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)
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
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?,F(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)
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)
(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(cè)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)。
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。
該實(shí)驗(yàn)室主要承擔(dān)水質(zhì)檢測(cè)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)。
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(chǎng)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)
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)
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。