劉 輝， 唐彩萍， 祁 兵

（吉林建筑大學(xué)應(yīng)急科學(xué)與工程學(xué)院，長(zhǎng)春 130118）

0 引 言

實(shí)驗(yàn)室是高校開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究的重要平臺(tái)，也是對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和科技創(chuàng)新水平培養(yǎng)的重要載體。隨著高校招生規(guī)模的不斷擴(kuò)大，實(shí)驗(yàn)室數(shù)量不斷增多，由于其所含危險(xiǎn)有害因素種類(lèi)繁多，且涉及易燃、易爆、劇毒等危險(xiǎn)物質(zhì)［1］，高校實(shí)驗(yàn)室事故時(shí)有發(fā)生，引起了社會(huì)的普遍關(guān)注。如2018 年11 月11日，南京某高校實(shí)驗(yàn)室在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)生爆燃，導(dǎo)致導(dǎo)致幾名師生受傷［2］；同年12 月，在北京一高校實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆炸事故，3 名研究生不幸身亡［3］。實(shí)驗(yàn)室安全不僅與高校師生的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，同時(shí)還關(guān)系到學(xué)校和社會(huì)的安全穩(wěn)定。2017 年2 月教育部辦公廳發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)室安全工作的通知》，2019 年1 月教育部辦公廳公布《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全檢查工作的通知》，2019 年5 月教育部發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)高校實(shí)驗(yàn)室安全工作的意見(jiàn)》，教育部相繼發(fā)布了3 份關(guān)于高校實(shí)驗(yàn)室安全的規(guī)范性文件，不斷加強(qiáng)對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室的安全管理。因此，對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科學(xué)系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)，以此來(lái)掌握高校實(shí)驗(yàn)室整體安全狀況，對(duì)于預(yù)防實(shí)驗(yàn)室事故發(fā)生具有重要意義。

目前國(guó)內(nèi)高校研究學(xué)者對(duì)關(guān)于實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)進(jìn)行了研究并取得了一些成果。王洋［4］針對(duì)目前高校生物實(shí)驗(yàn)室安全現(xiàn)狀，采用層次分析原理對(duì)影響生物實(shí)驗(yàn)室安全的不同因素進(jìn)行了分析。曹以等［5］在分析工科類(lèi)高校實(shí)驗(yàn)室安全管理特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，通過(guò)層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)兩種方法對(duì)某高校的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安全評(píng)價(jià)。張佳明等［6］以機(jī)械類(lèi)高校實(shí)驗(yàn)室為例，對(duì)粒子群算法的BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的安全評(píng)價(jià)模型進(jìn)行改進(jìn)，該模型不僅引入了非線性函數(shù)對(duì)其優(yōu)化，還確定了最優(yōu)的函數(shù)調(diào)整因子。楊巍等［7］針對(duì)工程實(shí)驗(yàn)室建立安全風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)綜合集成評(píng)估模型（DHEGF），并對(duì)該模型的適用性進(jìn)行了分析。姜峰等［8］運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)方法，從定性與定量?jī)煞矫娣謩e對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全進(jìn)行了分析，建立了化學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)體系。實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)研究目前主要集中在不同類(lèi)型實(shí)驗(yàn)室且評(píng)價(jià)過(guò)程主觀性較強(qiáng)，而基于主客觀組合賦權(quán)的云模型綜合評(píng)價(jià)在高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)方面鮮見(jiàn)。

本文著眼于高校實(shí)驗(yàn)室總體安全狀況，在從安全管理體制機(jī)制、安全宣傳教育、危險(xiǎn)源管理、安全設(shè)施與環(huán)境、安全應(yīng)急能力5 個(gè)方面構(gòu)建高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，提出采用AHP法和熵權(quán)法的組合賦權(quán)法確定指標(biāo)權(quán)重，最后運(yùn)用云模型評(píng)價(jià)法對(duì)高校實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行整體安全評(píng)價(jià)，為科學(xué)、規(guī)范地對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安全管理提供依據(jù)和保障。

1 高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)建是實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)的第1 步，合理地選取指標(biāo)可以提高實(shí)驗(yàn)室安全管理評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性［9］。構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系首先將目標(biāo)層進(jìn)行分解，分解為若干準(zhǔn)則層（1 級(jí)指標(biāo)），再以準(zhǔn)則層為目標(biāo)分解實(shí)施層（2 級(jí)指標(biāo)）的各項(xiàng)因素指標(biāo)，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

