基于TOPSIS的高校工科實驗室安全評價①

曹以，趙璐，龍訓(xùn)建，李洪濤，萬里

1.四川大學(xué) 水利水電學(xué)院，成都 610065；2.西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400715

高校承載著為社會發(fā)展和科技進步培養(yǎng)輸送人才的重要使命，實驗室是高校重要的實踐教學(xué)基地，是高校開展實驗教學(xué)、科學(xué)研究和社會服務(wù)的重要場所和窗口[1-2]． 在我國高校實驗室建設(shè)迅速發(fā)展的過程中，安全問題卻是一個容易被忽視的問題，實驗室安全事故頻頻發(fā)生[3-4]．

我國在高校實驗室的安全體系構(gòu)建和安全制度建設(shè)中，還存在諸如安全意識淡薄、安全教育投入不足、安全基礎(chǔ)設(shè)施不完善、安全管理制度不全面等問題[5]． 如何通過構(gòu)建一套科學(xué)的安全評價指標體系，客觀評價高校實驗室的安全級別，從而提供切實可行的整改方案，有效地排除安全隱患，是現(xiàn)今實驗室管理工作值得研究和探索的問題[6]．

實驗室涉及多種安全因素，每個因素重要性的大小又各有不同． 本文在分析和總結(jié)實驗室安全管理相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，針對高校工科實驗室安全管理的特點，從管理制度、環(huán)境安全管理、電氣安全和機械安全4個方面構(gòu)建了實驗室安全評價指標體系，采用主觀權(quán)重和客觀權(quán)重相結(jié)合的綜合賦權(quán)法確定評價指標權(quán)重，然后通過TOPSIS(Technique for Order Preference by Similarity to an Ideal Solution)法對某高校工科學(xué)院的實驗室安全進行評價[7]，最終得出的評價結(jié)果可為實驗室安全方面的改進與提高指明方向．

1 工科實驗室安全評價指標體系構(gòu)建

構(gòu)建正確的實驗室安全評價指標體系是實驗室安全評價關(guān)鍵性的一步，直接決定了實驗室安全管理評價的結(jié)果和成效，合理地選取實驗室安全評價指標可提高實驗室安全管理評價的準確性和科學(xué)性．

首先，指標的選取應(yīng)體現(xiàn)被評價實驗室的安全管理內(nèi)容并符合客觀實際情況． 如本文評價的某高校工科實驗室，主要是以力學(xué)指標、工程材料、巖土性質(zhì)等為主的實驗室，并不包含化學(xué)化工類和生物醫(yī)學(xué)類實驗室，所以評價指標體系中也不出現(xiàn)此兩類指標． 其次，所選指標應(yīng)兼顧實驗室的通用性及所有實驗室都應(yīng)具備的安全指標，如：安全管理制度建設(shè)、安全教育與培訓(xùn)、實驗室環(huán)境安全、電子電氣安全． 第三，突出大型力學(xué)設(shè)備安全指標． 通常測試力學(xué)性能和工程材料等的設(shè)備都屬于大型機械設(shè)備，自重和施力范圍相對較大，指標中應(yīng)有專門的安全項目對大型機械設(shè)備所產(chǎn)生的安全隱患進行防護．

根據(jù)以上原則，本文從管理制度、環(huán)境安全管理、電氣安全和機械安全4個方面選擇12個指標構(gòu)建了實驗室安全評價指標體系(表1)．

表1 實驗室安全評價指標體系

10位老師和學(xué)生代表被邀請對某高校工科學(xué)院的6個實驗室(建材實驗大廳、壓力試驗機室、MTS815力學(xué)測試系統(tǒng)實驗室、土工檢測室、聲學(xué)與振動實驗室、河工水力學(xué)儀器室)的指標層進行定量評價，其中90，80，60，50，40分對應(yīng)優(yōu)、良、中、差、劣級別，各項指標值詳見表2．

表2 某高校工科學(xué)院6個實驗室安全評價指標值

2 研究方法

2.1 權(quán)重確定

權(quán)重反映了評價指標對整體方案的影響程度，是實驗室安全評價中非常重要的內(nèi)容． 目前，確定指標權(quán)重主要有兩種方法：主觀權(quán)重法和客觀權(quán)重法． 主觀權(quán)重法是通過決策者或?qū)＜业慕?jīng)驗和知識來確定權(quán)重，包括專家咨詢法、層次分析法等． 而客觀權(quán)重法是應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)的方法，利用數(shù)據(jù)本身決定權(quán)重，包括信息熵法、主成份法等[8]． 本文采用主觀權(quán)重和客觀權(quán)重相結(jié)合的綜合賦權(quán)法來確定各評價指標的權(quán)重．

2.1.1 層次分析法

層次分析法(The Analytic Hierarchy Process，AHP)是由美國運籌學(xué)者Saaty最早提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多目標評價決策方法，其基本思路是決策者通過將復(fù)雜問題分解為若干層次和要素，在各要素之間簡單地進行比較判斷和計算以獲得不同要素和不同待選方案的權(quán)重，具體計算步驟見參考文獻[9]．

2.1.2 熵權(quán)法

假定有n個待評價對象，m個評價指標，則該評價體系就可用初始評價矩陣：X=(xij)m×n，利用熵權(quán)法獲取評價指標權(quán)重的詳細步驟[10]如下：

首先對初始指標數(shù)據(jù)進行標準化處理：設(shè)各指標數(shù)據(jù)標準化后的值為Yij，則有：

(1)

然后計算各指標的信息熵值：第j組指標數(shù)據(jù)的信息熵值為

(2)

最后計算指標權(quán)重向量：

(3)

