劉龍飛 薛宇敬陽 尹文軒 曾小君

（常熟理工學(xué)院材料工程學(xué)院，江蘇 常熟 215500）

0 引言

近幾年，高校實驗室安全事故頻發(fā)，對高校師生造成了生命、財產(chǎn)的重大損失。學(xué)校實驗室出事故的概率是化工廠的100倍。因此，如何對高校實驗室進行科學(xué)有效地安全管理，已經(jīng)成了各大高校備受重視的問題。實驗室管理者，如何根據(jù)實驗室的實際條件，辨識出復(fù)雜的實驗室風(fēng)險因素，并對實驗室的安全現(xiàn)狀做出客觀、科學(xué)的評價，是一個重要的研究課題。

鑒于實驗室風(fēng)險因素的復(fù)雜性，定性分析方法難以全面辨識風(fēng)險的局限性。為了量化風(fēng)險因素，更準(zhǔn)確地評估出高校實驗室風(fēng)險現(xiàn)狀。本文以常熟理工學(xué)院某實驗室為例，建立高校實驗室風(fēng)險評價指標(biāo)體系，運用模糊綜合評價法對該實驗室風(fēng)險現(xiàn)狀進行評價。評價結(jié)果能夠為高校準(zhǔn)確評價其實驗室風(fēng)險現(xiàn)狀提供參考。

1 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是一種基于模糊數(shù)學(xué)對多因素系統(tǒng)的特征進行總體綜合評價的方法[6]。它可以在對風(fēng)險因素進行定性分析的基礎(chǔ)之上，根據(jù)模糊原理及最大隸屬度原則，對多個因素進行定量化分析，最后得出整個系統(tǒng)的綜合評價值，從而得到綜合評估結(jié)果。這種方法科學(xué)、有效，適合解決各種界限模糊、難以量化的非確定性問題。

1.1 因素集與評價集

將所有對評價結(jié)果產(chǎn)生影響的各種因素組成一個集合，可以表示為：

Ui（i=1，2，3，4…，n）表示影響因素，n為影響因素的個數(shù)。

評價集是評價人員對評價對象可能出現(xiàn)的所有種類的評價結(jié)果所組成的集合，可表示為：

V為評價指標(biāo)，本研究中將高校實驗室風(fēng)險劃分為5個等級：安全性極高（V1），比較安全（V2），危險性一般（V3），比較危險（V4），危險性極高（V5）。但是該類等級的劃分依然是使用模糊語言來表示。為了定量評價高校實驗室風(fēng)險，根據(jù)模糊集理論，用取值在[0，1]的模糊隸屬度函數(shù)對模糊語言進行量化。

1.2 一級模糊綜合評價

用一級模糊評價來作單因素的評判，通過綜合一個因素的各個等級對評價對象的取值貢獻，從而處理因素的模糊性。步驟如下：

（1）建立因素等級評價矩陣Ri。每個因素對評價指標(biāo)都有影響，每個因素都有屬于5個等級的可能性，因此使用隸屬度函數(shù)表示因素集Ui（i=1，2，3，4，…，n）到評價集V的映射，可得到模糊綜合評判的單因素評價值rgk=（i=1，2，…，m，k=1，2，…5），表示第i個一級指標(biāo)的第g個二級指標(biāo)Uig對評價集中第k等級的隸屬度。單因素評價值rgk=（i=1，2，…n，k=1，2，…5）組成綜合隸屬度矩陣Ri：

（2）按評價指標(biāo)次序排列，各因素具有相同的等級評價矩陣。

（3）建立因素等級權(quán)重集，用以表述各因素等級的重要程度。

一級模糊矩陣的綜合評價值Bi即為：

其中“?”是模糊矩陣的合成算法，采用M（·，+）法，表達式為：

1.3 二級模糊綜合評價

為了綜合各因素對評價結(jié)果的不同重要程度，就要進行二級綜合評級。通過模糊變換原理及最大隸屬度原則對所有的因素進行綜合評價，與一級模糊矩陣評價相比更具綜合性，最終得到模糊綜合評價集C。步驟如下：

