張 旭,張龍吉
(1.長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 湖北 荊州 434023;2.湖北金楚染料中間體產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 湖北 荊州 434499;3.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第二鉆井工程分公司 河北 廊坊 065000)
高校實驗室既是大學(xué)生開展實驗的必要場所,也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與實踐能力的重要基地[1]。高校實驗室內(nèi)項目覆蓋面廣,使用頻率高,人員密集且流動性大,存在一些安全隱患,其復(fù)雜性和危險性都是難以預(yù)測的[2]。近年來,高校實驗室安全事故頻發(fā),一次次敲響實驗室安全的警鐘,實驗室安全的重要性也日益凸顯[3]。
長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院(以下簡稱“我院”)化工實驗中心長期以來牢固樹立“安全第一,預(yù)防為主”的理念,始終堅持把安全放在第一位,從制度管理、人員配備、應(yīng)急救援、安全保障等方面不斷加強(qiáng)實驗室的安全管理建設(shè),有效保障了學(xué)校的實驗教學(xué)任務(wù)和科研工作。目前,化工實驗中心安全管理仍沿用傳統(tǒng)的以人工管理為主的安全管理模式,高科技管理技術(shù)和現(xiàn)代化管理手段還未普及,各管理系統(tǒng)間互不兼容,導(dǎo)致了化工實驗中心的監(jiān)管盲區(qū)與漏洞,存在極大的安全隱患。針對我院化工實驗中心目前在安全管理方面的實際狀況,課題組提出了一套基于智慧校園云平臺下的化工實驗中心安全預(yù)警系統(tǒng),這不僅是智慧校園信息化建設(shè)的重要組成部分,也有利于實現(xiàn)建設(shè)一流實驗室的目標(biāo),積極響應(yīng)了學(xué)?!半p一流”建設(shè)[4]。
通過對化工實驗中心的實地調(diào)查和數(shù)據(jù)收集,我院化工實驗中心針對目前在安全管理方面的實際狀況,選擇從“人”“物”“環(huán)”“事”四個方面對目前化工實驗中心存在的問題展開分析。
化工實驗中心隨著學(xué)科交叉融合的要求提高,進(jìn)一步提升實驗室資源的開放性及儀器設(shè)備的共享性[5],接待學(xué)生人數(shù)多、服務(wù)專業(yè)廣、開設(shè)課程種類和項目多,每年要為全校11 個學(xué)院27 個專業(yè)的3400 名本科生和研究生開設(shè)8 門不同層次的實驗課程。實驗中心坐落在長江大學(xué)東校區(qū)14 教北樓,有東西兩個出入口,每層樓還有與14 教東、西兩樓相連的通道;各學(xué)院師生和校內(nèi)外來訪人員每天進(jìn)出實驗室都沒有實名登記,學(xué)校僅在每層樓的東西兩頭安裝了一個固定位置的視頻監(jiān)控,既無法有效識別進(jìn)出人員的身份信息,也無法做好樓層內(nèi)和出入口處的360 度無死角監(jiān)控;并且實驗室內(nèi)未安裝監(jiān)控系統(tǒng),無法實時掌握師生在實驗操作過程中的安全狀況。
化工實驗中心依托“中石油HSE重點實驗室長江大學(xué)分室”和“石油石化污染物控制與處理國家重點實驗室”每年承擔(dān)了國家、省部級和企業(yè)研究項目20 余項;因此在開展科學(xué)研究、本科生和研究生實驗教學(xué)環(huán)節(jié),將經(jīng)常涉及高精密度或危險性的儀器設(shè)備、危險化學(xué)品和壓縮氣體等危險源。實驗中心雖在一些重要實驗室的入口安裝了紅外線監(jiān)控器,但未建立針對重要儀器設(shè)備、重大危險源的24 小時無死角監(jiān)控體系,目前的管理模式仍是以手工登記的臺賬管理和實驗員人工管理為主,安防設(shè)備與管理系統(tǒng)之間無法兼容,缺少現(xiàn)代化應(yīng)急手段。
