實驗室安全事故關(guān)鍵風(fēng)險因素識別模型的構(gòu)建

啜鵬杰， 賈 哲， 柳培忠， 黃偉鵬， 林暉平， 黃富貴

（1.華僑大學(xué)a.實驗室與設(shè)備管理處；b.工學(xué)院，福建泉州 362021；2.華僑大學(xué)制造工程研究院，福建 廈門 361021）

0 引言

隨著我國對高?？蒲心芰凹夹g(shù)創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重視，實驗室發(fā)展與建設(shè)逐漸成為高校教學(xué)研究和國家創(chuàng)新發(fā)展的立足之本。然而，實驗室安全事故時有發(fā)生，這既對教師和學(xué)生的生命健康造成一定沖擊，也對國家及人民的財產(chǎn)造成了巨大的損失，因此實驗室安全建設(shè)與管理也成為當(dāng)下關(guān)注的核心問題之一。啜鵬杰等［1］利用層次分析法（AHP）建立實驗室安全風(fēng)險評價體系，建立一種基于主成分分析（PCA）、遺傳算法（GA）和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（BP）相結(jié)合的實驗室安全風(fēng)險評價模型；席海濤等［2］針對實驗室安全管理實際提出了實驗室安全管理全口徑準(zhǔn)入機制；李江等［3］對實驗室安全管理責(zé)任追究與隱患消除機制進行了研究；劉凱源［4］通過構(gòu)建人員不安全行為模式數(shù)據(jù)集，建立了基于C3D的人員不安全行為模式識別模型，并對模型性能進行了評估；劉音等［5］利用G1-熵權(quán)法對化工實驗室安全等級進行了可拓性評價。雖然當(dāng)前有關(guān)于高校實驗室安全建設(shè)與管理的研究逐漸增多，但目前關(guān)于高校實驗室安全風(fēng)險因素識別模型的構(gòu)建相關(guān)方面的研究還較少。本文通過對160 起實驗室安全事故風(fēng)險原因進行統(tǒng)計，并進行耦合發(fā)生的概率分析、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析及中心度分析建立NK-SNA實驗室安全事故風(fēng)險因素識別模型，以期為實驗室安全管理和風(fēng)險因素識別提供理論基礎(chǔ)和參考依據(jù)。

1 實驗室安全事故關(guān)鍵風(fēng)險因素評價體系的構(gòu)建

1.1 實驗室事故統(tǒng)計分析

高校實驗室既是師生教學(xué)、交流的場所，也是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的搖籃。然而，隨著科研項目增多及科研水平提高，實驗室的安全事故時常出現(xiàn)。通過對2001 ～2022 年高校、企業(yè)和研究院實驗室安全事故進行統(tǒng)計（見圖1）發(fā)現(xiàn)，160 起實驗室安全事故共造成22 人死亡，196 人受傷。其中2006 ～2015 實驗室安全事故發(fā)生的次數(shù)較多，隨后總體呈遞減趨勢，這和葉元興等［6］的調(diào)查一致。通過調(diào)查分析發(fā)現(xiàn)，實驗室安全事故發(fā)生次數(shù)的減少及傷亡人數(shù)的降低主要與國家越來越重視實驗室安全管理并陸續(xù)出臺相關(guān)制度、管理辦法，教育部也逐步加強實驗室安全監(jiān)管力度，開展實驗室安全檢查等因素有關(guān)。

