交叉學科實驗室開放與安全的管理體系建設

韓景蕓，宋 崴，王江雪，裴葆青，樊瑜波

（北京航空航天大學 生物與醫學工程學院，北京 100191）

高校實驗室是組織高水平實驗教學、建設一流學科的基礎，是培養創新型人才、探索前沿學科的支撐。近年來，高校聚焦國家戰略需求，以全球化視野實施“雙一流”[1]、“新工科”[2]、“六卓越一拔尖計劃”[3]等項目，積極推動一流實驗室建設與共享[4]。而交叉學科實驗室以全方位、多層次、大跨度等特點成為科技創新的重要平臺，在人員、設施、儀器等方面具有更大的復雜程度與更多的不確定因素[5]。因此，隨著建設力度和開放程度的日益提升[6-7]，如何充分辨識交叉學科實驗室運行中的危險源與有害因素并加以有效防控，是實驗室管理所面臨的新課題。

通過分析生物醫學工程（biomedical engineering，BME）實驗室發展過程中面臨的挑戰，從現有實驗室的危險源辨識著手，借鑒全面質量管理中的 PDCA（plan 計劃，do 執行，check 檢查，action 處理）循環[8]，建立從學院頂層到具體使用人不同級別的實驗室安全運行體系，進一步完善組織構架、規章制度、培訓考核、評價考核等環節，從而形成基于統一身份認證的自助式柔性實驗室管理模式。

1 BME 特點及對實驗室安全管理的挑戰

BME 是一門新興的邊緣學科，發展迅速，已成為世界各國競爭的主要領域之一，其綜合工程學、生物學和醫學的理論和方法，從分子、細胞、組織、器官到整個人體系統，以多手段、多層次的方式為疾病的預防、診斷、治療和康復提供服務。

1.1 人才培養模式改革對實驗室管理的挑戰

以產品研發到產品運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間有機聯系的方式學習工程。CDIO（conceive 構思、design 設計、implement實現、operate 運作）理念是國際工程教育改革的一項成果[9]。例如約翰霍普金斯大學設置了面向不同年級的“BME design group”實踐課，學生以解決本領域實際問題為導向，自選開放性項目；杜克大學通過必修、選修以及獨立研修（independent study）等不同形式的設計類課程，強化工程動手與創新能力培養；東南大學設計出BME 連環實驗系統，形成嵌套式的實驗教學活動[10]；華中科技大學則構建了專業課程伴侶實驗項目的教學模式，同時還開展了產業認知、創新創業訓練等實踐環節。

與傳統教學模式相比，CDIO 增加了實驗實踐類課程的比重，圍繞產學研一體化更加側重交叉型、綜合型、設計型實驗項目的建設。教學形式更加多樣化，以學生為中心[11]、研討式教學[12]、翻轉課堂[13]等先進教學形式得到普遍應用。這些教學形式的變化使育人過程更具自主性和創新性，涉及專業方向、實驗人員和場地，以及使用時間等，并對實驗室的開放程度和安全保障提出了更高要求，因此，實驗室管理如何匹配現有的教學體系，創建更加柔性、自由且安全的環境是實驗室工作面臨的一個挑戰。

1.2 交叉學科創新對實驗室管理的挑戰

BME 覆蓋生物信息、醫學圖像、生物材料、系統分析等眾多學科領域，無論從基礎到前沿，還是從理論到應用，BME 研究都展現出大跨度、多學科交叉的特點[14]。而BME 實驗室也在容納資源、承載課題、服務對象等方面呈現出多層次與多元化的特征，在激發跨界創新的同時，也伴隨著大量不確定因素在實驗室積聚。一方面實驗室容納的儀器設備與材料的品類和數量不斷提升，對實驗室人員在實驗技術、應急處理、溝通協調、設備維護等方面提出更高要求；另一方面，科研的探索性和復雜性以及人員的流動性，導致實驗室人員密度增加、設備運行數量和時間增多、實驗室運行風險加大。此外，隨著BME 研究進一步向更深、更廣層次的發展，可以預見，BME 實驗室涉及的安全防范領域也將更加寬泛。因此，如何為實驗室開放建立完善的人、物、事、環境全方位安全防控體系，是實驗室面臨的另一個挑戰。

