吳悠悠，胡立嵩，王 帥，王 美，冷朝陽

武漢工程大學(xué)資源與安全工程學(xué)院，湖北 武漢 430074

隨著我國教育事業(yè)的蓬勃發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室作為高等學(xué)校教學(xué)和研究的主要場所，國家和地方對其支持建設(shè)的力度大幅增加，使得各類實(shí)驗(yàn)室和師生的數(shù)量逐年增多，實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的價值越來越大，實(shí)驗(yàn)室的開放性和共享性也明顯提高［1］。但是，由于人員違規(guī)操作、設(shè)備故障、消防設(shè)施配備不足等原因?qū)е碌膶?shí)驗(yàn)室事故仍時有發(fā)生。例如2018 年12 月，北京某大學(xué)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆炸事故，造成3 名學(xué)生死亡；2020 年1 月，某高校實(shí)驗(yàn)室發(fā)生通風(fēng)櫥起火事故，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失約1 萬元；2022 年4 月，中南大學(xué)實(shí)驗(yàn)室發(fā)生爆燃事故，造成一名博士生嚴(yán)重?zé)齻?。綜上所述，實(shí)驗(yàn)室的安全管理水平明顯滯后于其自身的發(fā)展程度。因此，提高實(shí)驗(yàn)室安全管理水平，保障生命和財(cái)產(chǎn)安全仍然是學(xué)校安全管理工作的重中之中。

近年來，越來越多的學(xué)者對高校實(shí)驗(yàn)室安全進(jìn)行了相關(guān)研究。魏永前等［2］圍繞實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險分級管控和隱患排查治理，構(gòu)建了一套可行的實(shí)驗(yàn)室安全預(yù)防體系；張?zhí)K等［3］以事故致因“2-4”模型為理論基礎(chǔ)，基于層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）-模糊綜合評價法建立了綜合評價模型；李祥春等［4］針對安全工程專業(yè)實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，利用事故樹分析法對實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險進(jìn)行定性定量分析，并提出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險管理建議；劉音等［5］針對化工類實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)建立指標(biāo)體系，利用序關(guān)系分析法（G1 法）-熵權(quán)法和可拓性評價法對實(shí)驗(yàn)室安全等級進(jìn)行了評定；曹以等［6］以工科實(shí)驗(yàn)室安全管理的特點(diǎn)為基礎(chǔ)，從4 個方面構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室安全評價指標(biāo)體系，采用AHP-模糊綜合評價法對某高校工科學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安全評價；王志平等［7］針對航海類高校實(shí)驗(yàn)室評價工作中存在的問題，提出了基于模糊 網(wǎng)絡(luò)分析法（analytic network process，ANP）-熵值法的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)分析法的航海類高校實(shí)驗(yàn)室綜合評價模型。

目前，相關(guān)研究大多采用定性的方法探討實(shí)驗(yàn)室的安全管理問題并提出可行的對策及建議，而采用定量方法對危險性較大的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行安全風(fēng)險分析的研究較少。安全工程專業(yè)的研究方向包括礦業(yè)、化工、核工業(yè)、交通、能源、土木等各個領(lǐng)域［4］，其實(shí)驗(yàn)室所進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)大多都涉及易燃易爆品和特種設(shè)備的使用，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)和科學(xué)研究的危險性較高，易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、中毒和機(jī)械傷害事故。因此，本文擬采用決策試驗(yàn)與評價實(shí)驗(yàn)室法（decision-making trial and evaluation laboratory，DEMATEL/ISM）模型構(gòu)建安全工程實(shí)驗(yàn)室安全管理影響因素指標(biāo)體系，計(jì)算各因素的影響度、被影響度、中心度和原因度，借助MATLAB 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，繼而建立多層次遞階解釋結(jié)構(gòu)模型，明確各因素的重要度及位置關(guān)系，以期為高校實(shí)驗(yàn)室安全管理工作提供參考。