圖1 2001 ～2022年實驗室安全事故統(tǒng)計分析

1.2 實驗室事故發(fā)生類型及原因

對160 起實驗室安全事故類型進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)（見圖2），發(fā)生火災(zāi)事故約占43%，傷亡比例約為13%；爆炸事故約占31%，傷亡比例約為46%；中毒事故約占為14%，傷亡比例約為16%；氣體泄漏和觸電事故分別占6%和4%，且未造成人員傷亡；由此可知發(fā)生火災(zāi)和爆炸是導(dǎo)致實驗室事故和造成人員傷亡的主要類型，這是因為實驗室中存放大量易燃、易爆、有腐蝕性的化學(xué)藥品和氣體［7］，操作不慎、違規(guī)操作、電路老化或?qū)嶒炇野踩芾聿坏轿坏纫蛩貥O易導(dǎo)致火災(zāi)和爆炸事故的發(fā)生。如2005 年1 月，南京某大學(xué)1 名學(xué)生在實驗過程中因意外觸電導(dǎo)致身亡；2012 年2月，南京某大學(xué)發(fā)生甲醛泄漏事故，由于處理及時未造成人員傷亡；2016 年1 月，北京某大學(xué)因電路老化導(dǎo)致存放化學(xué)藥品的冰箱發(fā)生自燃，進而引發(fā)火災(zāi)［8］；2018 年12 月，北京某大學(xué)因攪拌機轉(zhuǎn)軸處金屬碰撞產(chǎn)生火花導(dǎo)致鎂粉爆炸，造成3 名學(xué)生死亡［9］；2022年4 月，長沙市某大學(xué)發(fā)生一起爆燃事故，導(dǎo)致1 名博士生受傷。這些事故的發(fā)生不僅給老師和學(xué)生的身體帶來了傷害，也對國家財產(chǎn)造成了一定損失，對于這些事故發(fā)生的原因我們應(yīng)進行深入分析探究，以避免類似事件再次發(fā)生。

圖2 160起實驗室安全事故發(fā)生次數(shù)及類型分布

對實驗室安全事故發(fā)生的原因進行分析發(fā)現(xiàn)，操作不當(dāng)占比最高（約占40%），是導(dǎo)致事故發(fā)生的主要原因，其次為化學(xué)藥品使用（約占25%）、實驗室管理不當(dāng)（約占9%）、線路老化（約占7%）、廢棄物處理不當(dāng)（約占4%）、意外（約占3%）及其他（約占13%）。如2019 年2 月，南京某大學(xué)因?qū)嶒灲Y(jié)束后未斷電，進而引發(fā)火災(zāi)；2011 年湖南某大學(xué)因故障的水龍頭未及時維修導(dǎo)致鈉遇水燃燒，引發(fā)火災(zāi)；2016 年9 月，上海某大學(xué)因?qū)W生在濃硫酸中加過量的高錳酸鉀，引起爆炸，造成2 名學(xué)生受傷；2015 年4 月，某大學(xué)南湖校區(qū)因?qū)W生操作不當(dāng)導(dǎo)致甲烷混合氣體發(fā)生爆炸，造成4名學(xué)生受傷，1 名學(xué)生死亡；2015 年12 月，北京某大學(xué)因氫氣鋼瓶意外爆炸導(dǎo)致1 名博士后死亡。這些事故的發(fā)生暴露了實驗室安全管理制度不完善、實驗操作過程監(jiān)管不到位、應(yīng)急處置能力不強、電路老化、試劑存放不規(guī)范等問題，為避免類似事故再次發(fā)生，各高校應(yīng)完善實驗室安全管理制度、加強實驗安全操作培訓(xùn)、完善化學(xué)藥品試劑管理制度等。

1.3 實驗室安全事故風(fēng)險因素評價體系

通過對2001 ～2022 年高校、企業(yè)和研究院發(fā)生的160 起實驗室事故的原因進行分析，并結(jié)合專家建議，本文將實驗室安全影響因素分為人、設(shè)備材料、環(huán)境和管理4 個1 級因素（含17 個2 級因素），如圖3 所示。

圖3 實驗室安全影響因素

1.4 實驗室事故風(fēng)險耦合機理

風(fēng)險耦合是指由2 個以上因素之間的相互作用引起的安全事故［10］。實驗室安全事故風(fēng)險耦合指在實驗操作過程中由于人、設(shè)備材料、環(huán)境或管理層面出現(xiàn)不利影響，該影響與其他風(fēng)險因素進行耦合會導(dǎo)致發(fā)生實驗室安全事故的風(fēng)險增大或者生成新的實驗室安全風(fēng)險，進而引發(fā)實驗室事故的發(fā)生。將各因素的風(fēng)險耦合類型分為單因素風(fēng)險耦合、雙因素風(fēng)險耦合、三因素風(fēng)險耦合和四因素風(fēng)險耦合［11］，具體見圖4。

