以安全準入為核心的實驗室安全管理信息化系統構建及應用

崔 琳，杜 奕，陳定江，戴玲妹，丁 立，楊 睿

（清華大學 化學工程系，北京 100084）

作為科研和教學的重要場所，高校實驗室尤其是化工化學類實驗室的安全管理始終是實驗室管理的重點工作[1]。“涉化”實驗室在普通高校中分布范圍很廣，不僅在化學、化工這些直接“涉化”的專業院系中設立，在機械、環境、熱能、醫學、藥學甚至文科類院系中也都有設立。高校實驗室作為關注未知領域的探索性研究單位，一般有以下特點：①實驗室設備種類多、操作復雜，具有一定的危險性；②實驗室化學試劑種類多、數量大，高危險性試劑多；③實驗內容變化大、實驗條件變化多，危險性高；④實驗室人員流動性大、人員成分相對復雜[2]。這些特點給這類實驗室安全管理帶來較大的挑戰。

實驗室安全管理涉及的管理要素可歸納為：人員、環境、物品和操作[3]。為了對這些要素進行有效管理，許多高校實驗室管理人員參考國內外的實踐經驗提出了建立實驗室準入制度[4-8]，同時在安全培訓、安全考核、責任承諾等方面從管理角度指定流程，規范對實驗人員要素的管理。在信息技術的推動下，很多高校也在嘗試使用信息技術加強實驗室安全管理[9-15]，努力實現對實驗試劑全生命周期控制，對實驗室環境在線監測，對實驗設備狀態在線管控，對人員培訓進行信息化管理，以及對安全檢查等活動進行信息化輔助等。

在近年來的安全管理實踐中，我們總結并形成了一套以安全準入制度為核心的信息化系統[2,8]。該系統以實驗安全分析為手段、以對人員安全意識的培養為目標、以人為本的安全準入，變被動式管理為主動式安全管理。在信息技術的支持下，建立并投入使用了綜合性的安全管理系統，為安全準入制度提供了必要的保障，也為安全管理等多項工作提供了輔助，并完成了安全數據平臺建設，為安全管理、風險評估等提供數據支持，提高了安全管理的效率和質量。

1 以安全準入為核心的實驗室安全管理系統

1.1 安全管理的要素與方法

參考在化工企業實施的、行之有效的過程安全管理，以及基于風險識別的管理理念，可以有效評估實驗室安全風險，預防事故的發生，實現對安全風險的管控。雖然實驗室環境與化工企業環境不同，但仍然可以發現其中有相通的安全管理要素[16]，其中全員參與、風險分析、安全信息、安全培訓、操作規程、應急響應、變更管理等與高校教學科研活動具有很高的相關度。

考慮到這些要素及其相互關系，我系制定并不斷修改形成了目前的實驗室安全管理體系。該管理體系以安全準入制度為核心，制度的各個環節包括了上述安全管理要素，并以多種管理手段作為保護層，以期降低實驗室風險，這一做法也與化工行業中的風險控制的保護層方法類似。圖1是化工系安全管理體系構成與安全管理要素及風險保護層的關系。圖1左側是安全防范措施及安全準入制度所包含的內容，以此為核心的管理措施形成風險保護層。右側是實驗室安全管理的各個要素列表及與安全準入制度的關聯。

圖1 安全管理體系構成與安全管理要素及風險保護層的關系

1.2 安全準入制度

安全準入體系的目標是確定對“人”的專業資格的要求，包括知識及能力的審核認證，以及“人”對風險的認識水平的認證。專業資格的認定可以確保實驗人員在實驗室活動的基本專業能力，風險認識水平則可以確保實驗人員對已知和潛在的風險的認識。大多數文獻描述的準入認證均著重于對專業資格的認證，對風險認識水平的認證則常被忽略，在關于實驗室準入的文獻中鮮有提及，而北京市高校近年來發生的多起實驗室安全事故，均與對風險認識不足有關。我系安全準入環節則對兩個方面均有關注，尤其是人員對安全的認識。

在安全培訓的基礎上，定期舉行安全準入考試。培訓需要的內容資料等均定期更新，并要求全員參與。對各實驗室的針對性的認證以實驗室為基本單位實施，其內容包括實驗室安全告知、實驗安全分析報告和安全責任承諾書，其核心是實驗安全分析報告。該分析報告要求實驗人員自行撰寫，并須經過多級人工審核。報告須詳細描述實驗內容和過程，列出其中涉及的全部風險要素，包括化學品、實驗設備、實驗操作規程等。