1 安全工程實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險影響因素體系的構(gòu)建

安全風(fēng)險影響因素體系的構(gòu)建是對影響因素進(jìn)行研究的第一步，為了保證研究結(jié)果的真實(shí)準(zhǔn)確，必須確保指標(biāo)體系的合理性。因此在構(gòu)建指標(biāo)體系時務(wù)必要以科學(xué)性、導(dǎo)向性、針對性和易操作性為原則［7］。根據(jù)《高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室工作規(guī)程》（教育委員會令第20 號）及《某高校實(shí)驗(yàn)室安全管理辦法（試行）》，查閱相關(guān)文獻(xiàn)［8-10］、專家訪談等多種形式，結(jié)合安全工程實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)，從安全管理機(jī)制、人的因素、環(huán)境安全、防火防爆技術(shù)和儀器設(shè)備與化學(xué)品安全等5 個方面選取16 個主要因素，構(gòu)建了安全工程實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險影響因素指標(biāo)體系，如圖1 所示。

圖1 安全工程實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險影響因素Fig.1 Risk factors of safety engineering laboratory

2 DEMATEL 模型構(gòu)建

2.1 建立直接影響矩陣

由于體系中各因素之間的相互影響程度難以精確表達(dá)，通?？梢杂脽o、弱、較強(qiáng)、強(qiáng)來表示［11］。本文采用0、1、2、3 的標(biāo)度來確定因素間的影響關(guān)系，且影響程度遞增（0 表示無影響，1 表示影響較弱，2 表示影響中等，3 表示影響較強(qiáng)）。通過德爾菲法對16 個因素間的影響關(guān)系進(jìn)行賦值，之后對所得的數(shù)據(jù)取平均值，得到初始化直接影響矩陣X=[xij]n×n（矩陣中xij表示xi對xj的影響程度，當(dāng)i=j時，xij=0），見表1。

表1 直接影響矩陣XTab.1 Direct influence matrix X

2.2 計(jì)算綜合影響矩陣

根據(jù)公式（1）對矩陣X進(jìn)行規(guī)范化處理，得到規(guī)范化直接影響矩陣D；根據(jù)公式（2）計(jì)算出安全工程實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險影響因素的綜合影響矩陣T，式中I為單位矩陣。

2.3 計(jì)算影響度、被影響度、原因度和中心度

影響度Ri指T中各行值之和，表示各行對應(yīng)因素對所有其他因素的綜合影響值；被影響度Ci指T中各列值之和，表示各列對應(yīng)因素受其他因素的綜合影響值，計(jì)算公式如下：

中心度Mi為因素Fi的影響度與被影響度之和［式（5）］，表示Fi在體系中的重要程度；原因度Ni為因素Fi的影響度與被影響度之差［式（6）］，若值為正，則Fi為原因因素，對其他因素影響較大，若值為負(fù)，則Fi為結(jié)果因素，受其他因素影響較大［12］。

影響度、被影響度、中心度及原因度的計(jì)算結(jié)果見表2。

2.4 繪制原因結(jié)果圖

依據(jù)表2 的計(jì)算結(jié)果，借助MATLAB 軟件繪制安全工程實(shí)驗(yàn)室安全管理影響因素原因-結(jié)果圖，如圖2 所示。

圖2 安全工程實(shí)驗(yàn)室安全管理影響因素原因-結(jié)果圖Fig.2 Cause-effect diagram of factors affecting safety management of safety engineering laboratory

表2 各因素的影響度、被影響度、中心度和原因度Tab.2 Influence degree，influenced degree，center degree and cause degree of factors

3 構(gòu)建ISM 模型

3.1 計(jì)算可達(dá)矩陣

由于DEMATEL 方法未考慮各因素對自身的影響，所以在計(jì)算可達(dá)矩陣時需要在綜合影響矩陣T的基礎(chǔ)上，引入單位矩陣I［13］，通過公式（7）計(jì)算得到整體影響矩陣H。

為得到可達(dá)矩陣，需要引入閾值λ來消除影響程度較小的關(guān)系以簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)［14-15］。閾值選取要有理有據(jù)，取值過大或過小都會影響結(jié)果的合理性［16］。目前確定閾值λ 的方法主要有以下3種：①根據(jù)專家的直接經(jīng)驗(yàn)確定閾值；②計(jì)算綜合影響矩陣所有元素的均值作為閾值；③利用綜合影響矩陣所有元素的均值和標(biāo)準(zhǔn)差來確定閾值［17］。本文采用第③種方法來確定閾值λ，具體通過公式（8）進(jìn)行計(jì)算。

