啜鵬杰， 賈 哲， 柳培忠， 黃偉鵬， 林暉平， 黃富貴

（1.華僑大學(xué)a.實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處；b.工學(xué)院，福建泉州 362021；2.華僑大學(xué)制造工程研究院，福建 廈門(mén) 361021）

0 引言

隨著我國(guó)對(duì)高?？蒲心芰凹夹g(shù)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重視，實(shí)驗(yàn)室發(fā)展與建設(shè)逐漸成為高校教學(xué)研究和國(guó)家創(chuàng)新發(fā)展的立足之本。然而，實(shí)驗(yàn)室安全事故時(shí)有發(fā)生，這既對(duì)教師和學(xué)生的生命健康造成一定沖擊，也對(duì)國(guó)家及人民的財(cái)產(chǎn)造成了巨大的損失，因此實(shí)驗(yàn)室安全建設(shè)與管理也成為當(dāng)下關(guān)注的核心問(wèn)題之一。啜鵬杰等［1］利用層次分析法（AHP）建立實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系，建立一種基于主成分分析（PCA）、遺傳算法（GA）和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BP）相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型；席海濤等［2］針對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全管理實(shí)際提出了實(shí)驗(yàn)室安全管理全口徑準(zhǔn)入機(jī)制；李江等［3］對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全管理責(zé)任追究與隱患消除機(jī)制進(jìn)行了研究；劉凱源［4］通過(guò)構(gòu)建人員不安全行為模式數(shù)據(jù)集，建立了基于C3D的人員不安全行為模式識(shí)別模型，并對(duì)模型性能進(jìn)行了評(píng)估；劉音等［5］利用G1-熵權(quán)法對(duì)化工實(shí)驗(yàn)室安全等級(jí)進(jìn)行了可拓性評(píng)價(jià)。雖然當(dāng)前有關(guān)于高校實(shí)驗(yàn)室安全建設(shè)與管理的研究逐漸增多，但目前關(guān)于高校實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別模型的構(gòu)建相關(guān)方面的研究還較少。本文通過(guò)對(duì)160 起實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)原因進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并進(jìn)行耦合發(fā)生的概率分析、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析及中心度分析建立NK-SNA實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別模型，以期為實(shí)驗(yàn)室安全管理和風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)室安全事故關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

1.1 實(shí)驗(yàn)室事故統(tǒng)計(jì)分析

高校實(shí)驗(yàn)室既是師生教學(xué)、交流的場(chǎng)所，也是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的搖籃。然而，隨著科研項(xiàng)目增多及科研水平提高，實(shí)驗(yàn)室的安全事故時(shí)常出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)2001 ～2022 年高校、企業(yè)和研究院實(shí)驗(yàn)室安全事故進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（見(jiàn)圖1）發(fā)現(xiàn)，160 起實(shí)驗(yàn)室安全事故共造成22 人死亡，196 人受傷。其中2006 ～2015 實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生的次數(shù)較多，隨后總體呈遞減趨勢(shì)，這和葉元興等［6］的調(diào)查一致。通過(guò)調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生次數(shù)的減少及傷亡人數(shù)的降低主要與國(guó)家越來(lái)越重視實(shí)驗(yàn)室安全管理并陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)制度、管理辦法，教育部也逐步加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)管力度，開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室安全檢查等因素有關(guān)。

