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基于多级可拓的高校化工类实验室安全脆弱性评价

2024-08-20 54 上传者：管理员

摘要：高校化工类实验室脆弱性是评价实验室安全管理现状的重要指标。现有化工类实验室安全评价模型主要是从风险的角度考虑，基于高校化工类实验室脆弱性影响因素分析，构建了高校化工类实验室脆弱性评价指标体系，包括5个一级指标和20个二级指标，并采用网络层次分析法确定其权重。以山东省某高校化工类实验室为例，运用多级可拓评价法评价其脆弱性。结果表明该实验室脆弱性等级为Ⅱ级，符合实验室的实际情况。高校化工类实验室脆弱性评价能够全面地识别实验室安全管理的薄弱环节，以便有针对性地采取事故控制与预防措施。

关键词：
化学实验教学
化工类实验室
多级可拓评价法
网络层次分析法
脆弱性评价
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高校化工类实验室是进行化学实验教学和科学研究的重要场所，也是培养学生实践创新能力的基地[1]。但是由于化工类实验室涉及的物质危险属性复杂，实验过程多变，以及实验设备常处于高温、高压等危险状态，高校化工类实验室被普遍认为是危险的工作场所[2]。近年来，国内外高校化工类实验室事故频繁发生，如2018年12月26日，北京交通大学某实验室发生爆炸事故，造成3名研究生死亡；2016年3月16日，夏威夷大学某实验室发生二氧化碳、氢气和氧气混合爆炸事故，造成一名博士研究生失去一只手臂。因此，国内外高校和研究学者越来越重视化工类实验室安全管理的研究工作。

目前化工类实验室安全管理的研究主要是基于风险的角度，包括风险辨识评价、风险分级管控和安全管理体系等方面研究[3]。但是，从灾害形成的角度分析，化工类实验室事故的发生是致灾因子和承灾体共同作用的结果，与承灾体的脆弱性密切相关[4]。

脆弱性的概念起源于自然灾害领域，并逐渐应用于工业事故领域[5]，目前关于高校实验室脆弱性方面的研究尚且没有。本文将脆弱性概念引入到高校化工类实验室研究中，旨在从承灾体角度评价高校化工类实验室的脆弱性，建立脆弱性评价指标体系，得出实验室的脆弱性水平，从而全面地识别实验室安全管理的薄弱环节，采取针对性措施，实现事故控制与预防的目的。

1、高校化工类实验室脆弱性影响因素分析

高校化工类实验室脆弱性是指承灾体在致灾因素的作用下，能够保护其功能和自身不受破坏的能力，这种能力与自身的特性和组成密切相关[6]。具体由暴露程度、敏感性、应对能力3个方面构成，是一个系统内在的缺陷和不足，与实验室的人员、物质、设备、环境和管理等因素密切相关[7]。

1.1 人员脆弱性影响因素

人员的暴露程度直接影响了事故后果的严重程度，人员暴露于实验室的频率越高，人数越多，其脆弱性越大。事故后果严重程度与人员的安全防护和身体状况有关，安全防护越好，以及人的心理和生理状况越好，对事故发生后果的敏感性越低，脆弱性越小。人的安全意识和安全教育水平越高，实验人员对事故的应对能力越好，脆弱性越小。

1.2 物质脆弱性影响因素

化工类实验室中往往存在大量的易燃易爆及具有毒性、腐蚀性的危险物质，如浓酸、乙醇、镁粉等。化工类实验室的脆弱性与危险物质的数量、种类和潜在的化学能等息息相关。实验室中的危险物质数量越多，种类越全，潜在化学能越大，脆弱性越大，实验室的安全状况越差。

1.3 设备脆弱性影响因素

高校化工类实验室仪器设备数量多，且分布在狭小的空间内，暴露于事故影响范围内的设备数量越多，距离事故越近，则脆弱性越大。设备的敏感性与设备自身的结构和材料有关，设备材料的力学性能、物理性能、化学性能等影响着设备的敏感性，不同的设备类型其敏感性不同。并且设备的完整性越好，其敏感性越小，脆弱性越小。有的实验室设备还设有安全阀、联锁系统等保护装置，提高了设备的应对能力，降低了设备的脆弱性。

