基于多层物元可拓的实验室安全风险评估

姚 洁， 陈海军

（1.常州大学，江苏 常州 213000；2.江苏城乡建设职业学院，江苏 常州 213000）

0 引 言

近年来，高校实验室建设进程逐渐加快［1］，实验室安全成为大家关注的重点，习近平总书记与参加全国政协十三届四次会议的医药卫生界、教育界委员交谈时提出，“在加快建设世界一流大学和一流学科进程中，一流实验室的建设与管理是其重要支撑。”高校实验室是教育的主阵地之一，但是实验室事故却时有发生，实验室事故主要分为燃烧爆炸、毒伤、机械伤害、触电事故等。造成实验室事故的原因很多，这些安全隐患深藏在实验的全过程，实验管理人员的重要工作之一就是隐患排查和整改［2］。实验室安全风险一直是社会焦点和学校重点关注对象，教育部印发了《教育部办公厅关于开展加强高校实验室安全专项行动的通知》，该文件从多方面细化实验室管理路径，逐步规范实验室建设标准，实现本质安全。

实验室管理正在逐步细化完善，实验室人员在实验室管理过程中积累大量工作经验，主观上能较好地判断实验室风险状况，而实验室检查制度也从相对客观的角度，指导实验室管理全方位细则［3］。近年来，在对实验室管理标准化的探讨中发现，实验室分级管理极为重要［4］，多层物元可拓实验室风险评价［5］可以直观给出分级结果，从而进一步推进分级管理工作。蔡毅飞等［6］提出化学实验室安全模糊评价模型，通过层次分析来推进实验室评价标准化。陈晶晶等［7］提出使用层次分析法细化实验室评价体系，通过排序确定指标权重系数为实验室安全管理提供决策支持。杨坦等［8］提出从设备设施、人员队伍、实验教学、经费保障和规章制度方面构建实验室管理评价体系，并采用G1赋权模型计算，结合实际修正模型，实施评价过程。宗军君等［9］提出实验室评估具有多层次、多因素、定量与定性指标并存等特点，模糊可拓层次分析方法可以客观分析各因素之间的相对重要度，逐级计算可得综合评价结果。

多层物元可拓方法［10］是具有很高的应用性，特别实在定性-定量的评价具有较高的应用价值［11］，同时目前在实验室安全因素分析，实验室评价指标体系研究取得较多成果［12］，初步形成框架体系，因为应用实际的环境具有特殊性，所以对各高校实验室，应有独立的实验室评价系统［13］。

1 实验室风险评价因素分析

实验室的风险因素很多，所以形成的评价体系标准［14］并不统一，实验室检查表从全系统、全方位、全过程细化了实验室可能出现的风险因素，形成的检查表定期更新，逐步完善形成2022 年版本，因为实验室检查表中基本涵盖实验室出现的危险有害因素，相对比较完整，但是检查操作时对检查人员的素养要求很高，在检查过程中将实际和检查表一一对应操作中存在一定的困难。而实验室评价是建立在更高的维度，对实验室全过程管理的评价，是实验室检查，同时又更为精准地反应实验室的概况［15］。所以实验室评价指标的建立既与实验室检查紧密相关同时又有不同。针对实验室安全评价的研究中发现，评价体系［16］建立是评价的核心。本文结合实验室管理工作实际和重点、难点，列出以下评价体系。

（1）责任体系和规章制度。责任体系和规章制度是日常管理流程化的依据，是实验室整理管理水平的体现，很大程度上决定日常管理工作的内容，主要包括：责任体系及人员结构（这是实验室的整体概况，需要从规模上按要求配备专业的实验室管理人员）；检查隐患整改制度（按照要求开展有效的隐患排查和整改制度，重点查阅检查频次和整改情况）；实验室操作规程（各实验室需按照要求张贴操作规程，做到流程上墙）；经费保障和建设维护（有单独的实验室安全经费预算并实际执行）。

（2）危险有害因素管理。实验室的危险有害因素很多，杂乱而且动态，主要分为：危险化学品（危化品的领用、使用和临时存放符合规范）；特种设备（特种设备检验合格证明，人员持证上岗，气瓶管理程序规范，仪器状态标识明确）；实验室环境（实验危险物质警示明确，分布合理，规范使用通风柜，实验环境整洁）。

（3）危废处置。实验室废弃物处置是日常管理的一部分，主要包括废液（实验废液收集、处置规范）；废气（有专门废弃收集处置装置）；固体废弃物（实验固体废弃物收集、处置规范）。

（4）安全文化建设。安全文化是从思想认知上提升实验室安全水平，主要包括准入教育（系统化开展三类人员的教育培训）；安全宣传活动（有效的实验室安全宣传和活动）

（5）应急救援与个人防护。实验室应急救援和防护主要解决和防范日常突发事件，主要包括：消防设施（合理消防间距不堵塞，加强检查）；应急救援装备（应急救援装备完善，定期演练）；个人防护设施（添加劳保防护，避免直接接触的伤害）。

2 运用层次分析法进行实验室安全风险评估

了解实验室管理整体框架，构建一级、二级指标，如表1 所示，构建多层评估层次结构，计算各级指标的风险权重值。

表1 实验室安全风险因素

采用九级标度法整体相关领域专家打分结果，汇总得到以下判断矩阵

用规范列平均法（和法）计算得出该矩阵的最大特征值λmax，特征向量W ＝（W1，W2，…，Wn）T，特征向量通过归一化处理即为计算所得权重因子。

对该判断矩阵的进行一致性检查，虽然一开始由专家打分获得的判断矩阵并不要求由一致性，但如果数据偏离多大，结论无法得出，因此需要对上述判断矩阵进行一致性检查，通过一致性检查的判断矩阵的分析结论才具有可靠性。