圖4 實驗室安全事故風(fēng)險耦合形成機理圖

2 NK-SNA 實驗室安全事故風(fēng)險評價模型構(gòu)建

2.1 N-K風(fēng)險因素評價模型的構(gòu)建

N-K模型是Kuaffman 用于研究生物進化的基因組合的一種模型，后成為用于分析復(fù)雜動態(tài)系統(tǒng)的一個通用模型［12］。N-K 模型中N為實驗室安全事故風(fēng)險系統(tǒng)中元素的數(shù)量，即N＝4，K為系統(tǒng)中各元素相互耦合的數(shù)量，其中0≤K≤N-1，各元素間的耦合程度用T表示（見公式1），其中Phijk為人、設(shè)備材料、環(huán)境、管理分別在h、i、j、k種狀態(tài)下實驗室安全事故風(fēng)險因素發(fā)生耦合的概率，T21、T31分別表示雙因素、三因素耦合值（見公式2、3）。

2.2 SNA風(fēng)險因素評價模型的構(gòu)建

社會網(wǎng)絡(luò)分析（SNA）指用于研究復(fù)雜問題中的影響因素間的關(guān)系及相互作用的一種定量分析方法，既可以將復(fù)雜問題進行網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)化處理也可以用于探究該問題的根源性原因［13］。實驗室事故發(fā)生受多方面因素的影響，且不同因素間具有一定相關(guān)性，因此，對實驗室安全事故風(fēng)險因素間的相互作用進行研究，并確定關(guān)鍵影響因素，對預(yù)防實驗室事故的發(fā)生具有重要意義。通過對160 起實驗室安全事故風(fēng)險因素進行分析，利用Ucinet6 軟件進行各風(fēng)險因素的網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖的繪制，利用親近中心度和中間中心度對關(guān)鍵風(fēng)險因素進行確定。

3 實驗室安全事故關(guān)鍵風(fēng)險因素

3.1 N-K模型計算結(jié)果分析

對160 起實驗室安全事故風(fēng)險原因進行分析，并計算耦合發(fā)生的概率，結(jié)果見表1。由表1 可知單因素耦合中人的因素發(fā)生的概率最高，其次是管理因素；雙因素耦合中人-設(shè)因素具有較高的發(fā)生率（5.63）；三因素耦合中人-設(shè)-管發(fā)生的概率為1.88，位于第一位，這說明人、管理和設(shè)備因素是導(dǎo)致實驗室安全事故發(fā)生的主要潛在因素。

表1 實驗室安全事故風(fēng)險耦合發(fā)生的概率

通過對不同風(fēng)險因素的T 值進行計算發(fā)現(xiàn)（見表2）：T23（a，d）＞T32（a，b，d）＞T21（a，b）＞T33（a，c，d）＞T31（a，b，c）＞T25（b，d）＞T34（b，c，d）＞T26（c，d）＞T22（a，c）＞T24（b，c）＞T41（a，b，c，d），雙因素耦合中的人-管因素的風(fēng)險耦合值最高為1.48，這說明由主觀因素（人的因素、管理因素）發(fā)生耦合作用引起的實驗室安全事故風(fēng)險要大于其他客觀因素引起的；三因素耦合中人-設(shè)-管的風(fēng)險耦合值最高（0.72），其次是人-環(huán)-管，這表明人的因素和管理因素不但自身的耦合值較高，與環(huán)境因素、設(shè)備材料因素進行耦合時也易造成較大的風(fēng)險。因此，人和管理因素應(yīng)該作為防范實驗室安全事故發(fā)生的關(guān)鍵控制點。

表2 實驗室安全事故風(fēng)險因素的耦合T值

3.2 SNA模型結(jié)果分析

（1）網(wǎng)絡(luò)關(guān)系分析。由圖5 可知，各實驗室安全事故風(fēng)險因素間存在相互聯(lián)系且通過Ucinet6 軟件計算得到網(wǎng)絡(luò)密度為0.59，這說明各風(fēng)險因素之間有一定聯(lián)系，但僅依據(jù)網(wǎng)絡(luò)關(guān)系圖和網(wǎng)絡(luò)密度還無法判斷關(guān)鍵風(fēng)險因素，仍需進一步分析。