式中：α、β分別表示綜合影響矩陣T中所有元素的均值和標(biāo)準(zhǔn)差。

求解得出α=0.118、β=0.055，因此確定閾值λ=0.17，進(jìn)而通過公式（9），運(yùn)用MATLAB 軟件得到可達(dá)矩陣K。

3.2 構(gòu)建多層次ISM 模型

根據(jù)可達(dá)矩陣可以得到各因素的可達(dá)集、先行集及二者的交集?？蛇_(dá)集R（F）i指可達(dá)矩陣中因素Fi對應(yīng)的行中kij=1 的矩陣元素對應(yīng)因素的集合，先行集A（F）i指可達(dá)矩陣中因素Fi對應(yīng)的列中kij=1 的矩陣元素對應(yīng)因素的集合，共同集為可達(dá)集和先行集的交集［14］。

依據(jù)層次劃分標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)R（F）i∩A（F）i=R（F）i時，表示R（F）i中對應(yīng)的因素均能被其他因素達(dá)到而不能到達(dá)其他因素，因此被劃分為第一層級的因素。然后從可達(dá)矩陣中移除L1中因素對應(yīng)的行和列，在剩下的矩陣中繼續(xù)上述步驟，以此類推，直至所有的行和列被劃除，確定所有因素的層級［15，18］。得出各層級因素如下：L1=｛F10、F11、F12｝，L2=｛F14、F15、F16｝，L3=｛F9、F6、F8、F13｝，L4=｛F3、F5｝，L5=｛F4、F7｝，L6=｛F2｝，L7=｛F1｝。根據(jù)層級劃分結(jié)果，建立多層次ISM 模型，如圖3 所示。

圖3 多層次遞階ISMFig.3 Multi-level hierarchical ISM

4 結(jié)果分析

結(jié)合以上研究以及對圖2、圖3 分析如下：

（1）影響因素分析。在安全工程實(shí)驗(yàn)室安全管理影響因素體系中，有8 個因素的原因度大于0，屬于原因因素，按原因度從大到小依次排序?yàn)椋篎1、F2、F7、F4、F5、F3、F9、F6。從圖3 可知，F(xiàn)1（組織機(jī)構(gòu)與責(zé)任體系）位于L7，屬于本質(zhì)致因，所有因素都直接或間接受其影響。實(shí)驗(yàn)室安全管理組織機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)制定實(shí)驗(yàn)室安全管理規(guī)章制度；組織、指導(dǎo)各二級單位做好實(shí)驗(yàn)室安全管理工作；監(jiān)督相關(guān)單位和部門認(rèn)真履行實(shí)驗(yàn)室安全管理職責(zé)等責(zé)任，因此設(shè)置合理的組織機(jī)構(gòu)、明確各部門責(zé)任范圍，對健全實(shí)驗(yàn)室安全管理制度和操作規(guī)程、消除管理盲區(qū)及保障實(shí)驗(yàn)室日常安全工作具有重要作用。F（2安全管理制度及實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程）、F4（安全培訓(xùn)及應(yīng)急演練）和F7（管理人員的責(zé)任心和態(tài)度）分別位于L5、L6，均受到F（1組織機(jī)構(gòu)與責(zé)任體系）的影響，其中健全實(shí)驗(yàn)室安全管理制度和制定實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程是確保實(shí)驗(yàn)室安全管理及工作正常運(yùn)行的基本條件，更是管理人員進(jìn)行安全管理和工作人員進(jìn)行規(guī)范操作的重要依據(jù)；F（4安全培訓(xùn)及應(yīng)急演練）可以提高實(shí)驗(yàn)室相關(guān)人員的F（5安全知識水平和應(yīng)急反應(yīng)能力），培養(yǎng)安全習(xí)慣，提高應(yīng)對突發(fā)安全事件的能力；責(zé)任心和態(tài)度是實(shí)驗(yàn)室管理人員必須具備的素質(zhì)，其直接影響到F（3安全檢查）等日常安全工作的有效性。

