實驗室安全與風險評估常用方法討論

馬達開工程師 尹 洧高級工程師

(1.北京中晟環(huán)科環(huán)?？萍加邢薰荆本?100041；2.北京市化學工業(yè)研究院，北京 100084)

0 引言

實驗室工作內(nèi)容主要為教學、科研、小試、分析化驗和產(chǎn)品檢驗等，其特點是使用的化學品種類多，數(shù)量相對較少，儀器設(shè)備較多(包括前處理及污染治理設(shè)備)，有時還涉及到氣體鋼瓶(如氫氣、乙炔等)，存在安全風險，若管理不善就有可能發(fā)生實驗室安全事故，據(jù)中國教育科學研究院統(tǒng)計，目前我國75所教育部直屬高校擁有實驗室4 029個，開展實驗數(shù)量14萬個，累計實驗時間400多萬小時?；瘜W實驗室還涉及到合成、聚合、裂化、加氫等多種類型的化學反應，各類實驗過程中也會涉及到一些危險設(shè)備，如高壓反應釜、壓力滅菌器、輻射源或輻射裝置等。有些化學實驗室還需使用劇毒、易制毒化學品等高風險物品，科研人員與危險化學品和高風險儀器設(shè)備高頻率接觸，若不注意的話，就有可能引發(fā)灼傷、火災、爆炸、中毒等各種事故。因此，對實驗室進行相關(guān)安全風險管理勢在必行。

1 實驗室危險化學品安全管理

危險化學品的使用和儲存是實驗室風險的主要產(chǎn)生環(huán)節(jié)。北京市質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局、林芝市質(zhì)量協(xié)會發(fā)布的《實驗室危險化學品安全管理規(guī)范》都規(guī)定了實驗室危險化學品安全管理在人員、制度、設(shè)施設(shè)備、使用管理、儲存、廢棄化學品處置和應急管理等方面的要求。2018年，北京市又在原規(guī)范基礎(chǔ)上分為2個部分：第1部分：工業(yè)企業(yè)，第2部分：普通高等學校。

對比2015年版，針對工業(yè)企業(yè)的新版第1部分中，作了一些變動，刪除“術(shù)語和定義”，增加對實驗室專(兼)職安全員主要職責的規(guī)定，明確對外來實習和短期工作人員培訓的重點和應達到的目標，增加對氣瓶和管線安全管理制度的要求，明確對不同類型廢氣的處理方法，對實驗室洗眼器和淋洗器的設(shè)置提出要求，增加對氣瓶標志的管理要求，對樣品管理時記錄內(nèi)容及留樣的要求，對通風柜通風系統(tǒng)維護的要求，氣瓶存放時的要求，增加安全檢查內(nèi)容，增加危險化學品儲存時無須適用隔離要求的條件要求，修改實驗室內(nèi)單一包裝容器大小，增加對實驗臺上易燃液體存放限量的規(guī)定及危險化學品的其他儲存要求。

針對普通高等學校的新版第2部分，由北京石油化工學院、北京市安全生產(chǎn)工程技術(shù)研究院等單位起草，由北京市安全生產(chǎn)監(jiān)督管理局和北京市教育委員會組織實施。結(jié)合高等學校特點，普通高等學校需要有職能部門具體負責本校危險化學品安全管理的規(guī)劃、制度建設(shè)、日常管理和培訓考核等工作；涉及使用危險化學品的二級院系(或單位)需有相應的管理機構(gòu)或?qū)Ｂ毴藛T來負責本部門危險化學品的安全管理工作，各實驗室需有專職或兼職人員負責危險化學品的日常管理工作。從制度方面來說，普通高等學校和有關(guān)二級院系(或單位)應制定實驗室的安全管理制度、編制相應的實驗和設(shè)備的安全操作規(guī)程。

2 實驗室安全風險評估方法

實驗室的實驗過程可能涉及各種物理、化學、生物反應，有許多實驗數(shù)據(jù)是不可控制的，會出現(xiàn)極大的未知性和突發(fā)性，特別是物理、化學等專業(yè)性實驗，涉及到一些危險因素，發(fā)生突發(fā)事件的可能性比較大，也有可能引發(fā)嚴重事故。傳統(tǒng)實驗室安全風險評估方法使用理論數(shù)據(jù)和人為實踐數(shù)據(jù)相結(jié)合方式，進行風險評估。但這種評估會出現(xiàn)一定偏差，最終導致理論數(shù)據(jù)與實踐數(shù)據(jù)相違現(xiàn)象。

對于實驗室風險評估尚無具體標準，原環(huán)境保護部出臺過《企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風險分級方法》，此風險分級方法基于矩陣法，以風險物質(zhì)數(shù)量與臨界量比值(