2.1.3 綜合權(quán)重法

將上述兩種方法計算的權(quán)重結(jié)果對應(yīng)第j個指標權(quán)重相乘，并歸一化處理得到組合權(quán)重ωj，歸一化公式為

(4)

式中：αj，βj分別為利用AHP層次分析法和熵權(quán)法確定的第j個指標的權(quán)重．

2.2 TOPSIS法

TOPSIS意為“逼近理想解排序方法”，是HWANG等[11]于1981年提出的一種適用于多項指標、多個方案比較選擇的分析方法，依據(jù)評價對象與理想化目標相對貼近度的大小進行排序，判斷評價對象相對優(yōu)劣的評價方法，具體計算步驟如下[12]：

1)建立決策矩陣．

設(shè)實驗室安全的原始評價指標矩陣為

(5)

其中：Z為初始評價矩陣；Zij為第i個實驗室第j個指標的初始值；i=1，2，…，m，m為參評的實驗室數(shù)量，j=1，2，…，n，n為指標數(shù)．

2)構(gòu)建標準化決策矩陣V=(vij)m×n．

(6)

式中：vij為第i個實驗室第j個指標的標準化值．

3)構(gòu)建加權(quán)決策矩陣． 將矩陣V與指標權(quán)重相乘，得加權(quán)標準化決策矩陣：

rij=ωjvij

(7)

式中：ωj為每個指標權(quán)重，由綜合權(quán)重法確定．

(8)

(9)

式中：J1為效益性指標；J2為成本性指標．

5)確定各個指標與正、負理想解的距離，距離計算的方法較多，采用歐氏距離計算公式：

(10)

(11)

6)各方案與理想解的相對貼近程度及方案決策

(12)

式中：根據(jù)εi值的大小對實驗室安全Mi排序，εi越大則實驗室安全Mi越接近理想解，項目越優(yōu)，反之，實驗室安全越差．

3 實驗室安全評價指標權(quán)重的確定

根據(jù)AHP法分別確定準則層及其對應(yīng)的指標層的主觀權(quán)重，最終確定各個指標的最終主觀權(quán)重(表3)，根據(jù)熵權(quán)法確定各指標層指標的客觀權(quán)重，根據(jù)公式(4)得到各指標的綜合權(quán)重，詳見表3．

從表3可以看出，綜合權(quán)重最大的3個指標分別為A11，A21和A33． 其中，A11指標是從安全管理制度的建立出發(fā)，對所有類型的高校實驗室進行宏觀剛性規(guī)定． 無論是機械類、生物醫(yī)學(xué)類、化學(xué)化工類、電子電氣類實驗室，只要養(yǎng)成良好的安全習(xí)慣，嚴格按照正確的安全管理制度執(zhí)行，就可以大大降低安全事故率．A21則是一個實驗室基本面貌的體現(xiàn)，布局不合理、臟亂差的實驗室存在潛在安全隱患的可能性大大增加． 而A33為電氣安全類最重要的一個指標，也是高校實驗室出現(xiàn)安全事故最常見的原因． 四川省某高校曾經(jīng)連續(xù)發(fā)生幾起實驗室火災(zāi)，皆是因為電源和電線出現(xiàn)問題而引起，造成了實驗數(shù)據(jù)和實驗設(shè)備的巨大損失． 而A22，A43等指標屬于有條件的實驗室應(yīng)當配備的安全措施，所以權(quán)重相對較低．

表3 高校實驗室安全各指標權(quán)重

4 實驗室安全評價結(jié)果

實驗室安全評價所有指標均為效益型指標，即指標值越大越好，由式(8)、式(9)計算正負理想解，再由式(10)、式(11)、式(12)計算各實驗室與正負理想解的距離S+，S-及相對貼近度εi，依據(jù)相對貼近度εi的大小對各實驗室安全進行排序，結(jié)果見表4．

表4 高校實驗室安全評價結(jié)果

由表4可以看出在這6大實驗室中，安全評價結(jié)果最好的是MTS815力學(xué)測試系統(tǒng)實驗室，隨后依次是壓力試驗機室、建材實驗大廳、聲學(xué)與振動實驗室、土工檢測室和河工水力學(xué)儀器室，評價結(jié)果與實際情況比較符合． 以MTS815力學(xué)測試系統(tǒng)實驗室為例，其安全制度的建立、實驗室環(huán)境與布局、電器電路安全等重要指標得分較高，從而排名第一． 而排名最后的河工水力學(xué)儀器室在重要指標得分并不很高的前提下，在突發(fā)事件應(yīng)急預(yù)案、安全隱患整改制度，安全知識與措施培訓(xùn)等方面也比較欠缺．

總體來看，該學(xué)院的實驗室安全評價在全國高校屬于中上水平，作為傳統(tǒng)的工科高等院校，該學(xué)院的實驗室在管理制度、機械安全方面都比較完善，防火設(shè)施齊備，安裝了網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控功能的門禁系統(tǒng)等防盜措施． 在保持優(yōu)勢的同時，通過本文的科學(xué)評價方法，找出各個實驗室的不足并改進，能更好地完善實驗室安全制度．

5 結(jié)束語

針對普通高校工科實驗室安全管理的特點，本文從管理制度、環(huán)境安全管理、電氣安全和機械安全4個方面選擇12個評價指標構(gòu)建了實驗室安全評價指標體系． 采用AHP法和熵權(quán)法相結(jié)合的綜合賦權(quán)法確定每個評價指標的綜合權(quán)重，通過TOPSIS法對某高校工科學(xué)院6個實驗室的安全進行了排序，評價結(jié)果與實際情況較為符合，本文提出的基于綜合賦權(quán)的TOPSIS評價法可科學(xué)、規(guī)范地對高校實驗室進行安全管理提供依據(jù)和保障．