本文主要依據(jù)教育部發(fā)布的《高校教學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全工作檢查要點(diǎn)（2019 版）》內(nèi)容［10］，并結(jié)合相關(guān)學(xué)者［11-13］研究成果，構(gòu)建了高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1 所示。

圖1 高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重確定

2.1 AHP法確定主觀權(quán)重

（1）列出指標(biāo)因素集。U為目標(biāo)層，U1，U2，…，Um為一級(jí)指標(biāo)；U11，U12，…，Umn為2 級(jí)指標(biāo)。

（2）構(gòu)造判斷矩陣A=（aij）m×m。使用1 ～9 重要性標(biāo)度建立實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中各級(jí)指標(biāo)之間的相對(duì)重要性。

（3）指標(biāo)權(quán)重的確定與最大特征值。通過(guò)計(jì)算得出各指標(biāo)的權(quán)重ωi（i=1，2，…，m），帶有偏差的最大特征值為

（4）一致性檢驗(yàn)。計(jì)算一致性指標(biāo)

式中：n為一致性矩陣具有的最大特征值，并計(jì)算一致性比率CR=CI/RI［14］。

當(dāng)CR＜0.10 時(shí)，該判斷矩陣符合一致性檢驗(yàn)要求，否則必須調(diào)整判斷矩陣。

2.2 熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

（1）構(gòu)建原始化矩陣和標(biāo)準(zhǔn)矩陣?，F(xiàn)有n個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)有m專(zhuān)家評(píng)價(jià)，形成原始數(shù)據(jù)判斷矩陣X=（xij）m×n，進(jìn)行歸一化處理后得標(biāo)準(zhǔn)矩陣Y=（Xij）m×n，則

式中，max（Xi）、min（Xi）分別為不同評(píng)價(jià)數(shù)列的同一指標(biāo)最大和最小值。

（2）計(jì)算各指標(biāo)的信息熵Pij為第j個(gè)指標(biāo)在第i個(gè)系統(tǒng)中的特征比重。

（3）計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)。計(jì)算第j個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的熵權(quán)為［15］

2.3 組合權(quán)重的確定

根據(jù)主觀權(quán)重和客觀權(quán)重，得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的組合權(quán)重，計(jì)算式為：

式中：Wi表示組合權(quán)重；wi表示主觀權(quán)重；wij表示客觀權(quán)重；α取0.7。

3 高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)模型——云模型

（1）構(gòu)建評(píng)價(jià)集。采用專(zhuān)家打分方式對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)，分別表示非常危險(xiǎn)、危險(xiǎn)、一般、安全、非常安全5 個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)。根據(jù)相關(guān)專(zhuān)家的經(jīng)驗(yàn)、知識(shí)與智慧獲得評(píng)價(jià)集。

（2）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)云。根據(jù)評(píng)價(jià)集將各個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)值的有效論域H劃分為x個(gè)子區(qū)間，其中，第v個(gè)子區(qū)間為［min，max］，該子區(qū)間對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)云的數(shù)字特征值為（Ex，En，He），計(jì)算表達(dá)式如下：

式中，cmax、cmin分別為專(zhuān)家打分的最大與最小值。

（3）計(jì)算第j個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)云為Cj（Exj，Enj，Hej），j=1，2，…，n。則有：

式中：xi為樣本中的數(shù)值；表示數(shù)據(jù)樣本均值；S2表示樣本方差；n為樣本的數(shù)量。

（4）計(jì)算綜合評(píng)價(jià)云。通過(guò)計(jì)算期望Ex、熵En、超熵He3 個(gè)數(shù)字特征值來(lái)表示［16］，計(jì)算式如下：

計(jì)算出綜合評(píng)價(jià)云后，對(duì)比得到的綜合評(píng)價(jià)云圖與評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)云圖，觀察與綜合評(píng)價(jià)云圖最為相似的指標(biāo)云圖，從而確定高校實(shí)驗(yàn)室所處的安全等級(jí)［16］。

4 案例分析

某高校擁有建筑綜合實(shí)驗(yàn)中心、材料工程實(shí)驗(yàn)中心、力學(xué)與工程訓(xùn)練中心、土木工程實(shí)驗(yàn)中心等11 個(gè)實(shí)驗(yàn)中心，存在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目類(lèi)、儀器設(shè)備類(lèi)、試劑耗材類(lèi)、廢棄物類(lèi)等典型安全風(fēng)險(xiǎn)。