Q

)、生產(chǎn)工藝過程與環(huán)境風險控制水平(

M

)和環(huán)境風險受體敏感程度(

E

)構(gòu)成企業(yè)突發(fā)環(huán)境事件風險分級矩陣表，通過計算來確定企業(yè)的環(huán)境風險等級(共分為一般環(huán)境風險、較大環(huán)境風險和重大環(huán)境風險3個等級)。但用此標準來進行實驗室風險評估時，會發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)實驗室風險物質(zhì)的最大儲存量基本上都在1t以下，除少數(shù)風險較大的物質(zhì)臨界量在0.25t和0.5t(這些物質(zhì)在實驗室的儲量均被嚴格管控，儲存量遠在臨界量之下)之外，大多數(shù)風險物質(zhì)的臨界量都在1t以上，故絕大多數(shù)實驗室涉氣和涉水風險

Q

計算值都小于1，可以直接判斷為一般環(huán)境風險等級，對于同為一般風險的實驗室來說，其環(huán)境風險程度還是有差別的，但應用此標準就難以體現(xiàn)出來。

目前實驗室風險評估常用方法有矩陣法、量規(guī)法(Gauge Method)、風險樹法、層次分析法、LEC法(作業(yè)條件危險性評價法)、大數(shù)據(jù)法等，可以根據(jù)各實驗室具體情況選擇適當方法對實驗室風險進行評估。

(1)風險矩陣法，指按照實驗室風險發(fā)生的可能性和風險發(fā)生后果的嚴重程度，將風險繪制在矩陣圖中，以矩陣的方式對風險進行研判。根據(jù)風險等級，采取相應控制措施。

矩陣法中的風險矩陣為管理者提供了可視化的風險等級識別工具。此方法在應用中需要對風險重要性等級標準、風險發(fā)生可能性、后果嚴重程度等做出主觀判斷，可能影響使用的準確性。

另外10例患者均接受MRI掃描診斷，使用超導型MR掃描診斷儀，頸部線圈總共有8道，釓雙胺作為MRI掃描對比劑，0.1mmol/kg的釓雙胺總藥物劑量為2.0ml/s，從患者的肘正中靜脈處注入。

(2)量規(guī)評價法，是通過評估標準來進行評分，在設(shè)計實驗室安全評估量規(guī)時，針對影響實驗室安全風險的各因素及各因素在實驗室安全風險中的具體體現(xiàn)和作用，列出評估標準，對各標準進行描述，從而設(shè)計出實驗室安全風險評估量表。使用量規(guī)評價法對化學實驗室安全評估時，可以及時、準確地了解實驗室的安全狀況，并根據(jù)評估結(jié)果找出存在的安全風險隱患，研究應對方案。量規(guī)評價法的優(yōu)點是評價主體范圍廣、可操作性強。其缺點是過于靈活，不同的評價者對評價結(jié)果的影響比較大。

(3)風險樹法，是以圖解的形式將實驗室風險按層次予以分解，最后找到實驗室所承受風險的具體形態(tài)。再通過頭腦風暴法收集實驗室的風險因素，對收集到的風險因素進行分類整理，構(gòu)建風險樹將其形象化地表示出來，對風險樹的最小風險因子進行評估，取平均值作為最終得分，再對風險因子權(quán)重進行評估，其中各個專家對風險因子的權(quán)重評分要使得占其上一層父因子的權(quán)重之和為1，然后取其平均值作為最終權(quán)重，最終得出實驗室風險的評估值，進而對得出的風險評估值進行等級劃分。風險樹可以很好地描述一個復雜的系統(tǒng)或加工過程，有助于發(fā)現(xiàn)內(nèi)在風險。可以用于考察系統(tǒng)變化的敏感性，確定系統(tǒng)中哪些部分對風險的影響最大。但是要掌握該技術(shù)并使用其進行研究需要大量時間。

(4)層次分析法，是以數(shù)字形式進行處理與表達，將決策者的主觀判斷進行量化處理，把復雜問題層次化和簡單化，并利用層次分析細節(jié)，通過定量數(shù)據(jù)為決策者提供依據(jù)，這是一種能夠處理不易量化問題的評估方法。層析分析法是把需要決策的問題看成一個大系統(tǒng)，它是由若干個影響因素組合而成，且影響因素相互之間存在著關(guān)聯(lián)與制約，根據(jù)這些因素與因素之間的隸屬關(guān)系可以組成一個層析結(jié)構(gòu)，再通過相關(guān)數(shù)學計算，將這些因素層次進行排序，最后將排序的結(jié)論作為決策依據(jù)。