1.4 环境脆弱性影响因素

环境因素也是影响化工类实验室脆弱性的重要原因。环境的状况是影响环境敏感性的主要原因，如实验室不合理的水电布局、废弃物的随意堆积、使用工具随意摆放及实验室不适当的温度、湿度，都会增加环境的敏感性。环境敏感性越高，脆弱性越大。实验室的消防喷淋系统、排风系统等保护措施，可提高实验室环境的应对能力。环境保护措施越完善，其脆弱性越小。

1.5 管理脆弱性影响因素

安全管理问题是导致实验室安全事故的重要原因之一[8]。高校实验室的组织体系、规章制度、岗位责任制、安全教育培训等越完善，实验室对风险扰动的敏感性越低，脆弱性越小。应急预案的制定等决定了管理体系的应对能力，应急预案越完善，应急救援与应急指挥工作做得越好，高校化工类发生事故后恢复的时间就越短，脆弱性就越小。

2、高校化工类实验室脆弱性评价体系

2.1 高校化工类实验室脆弱性评价指标体系

基于高校化工类实验室脆弱性影响因素分析，从暴露程度、敏感性和适应性三个维度，借鉴化工园区建立的脆弱性评价指标[9]，构建了高校化工类实验室脆弱性评价指标体系，包括5个一级指标和20个二级指标，如图1所示。

图1 高校化工类实验室脆弱性评价指标体系

2.2 网络层次分析法确定指标权重

高校化工类实验室脆弱性评价指标体系是一个多层次系统，各个评价指标并非彼此独立，指标之间相互联系、相互影响，因此选用网络层析分析法（ANP）确定各个评价指标的权重。由于评价指标体系较复杂，直接计算工作量大，采用ANP专用处理软件Super Decisions实现指标关系快速运算[10]。

首先，构建高校化工类实验室脆弱性评价指标ANP结构模型，如图2所示。然后，根据指标之间的关联关系，构建判断矩阵，如图3所示。最后，求解出高校化工类实验室脆弱性评价指标的权重，如图4所示。

图2 高校化工类实验室脆弱性评价指标ANP模型

图3 超级决策软件判断矩阵模型图

图4 高校化工类实验室脆弱性评价指标权重

3、多级物元可拓评价

3.1 确定经典域和节域

物元是由元素、元素特征、特征量值组成的三元组，用R=(N,C,V)表示，建立的经典域物元模型为Ri=(Ni,Cn,Vi),Ni为实验室脆弱性评价等级，Cn为选取的评价指标，Vi为评价指标Cn对于第i个评价等级的取值范围。建立的节域物元模型Rp=(Np,C,Vp),Np为实验室脆弱性的所有评价等级，Vp为评价指标集C关于全部等级N的取值范围。

3.2 建立关联度函数

计算确定待评价的指标关于各风险等级的关联度：

其中，

式中，Ki(cij)为第i个评价指标属于第j个等级的关联度函数；ρ(cij,Vi)为待评物实际值与经典域的距离；ρ(cij,Vp)为待评物实际值与节域的距离；a、b为取值区间的边界值。

3.3 多级可拓评价分析

多级可拓评价方法包括一级评价和二级评价。其中，一级评价，由二级指标的权重向量ωi与二级指标对应各风险等级的关联度矩阵ki(cij)相乘，计算出一级指标对应的风险关联度kj(cn)矩阵：

二级评价，由一级指标的权重向量αi与一级指标对应各风险等级的关联度矩阵kj(cn)相乘，计算出待评价对象针对各风险等级的关联度kj(N)矩阵：

风险等级的确定：

4、实例应用

以山东省某高校化工类实验室为例，评估其安全脆弱性。该实验室位于山东省青岛市，使用面积7000平方米，拥有开展基础研究的各种现代化仪器设备，储存着着大量的危险物质。除固定人员外，实验室中还包括多名研究生和博士生，人员密度大，流动频繁。