圖1 2001 ～2022年實(shí)驗(yàn)室安全事故統(tǒng)計(jì)分析

1.2 實(shí)驗(yàn)室事故發(fā)生類型及原因

對(duì)160 起實(shí)驗(yàn)室安全事故類型進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)圖2），發(fā)生火災(zāi)事故約占43%，傷亡比例約為13%；爆炸事故約占31%，傷亡比例約為46%；中毒事故約占為14%，傷亡比例約為16%；氣體泄漏和觸電事故分別占6%和4%，且未造成人員傷亡；由此可知發(fā)生火災(zāi)和爆炸是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室事故和造成人員傷亡的主要類型，這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室中存放大量易燃、易爆、有腐蝕性的化學(xué)藥品和氣體［7］，操作不慎、違規(guī)操作、電路老化或?qū)嶒?yàn)室安全管理不到位等因素極易導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。如2005 年1 月，南京某大學(xué)1 名學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中因意外觸電導(dǎo)致身亡；2012 年2月，南京某大學(xué)發(fā)生甲醛泄漏事故，由于處理及時(shí)未造成人員傷亡；2016 年1 月，北京某大學(xué)因電路老化導(dǎo)致存放化學(xué)藥品的冰箱發(fā)生自燃，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)［8］；2018 年12 月，北京某大學(xué)因攪拌機(jī)轉(zhuǎn)軸處金屬碰撞產(chǎn)生火花導(dǎo)致鎂粉爆炸，造成3 名學(xué)生死亡［9］；2022年4 月，長(zhǎng)沙市某大學(xué)發(fā)生一起爆燃事故，導(dǎo)致1 名博士生受傷。這些事故的發(fā)生不僅給老師和學(xué)生的身體帶來(lái)了傷害，也對(duì)國(guó)家財(cái)產(chǎn)造成了一定損失，對(duì)于這些事故發(fā)生的原因我們應(yīng)進(jìn)行深入分析探究，以避免類似事件再次發(fā)生。

圖2 160起實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生次數(shù)及類型分布

對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生的原因進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，操作不當(dāng)占比最高（約占40%），是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因，其次為化學(xué)藥品使用（約占25%）、實(shí)驗(yàn)室管理不當(dāng)（約占9%）、線路老化（約占7%）、廢棄物處理不當(dāng)（約占4%）、意外（約占3%）及其他（約占13%）。如2019 年2 月，南京某大學(xué)因?qū)嶒?yàn)結(jié)束后未斷電，進(jìn)而引發(fā)火災(zāi)；2011 年湖南某大學(xué)因故障的水龍頭未及時(shí)維修導(dǎo)致鈉遇水燃燒，引發(fā)火災(zāi)；2016 年9 月，上海某大學(xué)因?qū)W生在濃硫酸中加過(guò)量的高錳酸鉀，引起爆炸，造成2 名學(xué)生受傷；2015 年4 月，某大學(xué)南湖校區(qū)因?qū)W生操作不當(dāng)導(dǎo)致甲烷混合氣體發(fā)生爆炸，造成4名學(xué)生受傷，1 名學(xué)生死亡；2015 年12 月，北京某大學(xué)因氫氣鋼瓶意外爆炸導(dǎo)致1 名博士后死亡。這些事故的發(fā)生暴露了實(shí)驗(yàn)室安全管理制度不完善、實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程監(jiān)管不到位、應(yīng)急處置能力不強(qiáng)、電路老化、試劑存放不規(guī)范等問(wèn)題，為避免類似事故再次發(fā)生，各高校應(yīng)完善實(shí)驗(yàn)室安全管理制度、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)安全操作培訓(xùn)、完善化學(xué)藥品試劑管理制度等。

1.3 實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)體系

通過(guò)對(duì)2001 ～2022 年高校、企業(yè)和研究院發(fā)生的160 起實(shí)驗(yàn)室事故的原因進(jìn)行分析，并結(jié)合專家建議，本文將實(shí)驗(yàn)室安全影響因素分為人、設(shè)備材料、環(huán)境和管理4 個(gè)1 級(jí)因素（含17 個(gè)2 級(jí)因素），如圖3 所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)室安全影響因素

1.4 實(shí)驗(yàn)室事故風(fēng)險(xiǎn)耦合機(jī)理

風(fēng)險(xiǎn)耦合是指由2 個(gè)以上因素之間的相互作用引起的安全事故［10］。實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)耦合指在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中由于人、設(shè)備材料、環(huán)境或管理層面出現(xiàn)不利影響，該影響與其他風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行耦合會(huì)導(dǎo)致發(fā)生實(shí)驗(yàn)室安全事故的風(fēng)險(xiǎn)增大或者生成新的實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而引發(fā)實(shí)驗(yàn)室事故的發(fā)生。將各因素的風(fēng)險(xiǎn)耦合類型分為單因素風(fēng)險(xiǎn)耦合、雙因素風(fēng)險(xiǎn)耦合、三因素風(fēng)險(xiǎn)耦合和四因素風(fēng)險(xiǎn)耦合［11］，具體見(jiàn)圖4。