首先建立因素權(quán)重集。各類因素對評價結(jié)果有著不同的重要程度，對評價對象的影響大小不同，將其權(quán)重數(shù)組成集合，記為：

本研究用層次分析法（AHP）來確定各評價單元權(quán)重，選用層次分析法中的兩兩比較法建立權(quán)重等級，基于表1的各因素權(quán)重過程如下：

因素i與j的比較值為aij，則因素j與i的比較值為1/aij。

對于n個因素可以建立判斷矩陣：

將R的每一列進行歸一化，然后再將每一行求和，最后再平均化，即可求得該矩陣的特征向量w。

然后計算R的最大特征值λmax?？赏ㄟ^式（9）來計算：

接下來要對矩陣的合理性進行檢驗，以避免出現(xiàn)類似于因素重要度a1＞a2，a2＞a3，a3＞a1的矛盾情況?？梢酝ㄟ^判斷矩陣的一致性來實現(xiàn)，如果矩陣具有一致性，則特征向量可以真實反映因素的權(quán)重。通過式（10）來計算：

當(dāng)CR（一致性比率）的計算值小于0.1時，認為矩陣的一致性可以接受，計算公式為：

RI（平均隨機一致性指標(biāo)）值查表2可得：

一致性檢驗通過后，即可計算模糊綜合評價集C，計算公式如下：

表1 層次分析法的因素判斷標(biāo)度值

表2 平均隨機一致性指標(biāo)RI

1.4 綜合評價

（1）最大隸屬度法。根據(jù)最大隸屬度原則，在上式求得C的值中取最大隸屬度Cl，看Cl在C中所處位置，對應(yīng)評價集的評價指標(biāo)Vl，即為最終的評價結(jié)果。

（2）加權(quán)平均法。以Cj為權(quán)數(shù)對評價集中各備選擇元素Vj進行加權(quán)處理的值為評價結(jié)果。將Cj進行歸一化，則

2 高校實驗室風(fēng)險評價實證研究

以常熟理工學(xué)院某實驗室為例，先根據(jù)高校實驗室安全檢查項目表[7]對實驗室的風(fēng)險因素進行了定性分類，在此基礎(chǔ)之上利用模糊綜合評價法進行定量分析，確定了該實驗室的風(fēng)險等級。

2.1 創(chuàng)建因素集

根據(jù)高校實驗室的實際狀況，結(jié)合實驗室安全檢查項目表，本文將實驗室的風(fēng)險因素劃分為基礎(chǔ)安全、化學(xué)安全、安全設(shè)施、實驗場所、制度與檢查、安全教育6個一級指標(biāo)。

其中，基礎(chǔ)安全又劃分為用水安全、用電安全、個人防護3個二級指標(biāo)；化學(xué)安全劃分為化學(xué)試劑存放、實驗氣體管理、廢棄物處置、劇毒品管理4個二級指標(biāo)；安全設(shè)施劃分為消防設(shè)施、應(yīng)急噴淋與洗眼裝置、通風(fēng)設(shè)施、門禁監(jiān)控4個二級指標(biāo)；實驗場所劃分為場所環(huán)境、管路管線安全、衛(wèi)生管理3個二級指標(biāo)。

研究參考李克特5分量表[8]，在確定的高校實驗室風(fēng)險評價指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，給出每個二級指標(biāo)風(fēng)險評價的具體描述，并對應(yīng)地賦予1～5個分值，如表3所示，由于版面限制，表4以U11為例，給出其1～5分對應(yīng)的風(fēng)險情況描述，其余指標(biāo)在表4中僅給出得分為1的風(fēng)險情況描述。1～5分值分別對應(yīng)評價集V劃分的5個等級：安全性極高（V1），比較安全（V2），危險性一般（V3），比較危險（V4），危險性極高（V5）。

