盧紅奇講師 邵士哲 劉彥偉教授 陳秀娟

(1.鄭州航空工業(yè)管理學院 管理工程學院，河南 鄭州 450046；2.河南理工大學 安全科學與工程學院，河南 焦作 454003；3.鄭州航空工業(yè)管理學院 國有資產(chǎn)管理處，河南 鄭州 450046)

0 引言

實驗室是科研機構及高等學校進行實驗教學、科學研究及培養(yǎng)學生實踐能力的重要場所，在推動科技發(fā)展等方面發(fā)揮著重要作用。近年來，由于實驗室危險品存放不規(guī)范導致事故頻繁發(fā)生。如2022年長沙某高校實驗室發(fā)生爆燃事故，造成1名博士受傷；2021年南京某高校實驗室發(fā)生爆燃，造成2人死亡、9人受傷的嚴重后果。實驗室事故極大地影響了高校及科研機構的正常工作，給師生安全造成巨大威脅，必須給予重點關注。

為保證高校實驗室安全穩(wěn)定運行，國務院安委會辦公室、教育部等陸續(xù)召開高等學校實驗室安全管理工作視頻會議、全國高等學校實驗室安全工作會議等相關會議，出臺了《關于開展加強高校實驗室安全專項行動的通知》《關于加強高校實驗室安全工作的意見》等，極大地提升了高校實驗室的安全水平。同時，專家學者也對實驗室事故發(fā)生的原因等進行分析。付靜等[1]分析2001-2016年高校實驗室事故，指出其事故種類為火災、爆炸、中毒，且事故主要因素為實驗室有易燃物品，觸發(fā)因素為違規(guī)或不慎操作，并提出加強全壽命周期管理及安全實訓等措施；陽富強等[2]結合扎根理論對文獻進行全面分析，辨識實驗室安全管理的缺漏，構建了涵蓋人員素質(zhì)、實驗室安全管理、實驗室環(huán)境、危險化學品及儀器等核心因素的風險因素體系；李倩[3]結合行為安全管理(Behavior-Based Safety，BBS)模型，從組織行為和個人行為2個層面提出了提升實驗室安全管理的方法和措施，如建設安全文化、開展安全培訓等；葉元興等[4]結合150起實驗室事故獲得死亡比例最高的是爆炸事故，生物安全事故造成人員傷害比例最高，并從加強危險化學品、生物安全管理、危險性儀器設備管理等方面提出了建議；劉長宏等[5]結合實驗室不同類型隱患情況，分析了其形成原因，并從完善體制機制、創(chuàng)新宣傳教育、加大整改力度等方面提出了相關建議，為提高實驗室安全性奠定了基礎；徐超等[6]針對46起高校實驗室易燃易爆事故，運用“2-4模型”將事故致因分為根源原因、根本原因、間接原因和直接原因，并從健全安全管理體系、完善培訓監(jiān)管考核制度、強化應急預案等方面提出了意見；王蕾等[7]結合近10年高校火災事故，利用蝴蝶結貝葉斯網(wǎng)絡方法對事故中各節(jié)點變量進行分析，獲得實驗室發(fā)生火災事故的主要影響因素，并提出加強人員培訓、完善儲存條件及加強標識管理等建議。從以上分析可以看出，當前對實驗室事故的分析多是對事故的一般性統(tǒng)計，對事故發(fā)生的原因及其之間的關系分析不足，難以得出主要因素及關鍵因素，導致難以提出預防實驗室事故的針對性指導意見。

在實驗室事故中，火災爆炸事故往往是造成人員傷害最大的事故，且發(fā)生率較高[8]。因此，本文以高校實驗室火災爆炸事故為分析樣本，通過梳理2001-2021年實驗室火災爆炸事故數(shù)據(jù)，查找其風險因素，運用決策實驗室分析(Decision-Making Trial and Evaluation Laboratory，DEMATEL)及解釋結構模型法(Interpretative Structural Modeling Method，ISM)，并將兩者相結合，即DEMATEL-ISM方法分析實驗室爆炸事故的關鍵風險因素及其之間的聯(lián)系，明確引發(fā)事故的主要因素，進而提出高校實驗室火災爆炸事故的預防對策，為提升實驗室安全水平提供理論依據(jù)。