圖4 實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)耦合形成機(jī)理圖

2 NK-SNA 實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.1 N-K風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

N-K模型是Kuaffman 用于研究生物進(jìn)化的基因組合的一種模型，后成為用于分析復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)通用模型［12］。N-K 模型中N為實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)系統(tǒng)中元素的數(shù)量，即N＝4，K為系統(tǒng)中各元素相互耦合的數(shù)量，其中0≤K≤N-1，各元素間的耦合程度用T表示（見(jiàn)公式1），其中Phijk為人、設(shè)備材料、環(huán)境、管理分別在h、i、j、k種狀態(tài)下實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生耦合的概率，T21、T31分別表示雙因素、三因素耦合值（見(jiàn)公式2、3）。

2.2 SNA風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析（SNA）指用于研究復(fù)雜問(wèn)題中的影響因素間的關(guān)系及相互作用的一種定量分析方法，既可以將復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化處理也可以用于探究該問(wèn)題的根源性原因［13］。實(shí)驗(yàn)室事故發(fā)生受多方面因素的影響，且不同因素間具有一定相關(guān)性，因此，對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)因素間的相互作用進(jìn)行研究，并確定關(guān)鍵影響因素，對(duì)預(yù)防實(shí)驗(yàn)室事故的發(fā)生具有重要意義。通過(guò)對(duì)160 起實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，利用Ucinet6 軟件進(jìn)行各風(fēng)險(xiǎn)因素的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖的繪制，利用親近中心度和中間中心度對(duì)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行確定。

3 實(shí)驗(yàn)室安全事故關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素

3.1 N-K模型計(jì)算結(jié)果分析

對(duì)160 起實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)原因進(jìn)行分析，并計(jì)算耦合發(fā)生的概率，結(jié)果見(jiàn)表1。由表1 可知單因素耦合中人的因素發(fā)生的概率最高，其次是管理因素；雙因素耦合中人-設(shè)因素具有較高的發(fā)生率（5.63）；三因素耦合中人-設(shè)-管發(fā)生的概率為1.88，位于第一位，這說(shuō)明人、管理和設(shè)備因素是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生的主要潛在因素。

表1 實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)耦合發(fā)生的概率

通過(guò)對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)因素的T 值進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)（見(jiàn)表2）：T23（a，d）＞T32（a，b，d）＞T21（a，b）＞T33（a，c，d）＞T31（a，b，c）＞T25（b，d）＞T34（b，c，d）＞T26（c，d）＞T22（a，c）＞T24（b，c）＞T41（a，b，c，d），雙因素耦合中的人-管因素的風(fēng)險(xiǎn)耦合值最高為1.48，這說(shuō)明由主觀因素（人的因素、管理因素）發(fā)生耦合作用引起的實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)要大于其他客觀因素引起的；三因素耦合中人-設(shè)-管的風(fēng)險(xiǎn)耦合值最高（0.72），其次是人-環(huán)-管，這表明人的因素和管理因素不但自身的耦合值較高，與環(huán)境因素、設(shè)備材料因素進(jìn)行耦合時(shí)也易造成較大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，人和管理因素應(yīng)該作為防范實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生的關(guān)鍵控制點(diǎn)。

表2 實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)因素的耦合T值

3.2 SNA模型結(jié)果分析

（1）網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析。由圖5 可知，各實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)因素間存在相互聯(lián)系且通過(guò)Ucinet6 軟件計(jì)算得到網(wǎng)絡(luò)密度為0.59，這說(shuō)明各風(fēng)險(xiǎn)因素之間有一定聯(lián)系，但僅依據(jù)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖和網(wǎng)絡(luò)密度還無(wú)法判斷關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素，仍需進(jìn)一步分析。

