交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室開放與安全的管理體系建設(shè)

韓景蕓，宋 崴，王江雪，裴葆青，樊瑜波

（北京航空航天大學(xué) 生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院，北京 100191）

高校實(shí)驗(yàn)室是組織高水平實(shí)驗(yàn)教學(xué)、建設(shè)一流學(xué)科的基礎(chǔ)，是培養(yǎng)創(chuàng)新型人才、探索前沿學(xué)科的支撐。近年來，高校聚焦國(guó)家戰(zhàn)略需求，以全球化視野實(shí)施“雙一流”[1]、“新工科”[2]、“六卓越一拔尖計(jì)劃”[3]等項(xiàng)目，積極推動(dòng)一流實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與共享[4]。而交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室以全方位、多層次、大跨度等特點(diǎn)成為科技創(chuàng)新的重要平臺(tái)，在人員、設(shè)施、儀器等方面具有更大的復(fù)雜程度與更多的不確定因素[5]。因此，隨著建設(shè)力度和開放程度的日益提升[6-7]，如何充分辨識(shí)交叉學(xué)科實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中的危險(xiǎn)源與有害因素并加以有效防控，是實(shí)驗(yàn)室管理所面臨的新課題。

通過分析生物醫(yī)學(xué)工程（biomedical engineering，BME）實(shí)驗(yàn)室發(fā)展過程中面臨的挑戰(zhàn)，從現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)源辨識(shí)著手，借鑒全面質(zhì)量管理中的 PDCA（plan 計(jì)劃，do 執(zhí)行，check 檢查，action 處理）循環(huán)[8]，建立從學(xué)院頂層到具體使用人不同級(jí)別的實(shí)驗(yàn)室安全運(yùn)行體系，進(jìn)一步完善組織構(gòu)架、規(guī)章制度、培訓(xùn)考核、評(píng)價(jià)考核等環(huán)節(jié)，從而形成基于統(tǒng)一身份認(rèn)證的自助式柔性實(shí)驗(yàn)室管理模式。

1 BME 特點(diǎn)及對(duì)實(shí)驗(yàn)室安全管理的挑戰(zhàn)

BME 是一門新興的邊緣學(xué)科，發(fā)展迅速，已成為世界各國(guó)競(jìng)爭(zhēng)的主要領(lǐng)域之一，其綜合工程學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)的理論和方法，從分子、細(xì)胞、組織、器官到整個(gè)人體系統(tǒng)，以多手段、多層次的方式為疾病的預(yù)防、診斷、治療和康復(fù)提供服務(wù)。

1.1 人才培養(yǎng)模式改革對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理的挑戰(zhàn)

以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO（conceive 構(gòu)思、design 設(shè)計(jì)、implement實(shí)現(xiàn)、operate 運(yùn)作）理念是國(guó)際工程教育改革的一項(xiàng)成果[9]。例如約翰霍普金斯大學(xué)設(shè)置了面向不同年級(jí)的“BME design group”實(shí)踐課，學(xué)生以解決本領(lǐng)域?qū)嶋H問題為導(dǎo)向，自選開放性項(xiàng)目；杜克大學(xué)通過必修、選修以及獨(dú)立研修（independent study）等不同形式的設(shè)計(jì)類課程，強(qiáng)化工程動(dòng)手與創(chuàng)新能力培養(yǎng)；東南大學(xué)設(shè)計(jì)出BME 連環(huán)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，形成嵌套式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)[10]；華中科技大學(xué)則構(gòu)建了專業(yè)課程伴侶實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)模式，同時(shí)還開展了產(chǎn)業(yè)認(rèn)知、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練等實(shí)踐環(huán)節(jié)。

與傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，CDIO 增加了實(shí)驗(yàn)實(shí)踐類課程的比重，圍繞產(chǎn)學(xué)研一體化更加側(cè)重交叉型、綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的建設(shè)。教學(xué)形式更加多樣化，以學(xué)生為中心[11]、研討式教學(xué)[12]、翻轉(zhuǎn)課堂[13]等先進(jìn)教學(xué)形式得到普遍應(yīng)用。這些教學(xué)形式的變化使育人過程更具自主性和創(chuàng)新性，涉及專業(yè)方向、實(shí)驗(yàn)人員和場(chǎng)地，以及使用時(shí)間等，并對(duì)實(shí)驗(yàn)室的開放程度和安全保障提出了更高要求，因此，實(shí)驗(yàn)室管理如何匹配現(xiàn)有的教學(xué)體系，創(chuàng)建更加柔性、自由且安全的環(huán)境是實(shí)驗(yàn)室工作面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)。

1.2 交叉學(xué)科創(chuàng)新對(duì)實(shí)驗(yàn)室管理的挑戰(zhàn)