1 高校實驗室火災爆炸事故特征

利用知網(wǎng)、百度、必應等工具，查閱應急管理部、各地應急管理部門及各高校相關網(wǎng)站等，收集2001-2021年我國高校實驗室火災爆炸事故數(shù)據(jù)，并對其發(fā)生時間、發(fā)生地點、傷亡情況等進行詳細分析。經(jīng)統(tǒng)計，2001-2021年我國高校實驗室共發(fā)生火災爆炸事故56起，造成11人死亡、61人受傷，如圖1、2。圖1顯示，2001-2021年的21年間，我國實驗室火災爆炸事故發(fā)生數(shù)總體呈現(xiàn)波動趨勢，以2011年為界將其劃分為2個階段，2001-2011年事故起數(shù)明顯較多且在2011年達到峰值，從2012年開始事故起數(shù)呈現(xiàn)一定的下降趨勢。圖2顯示，在江蘇、北京、四川3省(市)實驗室火災爆炸事故中，共造成11人死亡，均為化學、化工類實驗室事故。在受傷人數(shù)中，江蘇、北京、上海、廣東、四川等省市受傷人數(shù)較多，其主要原因是該區(qū)域高校較多、科研活動較為活躍。從56起事故來看，約有53起發(fā)生在化學、化工類實驗室，占比約為94.6%，說明化學、化工類實驗室由于危險品較多、化學實驗過程復雜等，極易引發(fā)事故，需要高校相關管理部門高度關注。

圖1 2001-2021年實驗室火災爆炸事故起數(shù)

圖2 2001-2021年實驗室火災爆炸事故分布情況

從事故發(fā)生原因分析，公布具體發(fā)生原因的47起事故中不同事故原因及其發(fā)生起數(shù)，見表1，如圖3。表1顯示，這47起事故中存在著不同風險因素：人為因素，主要是指實驗人員不慎操作、未按照實驗過程違規(guī)操作及實驗過程中安全意識不足等；環(huán)境因素，主要是指實驗環(huán)境溫濕度不合理、實驗室操作環(huán)境簡陋等不滿足實驗條件的因素；管理因素，主要是指實驗室安全制度缺乏、安全監(jiān)管不嚴格、對實驗室電路及設備檢查和維修不嚴格、未制定合理存放危險化學品的制度并嚴格執(zhí)行等；設備因素，主要是指實驗室設備自身安全保障條件不足、設備老化及實驗過程設備發(fā)生意外等。

表1 高校實驗室火災爆炸事故發(fā)生原因

圖3顯示，在47起實驗室火災爆炸事故中，人為因素造成的事故起數(shù)、受傷人數(shù)最多，分別為25起，34人；設備因素造成的受傷人數(shù)次之，共20人；管理因素共造成12起事故，但造成的事故死亡人數(shù)最多，為5人，因此也應給予重視。結果說明在實驗過程中，應重點關注人為因素、設備因素和管理因素，并采取相關措施提高人員安全意識、實驗操作的安全水平和安全管理水平，在日常工作中應加強設備及電路的管理和維護。

圖3 2001-2021年實驗室火災爆炸事故因素

2 方法簡介

DEMATEL-ISM由美國學者提出[9-10]，該方法通過將鄰接矩陣與直接影響矩陣相結合，使復雜系統(tǒng)分解成層次清晰的多級遞階形式，對風險因素進行量化，對風險因素的影響度、被影響度等進行研究，進而得出風險因素的遞階結構關系。

DEMATEL-ISM將DEMATEL與ISM 2種理論相結合，可有效確定因素之間的因果關系，得出影響因素間的層次結構，挖掘?qū)е率鹿拾l(fā)生的深層次因素，從而為事故預防措施的提出提供理論基礎[11-12]。