化工實驗中心的實驗室雖安裝了通風(fēng)櫥,保證實驗過程中的廢氣或有害氣體能及時排除,但通風(fēng)櫥的抽風(fēng)效果目前無法用定量的手段來監(jiān)測,實驗室沒有安裝有毒有害氣體的自動監(jiān)測系統(tǒng),也未安裝空氣中有毒有害氣體含量超標(biāo)的自動報警與自動排除的裝置。另外,實驗中心為每個實驗室配備了煙霧報警及噴淋裝置,但這套裝置對減輕有毒有害氣體污染環(huán)境的效果有限。實驗中心對實驗中產(chǎn)生的廢水、廢渣的處理和排放也未真正做到實時監(jiān)測和集中安全處理,急需完善環(huán)境安全的監(jiān)測和應(yīng)急系統(tǒng)。
化工實驗中心每年承擔(dān)著繁重的教學(xué)和科研任務(wù),經(jīng)常會用到危險化學(xué)品和各種特種設(shè)備。目前,還未建立完善的危險源報告和登記制度;實驗任課教師雖然對進(jìn)入實驗室的本科生和研究生都進(jìn)行了系統(tǒng)的安全教育培訓(xùn)及考核,但學(xué)生常出現(xiàn)對反應(yīng)中可能發(fā)生的副反應(yīng)和副反應(yīng)產(chǎn)物的危害認(rèn)知參差不齊的情況,這也是高校實驗室安全事故頻發(fā)的一個重要原因,歸根結(jié)底還是缺乏針對每個危險實驗的個性化、分層次的安全教育體系[6]。
從整體來看,化工實驗中心目前建有的安防監(jiān)控、?;饭芾淼认到y(tǒng)間彼此不兼容,信息分散,無法統(tǒng)一協(xié)調(diào),管理效率低下,無法實現(xiàn)真正意義上的智慧校園。為了完善實驗室安全管理制度,更好地保障實驗室的安全運轉(zhuǎn),現(xiàn)急需對其進(jìn)行升級與改造[7]。
通過對化工實驗中心實地調(diào)查和數(shù)據(jù)收集,筆者全面客觀地分析了化工實驗中心現(xiàn)存的問題,并赴國內(nèi)實驗室安全管理先進(jìn)高校和機(jī)構(gòu)調(diào)研學(xué)習(xí),積極與相關(guān)設(shè)備廠商、軟件公司聯(lián)系,了解最新技術(shù)和手段,并結(jié)合實際情況和現(xiàn)有條件,研究并設(shè)計了基于云平臺下的化工實驗中心安全預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由六個分系統(tǒng)組成,如圖1 所示,門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、用電監(jiān)測系統(tǒng)、煙霧監(jiān)測系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)這五個系統(tǒng)通過對實驗室的危險因素按照體系標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行科學(xué)分析、分級處理[8],對師生進(jìn)出實驗室以及在實驗室中的各項操作實施全方位、全流程的監(jiān)管,對實驗室環(huán)境進(jìn)行自動化的檢測與管理,對實驗室的不安全行為和狀態(tài)進(jìn)行智能預(yù)警。最后通過信息反饋系統(tǒng)將各個系統(tǒng)與學(xué)校的實驗中心和現(xiàn)有智慧校園系統(tǒng)進(jìn)行對接,形成功能強(qiáng)大的化工實驗中心安全管理網(wǎng)絡(luò)。
圖1 基于云平臺下的化工實驗中心安全預(yù)警系統(tǒng)功能框圖
化工實驗中心出入口建立人臉虹膜、指紋識別、紅外測溫的非接觸式門禁系統(tǒng)的主要功能是實現(xiàn)實驗中心出入口大門的自動開關(guān),學(xué)生通過人臉識別并測量體溫后實名制進(jìn)入實驗中心;當(dāng)有學(xué)生進(jìn)入實驗室時,通過智慧校園管理系統(tǒng)向?qū)嶒炇野踩芾砣藛T推送信息;同時,實驗室安全管理人員可隨時通過手機(jī)在微校園APP 上查看實驗室門禁的開關(guān)狀態(tài)及使用人,把好出入口的安全關(guān)。