BME 覆蓋生物信息、醫(yī)學(xué)圖像、生物材料、系統(tǒng)分析等眾多學(xué)科領(lǐng)域，無論從基礎(chǔ)到前沿，還是從理論到應(yīng)用，BME 研究都展現(xiàn)出大跨度、多學(xué)科交叉的特點(diǎn)[14]。而BME 實(shí)驗(yàn)室也在容納資源、承載課題、服務(wù)對(duì)象等方面呈現(xiàn)出多層次與多元化的特征，在激發(fā)跨界創(chuàng)新的同時(shí)，也伴隨著大量不確定因素在實(shí)驗(yàn)室積聚。一方面實(shí)驗(yàn)室容納的儀器設(shè)備與材料的品類和數(shù)量不斷提升，對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員在實(shí)驗(yàn)技術(shù)、應(yīng)急處理、溝通協(xié)調(diào)、設(shè)備維護(hù)等方面提出更高要求；另一方面，科研的探索性和復(fù)雜性以及人員的流動(dòng)性，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室人員密度增加、設(shè)備運(yùn)行數(shù)量和時(shí)間增多、實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)加大。此外，隨著BME 研究進(jìn)一步向更深、更廣層次的發(fā)展，可以預(yù)見，BME 實(shí)驗(yàn)室涉及的安全防范領(lǐng)域也將更加寬泛。因此，如何為實(shí)驗(yàn)室開放建立完善的人、物、事、環(huán)境全方位安全防控體系，是實(shí)驗(yàn)室面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)。

2 實(shí)驗(yàn)室開放過程中危險(xiǎn)源的辨識(shí)

目前，我校生物與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院在讀本科生與研究生分別超過400 人和700 人。院內(nèi)有基礎(chǔ)公共實(shí)驗(yàn)室、專業(yè)實(shí)驗(yàn)室及大型貴重設(shè)備實(shí)驗(yàn)室等，分別由實(shí)驗(yàn)系列專職教師與相關(guān)領(lǐng)域的教師負(fù)責(zé)管理，但均為開放型實(shí)驗(yàn)室。為了發(fā)現(xiàn)開放實(shí)驗(yàn)室日常運(yùn)行中存在的安全問題，對(duì)我院6 個(gè)具有代表性的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了連續(xù)50 天的調(diào)查，由專人輪流記錄每日8:00—22:00時(shí)間段實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行情況。發(fā)現(xiàn)大部分實(shí)驗(yàn)室不安全問題是人為因素引起的（見圖1），如滅菌鍋和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的常規(guī)操作失誤，揭示出實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及培訓(xùn)效果欠佳的問題，而涉及的設(shè)備關(guān)停、樣本處理等常識(shí)疏漏，則暴露出實(shí)驗(yàn)人員安全意識(shí)淡薄、缺乏公共責(zé)任意識(shí)的問題等。此外，調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)隨著交叉學(xué)科的深入，實(shí)驗(yàn)室功能不斷擴(kuò)展，儀器設(shè)備和材料劇增，出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程相互干擾、安全防護(hù)不充分的現(xiàn)象。此外，實(shí)驗(yàn)室管理也存在一定缺陷，如信息化和智能化程度不高，導(dǎo)致預(yù)約體系效率低，且無法對(duì)重點(diǎn)區(qū)域和危險(xiǎn)源進(jìn)行有效監(jiān)控；管理不閉環(huán)、規(guī)章制度與崗位職責(zé)落實(shí)不到位等問題。

圖1 實(shí)驗(yàn)室開放運(yùn)行中不安全因素調(diào)查統(tǒng)計(jì)

3 以風(fēng)險(xiǎn)防控為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)室閉環(huán)管理

PDCA 管理循環(huán)是全面質(zhì)量管理體系運(yùn)轉(zhuǎn)的基本方法，以“一切管理始于計(jì)劃，落于不斷改善”為宗旨，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量控制的循環(huán)漸進(jìn)式提升。學(xué)院借鑒PDCA管理模式，將實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中的使用者、課題組、管理人以及學(xué)院等多維度的責(zé)權(quán)利串聯(lián)起來，形成一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的實(shí)驗(yàn)室PDCA 循環(huán)閉環(huán)管理運(yùn)行機(jī)制（見圖2）。