4.1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

邀請(qǐng)10 名專(zhuān)家對(duì)指標(biāo)權(quán)重間重要程度打分，運(yùn)用AHP法計(jì)算主觀權(quán)重。根據(jù)式（3）～（6）運(yùn)用熵權(quán)法計(jì)算客觀權(quán)重。根據(jù)式（7）計(jì)算組合權(quán)重。指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果如表1 所示（見(jiàn)下頁(yè)）。

4.2 云模型綜合安全評(píng)價(jià)

4.2.1 確定高校實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)云

采用數(shù)字分級(jí)將高校實(shí)驗(yàn)室安全等級(jí)分為5 級(jí)，值越大代表越安全。根據(jù)高校實(shí)驗(yàn)室實(shí)際情況，各安全等級(jí)的得分區(qū)間分別為（0 ～30］，（30 ～60］，（60 ～

80］，（80 ～90］，（90 ～100］，K取值為0. 1。根據(jù)式（8）計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)云。本文確定He為0.1。該高校實(shí)驗(yàn)室安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云如表2 所示（見(jiàn)下頁(yè)）。通過(guò)MATLAB編程得到標(biāo)準(zhǔn)云圖，如圖2 所示。

圖2 實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)云圖

4.2.2 確定高校實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)云

請(qǐng)專(zhuān)家對(duì)該校實(shí)驗(yàn)室安全情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，根據(jù)式（9）計(jì)算得到該校實(shí)驗(yàn)室各指標(biāo)評(píng)價(jià)云，結(jié)果見(jiàn)表3。運(yùn)用式（10）各評(píng)價(jià)指標(biāo)云得到該高校實(shí)驗(yàn)室總評(píng)價(jià)云C（86.6，2.48，0.48）。

表1 指標(biāo)權(quán)重計(jì)算結(jié)果

表2 實(shí)驗(yàn)室安全等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云

4.2.3 確定高校實(shí)驗(yàn)室安全等級(jí)

根據(jù)該校實(shí)驗(yàn)室的綜合云C（86.6，2.48，0.48）繪制綜合評(píng)價(jià)云圖，通過(guò)觀察該云圖與標(biāo)準(zhǔn)云圖（如圖3所示），該綜合云圖在等級(jí)為“安全”和“非常安全”上均有分布，進(jìn)一步分析數(shù)字特征與云圖，判斷該云圖與等級(jí)為“安全”的標(biāo)準(zhǔn)云最為相似，所以確定該校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)等級(jí)為“安全”。由此說(shuō)明該校實(shí)驗(yàn)室可以在安全狀態(tài)下運(yùn)行，但在安全信息化建設(shè)、危險(xiǎn)物廢棄物處置、設(shè)施、設(shè)備布局方面還存在提升空間，需要以后不斷的加以完善，防止向一般風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變。

圖3 實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)云與各等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)云對(duì)比

表3 指標(biāo)評(píng)價(jià)云

5 結(jié) 論

（1）從安全管理體制機(jī)制、安全宣傳教育、危險(xiǎn)源管理、安全設(shè)施與環(huán)境、安全應(yīng)急能力等5 個(gè)方面建立了高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，能夠反映高校實(shí)驗(yàn)室安全狀況所需的各種因素，在采用AHP法和熵權(quán)法分別確定指標(biāo)主客觀權(quán)重的基礎(chǔ)上，綜合得到各指標(biāo)的組合權(quán)重，能夠客觀反映指標(biāo)重要程度，為高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)提供可靠數(shù)據(jù)依據(jù)。

（2）應(yīng)用云模型建立高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)模型，能夠掌握高校實(shí)驗(yàn)室整體安全狀況，得到高校實(shí)驗(yàn)室整體安全等級(jí)。

（3）本高校實(shí)驗(yàn)室安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系具有通用性，但未考慮各類(lèi)型高校和各學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的差異化，后續(xù)可考慮采用組合賦權(quán)云模型對(duì)不同類(lèi)型高校的不同學(xué)科實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，以適應(yīng)不同類(lèi)高校和不同學(xué)科實(shí)驗(yàn)室的安全評(píng)價(jià)。