為充分分析實驗室火災爆炸事故影響因素，特采用DEMATEL-ISM方法來分析引發(fā)事故的關鍵因素及核心因素，為預防事故的發(fā)生提供理論支撐。其具體過程為：構建影響矩陣，確定實驗室火災爆炸事故影響因素之間的影響強度，確定直接影響矩陣并對其進行規(guī)范化處理；計算實驗室火災爆炸事故影響因素的影響度、被影響度、中心度和原因度；建立可達矩陣，根據(jù)規(guī)范化處理的影響矩陣確定閾值，篩除影響較小的實驗室火災爆炸事故影響因素以分析可達矩陣；層次結構劃分，依據(jù)可達矩陣分析矩陣的可達集、先行集與共同集，根據(jù)層次化處理原則劃分所有影響因素，并繪制多級有向拓撲圖。

3 高校實驗室火災爆炸事故影響因素識別

從2001-2021年實驗室火災爆炸事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，實驗室火災爆炸事故涉及到人員、設備、環(huán)境及管理等各個方面。為全面識別實驗室火災爆炸事故影響因素，同時參考其他學者成果作為補充[13-14]，從人員、設備、環(huán)境、管理等方面得到11個事故影響因素，見表2。

表2 實驗室火災爆炸事故影響因素

4 模型構建與結果分析

4.1 模型構建

根據(jù)表2確定的實驗室火災爆炸事故影響因素，邀請10位從事化學實驗及學校實驗設備管理的學生和老師(5名化學類碩士生、3名老師及2名實驗設備管理人員)對影響因素間的作用強度進行分析，按照沒有影響0、影響較小1、影響一般2、影響較大3及影響嚴重4等5個等級進行賦值，得到10個初始直接影響矩陣。為了消除分數(shù)之間的浮動，將10個直接影響矩陣求平均值并四舍五入，從而得出直接影響矩陣W，見表3。運用行值最大法對直接影響矩陣進行處理得出規(guī)范化矩陣G，并按照式(1)可得綜合影響矩陣T，見表4。

表3 直接影響矩陣W

表4 綜合影響矩陣T

(1)

式中：

T—綜合影響矩陣；

G—規(guī)范化矩陣；

I—單位矩陣；

k—矩陣所有值趨近0時規(guī)范化矩陣自乘次數(shù)；

n—影響因素的數(shù)量；

tij—綜合影響矩陣的行。

按照式(2)-(5)可得各因素的影響度Di、被影響度Ci、中心度Mi及原因度Ri，見表5。

表5 各因素影響度、被影響度、中心度及原因度

(2)

(3)

Mi=Di+Ci

(4)

Ri=Di-Ci

(5)

式中：

tji—綜合影響矩陣的列。

通過對每個影響因素的中心度、原因度進行分析，繪制實驗室火災爆炸事故影響因素的中心度—原因度圖，如圖4。圖4顯示，w1、w3、w8、w9、w10位于第一象限，說明這5個因素為原因因素且重要性較高。w2、w4、w11位于第三象限，說明這3個因素為結果因素但重要性相對較低。w5、w6、w7位于第四象限，說明這3個因素為結果因素且重要性較高。同時，各個因素的中心度越大，其影響程度越大，因此需要對位于第一象限、第四象限的w1、w3、w5、w6、w7、w8、w9、w108個影響因素給予重點關注。

圖4 影響因素中心度—原因度圖

為更好地分析實驗室火災爆炸事故風險影響因素之間的關系，需要構建可達矩陣，具體方法如式(6)所示。根據(jù)整體影響矩陣E的數(shù)據(jù)分布確定閾值λ、篩除影響較小的因素，從而構建可達矩陣M。依據(jù)可達矩陣M，求解各因素的可達集P(Si)、先行集Q(Si)與共同集C(Si)=P(Si)∩Q(Si)。根據(jù)層次化處理原則，當L1=C(Si)=P(Si)時，Si為第一層元素，然后劃去第一層因素對應的行和列，重復操作直至劃分完所有元素為止，從而得出因素間的多級有向拓撲圖。

