楊亞琪 周 艷副教授 陳 全教授

(天津理工大學 環(huán)境科學與安全工程學院，天津 300384)

0 引言

科研院所實驗室是開展學術(shù)交流，進行前沿性技術(shù)研究，培養(yǎng)高水平人才的重要平臺。這類實驗室具有實驗項目方向不同、化學品種類復雜、設備數(shù)量多、人員流動大、實驗探索性強、風險未知性強等特點，實驗過程中可能導致火災、爆炸、機械傷害、高處墜落、灼燙、觸電、物體打擊、坍塌、中毒和窒息、其他傷害等事故類型。據(jù)統(tǒng)計，科研實驗室事故是工廠實驗室的100倍[1]，科研院所實驗室事故頻發(fā)不僅造成實驗成果和財產(chǎn)的重大損失，甚至讓科研人員付出健康乃至生命的代價。2021年，某化學研究所實驗室發(fā)生反應釜高溫高壓爆炸事故，造成一人死亡；2018年，北京某高校實驗室人員在實驗過程中違規(guī)操作，導致爆炸，3人死亡。當前，在國家大力加強對科研工作投入的背景下，明確實驗室風險等級并提高安全管理水平成為亟需解決的問題。

目前，已有學者運用層次分析法(Analytical Hierarchy Process，AHP)和作業(yè)條件危險性評價法(Likelihood Exposure Consequence，LEC)對實驗室安全展開研究。沈通等[2]運用AHP法和LEC法對C值從人員傷亡、經(jīng)濟損失、實驗成果影響損失、社會影響力損失4個方面重新賦值；趙雨霄等[3]針對化學類實驗室的普遍特點，對L、E、C重新取值，運用公式進一步量化實驗室存在的風險；常昇宏等[4]將L值定義為工作自身的固有危險因素與人員對危險因素的控制能力兩者間的差值；葉元興等[5]統(tǒng)計分析150起高校及科研院所的實驗室安全事故，闡明主要的風險因素為危險化學品事故、儀器設備事故、線路安全事故、生物安全事故以及其他事故。現(xiàn)有文獻更多基于統(tǒng)計分析、理論分析的角度研究實驗室安全管理體系和制度建設，而在客觀量化地評價實驗室風險等級、有效消除安全隱患等方面尚有不足，且未提出可實際應用的明顯例證。本文在構(gòu)建科研實驗室風險評價指標體系的基礎上，將AHP法和LEC法相結(jié)合，克服人為賦值的主觀性，使致險因素風險等級劃分更系統(tǒng)清晰，實驗結(jié)果更客觀量化，實際應用中可操作性更高、可行性更強。

1 實驗室風險評估模型的構(gòu)建

1.1 建立評價指標體系

通過對科研院所實驗室可能導致人身傷亡、健康損害、財產(chǎn)損失的危險物料、設備設施、實驗操作環(huán)節(jié)、場所環(huán)境進行分析，遵循系統(tǒng)性、動態(tài)性、全員性、綜合性等原則，辨識風險類別，找出其風險誘發(fā)因素和危險釋放源點，提出有效的控制措施。其中，物料主要從可燃性、爆炸性、腐蝕性、毒性、存放量等方面考慮；設備考慮設備類型；實驗操作中關(guān)注人的不安全行為；場所環(huán)境參考間距空間、通風及通道、安全警示標志等，基于以上4方面系統(tǒng)辨識危險源，選取7個一級指標、24個二級指標構(gòu)建實驗室風險評價指標體系，指標的選擇既需符合客觀實際情況，也應體現(xiàn)實驗室的管理內(nèi)容，同時兼顧各實驗室的通用性。

科研院所各實驗項目涉及到人員作業(yè)活動步驟較多、儀器設備復雜、危險化學品繁多、實驗所處環(huán)境差異化等，根據(jù)危險源辨識結(jié)果，運用AHP法構(gòu)建科研實驗室風險評價指標體系，見表1。

表1 科研實驗室風險評價指標體系

1.2 基于AHP法的指標權(quán)重計算

AHP法是定量和定性分析相結(jié)合的多準則決策方法。首先建立層次結(jié)構(gòu)模型，按照不同因素間的相互關(guān)聯(lián)影響和隸屬關(guān)系分為目標層、準則層、方案層[6]。引用標度法構(gòu)建判斷矩陣(aij)n×n，對人的主觀判斷做出客觀量化，每一層次的因素對上一層次某因素進行層次單排序，并通過一致性檢驗。通過層次總排序得到各層元素對目標層的合成權(quán)重并通過一致性檢驗，最終實現(xiàn)方案層的排序。