（2）中心度分析。出度表示該風(fēng)險(xiǎn)引發(fā)其他風(fēng)險(xiǎn)的能力［14］，因此，利用出度值進(jìn)行關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素的判斷。由圖6可知，C1違規(guī)操作、C2儀器與藥品使用不當(dāng)、C4操作不當(dāng)未及時(shí)處理、C15實(shí)驗(yàn)操作監(jiān)管不到位、C16實(shí)驗(yàn)安全管理不到位的出度值位于前5 位，這說(shuō)明人的因素和管理因素易造成實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生，這與各因素風(fēng)險(xiǎn)耦合值的計(jì)算結(jié)果一致。

入度表示該風(fēng)險(xiǎn)被其他風(fēng)險(xiǎn)誘導(dǎo)發(fā)生容易程度［14-15］，由圖6 可知，C11漏水的入度值最高，其次是C7設(shè)備或防護(hù)裝置故障、C10電路老化、C12布局不合理和C13設(shè)施不健全，這說(shuō)明設(shè)備材料因素和環(huán)境因素是實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生的間接原因，這與趙芳芳［16］等研究結(jié)果相似。C15實(shí)驗(yàn)操作監(jiān)管不到位、C16實(shí)驗(yàn)安全管理不到位違規(guī)操作、C4操作不當(dāng)未及時(shí)處理、C10電路老化和C11漏水的中介度較高，是實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)因素網(wǎng)絡(luò)中重要的中介傳導(dǎo)因素。

（3）NK-SNA模型關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素分析。以各風(fēng)險(xiǎn)因素耦合值（TR）為修正系數(shù)對(duì)個(gè)因素的出度值進(jìn)行修正，并將修正后的出度值作為實(shí)驗(yàn)室安全事故關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)判依據(jù)，具體結(jié)果如圖7 所示。由圖可知，修正后人的因素中C1違規(guī)操作、C2儀器與藥品使用不當(dāng)、C4操作不當(dāng)未及時(shí)處理和管理因素中C15實(shí)驗(yàn)操作監(jiān)管不到位、C16實(shí)驗(yàn)安全管理不到位的出度值位于前5 位，與修正前保持一致，這說(shuō)明人和管理因素誘發(fā)多風(fēng)險(xiǎn)耦合能力較強(qiáng)，是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生的關(guān)鍵因素。因此，為防范實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生應(yīng)從完善實(shí)驗(yàn)室管理制度、加強(qiáng)對(duì)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程的監(jiān)管、加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)操作培訓(xùn)、提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ确矫嫒胧帧?/p>

圖7 關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)價(jià)結(jié)果

4 結(jié)語(yǔ)

（1）利用NK模型分析發(fā)現(xiàn)，單因素、雙因素和三因素耦合中人的因素、人-設(shè)因素、人-設(shè)-管因素發(fā)生的概率最高，通過(guò)對(duì)不同風(fēng)險(xiǎn)因素的T 值進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，主觀因素（人的因素、管理因素）發(fā)生耦合作用引起的實(shí)驗(yàn)室安全事故風(fēng)險(xiǎn)要大于其他客觀因素引起的且人的因素和管理因素不但自身的耦合值較高，與環(huán)境因素、設(shè)備材料等其他因素進(jìn)行耦合時(shí)也易造成較大的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）SNA模型分析發(fā)現(xiàn)C1違規(guī)操作、C2儀器與藥品使用不當(dāng)、C4操作不當(dāng)未及時(shí)處理、C15實(shí)驗(yàn)操作監(jiān)管不到位、C16實(shí)驗(yàn)安全管理不到位的出度值位于前五位，這說(shuō)明人的因素和管理因素易造成實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生，這與NK模型計(jì)算結(jié)果一致。

（3）利用NK-SNA模型對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，人和管理因素是導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室安全事故發(fā)生的關(guān)鍵因素。