（2）中心度分析。出度表示該風(fēng)險引發(fā)其他風(fēng)險的能力［14］，因此，利用出度值進行關(guān)鍵風(fēng)險因素的判斷。由圖6可知，C1違規(guī)操作、C2儀器與藥品使用不當(dāng)、C4操作不當(dāng)未及時處理、C15實驗操作監(jiān)管不到位、C16實驗安全管理不到位的出度值位于前5 位，這說明人的因素和管理因素易造成實驗室安全事故的發(fā)生，這與各因素風(fēng)險耦合值的計算結(jié)果一致。

入度表示該風(fēng)險被其他風(fēng)險誘導(dǎo)發(fā)生容易程度［14-15］，由圖6 可知，C11漏水的入度值最高，其次是C7設(shè)備或防護裝置故障、C10電路老化、C12布局不合理和C13設(shè)施不健全，這說明設(shè)備材料因素和環(huán)境因素是實驗室安全事故發(fā)生的間接原因，這與趙芳芳［16］等研究結(jié)果相似。C15實驗操作監(jiān)管不到位、C16實驗安全管理不到位違規(guī)操作、C4操作不當(dāng)未及時處理、C10電路老化和C11漏水的中介度較高，是實驗室安全事故風(fēng)險因素網(wǎng)絡(luò)中重要的中介傳導(dǎo)因素。

（3）NK-SNA模型關(guān)鍵風(fēng)險因素分析。以各風(fēng)險因素耦合值（TR）為修正系數(shù)對個因素的出度值進行修正，并將修正后的出度值作為實驗室安全事故關(guān)鍵風(fēng)險因素的評判依據(jù)，具體結(jié)果如圖7 所示。由圖可知，修正后人的因素中C1違規(guī)操作、C2儀器與藥品使用不當(dāng)、C4操作不當(dāng)未及時處理和管理因素中C15實驗操作監(jiān)管不到位、C16實驗安全管理不到位的出度值位于前5 位，與修正前保持一致，這說明人和管理因素誘發(fā)多風(fēng)險耦合能力較強，是導(dǎo)致實驗室安全事故發(fā)生的關(guān)鍵因素。因此，為防范實驗室安全事故的發(fā)生應(yīng)從完善實驗室管理制度、加強對實驗操作過程的監(jiān)管、加強實驗操作培訓(xùn)、提高實驗?zāi)芰Φ确矫嫒胧帧?/p>

圖7 關(guān)鍵風(fēng)險因素評價結(jié)果

4 結(jié)語

（1）利用NK模型分析發(fā)現(xiàn)，單因素、雙因素和三因素耦合中人的因素、人-設(shè)因素、人-設(shè)-管因素發(fā)生的概率最高，通過對不同風(fēng)險因素的T 值進行計算發(fā)現(xiàn)，主觀因素（人的因素、管理因素）發(fā)生耦合作用引起的實驗室安全事故風(fēng)險要大于其他客觀因素引起的且人的因素和管理因素不但自身的耦合值較高，與環(huán)境因素、設(shè)備材料等其他因素進行耦合時也易造成較大的風(fēng)險。

（2）SNA模型分析發(fā)現(xiàn)C1違規(guī)操作、C2儀器與藥品使用不當(dāng)、C4操作不當(dāng)未及時處理、C15實驗操作監(jiān)管不到位、C16實驗安全管理不到位的出度值位于前五位，這說明人的因素和管理因素易造成實驗室安全事故的發(fā)生，這與NK模型計算結(jié)果一致。

（3）利用NK-SNA模型對實驗室安全事故發(fā)生的關(guān)鍵風(fēng)險進行研究發(fā)現(xiàn)，人和管理因素是導(dǎo)致實驗室安全事故發(fā)生的關(guān)鍵因素。