AHP法計算被比較元素相對于上一層次的相對權(quán)重可采用和法、方根法、特征向量法和冪法，具體計算過程參考運籌學文獻[7]。

標度含義和相對重要性數(shù)值uij的判斷方法，見表2。

表2 標度含義

隨機一致性指標RI，見表3。

表3 隨機一致性指標RI的取值

一致性指標CI由公式(1)計算。

(1)

其中，λ為判斷矩陣的最大特征值。

一致性比率CR由公式(2)計算。

(2)

當CR小于0.1時，通過一致性檢驗，證明評價指標的權(quán)重分配合理，否則，需對判斷矩陣重新修正，直至一致性檢驗通過。

1.3 基于LEC法的危險等級劃分

LEC法是對作業(yè)環(huán)境中潛在的危險源進行半定量分析的安全評價方法，該方法用與風險相關(guān)的3個因素指標的乘積定量描述危險等級，3個因素由評價小組專家賦值，見表4。風險值D=事故或風險發(fā)生的可能性L×暴露在危險情況下的頻率E×事故發(fā)生可能導致的后果C。D值越大，危險程度越高，應采取控制措施調(diào)整風險到允許值，危險等級劃分，見表5。

表4 L、E、C取值

表5 危險等級劃分

基于危險源辨識成果構(gòu)建實驗室風險評價指標體系，采用LEC法評估導致事故的各風險因素的危險等級，結(jié)合AHP法進一步計算各指標的合理權(quán)重，將權(quán)重值與風險值加權(quán)運算，從而確定各風險因素導致事故的重要程度，具體流程，如圖1。

圖1 基于AHP-LEC的實驗室風險評估流程圖

2 實證分析

2.1 數(shù)據(jù)處理

某科研院所包括檢測類實驗室和理論技術(shù)研究類實驗室，實驗項目主要包括構(gòu)件、設備、裝置、材料的檢測以及理論技術(shù)的研究。其中，檢測類主要涉及滅火系統(tǒng)、建筑防火構(gòu)配件、消防裝備、滅火劑、防火阻燃材料及制品等，理論技術(shù)研究主要涵蓋防火、防爆等基礎理論研究。

邀請5名專家運用LEC法對該科研院所實驗室不同風險類別下的各風險因素進行賦值，其風險因素計算值，見表6。

表6 各風險因素計算值

實驗室風險評價指標體系的一級指標為火災、容器爆炸、機械傷害、中毒和窒息、坍塌、觸電、灼燙等7類，一級指標對應的權(quán)重為W=(W1，W2，W3，W4，W5，W6，W7)。觸發(fā)一級指標的二級指標因素包括24個，對應的權(quán)重為Wi=(Wi1，Wi2，Wi3…Win)，i=1，2，3，…，7。其中n表示7類不同風險類別下對應風險因素的個數(shù)。運用AHP法計算指標權(quán)重，構(gòu)造A-B判斷矩陣，5位專家根據(jù)標度法對兩兩因素進行賦值，采用加權(quán)算術(shù)平均值法綜合各專家意見，冪法計算出一級指標的相對權(quán)重(見表7)，并通過一致性檢驗。

表7 A-B判斷矩陣及指標權(quán)重

同理構(gòu)造B1-(B11-B17)、B2-(B21-B23)、B3-(B31-B33)、B4-(B41-B43)、B5-(B51-B53)、B6-(B61-B62)、B7-(B71-B73)7個判斷矩陣，專家進行賦值，計算各二級指標相對一級指標的權(quán)重，即W1={0.100 5，0.090 8，0.145 6，0.030 8，0.340 9，0.247 7，0.043 8}；W2={0.319 6，0.558 4，0.122 0}；W3={0.637 0，0.258 3，0.104 7}；W4={0.581 6，0.309 0，0.109 5}；W5={0.292 2，0.092 5，0.615 3}；W6={0.333 3，0.666 7}；W7={0.581 6，0.109 5，0.309 0}，一致性檢驗通過。

進而可得方案層各風險因素對目標層實驗室安全風險評價的權(quán)重值Wk，并將其與風險值D結(jié)合，見公式(3)，將所得加權(quán)風險值Dk排序，見表8。

(3)

