楊念哥， 陳碩琛， 鄧義芳

（中南大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，長沙 410083）

0 引 言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是課程教學(xué)中不可或缺的組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)和理論運(yùn)用能力的重要途徑［1］。隨著國家對(duì)于大學(xué)生實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)重視程度的不斷提高，高校實(shí)驗(yàn)室的規(guī)劃和建設(shè)也迎來了蓬勃發(fā)展，管理方式不斷改進(jìn)［2］。同時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目與時(shí)俱進(jìn)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的門類更加齊全；實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目的學(xué)生參與度不斷提高；隨著信息化建設(shè)的不斷深入，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的手段更加豐富［3］。高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的蓬勃發(fā)展對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全管理與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提出了更高的要求。近年來，為探究新形勢(shì)下的高校實(shí)驗(yàn)室安全相關(guān)工作，我國學(xué)者在廣泛深入實(shí)踐的基礎(chǔ)上，提出了很多行之有效的評(píng)價(jià)模型與管理方法［4-7］。在相關(guān)課題中，研究人員以實(shí)驗(yàn)室整體作為研究對(duì)象對(duì)其安全狀態(tài)、潛在風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及改進(jìn)方法進(jìn)行研究與評(píng)價(jià)，但以實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的各固定實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目入手，對(duì)實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估與管理的研究相對(duì)較少。因此本文在結(jié)合實(shí)驗(yàn)室安全管理和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的相關(guān)研究基礎(chǔ)上，將實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估細(xì)化為具體的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目評(píng)估，從“人、機(jī)、料、法、環(huán)”的角度出發(fā)，運(yùn)用熵權(quán)法，確定各個(gè)指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，結(jié)合物元模型評(píng)價(jià)方法，建立高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，通過獲取實(shí)驗(yàn)室內(nèi)每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)信息，以此獲取實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)情況。以該模型為基礎(chǔ)，可以對(duì)不同類型實(shí)驗(yàn)室管理方案提供參考，評(píng)價(jià)流程如圖1 所示。

圖1 基于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目評(píng)價(jià)的實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)分析方法流程圖

1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安全評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

基于多指標(biāo)評(píng)價(jià)對(duì)問題進(jìn)行分析時(shí)，評(píng)價(jià)指標(biāo)的確立往往對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性與有效性有著決定性作用［8］。不同實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)營模式和管理對(duì)象千差萬別，但是又有很大的共通之處，參考安全系統(tǒng)分析法［9］，實(shí)驗(yàn)室不安全事故產(chǎn)生的原因可以分為3 類：人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)、環(huán)境因素，以此為基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室的安全管理評(píng)價(jià)從人、機(jī)、料、法、環(huán)5 個(gè)角度著手。現(xiàn)將整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)作為總體目標(biāo)層，在實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)分析體系的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的共通性，將總目標(biāo)層分為人、機(jī)器、材料、實(shí)驗(yàn)室規(guī)程、環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)5 個(gè)2 級(jí)目標(biāo)層，每個(gè)2 級(jí)目標(biāo)層下面又設(shè)有若干底層指標(biāo)?；隈T建躍教授等專家的“高校實(shí)驗(yàn)室安全工作手冊(cè)”對(duì)底層指標(biāo)進(jìn)行一一確立［10］，細(xì)分了15 個(gè)具體評(píng)價(jià)項(xiàng)目作為底層指標(biāo)，建立實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目綜合安全評(píng)價(jià)體系，如圖2 所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

根據(jù)《教育部關(guān)于加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)室安全工作的意見》［11］的要求，應(yīng)當(dāng)對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估，參考《建筑施工安全檢查標(biāo)準(zhǔn)》［12］中對(duì)施工安全的風(fēng)險(xiǎn)分類方式，將實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安全等級(jí)分為4 級(jí)，即Ⅰ級(jí)（風(fēng)險(xiǎn)很?。ⅱ蚣?jí)（風(fēng)險(xiǎn)中等）、Ⅲ級(jí)（風(fēng)險(xiǎn)較高）、Ⅳ級(jí)（風(fēng)險(xiǎn)很高）。采取劃分評(píng)分區(qū)間的方式，對(duì)于各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行量化分析，具體評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估物元模型