E=T+I

(6)

(7)

式中：

mij—可達矩陣M中對應數(shù)值。

結合實際及專家意見，對不同閾值進行分析，得出閾值λ=0.10、0.15、0.18及0.20時各因素節(jié)點度衰減情況，如圖5。圖5顯示，隨著閾值的增加，節(jié)點度呈現(xiàn)下降趨勢。當λ=0.15時，節(jié)點度較為適中，能夠?qū)崿F(xiàn)各影響因素有效鏈接。因此，確定了閾值為0.15，得出實驗室火災爆炸事故風險影響因素的可達矩陣，見表6。

表6 實驗室火災爆炸事故風險影響因素可達矩陣

圖5 不同閾值下各影響因素節(jié)點度

根據(jù)閾值λ=0.15確定的可達矩陣，求出實驗室火災爆炸事故風險影響因素的可達集、先行集與共同集，得出其解釋結構模型圖，如圖6。w2、w4、w6、w7、w11為第一層次因素；w3、w5、w8為第二層因素；w10為第三層因素；w1、w9為第四層因素。經(jīng)過總結、歸納與分析，將實驗室火災爆炸事故影響因素歸結為3類，即w2、w4、w6、w7、w11為第一類，為直接影響因素；w3、w5、w8、w10為第二類，為中間影響因素；w1、w9為第三類，為深層影響因素。

圖6 實驗室火災爆炸事故影響因素解釋結構圖

4.2 結果分析

從實驗室火災爆炸事故影響因素中心度(表5)可以看出，實驗人員安全意識薄弱w1、實驗設備存在安全隱患w3、實驗條件存在安全隱患w7、實驗安全檢查不當w9、安全規(guī)章制度缺乏w10這5個因素中心度較大，均大于2，說明這幾個風險因素影響較大，應給予重點關注。圖6顯示，實驗室火災爆炸事故風險影響因素之間的聯(lián)系較為復雜，因素之間還存在著跨層次聯(lián)系，尤其是實驗人員安全意識薄弱w1、實驗設備存在安全隱患w3、實驗安全檢查不當w9、安全規(guī)章制度缺乏w10這幾個因素節(jié)點度較大，處于核心鏈接位置，說明這些因素與其他因素存在著明顯的因果關系，是控制事故的核心節(jié)點，對這些因素進行控制可有效防止事故的發(fā)生。

從圖6可知，其影響因素可分為3個層次：深層因素，分別為實驗人員安全意識薄弱w1、實驗安全檢查不當w9，這2個因素是造成實驗室火災爆炸事故的最深層因素，也是其他危險因素形成的根本原因，同時2個因素的節(jié)點度均較大，說明這2個因素會影響其他因素的產(chǎn)生，對其進行預防具有重要意義，需要對其進行特殊關注；中間因素，分別為實驗設備存在安全隱患w3、實驗環(huán)境不符合操作要求w5、安全培訓與演練不到位w8、安全規(guī)章制度缺乏w10，此類影響因素居于中間位置，且受到深層影響因素的影響，同時對直接因素產(chǎn)生影響，尤其w3、w102個因素節(jié)點度較大，說明這2個因素鏈接的因素較多，對這2個因素進行分析并采取措施可以有效阻斷風險的傳播，因此也需對這2個因素特殊關注；直接因素，分別為實驗操作不當w2、實驗設備發(fā)生意外w4、實驗防護不當w6、實驗條件存在安全隱患w7及應急能力不足w11，這些因素是造成實驗室火災爆炸事故的直接因素，但同時也是深層因素與中間因素綜合作用的結果，對這些因素進行預防可直接防止事故的發(fā)生。

5 高校實驗室火災爆炸事故防范對策

結合實驗室火災爆炸事故解釋結構模型結果可知，節(jié)點度、中心度較高的影響因素對于事故發(fā)生具有較大影響，因此應當重點關注。對于實驗人員安全意識薄弱、實驗安全檢查不當、實驗設備存在安全隱患、實驗條件存在安全隱患、安全規(guī)章制度缺乏、實驗條件存在安全隱患等重點風險因素，結合實驗室安全現(xiàn)狀及實際，提出以下幾點防范對策。