實驗人員通過撰寫安全分析報告，可以做到對風險的存在、程度、處置各方面的有效認識。同時安全分析報告也是實驗室安全的基礎數據來源之一，涵蓋了實驗室多方面的安全信息。該分析報告實際覆蓋了風險評價、操作規程、安全信息、應急管理、變更管理等要素，是安全準入的核心。此外，對各實驗室固有風險，及由安全分析報告匯總的風險源信息以安全告知書的方式發放到實驗室人員，作為實驗室準入的必要環節之一。

1.3 防范實驗室風險的多個保護層

對實驗室狀態監測以往缺少自動化技術和能力，一般只能做到煙感報警和視頻監測，監測內容不多、時效性較差。目前，具備了數字化傳感器、數字視頻監控、物聯網技術等現代信息化技術以后，可實現對實驗室的溫濕度、設備狀態、試劑位置等在線監測，并能在發生異常情況時及時報警，構成防范實驗室風險的第一道保護層。

對實驗室安全管理制度的執行情況的監督，目前以安全檢查的形式進行。例行安全檢查是實驗室管理不可缺少的管理手段。安全檢查涵蓋了實驗室的個人防護、試劑、設備、操作規程、實驗值通風、固廢處置等，并進行對所發現問題的整改跟蹤。我系的安全檢查在實驗室基本安全要求的基礎上，主要依照階段性安全管理目標進行，注重檢查的可操作性和可執行性，每學期重點解決幾個普遍性問題，如近一年來已經基本解決了廢液處置問題、供電電路接線問題、個人防護措施問題等。總之，安全檢查是防范實驗室風險的第二道保護層。

安全管理體系中應急響應也是非常重要的一環，作為防止不利后果擴大化，降低整體風險的最后一道保護層，具有重要意義。有效的應急管理應包括合理的應急預案及充分的應急培訓。個人及實驗室應急預案的制定由各個實驗室人員進行安全分析報告時一起制定，全系層面的應急預案由系安全小組制定，并每年進行演習。

我系的安全管理體系，通過實驗室安全準入管理制度保障實驗室的基礎安全。通過安全檢查、狀態檢測和應急管理對實驗室安全進行分層次防護，實現降低風險、減少安全事故的實驗室安全目標。

2 信息化安全管理支撐模塊

信息技術的應用給安全管理工作帶來最重要的優勢，除了提高工作效率以外，還提供了數據集中和綜合的能力。將所有安全管理相關數據及記錄綜合后，進入信息化數據平臺，進行綜合管理和分析，可以進一步實現更豐富的管理內容；進行基于統計的數據分析后，也能為管理工作提供從整體到細節對安全的全面掌控。我系的安全管理信息化建設按照上一節描述的管理體系，分為5個相互聯系的主要模塊。

2.1 安全準入管理模塊

安全準入是我系的安全管理體系的核心，安全準入模塊也是信息化安全管理系統的核心模塊。安全準入模塊以工作流程控制系統模式進行設計，按照安全準入的步驟分為：培訓驗證、實驗安全告知確認、安全分析報告在線填寫、責任承諾確認、等待審批等 6個環節。培訓驗證環節只要填寫基本的個人信息、實驗室信息和培訓測試記錄提交即可。

實驗安全告知確認環節需要學生按順序閱讀多份關于實驗室安全文件，包括院系實驗室安全管理制度、一般性安全說明書、化學廢棄物處置文件，以及特定實驗室的安全告知書等。安全告知書中包括了特定實驗室的設備操作規程、已知風險源及相關的處置方法等。

安全報告填寫是一個多步驟的文檔填寫環節，是安全準入的核心步驟，學生需要詳細描述計劃進行的實驗或試驗的步驟，使用到的設備、化學品、操作等，并需要針對每個步驟詳細填寫可能出現的風險及處置方法。報告還要包括實驗室的個人防護設施、公共設施、廢棄物處置等信息。安全報告的填寫是安全準入的核心環節，其中使用的數據和產生的新數據涵蓋了風險分析、操作規程、應急處理等安全管理要素。因此該報告除了以整體文件的形式保存外，其有關數據還會記入風險源數據庫、應急處理庫等，供其他管理使用。安全報告填寫完成，并經過責任承諾確認后，安全準入申請即可提交。準入申請提交后進入工作處理流程，經過安全員審查和導師審核后，提交系安全管理組審定。在3級審核均通過后，學生才能獲得準入資格，否則申請會被駁回，需要重新修改提交。

安全準入系統計劃與目前的門禁系統聯動，在獲取安全準入后，系統會開通相應的門禁，允許進入實驗室。在每個準入申請有效期到期之前，系統會發出通知提醒重新申請或延期。

2.2 實驗室狀態監測感知模塊

實驗室狀態監測感知模塊的邏輯功能較簡單，即集成全系所有實驗室的環境和安全傳感器，并以圖形化的方式集中呈現和統計。其中包含溫度傳感器、濕度傳感器、基于 RFID的位置跟蹤傳感器、視頻檢測傳感器、電量計量傳感器、消防煙感傳感器等多種。該系統是一個開放系統，可以根據以后的實驗室的不斷升級增加新的檢測內容。系統可以設置多級別報警策略，在傳感器發生異常時，根據策略判斷異常風險等級及緊迫程度，以短信、微信、郵件等不同的方式發出警報。