（1）物元。對(duì)于具體的事物，一般可以用事物（N）、特征（C）、量值（V）3 個(gè)主要元素進(jìn)行表示，這3個(gè)元素即成為物元［13］。對(duì)于給定事物事物元N，若其有n個(gè)特征用C1…Cn表示，對(duì)應(yīng)n 個(gè)量值用V1…Vn表示，則該物元可用矩陣R描述：

當(dāng)描述m個(gè)特征相同的事物N1-Nm時(shí)，可以用復(fù)合矩陣對(duì)其進(jìn)行描述：

（2）經(jīng)典域。經(jīng)典域由物元特征及量值區(qū)間設(shè)置。若將事物分成h個(gè)等級(jí)，用Nj（j ＝1…h(huán)）表示第j個(gè)等級(jí)的事物；用Ci（i ＝1…n）表示第i個(gè)特征；用Vji（j ＝1…h(huán)，i ＝1…n）表示第j個(gè)等級(jí)下第i個(gè)特征的取值范圍。其中：

則經(jīng)典域可以表示為：

（3）節(jié)域。節(jié)域是特征量值范圍的集合。將Vpi表示第i個(gè)特征Ci的取值范圍則有：

節(jié)域Np可表示為：

（4）關(guān)聯(lián)函數(shù)的確立。關(guān)聯(lián)函數(shù)是用來描述事物對(duì)于評(píng)價(jià)等級(jí)隸屬程度的函數(shù)。根據(jù)物元模型理論其表達(dá)式為：

式中：Kxj（Vi）表示第x個(gè)待評(píng)價(jià)物元第i個(gè)指標(biāo)的第j個(gè)等級(jí)隸屬度；Vxi為第x 個(gè)待評(píng)價(jià)物元第i 個(gè)指標(biāo)的量值；Vji為經(jīng)典域內(nèi)第i 個(gè)指標(biāo)第j 個(gè)等級(jí)的量值范圍；Vpi為節(jié)域內(nèi)第i個(gè)指標(biāo)的量值范圍；G（x，X）為

（5）熵權(quán)模型的建立。熵是系統(tǒng)無序化的程度，熵權(quán)反映了各指標(biāo)所包含有用信息量的多少。熵權(quán)越大，說明指標(biāo)攜帶的有用信息量就多，反之亦然［14］。熵權(quán)法是一種依據(jù)數(shù)據(jù)中所含信息量大小來判斷指標(biāo)權(quán)重的分析方法［15］。在以某個(gè)具體的項(xiàng)目作為分析對(duì)象時(shí)，有m個(gè)待評(píng)價(jià)對(duì)象以及共同的n 個(gè)待評(píng)價(jià)具體指標(biāo)于是就可以得到一個(gè)由評(píng)價(jià)值組成的信息矩陣Y ＝（yij）m×n，其中yij為第i 個(gè)項(xiàng)目第j 項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分。對(duì)于得到的原始信息矩陣，首先需對(duì)其進(jìn)行無量綱化處理，得到標(biāo)準(zhǔn)化矩陣X ＝（xij）m×n；其中：

根據(jù)得到的標(biāo)準(zhǔn)化矩陣計(jì)算每個(gè)指標(biāo)的熵值e：

式中，k ＝（ln n）－1，由此得到每個(gè)指標(biāo)的熵權(quán)w：

（6）綜合關(guān)聯(lián)度及評(píng)價(jià)等級(jí)的確立。根據(jù)式（7）可以確立物元第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)關(guān)于第j 等級(jí)的隸屬度參數(shù)，同時(shí)結(jié)合式（11）確立的第i 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)熵權(quán)Wi，可得待測物元N關(guān)于第j個(gè)等級(jí)的綜合關(guān)聯(lián)度為：

令

則物元N所屬的綜合評(píng)價(jià)等級(jí)為j級(jí)。

4 案例分析

為驗(yàn)證建立的分析模型對(duì)實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性和有效性，現(xiàn)選取某高校環(huán)境工程實(shí)驗(yàn)作為主體，根據(jù)圖1 的相關(guān)步驟，對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

