為“良”，30.2%的人認(rèn)為“優(yōu)”，則單因素評(píng)價(jià)集：

r11=(0.035 0.090 0.142 0.431 0.302)

同理可以得到r12、r13等所有評(píng)價(jià)因素的評(píng)價(jià)集。

評(píng)價(jià)矩陣可以表示為：

(4)

模糊綜合評(píng)價(jià)公式為：

(5)

可以得到模糊評(píng)價(jià)結(jié)果Bn。

(1)一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)。一級(jí)指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果分別為：

(2)二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)。由B1、B2、B3組成二級(jí)評(píng)價(jià)矩陣并得到評(píng)價(jià)結(jié)果：

B=AT×[B1B2B3]

=(0.044 0 0.112 8 0.185 0 0.367 5

0.289 2)

根據(jù)李克特五級(jí)量表與“優(yōu)—良—中—差—劣”5種評(píng)語對應(yīng)，設(shè)置5種評(píng)語分值區(qū)間分別為：[4.5,5.0]、[3.5,4.5)、[2.5,3.5)、[1.5,2.5)、[1.0,1.5)。

所以此次實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)得分為：

B×(1 2 3 4 5)T=3.741

3.4 模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果分析

經(jīng)過化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全模糊綜合評(píng)價(jià)模型得到的評(píng)價(jià)得分結(jié)果，見表4。

(1)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室的安全情況得分為3.74分，對應(yīng)評(píng)語集中的“良”。從評(píng)價(jià)結(jié)果可以了解到，調(diào)查對象對自身的安全情況認(rèn)知較好。一方面由于經(jīng)常使用實(shí)驗(yàn)室的人員以指導(dǎo)老師和碩博研究生為主，對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境相對熟悉，綜合安全能力相對較好。另一方面由于習(xí)慣性以及個(gè)人差距等因素存在，對自身認(rèn)識(shí)不足以及自我優(yōu)化的現(xiàn)象存在。所以還應(yīng)加強(qiáng)對實(shí)驗(yàn)人員的自身安全能力提升。

表4 評(píng)價(jià)指標(biāo)得分

(2)實(shí)驗(yàn)室個(gè)人安全方面：科研人員安全能力、標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行、應(yīng)急安全和安全檢查評(píng)價(jià)結(jié)果均為“良”。安全能力可以通過不斷的安全培訓(xùn)提升；標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行與安全檢查可以制定詳細(xì)的對應(yīng)措施，明確行為規(guī)范與檢查標(biāo)準(zhǔn)；應(yīng)急安全能力提升可以制定應(yīng)急方案，增加應(yīng)急演練。

(3)對于實(shí)驗(yàn)安全管理情況得分為3.53，剛剛達(dá)到“良”級(jí)評(píng)分。說明實(shí)驗(yàn)室安全管理存在不足，還有很大提升空間。為此實(shí)驗(yàn)室應(yīng)加強(qiáng)管理，針對化學(xué)實(shí)驗(yàn)室具體研究方向了解其危險(xiǎn)情況，制定相應(yīng)的管理措施。在其二級(jí)指標(biāo)“實(shí)驗(yàn)廢棄物標(biāo)準(zhǔn)化度”中，得分僅為3.31。表明實(shí)驗(yàn)室廢棄物處理存在較大問題。應(yīng)針對實(shí)驗(yàn)廢棄物處理制定標(biāo)準(zhǔn)化流程，加強(qiáng)廢棄物管理。防止廢棄物引發(fā)環(huán)境污染、中毒等意外事故。危險(xiǎn)源方面可以劃分危險(xiǎn)等級(jí)，針對不同等級(jí)制定不同管理方案；安全氛圍可以通過每日自查自檢，提升安全觀念；安全教育通過定期安全培訓(xùn)和設(shè)立新入實(shí)驗(yàn)室人員三級(jí)安全教育。

(4)在實(shí)驗(yàn)室設(shè)備安全方面，應(yīng)將突發(fā)情況所需的對應(yīng)措施進(jìn)行培訓(xùn)，并且加強(qiáng)危險(xiǎn)情況時(shí)的應(yīng)急演練。在危險(xiǎn)情況發(fā)生時(shí)，能夠及時(shí)將危險(xiǎn)排除或者自我保護(hù)，及時(shí)傳達(dá)事故發(fā)生的信息，努力將損失降到最小。實(shí)驗(yàn)所用設(shè)備須符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)，盡可能達(dá)到設(shè)備本質(zhì)安全化；對具有危險(xiǎn)性的實(shí)驗(yàn)設(shè)備安裝防護(hù)裝置，避免設(shè)備傷害；實(shí)驗(yàn)室消防系統(tǒng)應(yīng)配備滅火器，有條件可以安裝自動(dòng)滅火系統(tǒng)；針對實(shí)驗(yàn)室安全隱患添加對應(yīng)事故所需的應(yīng)急設(shè)備。

4 結(jié)論

(1)根據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全情況提出簡潔的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用該指標(biāo)評(píng)價(jià)本文研究的化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，評(píng)價(jià)結(jié)果為“良”。

(2)通過對實(shí)驗(yàn)室安全SEM分析，安全管理與實(shí)驗(yàn)室安全的聯(lián)系最為密切，通過加強(qiáng)安全管理能夠有效使實(shí)驗(yàn)室達(dá)到安全狀態(tài)；安全培訓(xùn)可以提升安全管理水平，也是最有效提升實(shí)驗(yàn)室安全狀況的方式。

(3)模糊綜合評(píng)價(jià)從定性和定量2方面可以直觀的反應(yīng)所評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室安全情況，其中廢棄物處理安全狀況最差，安全教育較差，其次是應(yīng)急設(shè)施。個(gè)人安全在人員、設(shè)備、管理3方面中狀況最好，其中科研人員安全能力在二級(jí)指標(biāo)中表現(xiàn)最好。