采用事故樹—層析分析法對高校實驗室的火災風險進行評估，是綜合采用2種方法進行安全風險評價的范例。層次分析法把研究對象作為一個系統(tǒng)分析，可用于對無結(jié)構(gòu)特性及多目標、多準則、多時期等系統(tǒng)的評價。簡潔實用容易讓決策者掌握，所需定量數(shù)據(jù)信息較少。其缺點是不能為決策提供新方案，定量數(shù)據(jù)較少，定性成分多，結(jié)果不易令人信服，當指標過多時，數(shù)據(jù)統(tǒng)計量大，權(quán)重難以確定，特征值和特征向量的精確求法比較復雜。

(5)LEC法，是利用與系統(tǒng)風險相關(guān)的3個因素(

L

、

E

和

C

，分別代表事故發(fā)生的可能性、暴露在危險環(huán)境中的頻繁程度和事故造成的嚴重程度)之積(

D=L

×

E

×

C

，

D

表示危險性)來評價系統(tǒng)風險的大小。在LEC法評估中，乘積

D

值表明危險性的大小，當

D

值越大，說明系統(tǒng)危險性越大，當

D

值大到一定程度時，就需要進行風險規(guī)避、優(yōu)化和轉(zhuǎn)移等風險處理，直至將風險調(diào)整到允許范圍內(nèi)。LEC法的優(yōu)點是簡便、實用、適用范圍廣。其缺點為易受分析人員主觀影響較大。

(6)基于大數(shù)據(jù)的實驗室安全風險評估方法，是利用大數(shù)據(jù)的堆積性進行數(shù)據(jù)填充，使用過程中出現(xiàn)的數(shù)據(jù)躍遷性采用肯特指數(shù)法(Kent Index)進行改進，實現(xiàn)實驗室安全風險評估。通過模擬使用環(huán)境進行仿真實驗來驗證設(shè)計方法的有效性，結(jié)果表明，設(shè)計的評估方法可對實驗室進行高精度的安全風險評估。采用大數(shù)據(jù)法能夠更好地評估安全風險中的不確定性和未知性，海量數(shù)據(jù)在決策過程中可以起到數(shù)據(jù)參考和信息參評的作用，將預先已知的事件用數(shù)據(jù)形式進行概率和條件的轉(zhuǎn)換，通過改進評估方法對整體框架進行設(shè)計，導入大數(shù)據(jù)，對肯特指數(shù)法進行改進，通過建立實驗室安全風險評估體系，來實現(xiàn)對實驗室的安全風險評估。大數(shù)據(jù)法的實驗室風險評估流程，如下圖。

圖 大數(shù)據(jù)法實驗室風險評估流程Fig. Risk assessment process of big data method for laboratory

通過大數(shù)據(jù)引入和肯特指數(shù)優(yōu)化，就能夠?qū)崿F(xiàn)實驗室安全風險評估。首先對硬性指標、非控指標和人為指標這3項指標進行確認。其中硬性指標是由實驗室自身配備得出的，與評估流程及方法無關(guān)，非控指標在計算中是一個集合量，由突發(fā)事件形成。在大量數(shù)據(jù)的堆砌下，通過體系數(shù)據(jù)的變化，可能性數(shù)據(jù)變化可以說明該方法在適用度上具有較高的有效性。精度較高，耗時短是該方法的最大優(yōu)勢。但是對評估人員的要求較高，需要專業(yè)人員評估。

3 結(jié)論

在進行各種科學實驗和檢測分析過程中，危險化學品的使用和儲存都會存在一定風險。不同實驗室存在的安全風險隱患類型不同，因此，需要對各類實驗室的風險進行科學評估，制定出有針對性的預防措施和應急預案，降低實驗室的風險?？筛鶕?jù)各個實驗室的具體情況選擇適當?shù)娘L險評估方法。通過比較幾種常用評估方法可以看出：

(1)矩陣法、量規(guī)法和LEC法都具有簡單、易掌握、運用靈活的特點，但是這幾種方法最大的缺點是在評估過程中主觀判斷多，影響評估結(jié)果。

(2)風險樹法和層次分析法略復雜，在使用中的優(yōu)點也更明顯，風險樹法利于發(fā)現(xiàn)內(nèi)在風險，層次分析法可以做出詳細的系統(tǒng)分析，但風險樹法不易掌握，層次法提不出新的方案，定性多于定量。

(3)基于大數(shù)據(jù)的實驗室安全風險評估，雖然對評估人員的要求較高，但是其嚴格的評估流程、基于大數(shù)據(jù)的量化結(jié)果，實驗室的風險評估更高效精準。未來的實驗室評估可以推廣使用，可以采用第三方評估機構(gòu)介入、專業(yè)人員評估的方式，評估結(jié)果更客觀、公正。