4.1 物元模型的建立

該實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)水質(zhì)檢測等5 個(gè)項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。因此以該5 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為評(píng)價(jià)對(duì)象，邀請(qǐng)由來自相關(guān)課程理論教學(xué)老師、實(shí)驗(yàn)室安全督導(dǎo)專員等專家組成的專家組對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。專家組參照表1 的評(píng)價(jià)規(guī)則，對(duì)每個(gè)細(xì)分指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)評(píng)分，最后被得到的評(píng)分如表2 所示。將每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目作為一個(gè)物元，則實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、評(píng)價(jià)指標(biāo)、專家評(píng)分共同組成了物元矩陣；根據(jù)表1 的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，則可以確定經(jīng)典域和節(jié)域。同時(shí)將4 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)關(guān)聯(lián)度定義為K1（N）、K2（N）、K3（N）、K4（N）。

4.2 熵權(quán)指標(biāo)計(jì)算

根據(jù)式（9）～（11）可以求得15 個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重如表2 所示。由權(quán)重信息可知，該實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險(xiǎn)來源中人員風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重為0.142（0.044 ＋0.053 ＋0.045）；機(jī)器的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重為0.232（0.103 ＋0.088 ＋0.041）；實(shí)驗(yàn)原料的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重為0.352（0.270 ＋0.041＋0.041）；實(shí)驗(yàn)規(guī)程的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重為0.134（0.043 ＋0.046 ＋0.045）；環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重為0.141（0.044 ＋0.041 ＋0.056）。從2 級(jí)目標(biāo)層來看，該實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要來自實(shí)驗(yàn)原料和機(jī)器設(shè)備，這也與實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行過程中的實(shí)際相符合：在實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)中該實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)的成熟度高，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的掌握循序漸進(jìn)，教師技術(shù)嫻熟，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室用途固定，場地維護(hù)較好，因此來自“人、法、環(huán)”的風(fēng)險(xiǎn)一般較為較小。而在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中存在的涉及危險(xiǎn)的原材料和由于機(jī)器狀態(tài)不同帶來的一些潛在風(fēng)險(xiǎn)往往是需要關(guān)注的重點(diǎn)。對(duì)于底層指標(biāo)的權(quán)重分析則可以得到其風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要來自于化學(xué)原料和機(jī)器設(shè)備的保養(yǎng)狀態(tài)及使用年限上，需要重點(diǎn)關(guān)注。

表2 各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分信息及權(quán)重指標(biāo)

4.3 項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)及實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分析

將得到的權(quán)重指標(biāo)代入式（12）可得各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)綜合關(guān)聯(lián)度如表3 所示。由風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)結(jié)果可知，在該實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行的5 個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目其安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)都為一級(jí)，處于風(fēng)險(xiǎn)較小的等級(jí)，因此所有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目均可在現(xiàn)有條件下安全開展，該實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險(xiǎn)較小，與實(shí)際情況相吻合。

表3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)綜合關(guān)聯(lián)度及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

5 結(jié) 論

將實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)分解為具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以人的風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)器的風(fēng)險(xiǎn)、實(shí)驗(yàn)原料的風(fēng)險(xiǎn)、操作規(guī)程的風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)5 個(gè)二層評(píng)價(jià)指標(biāo)為抓手建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系。運(yùn)用該評(píng)價(jià)體系結(jié)合物元法和熵權(quán)法得到實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險(xiǎn)信息。通過以上流程為實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了一種新方法。該方法能夠較為全面有針對(duì)性地對(duì)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)各個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而得到實(shí)驗(yàn)室整體風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，同時(shí)由于引入權(quán)重指標(biāo)，該方法也可以對(duì)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)來源進(jìn)行判斷，找到風(fēng)險(xiǎn)管理的切入點(diǎn)，為實(shí)驗(yàn)室的安全管理提供依據(jù)。通過實(shí)例分析，利用該方法建立的模型與實(shí)際情況吻合度高，驗(yàn)證了該方法的準(zhǔn)確性。