2 實驗室開放過程中危險源的辨識

目前，我校生物與醫學工程學院在讀本科生與研究生分別超過400 人和700 人。院內有基礎公共實驗室、專業實驗室及大型貴重設備實驗室等，分別由實驗系列專職教師與相關領域的教師負責管理，但均為開放型實驗室。為了發現開放實驗室日常運行中存在的安全問題，對我院6 個具有代表性的實驗室進行了連續50 天的調查，由專人輪流記錄每日8:00—22:00時間段實驗室的運行情況。發現大部分實驗室不安全問題是人為因素引起的（見圖1），如滅菌鍋和動物實驗中的常規操作失誤，揭示出實驗技術以及培訓效果欠佳的問題，而涉及的設備關停、樣本處理等常識疏漏，則暴露出實驗人員安全意識淡薄、缺乏公共責任意識的問題等。此外，調查中還發現隨著交叉學科的深入，實驗室功能不斷擴展，儀器設備和材料劇增，出現實驗過程相互干擾、安全防護不充分的現象。此外，實驗室管理也存在一定缺陷，如信息化和智能化程度不高，導致預約體系效率低，且無法對重點區域和危險源進行有效監控；管理不閉環、規章制度與崗位職責落實不到位等問題。

圖1 實驗室開放運行中不安全因素調查統計

3 以風險防控為導向的實驗室閉環管理

PDCA 管理循環是全面質量管理體系運轉的基本方法，以“一切管理始于計劃，落于不斷改善”為宗旨，實現質量控制的循環漸進式提升。學院借鑒PDCA管理模式，將實驗室運行中的使用者、課題組、管理人以及學院等多維度的責權利串聯起來，形成一個可持續發展的實驗室PDCA 循環閉環管理運行機制（見圖2）。

3.1 “3+X”組織管理體系

圖2 實驗室PDCA 循環閉環管理運行機制

建立了“3+X”組織分層責任管理體系，3 表示三個管理層級，X 指導師組，各級之間具有遞進包含 關系（見圖3）。其中區域管理由實驗中心承擔，為了使有限的專業管理人力資源覆蓋到全院，實驗中心采用模塊分工合作制，即將學院所有場地劃分成若干模塊區域，將實驗室主要工作梳理成若干模塊事務單元，每位專職教師負責其中一個區域和一個單元的統籌管理，而實驗中心主任負責調配各區域間的分工協作。對于房間管理，各個實驗室按照專業特點和人員構成差異制定個性化的管理規則，以“誰管理、誰負責，誰使用、誰負責”為原則，由實驗專職或相關教師組織日常運行管理。對于設備管理，特別是大型精密儀器則由學院統一定崗管理，指定具體教師負責這些設備全生命周期的運行與維護。此外，導師組是各級管理的最小單位，導師是責任主體，需要對組內成員的活動全面負責。

圖3 3+X 組織分層責任管理體系

在該責任管理體系中，實驗中心上傳下達扮演樞紐角色；通過區域管理形式將校院方針落實到學院各層，同時將運行中出現的問題形成建設方案反饋給學院。此外，通過這種自上而下的層級責任管理，實現每個區域、每個房間、每套設備、每個事件都有具體人員負責，并通過自下而上的執行響應，實現實驗室軟硬實力的不斷加強，形成“落實—反饋—建設”的閉環組織機構。

3.2 流程式規章制度體系

科學完善的制度體系是保障實驗室安全開放的前提。學院在貫徹上級要求的同時，以風險控制為導向，在不同級別、不同區域、不同事物之間建立了院級實驗室管理規章制度（見表1），對人的安全行為、物的安全狀態、環境的安全因素等確定具體要求。此外，規章制度在內容上強調流程化，其目標使每位使用者能夠具備較為統一的標準，以便指導行為，以及描述和處理問題，從而實現單個實驗室以及跨學科多個實驗室使用過程的安全性、規范性和高效性。