表3 高校實驗室風(fēng)險評價指標(biāo)及評分表

根據(jù)該實驗室的實際情況，對照檢查表（表3），確定了該實驗室各二級指標(biāo)的打分結(jié)果如表4所示。

表4 常熟理工學(xué)院某實驗室風(fēng)險指標(biāo)打分結(jié)果

研究選用三角形隸屬度函數(shù)進一步確定每個指標(biāo)打分結(jié)果的隸屬度。設(shè)定未做歸一化處理的分?jǐn)?shù)與評語集的隸屬函數(shù)關(guān)系如圖1所示。

圖1 未做歸一化處理的高校實驗室風(fēng)險指標(biāo)隸屬度函數(shù)

以U23廢棄物處置為例，該評價指標(biāo)的得分2，根據(jù)圖1可得U23對應(yīng)評價集V的隸屬度結(jié)果：

U23={0.8，1.0，0.8，0.6，0.4}

按照以上相同的方式可得每個評價指標(biāo)的隸屬度，詳見表5。

2.2 一級模糊評價

首先建立因素權(quán)重集，取值時采用兩兩比較法，以U1（基礎(chǔ)安全）下的二級指標(biāo)為例，U11（用電安全）的重要度比U13（個人防護品）“明顯”重要，則矩陣中a13的取值為5（a31即為1/5），以此類推得到矩陣A1。

再將每一行求和，得[1.900 1 0.781 5 0.318 4]T然后再平均化，得特征向量

對該矩陣的權(quán)重分配進行一致性檢驗，一致性指標(biāo)CI=（λmax-n）/（n-1）=（3.0387-3）/（3-1）=0.019 4。參照表2得平均一致性指標(biāo)RI=0.58。一致性比率CR=CI/RI=0.019 4/0.58=0.033＜0.1，該矩陣具有滿意的一致性，最大特征根λmax的特征向量W1即對應(yīng)各因素權(quán)重A1。

根據(jù)公式，Bi=Wi?Ri，此時R1參照表5進行取值，即：

表5 評價指標(biāo)隸屬度函數(shù)表

2.3 二級模糊綜合評價

該實驗室風(fēng)險模糊綜合評價矩陣B總由基礎(chǔ)安全、化學(xué)安全、安全設(shè)施、試驗場所、制度與檢查、安全教育與文化的單因素隸屬度組成，則有：

再根據(jù)兩兩比較法，確定二級模糊綜合評價指標(biāo)權(quán)重集A：

將A帶入公式（2-8）～（2-11），得到經(jīng)過一致性檢驗的權(quán)重A′：

A′=（0.225 5，0.453 2，0.300 1，0.106 1，0.071 3，0.043 8）

帶入公式（2-12），得到該實驗室風(fēng)險模糊綜合評價結(jié)果：C=A′?B

2.4 模糊綜合評價結(jié)果

根據(jù)最大隸屬度原則，計算結(jié)果C=（1.0151，1.0368，0.9004，0.6649，0.4249）中，隸屬度最大值為1.0368，對應(yīng)評價集中的第二等級“比較安全”，又因其值與1.0151相差不大，說明該實驗室的風(fēng)險等級介于“安全性極高”和“比較安全”之間。

3 評價結(jié)果應(yīng)用

根據(jù)以上模糊綜合評價結(jié)果，建議在維持該實驗室現(xiàn)有安全管理措施的基礎(chǔ)上，參照研究構(gòu)建的指標(biāo)體系（表4），針對評分結(jié)果高的風(fēng)險指標(biāo)（表5）進行改進，如U34（門禁、監(jiān)控方面），高?？砂惭b門禁和監(jiān)控設(shè)施，制定專人管理責(zé)任制度，從而降低風(fēng)險，提升安全狀態(tài)?；谀：C合評價的實驗室安全管理提高了防控措施的針對性，實現(xiàn)了風(fēng)險分級管理，節(jié)省了人力物力成本。