(1)加強實驗室安全制度建設，提高人員安全意識。安全制度是實驗室預防事故發(fā)生的行動指南。各個高校應根據(jù)每個實驗室的特點制定相應安全制度，如危險品安全使用制度、危險品存放與保管制度、實驗室準入制度、實驗室安全管理與檢查制度、危險源評價制度、安全培訓制度、獎懲制度等制度，并加強制度落實情況。同時，在平時的實驗活動中，應加強制度的落實管理，使所有實驗人員熟悉制度內(nèi)容，及時對事故進行總結分析，全面提高實驗人員的安全意識。

(2)加強實驗人員培訓與考核，提升安全監(jiān)控手段。針對不同種類實驗環(huán)境，應合理制定安全培訓內(nèi)容，對進入實驗室人員進行培訓。特別是對于某些特殊崗位，應建立嚴格的培訓與考核制度，明確實驗過程中的危險操作，落實相應的考核制度與資格準入制度，采用先進的AR、VR技術等加強培訓效果。為更好地提升安全檢查效果，除了常規(guī)的技術人員指導監(jiān)督外，應積極細化安全監(jiān)管與檢查內(nèi)容，同時配合采用先進的監(jiān)控手段分析實驗過程及其動作，一旦發(fā)現(xiàn)危險可及時制止。

(3)加大實驗室安全投入，提升實驗設備及實驗條件的安全性。對于實驗設備與實驗條件，應積極加大投入，實現(xiàn)實驗防護設備配備合理化及實驗場所的合適化，同時對于有特殊要求的危險品應保證其有合適的儲存區(qū)域與條件。積極采購本安型實驗設備，及時淘汰、更新有危險、隱患的實驗設備，同時要對實驗室通電線路進行檢查、維修和更換，以免由于實驗設備或線路老化等造成火災爆炸事故。

(4)強化應急預案建設，提升人員應急自救能力。應急預案是預防事故擴大化的關鍵。在合理分析實驗室危險品、電器、儀器設備等危險源的基礎上，應結合其特征制定切實可行的應急預案，并對應急預案進行演練，提升人員應對突發(fā)情況的能力。同時，對于重大危險源，應采取如懸掛信息牌等方法說明相應危險內(nèi)容及應急處置信息，使實驗人員掌握應急救援知識，減小突發(fā)火災爆炸事故對人身造成的傷害。

6 結論

(1)統(tǒng)計整理了2001-2021年56起實驗室火災爆炸事故，結果顯示94.6%的事故發(fā)生在化學、化工類實驗室，事故起數(shù)在2011年達到峰值，事故形成的原因可歸結為人為因素、環(huán)境因素、管理因素及設備因素，其中人為因素造成的事故最多。

(2)通過分析構建了11個實驗室火災爆炸事故風險影響因素，其中實驗人員安全意識薄弱、實驗設備存在安全隱患、安全培訓與演練不到位、實驗安全檢查不當、安全規(guī)章制度缺乏為原因因素；實驗操作不當、實驗設備發(fā)生意外、應急能力不足、實驗環(huán)境不符合操作要求、實驗防護不當、實驗條件存在安全隱患為結果因素。對原因因素進行管控可有效預防事故的發(fā)生。

(3)實驗室火災爆炸事故風險影響因素可分為直接因素、中間因素、深層因素，其中實驗人員安全意識薄弱、實驗安全檢查不當為深層因素；實驗設備存在安全隱患、實驗環(huán)境不符合操作要求、安全培訓與演練不到位、安全規(guī)章制度缺乏為中間因素；實驗操作不當、實驗設備發(fā)生意外、實驗防護不當、實驗條件存在安全隱患及應急能力不足為直接因素，同時需要對節(jié)點度、中心度較大的因素給予重點關注。因此，應從安全制度建設、人員培訓與考核等方面提高實驗室安全性。