表1 院級實驗室管理規章制度

3.3 嵌套式培訓體系

安全教育培訓是風險管理的基本法則，為此，構建了嵌套式的培訓服務體系（見圖4），其越外層的培訓受眾面越廣，內容越寬泛；越內層的培訓面向人群越少，越強調個性化，及專業化。該體系運行目標是在保障使用者全面接受基礎安全常識、制度、技能等方面培訓的同時，也能夠充分考慮場景、項目和實驗人員的個性差異，有針對性地進行入室或專項訓練，做到因房間、因項目、因人員而異。此外，在各層級培訓中，以“觀看演示+動手實訓”的模式為主提高培訓效果。而對于精密或貴重儀器設備，則采用基于虛擬現實技術開發的仿真系統進行培訓，達到即提高學生的學習主動性，又保護設備的雙重功效。

圖4 嵌套式培訓服務體系

3.4 積分制考評體系

為了保障組織機構、規章制度以及培訓體系在實驗室開放運行中的有效貫徹落實，建立了兩套考核方案。其一是考試制，每一層級的安全培訓配有相應的筆試或者實操考試，提高入室或設備獲準使用的門檻值。其二是名譽積分制，在實驗室運行中參考交規扣分標準，制定詳細的獎罰規定。使用人在通過基礎的培訓考試后將獲得原始12 分，隨后在實驗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，同時名譽積分還與學生的獎學金和教師的績效直接相關。相反，如果對實驗室的運行提出有效建議、參與管理或者避免事故發生者則獲得獎勵積分，在每學期末高積分獲得者將得到物質和名譽獎勵。

4 實驗室安全開放的技術支撐

學院積極推進實驗室的信息化實驗管理平臺建設，利用計算機、智能芯片、視頻監控以及移動互聯網等先進技術為實驗室安全開放的流程化管理提供強有力的支撐。院級實驗室開放綜合信息管理平臺如圖5 所示。實驗室中心擁有信息平臺的最高權限，同時負責使用人、負責人和儀器設備等數據庫的動態更新和維護。在實驗室運行中，實驗中心基于統一身份認證系統將預約權限下放給負責人庫中的對應教師，而申請人必須同時滿足“培訓、考核和信譽積分”三方面條件才能進入使用人資質庫名單，才具有預約資質。申請人在線預約成功后，通過智能門禁系統和電源控制器，可在預約時間段內進行自助式的科研、教學等活動，并由智能視頻終端進行過程監控。此外，管理平臺還具有信息共享與交互功能，如在設備數據庫中全面動態記錄每臺設備從采購到報廢全生命周期的信息，包含設備檔案、培訓資料、使用記錄、支撐科研與教學項目等，庫中信息全面開放。通過上述信息管理平臺的建設，突破了人力管理的局限，方便了師生更靈活的錯峰使用，同時便于師生了解和學習使用現有實驗資源，做到物盡其用，避免重復采購。

圖5 院級實驗室開放綜合管理信息平臺

5 結語

面向不斷涌現的發展機遇，BME 實驗室正向更加開放、多元、綜合、智能方向發展[15]，而全國高校實驗室發生的安全事故[16]，則警示出實驗室安全管理與高校實驗室發展在一定程度上相互脫節。本文借鑒PDCA 全面質量管理循環理論，通過建立“3+X”這種自上而下的層級責任管理，實現了自助式實驗室柔性開放管理體系；同時通過自下而上的執行響應，實現了“落實—反饋—建設”循環式閉環運行機制。此外，制度、培訓、考核體系和實驗室管理信息平臺建設則實現了人防、物防、技防三位一體的實驗室安全保障，尤其是榮譽積分的規定激發了使用人員的安全責任意識，在實驗室營造出規范化與流程化的安全氛圍。近兩年，通過以上理念的實施，實驗室的運行效率和安全意識顯著提升，不良事件的發生率降低，軟硬件條件及安全保障設施逐年完善，開放程度能夠隨需求自動調節，為高水平人才培養和一流學科建設提供了強有力的支撐。