3.1 “3+X”組織管理體系

圖2 實(shí)驗(yàn)室PDCA 循環(huán)閉環(huán)管理運(yùn)行機(jī)制

建立了“3+X”組織分層責(zé)任管理體系，3 表示三個(gè)管理層級(jí)，X 指導(dǎo)師組，各級(jí)之間具有遞進(jìn)包含 關(guān)系（見圖3）。其中區(qū)域管理由實(shí)驗(yàn)中心承擔(dān)，為了使有限的專業(yè)管理人力資源覆蓋到全院，實(shí)驗(yàn)中心采用模塊分工合作制，即將學(xué)院所有場(chǎng)地劃分成若干模塊區(qū)域，將實(shí)驗(yàn)室主要工作梳理成若干模塊事務(wù)單元，每位專職教師負(fù)責(zé)其中一個(gè)區(qū)域和一個(gè)單元的統(tǒng)籌管理，而實(shí)驗(yàn)中心主任負(fù)責(zé)調(diào)配各區(qū)域間的分工協(xié)作。對(duì)于房間管理，各個(gè)實(shí)驗(yàn)室按照專業(yè)特點(diǎn)和人員構(gòu)成差異制定個(gè)性化的管理規(guī)則，以“誰管理、誰負(fù)責(zé)，誰使用、誰負(fù)責(zé)”為原則，由實(shí)驗(yàn)專職或相關(guān)教師組織日常運(yùn)行管理。對(duì)于設(shè)備管理，特別是大型精密儀器則由學(xué)院統(tǒng)一定崗管理，指定具體教師負(fù)責(zé)這些設(shè)備全生命周期的運(yùn)行與維護(hù)。此外，導(dǎo)師組是各級(jí)管理的最小單位，導(dǎo)師是責(zé)任主體，需要對(duì)組內(nèi)成員的活動(dòng)全面負(fù)責(zé)。

圖3 3+X 組織分層責(zé)任管理體系

在該責(zé)任管理體系中，實(shí)驗(yàn)中心上傳下達(dá)扮演樞紐角色；通過區(qū)域管理形式將校院方針落實(shí)到學(xué)院各層，同時(shí)將運(yùn)行中出現(xiàn)的問題形成建設(shè)方案反饋給學(xué)院。此外，通過這種自上而下的層級(jí)責(zé)任管理，實(shí)現(xiàn)每個(gè)區(qū)域、每個(gè)房間、每套設(shè)備、每個(gè)事件都有具體人員負(fù)責(zé)，并通過自下而上的執(zhí)行響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室軟硬實(shí)力的不斷加強(qiáng)，形成“落實(shí)—反饋—建設(shè)”的閉環(huán)組織機(jī)構(gòu)。

3.2 流程式規(guī)章制度體系

科學(xué)完善的制度體系是保障實(shí)驗(yàn)室安全開放的前提。學(xué)院在貫徹上級(jí)要求的同時(shí)，以風(fēng)險(xiǎn)控制為導(dǎo)向，在不同級(jí)別、不同區(qū)域、不同事物之間建立了院級(jí)實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)章制度（見表1），對(duì)人的安全行為、物的安全狀態(tài)、環(huán)境的安全因素等確定具體要求。此外，規(guī)章制度在內(nèi)容上強(qiáng)調(diào)流程化，其目標(biāo)使每位使用者能夠具備較為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，以便指導(dǎo)行為，以及描述和處理問題，從而實(shí)現(xiàn)單個(gè)實(shí)驗(yàn)室以及跨學(xué)科多個(gè)實(shí)驗(yàn)室使用過程的安全性、規(guī)范性和高效性。

表1 院級(jí)實(shí)驗(yàn)室管理規(guī)章制度

3.3 嵌套式培訓(xùn)體系

安全教育培訓(xùn)是風(fēng)險(xiǎn)管理的基本法則，為此，構(gòu)建了嵌套式的培訓(xùn)服務(wù)體系（見圖4），其越外層的培訓(xùn)受眾面越廣，內(nèi)容越寬泛；越內(nèi)層的培訓(xùn)面向人群越少，越強(qiáng)調(diào)個(gè)性化，及專業(yè)化。該體系運(yùn)行目標(biāo)是在保障使用者全面接受基礎(chǔ)安全常識(shí)、制度、技能等方面培訓(xùn)的同時(shí)，也能夠充分考慮場(chǎng)景、項(xiàng)目和實(shí)驗(yàn)人員的個(gè)性差異，有針對(duì)性地進(jìn)行入室或?qū)ｍ?xiàng)訓(xùn)練，做到因房間、因項(xiàng)目、因人員而異。此外，在各層級(jí)培訓(xùn)中，以“觀看演示+動(dòng)手實(shí)訓(xùn)”的模式為主提高培訓(xùn)效果。而對(duì)于精密或貴重儀器設(shè)備，則采用基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)開發(fā)的仿真系統(tǒng)進(jìn)行培訓(xùn)，達(dá)到即提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性，又保護(hù)設(shè)備的雙重功效。