Dk=Wk×D

2.2 結(jié)果分析

基于AHP法和LEC法對各實驗室可能導致事故發(fā)生的風險因素進行定性和定量的評估，其中容器爆炸、火災、中毒和窒息、機械傷害等作為主要安全事故，引起的傷害更為顯著，所占權(quán)重分別為0.295 7、0.269 4、0.166 8、0.112 3，與實際情況相符，并通過統(tǒng)計數(shù)據(jù)的驗證，應特別引起重視，提前預防。各實驗室共用一套排風系統(tǒng)導致可燃廢氣混合是導致火災發(fā)生的主要因素，危險化學品儲存于普通試劑柜中是次要因素；各類氣瓶防傾倒措施不健全是導致容器爆炸的主要因素，儲罐保護裝置、儀表裝置失效是重要因素；通風不良和未穿戴勞動保護用品是導致中毒和窒息的主要和重要因素；機械傷害中實驗儀器安全防護裝置未裝、不齊全或失效和機械自身故障導致傷害的風險性更大；實驗所用墻體經(jīng)長期、多次燃燒，未及時檢查出缺陷和實驗框架變形是坍塌的主要因素；人員操作不當直接用手接觸和儀器設備老化未更新分別導致灼燙和觸電。根據(jù)加權(quán)風險評價值的排序結(jié)果，依據(jù)先后原則針對性地提出控制措施。

2.3 安全措施

基于上述對科研院所實驗室的危險源辨識和風險評估結(jié)果，從本質(zhì)安全化的角度對容器爆炸、火災、中毒和窒息、機械傷害等事故類型提出針對性安全控制措施。

(1)科研院所實驗室多涉及甲烷、丙烷、氫氣、一氧化碳等可燃氣體實驗，為避免火災爆炸事故發(fā)生，排放可燃混合氣體應設置自然通風和獨立的排風系統(tǒng)。

(2)從采購、儲存、使用和危險廢棄物處理4個階段對危險化學品進行嚴格管理和規(guī)范操作。從正規(guī)、合法渠道采購，且要專室、專柜儲存；存放少量日常使用化學品的實驗室，可使用危險化學品防爆試劑柜，并由專人負責管理；涉及危險化學品如毒性氣體和可燃氣體使用的場所應配備自動監(jiān)測報警裝置、聯(lián)鎖裝置，并保證通風系統(tǒng)良好；危險廢棄物應按照GB/T 31190—2014《實驗室廢棄化學品收集技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)標準處理。

(3)針對氣瓶、儲氣罐等特種設備的安全管理應設置防傾倒鏈，并定期檢測各安全附件有效，各氣瓶、儲氣罐放置在氣瓶間內(nèi)，氣瓶間宜單獨設置或設在無危險性的輔助用房內(nèi)。

(4)定期檢查各儀器設備無故障，且安全防護裝置安裝到位、保護有效。

(5)建立并健全科研院所安全管理規(guī)章制度和崗位安全責任制度；對從業(yè)人員進行安全教育、法制教育、崗位技術(shù)培訓、應急疏散演練等培訓活動；設置完善的安全操作規(guī)程，并定期組織安全培訓考核；建立實驗室安全檢查與隱患排查制度，日常加強各項安全檢查，建立隱患排查及整改情況臺賬，構(gòu)建“日檢查、周巡查、月通報、季整改、年總結(jié)”的長效安全保障制度[8]。

3 結(jié)論

(1)本文將AHP法和LEC法結(jié)合應用于某科研院所實驗室的風險評估中，得出容器爆炸、火災爆炸、中毒和窒息、機械傷害等高發(fā)安全事故應重點預防。根據(jù)各風險因素的加權(quán)風險值排序結(jié)果，依次采取相應整改措施。從改善排風系統(tǒng)、為氣瓶設置防傾倒鏈、定期檢查儲罐安全保護裝置、危險化學品合規(guī)管理、檢查并更換受損或缺失的部件、保持場所環(huán)境良好、勞動防護用品穿戴齊全、檢測報警裝置安裝到位、規(guī)范人員操作行為等方面來加強對各類事故的預防。

(2)該方法客觀量化地評估科研院所實驗室的安全風險等級和各風險因素的重要程度，完善了現(xiàn)有的評價體系，與實際情況相符，且為各科研實驗室建立健全雙重預防機制提供依據(jù)。

(3)實驗室安全事故涉及較多的風險因素，進一步需考慮各風險因素間相互交叉影響的關(guān)系和程度，剖析其耦合效應，以實現(xiàn)對科研實驗室安全風險評估模型的優(yōu)化。