判断矩阵一致性指标计算式：

查表得Aar，按下面式子得出一致性比率：

若Ar＜0.1，则判断矩阵满足一致性要求，否则不满足。

3 多层物元可拓模型的建立

物元可拓分析是将不相容结论合理转换的有效方法，通过引入域的概念，将问题的边界合理转化，可拓集合就是把实际问题中因素特征值描述具体化，从而使用数学模型计算，得出因素分析结果，该方法广泛应用于评估、决策中，有效指导生活中实际问题的解决，因为其定量分析的特点，具有一定的科学性。

（1）划分经典域和节域

式中：v为第n个特征的量值域；Rj为经典域物元。

式中，节域Rp为节域物元关于特征的量值域。

（2）确定待评物元

式中，Rx为待评价对象。

（3）关联函数计算

式中：

kxj（vi）即为第x 个待评物元、第j 个等级、第i 个指标的关联度。

2 级指标在每个风险等级下的关联函数组成的风险等级矩阵K（vi）＝［kxj（vi）］，与2 级指标对应的权重向量wi＝（wik）的乘积，即为对应各风险等级的1级指标的关联矩阵

1 级指标与每个风险等级对应关联函数组成的风险矩阵K（s）＝k（vi），与1 级指标对应的权重向量wi＝（wik）的乘积，即为对应各风险等级的目标层的关联矩阵

（4）计算安全等级。根据

得出计算结果，关联度结果中最大值对应的j值（风险等级）即为计算结果。

4 实际应用分析

应用案例选取的是常州某高校化工类的一间实验室，实验室试剂柜存放日常使用化学试剂，无中试设备，实验室面积约为68 m2。

4.1 风险权重

运用九级标度法得出专家打分结果，汇总如表2。

表2 一级指标对目标层的评价矩阵

（1）1 级指标权重和一致性分析。根据式1 得出1 级指标的权重B ＝｛0.239 2，0.502 8，0.116 0，0.035 6，0.106 4｝，按照式（2）和式（3）方法计算，结果Ar＝0.043 ＜0.1，判断得出该矩阵有效。

（2）2 级指标权重和一致性分析。2 级指标中以责任体系和规章制度为例，由专家打分，上述权重和一致性计算所得结果如表3 所示。

表3 责任体系和规章制度评价判断矩阵

据式（1）得出该2 级指标的权重B ＝｛0.774，0.622 6，0.215 1，0.084 9｝，按照式（2）和式（3）方法计算，结果Ar＝0.053 ＜0.1，判断得出该矩阵有效。

（3）计算各指标相对目标层的总权重。根据层次分析法，计算出各2 级指标相对目标层的权重，整理见表4。

表4 实验室安全风险各层次因素总权重

4.2 多层物元可拓评价

根据实际需求规范风险域范围M，M ＝｛m1，m2，…，mj｝，j为风险等级数，如表5 所示。

表5 实验室安全风险水平等级

4.2.1 经典域和节域

通过式（4）～（6）划分经典域和节域：

4.2.2 待评物元的关联度计算

待评价物元为实验室安全风险因素的2 级指标，以责任体系和规章制度安全因素为例，根据式（7）和式（8）计算关联度如下：

和上述方法一样，2 级指标中危险有害因素管理、危废处置、安全文化建设、应急救援与个人防护的关联度计算得出结果见表6。

表6 实验室安全评价各级指标及关联度

从2 级指标风险等级可以看出，该实验室安全风险因素中的经费保障和建设维护、应急救援装备是3级风险，风险点较高的因素，急需加以改正，废气这个2 级指标为1 级风险，表示这一部分目前做得很好。

其他的2 级指标对应为2 级风险，虽然风险可以接受，但是有整改的余地，以提高实验室安全水平。

4.2.3 一级指标评价计算

按照式（9）可得实验室安全风险因素的二级指标的关联度矩阵为：

将X1风险权重值乘以各风险等级关联度，计算得出X1对各风险等级的关联度，运用同样的方法，可得其他1 级指标关联度k（r1），对其进行2 级评价，结果如表7。

由表7 可知，1 级指标风险等级都是2 级风险，根据式（10）得出，对应各风险等级的目标层的关联矩阵，该实验室安全评价的最终结果为2 级风险。

表7 多层可拓评价目标层结果

5 结 论

多层物元可拓的方法在实验室安全评价上可以进行运用，其中代表物元的安全风险因素的分级归纳是起点，而因素权重是决定各级可拓等级的要点之一，在实际运用中，能清晰地半定量地对评价因素和最终等级间关系进行分析，是实验室安全评价一种有效评价方法，在统一标准的前提下，半定量计算出评价结果，避免多次评价前提不一致的情况，同时在积累实际操作经验情况下，也能对评价前提统一变换，灵活性很强。

实验室评估方法众多，大多以定性为主，一个有效的半定性半定量的方法能增加实验室评估的科学性和应用性。多层物元可拓方法有较强实际应用背景，以我校某实验室为例，展示评估方法全过程，评估结果为分级等级，以生成的评估结果为导向，能更好地指导实验室分级管理工作，评估结果推导实验室安全管理的薄弱点，从而更精准指导实验室隐患整改。因有案例作为支撑，后期可推广到其他实验室，同时也丰富了实验室分级管理的研究工作。