F11、F10、F12、F15、F16、F14、F13、F8的原因度小于0 且其絕對值逐漸減小，屬于結(jié)果因素。其中F1（1消防設(shè)施的設(shè)置與維護(hù)）、F10（建筑的防火防爆技術(shù)）、F1（2電氣設(shè)施的防火防爆技術(shù)）、F1（5?；返膬Υ婕笆褂茫?、F16（危險廢物的收集與處置）、F1（4特種設(shè)備的管理及使用）等6 項(xiàng)因素的原因度絕對值較大，受其他因素影響較明顯，在多層遞階結(jié)構(gòu)模型中位于L1 和L2，屬于直接致因因素，是影響安全工程實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險管理的直接原因，也是保障實(shí)驗(yàn)室教學(xué)和研究工作安全開展的直接影響因素。

（2）中心度分析。中心度反應(yīng)了各因素在該體系中的重要程度。從圖2 可知，體系中各影響因素的中心度從左到右逐漸增大，表示各因素的重要程度越來越大。重要度排前6 位的因素從大到小依次是F1（5危化品的儲存及使用）、F1（4特種設(shè)備的管理及使用）、F2（管理制度及實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程）、F1（6危險廢物的收集與處置）、F（3安全檢查）、F4（安全培訓(xùn)及應(yīng)急演練），以上排序表明在安全工程實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險管理影響因素體系中，儀器設(shè)備與化學(xué)品安全和安全管理機(jī)制兩個模塊中的各項(xiàng)因素相較其他因素來說重要程度更大，應(yīng)格外重視。危險化學(xué)品、特種設(shè)備及危險廢物的自身危險性是實(shí)驗(yàn)室的重大安全隱患，需針對其危險性制定相關(guān)管理策略；安全管理機(jī)制中的各項(xiàng)規(guī)章制度及安全檢查和安全培訓(xùn)等是安全開展實(shí)驗(yàn)室工作的前提和基礎(chǔ)，對保障實(shí)驗(yàn)室的安全有著不和或缺的作用。

5 結(jié)論

（1）本文從安全管理機(jī)制、人的因素、環(huán)境安全、防火防爆技術(shù)和儀器設(shè)備與化學(xué)品安全等5 個方面選取了16 個主要的安全風(fēng)險管理影響因素，構(gòu)建了安全工程實(shí)驗(yàn)室安全管理影響因素指標(biāo)體系，運(yùn)用DEMATEL 方法計(jì)算出各指標(biāo)因素的重要度并繪制安全管理影響因素原因-結(jié)果圖，通過構(gòu)建ISM 模型，得出各因素之間的影響關(guān)系。

（2）分析結(jié)果表明，F(xiàn)1（組織機(jī)構(gòu)與責(zé)任體系）、F（2安全管理制度及實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程）、F（7管理人員責(zé)任心和態(tài)度）及F4（安全培訓(xùn)及應(yīng)急演練）屬于原因因素且原因度較大，對其他因素的影響明顯；F1（1消防設(shè)施的設(shè)置及維護(hù)）、F1（0建筑的防火防爆技術(shù)）、F1（2電氣設(shè)施的防火防爆技術(shù)）屬于結(jié)果因素且原因度的絕對值較大，受其他因素影響明顯。F1（6危險廢物的收集與處置）、F（2安全管理制度及實(shí)驗(yàn)操作規(guī)程）、F1（4特種設(shè)備的管理和使用）及F1（5?；返膬Υ婕笆褂茫┑闹行亩扰琶壳?，表明這些因素在體系中的重要程度較大。

（3）根據(jù)以上分析結(jié)果，中心度和原因度較大的因素是影響安全工程實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險管理的關(guān)鍵因素，且對實(shí)驗(yàn)室安全管理體系整體影響較為顯著。因此，在實(shí)驗(yàn)室安全管理工作中加強(qiáng)對關(guān)鍵因素的投入和管控力度，可以有效提升實(shí)驗(yàn)室安全管理的效率，保障安全工程實(shí)驗(yàn)室安全有序運(yùn)行。