将高校化工类实验室脆弱性等级分为5个等级，依次为稳定、相对稳定、相对脆弱、脆弱和极度脆弱，如表1所示。

表1 高校化工类实验室脆弱性等级标准

邀请高校化工类实验室安全管理的专家、有经验的实验老师，对该实验室的脆弱性评价指标进行评判，最后通过等价比重法确定各个评价指标的分数，如表2所示。

4.1 计算关联度

由公式（3)(4）计算得出指标A的关联度，

则指标A的关联度为：

同理可得到其他二级指标的关联度，如表2所示。

表2 实验室脆弱性评价体系二级指标关联度

4.2 一级评价

进行一级可拓评价，以人员脆弱性指标为例，由公式（3）得：

由此可计算出一级指标的风险关联度矩阵：

4.3 二级评价

由公式（5）可得实验室脆弱性等级为II级，脆弱性水平处于“相对稳定”区间。

5、高校化工类实验室安全管理建议措施

根据表2二级指标关联度计算值结果可知，物质的储存状况、设备的完整性、安全培训水平、安全监管频次、应急预案设置指标脆弱性较高。针对脆弱性高的评价指标，提出以下安全管理建议措施。

5.1 加强实验室危险品管理

加强高校对实验室危险品储存管理制度建设。在人员进行实验前，进行安全培训和操作培训。降低危险品的最大储存量，加强废弃危险品的管理。按照物质特性对实验室危险品进行分类储存。

5.2 加强化工类实验室安全文化建设

加强化工类实验室安全文化建设。首先应开展各种形式的化工类实验室安全培训，如：实验室安全知识讲座、印发安全知识手册、开设实验室安全课程等，提高实验人员的安全意识和知识水平。加强安全文化建设，还要严格落实实验室安全准入制度，实验人员必须经安全培训考试合格之后，才能进入实验室开展相关实验。

5.3 加强实验设备的安全检查维护

实验人员在进行实验之前，应加强实验设备的检查，进行预防性维护，保护其安全性和可靠性，严禁设备带病上岗。如：在使用钢瓶之前，预先检查其安全阀、压力表等保护装置的有效性。

5.4 加强化工类实验室应急管理

首先加强高校化工类实验室危险源辨识，分析可能发生的事故类型和后果，制定化工类实验室应急预案，包括综合应急预案和专项应急预案，明确事故的响应流程和处置措施。其次，应急预案制定之后，还应定期开展应急培训和演练，使实验人员熟练应急响应的流程和基本的应急处置措施。

6、结论

本文将脆弱性的概念应用到高校化工类实验室，从人员、物质、设备、环境和管理5个方面构建了高校化工类实验室脆弱性评价指标体系，运用网络层次分析法确定了评价指标的权重，采用多级可拓评价法评价其脆弱性。以山东省某高校化工类实验室为例，得出其脆弱性等级为“II级”，并针对其薄弱环节，提出了安全管理建议措施。通过高校化工类实验室脆弱性评价，将有助于加强承灾体对致灾因子的抵抗能力，保障高校化工类实验室的安全。

参考文献:

[1]罗士平,谢爱娟,薛冰,等.化工类实验室安全准入制度构建与实践[J].实验技术与管理, 2019,36(11):11-14.

[3]战永佳,颜忠诚,蓝叶芬,等.高校实验室危险化学品安全检查表的设计[J].实验技术与管理,2020, 37(7):268-271.

[6]苑静,卢丹丹,阮德振,等.石化企业承灾体脆弱性评估研究[J].南开大学学报(自然科学版),2016, 49(4):89-96.

[7]董继业,马参国,傅贵,等.高校实验室安全事故行为原因分析及解决对策[J].实验技术与管理, 2016, 33(10):258-261.

[8]杜奕,冯建跃,张新祥.高校实验室安全三年督查总结(Ⅱ)——从安全督查看高校实验室安全管理现状[J].实验技术与管理, 2018, 35(7):5-11.

[9]彭子涵.化工园区脆弱性分析与应用研究[D].北京化工大学, 2016.

[10]魏引尚,高群,王睿德.基于ANP和多级可拓的煤矿应急管理体系脆弱性研究[J].矿业安全与环保, 2018, 45(6):97-102.

文章来源:张米川,冷梦茹,穆晶晶.基于多级可拓的高校化工类实验室安全脆弱性评价[J].化工安全与环境,2024,37(09):71-76.