圖4 嵌套式培訓(xùn)服務(wù)體系

3.4 積分制考評(píng)體系

為了保障組織機(jī)構(gòu)、規(guī)章制度以及培訓(xùn)體系在實(shí)驗(yàn)室開放運(yùn)行中的有效貫徹落實(shí)，建立了兩套考核方案。其一是考試制，每一層級(jí)的安全培訓(xùn)配有相應(yīng)的筆試或者實(shí)操考試，提高入室或設(shè)備獲準(zhǔn)使用的門檻值。其二是名譽(yù)積分制，在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中參考交規(guī)扣分標(biāo)準(zhǔn)，制定詳細(xì)的獎(jiǎng)罰規(guī)定。使用人在通過基礎(chǔ)的培訓(xùn)考試后將獲得原始12 分，隨后在實(shí)驗(yàn)過程中的不良行為將被扣分，受到警告、通告、再考試等不同程度的教育，同時(shí)名譽(yù)積分還與學(xué)生的獎(jiǎng)學(xué)金和教師的績(jī)效直接相關(guān)。相反，如果對(duì)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行提出有效建議、參與管理或者避免事故發(fā)生者則獲得獎(jiǎng)勵(lì)積分，在每學(xué)期末高積分獲得者將得到物質(zhì)和名譽(yù)獎(jiǎng)勵(lì)。

4 實(shí)驗(yàn)室安全開放的技術(shù)支撐

學(xué)院積極推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的信息化實(shí)驗(yàn)管理平臺(tái)建設(shè)，利用計(jì)算機(jī)、智能芯片、視頻監(jiān)控以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)為實(shí)驗(yàn)室安全開放的流程化管理提供強(qiáng)有力的支撐。院級(jí)實(shí)驗(yàn)室開放綜合信息管理平臺(tái)如圖5 所示。實(shí)驗(yàn)室中心擁有信息平臺(tái)的最高權(quán)限，同時(shí)負(fù)責(zé)使用人、負(fù)責(zé)人和儀器設(shè)備等數(shù)據(jù)庫(kù)的動(dòng)態(tài)更新和維護(hù)。在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行中，實(shí)驗(yàn)中心基于統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)將預(yù)約權(quán)限下放給負(fù)責(zé)人庫(kù)中的對(duì)應(yīng)教師，而申請(qǐng)人必須同時(shí)滿足“培訓(xùn)、考核和信譽(yù)積分”三方面條件才能進(jìn)入使用人資質(zhì)庫(kù)名單，才具有預(yù)約資質(zhì)。申請(qǐng)人在線預(yù)約成功后，通過智能門禁系統(tǒng)和電源控制器，可在預(yù)約時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行自助式的科研、教學(xué)等活動(dòng)，并由智能視頻終端進(jìn)行過程監(jiān)控。此外，管理平臺(tái)還具有信息共享與交互功能，如在設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)中全面動(dòng)態(tài)記錄每臺(tái)設(shè)備從采購(gòu)到報(bào)廢全生命周期的信息，包含設(shè)備檔案、培訓(xùn)資料、使用記錄、支撐科研與教學(xué)項(xiàng)目等，庫(kù)中信息全面開放。通過上述信息管理平臺(tái)的建設(shè)，突破了人力管理的局限，方便了師生更靈活的錯(cuò)峰使用，同時(shí)便于師生了解和學(xué)習(xí)使用現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)資源，做到物盡其用，避免重復(fù)采購(gòu)。

圖5 院級(jí)實(shí)驗(yàn)室開放綜合管理信息平臺(tái)

5 結(jié)語

面向不斷涌現(xiàn)的發(fā)展機(jī)遇，BME 實(shí)驗(yàn)室正向更加開放、多元、綜合、智能方向發(fā)展[15]，而全國(guó)高校實(shí)驗(yàn)室發(fā)生的安全事故[16]，則警示出實(shí)驗(yàn)室安全管理與高校實(shí)驗(yàn)室發(fā)展在一定程度上相互脫節(jié)。本文借鑒PDCA 全面質(zhì)量管理循環(huán)理論，通過建立“3+X”這種自上而下的層級(jí)責(zé)任管理，實(shí)現(xiàn)了自助式實(shí)驗(yàn)室柔性開放管理體系；同時(shí)通過自下而上的執(zhí)行響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了“落實(shí)—反饋—建設(shè)”循環(huán)式閉環(huán)運(yùn)行機(jī)制。此外，制度、培訓(xùn)、考核體系和實(shí)驗(yàn)室管理信息平臺(tái)建設(shè)則實(shí)現(xiàn)了人防、物防、技防三位一體的實(shí)驗(yàn)室安全保障，尤其是榮譽(yù)積分的規(guī)定激發(fā)了使用人員的安全責(zé)任意識(shí)，在實(shí)驗(yàn)室營(yíng)造出規(guī)范化與流程化的安全氛圍。近兩年，通過以上理念的實(shí)施，實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行效率和安全意識(shí)顯著提升，不良事件的發(fā)生率降低，軟硬件條件及安全保障設(shè)施逐年完善，開放程度能夠隨需求自動(dòng)調(diào)節(jié)，為高水平人才培養(yǎng)和一流學(xué)科建設(shè)提供了強(qiáng)有力的支撐。