此系統(tǒng)的主要作用是輔助實驗室的實時管理和增強(qiáng)實驗室安全保障,該系統(tǒng)在實驗中心內(nèi)部有人活動時會對實驗中心內(nèi)部走道和實驗室內(nèi)部的情況進(jìn)行實時監(jiān)控并錄像,自動分析并識別非正常情況,及時發(fā)出警報。實驗過程中,當(dāng)管理者通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)實驗者操作不規(guī)范或者出現(xiàn)意外狀況時,可通過語音通信系統(tǒng)與實驗者進(jìn)行對話,給予指導(dǎo)或及時制止;也可通過實驗中心平臺發(fā)出指令,控制設(shè)備供電,實現(xiàn)遠(yuǎn)程電源控制。
該系統(tǒng)是對實驗室內(nèi)的部分貴重儀器設(shè)備、危險性儀器設(shè)備的用電進(jìn)行實時監(jiān)管。對設(shè)備的狀態(tài)自動進(jìn)行檢測,包括開機(jī)、故障預(yù)警、關(guān)機(jī)等;有學(xué)生開啟設(shè)備時,通過智慧校園管理系統(tǒng)向?qū)嶒炇野踩芾砣藛T推送信息;同時,實驗室安全管理人員可以隨時通過手機(jī)智慧校園APP 查看設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)以及當(dāng)前設(shè)備使用者??捎行ПU蠈嶒炇覂?nèi)貴重儀器設(shè)備、危險性儀器設(shè)備的使用安全。
此模塊的主要功能是自動化監(jiān)測實驗過程中產(chǎn)生的煙霧濃度,如:一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、二氧化氮、氯氣等類型的有害氣體濃度,當(dāng)有害氣體濃度超標(biāo)時,可自動聯(lián)動開啟排氣扇進(jìn)行排氣,同時采用聲光報警。該系統(tǒng)不僅能及時提醒實驗人員并保障他們的安全,同時也將通過智慧校園管理系統(tǒng)向?qū)嶒炇野踩芾砣藛T推送報警信息。
依據(jù)《危險化學(xué)品重大危險源辨識》標(biāo)準(zhǔn)(GB 18218-2018),在危險化學(xué)品生產(chǎn)和儲存單元針對不同類別進(jìn)行辨識[9],分別安裝相應(yīng)的傳感器;然后由傳感器將捕獲的危險源信息實時傳回實驗中心預(yù)警系統(tǒng),經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)的專業(yè)軟件處理后,就能及時了解到危險源的真實狀況并自動記錄、建立檔案,不僅保障了化工實驗中心的安全,也為安全評價機(jī)構(gòu)對危險源進(jìn)行風(fēng)險分析和確定危險源等級提供數(shù)據(jù)支持。
該系統(tǒng)巧妙地將化工實驗中心安全預(yù)警系統(tǒng)中的各分系統(tǒng)連接在一起,形成了一張高效協(xié)調(diào)的化工實驗中心安全管理網(wǎng)絡(luò)。可及時高效地將門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、用電監(jiān)測系統(tǒng)、煙霧監(jiān)測系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)這五個分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集、整合與處理,并且通過智慧校園平臺、實驗中心平臺、微校園APP 將這些情況反饋給實驗中心管理人員,同時管理人員也可通過此系統(tǒng)給予學(xué)生信息提醒,并對實驗中心各部分進(jìn)行控制。
高校實驗室建設(shè)與管理是一項長期而復(fù)雜的工程[10],研究并設(shè)計了基于云平臺下的化工實驗中心安全預(yù)警系統(tǒng),通過將該系統(tǒng)與學(xué)?,F(xiàn)有的智慧校園系統(tǒng)進(jìn)行對接,形成一張功能強(qiáng)大的校園安全管理網(wǎng)絡(luò),能有效避免實驗室安全事故的發(fā)生,實現(xiàn)對實驗室安全、科學(xué)、智能、有效的管理,提高實驗室安全管理水平和效率。該系統(tǒng)不僅可為學(xué)校建設(shè)一流實驗室提供可靠保障,也可為學(xué)校爭創(chuàng)“雙一流”提供堅實的基礎(chǔ)。