2.3 安全檢查管理模塊

安全檢查模塊是一個記錄、跟蹤、統計的數據收集及處理模塊。安全檢查的記錄部分以移動端APP的形式開發部署，在安全檢查員的平板電腦和手機上安裝后可以在安全檢查現場移動使用。APP能夠完成文字記錄、拍照等基本數據采集功能。系統中包含全部需檢查的實驗室列表、待檢查項、問題類型、安全等級等基礎數據，可以在APP中直接點選。APP可以離線使用，其中記錄的數據在聯網后能夠與系統同步，在系統中進行后處理。

安全檢查模塊能夠自動生成每次安全檢查報告，并能夠記錄、跟蹤已發現的問題列表，在之后的各次安全檢查中自動進行提示。安全檢查模塊也能夠進行數據統計和分析，如最常見問題類型、最好或最差實驗室、發現問題數量等。

2.4 培訓管理模塊

培訓管理模塊是待開發模塊，計劃提供安全知識資料庫、培訓試題庫、線上測試等。安全培訓模塊是安全準入模塊的前置模塊。但安全培訓模塊的功能相對獨立，能夠根據我系管理制度，對不同的實驗室人員設定參加安全培訓的次數及頻率要求，因此將安全培訓模塊獨立出來，除了直接執行安全培訓工作外，還能執行對安全培訓的審核等管理工作。

2.5 應急管理模塊

應急管理模塊也是待開發模塊，其主要功能一方面是應急響應計劃的集中管理，另一方面是與實驗室狀態模塊聯動，在發生異常時執行應急響應輔助。該模塊計劃包括對個人、實驗、實驗室和全系多級別應急計劃管理，其應急管理信息可以被檢索和更新；模塊同時與安全準入模塊集成，安全準入模塊中產生的相關應急數據會集成到應急響應計劃中。應急響應輔助功能在檢測到異常情況時，可以幫助管理人員選擇適合的響應方案，完成自動打開門禁等操作。

3 安全管理信息化平臺建設及應用

我系的安全管理信息化平臺（以下簡稱“平臺”）初期建于2018年7月，目前仍在不斷迭代更新與開發。平臺已經具有上線安全準入模塊、安全檢查模塊、實驗室狀態檢測模塊等。已上線的模塊為系安全管理工作提供了有力支持，提高了管理效率，增強了安全管理能力。

平臺覆蓋我系322個實驗室，目前在測試及試運行環節中已有46個實驗室有SPASS申請記錄，共計222人次。其中已經通過的有55人次，未通過36人次，其余為撤回或審核中。通過對已獲得的安全準入報告的統計可以獲取各個實驗室的危險源的統計，例如風險源分類可以統計截至2019年9月的各項數據的總量：化學品風險源為365個，占比為50%；風險設備為140個，占比為19%；其他危險源229個，占比為31%；危險化學品出現頻率最高的是4硝基氯化苯，風險設備出現頻率最高是滅菌鍋。這些數據可以為有針對性的管理工作提供數據支持。

平臺還可以進行更細化的實驗室風險源數量統計，如圖2所示的按照風險源對實驗室進行分類統計的前10名統計結果，即可得知哪些是風險源較多、風險較大的實驗室。

圖2 實驗室風險源數量統計

安全檢查模塊經過一個學年的試用，除了可以方便地存檔和檢索全部安全檢查歷史記錄外，還可以進行基于安全檢查結果的統計。圖 3(a)所示的是安全問題一次整改率（在一次安全檢查周期內已有問題被處理更正的比例），圖3(b)所示的是安全檢查未整改問題數量統計（截至統計日的仍未整改問題的數量）等，圖中實驗室名被替換為數字。

從圖3(b)可見，實驗室7、10發現的未整改數量為66個，遠高于其他實驗室，對照圖3(a)可見這兩個實驗室的問題一次整改率也不高，分別是85%和77%，故應予以重點關注；實驗室1、3、4整改率較低（0%，55%，63%），尤其是實驗室1整改率為0，即所有整改都未能在一個安全檢查周期內完成。雖然三個實驗室問題總量都不特別突出，也應加以督促。實驗室 5整改率為 0，對照圖 3(b)的數量統計可知是因為沒有發現任何安全問題，故無須特別關注。

圖3 實驗室安全檢查情況統計

安全檢查模塊也可以產生如問題分類、分布等統計結果，如圖4所示的是按建筑在全系范圍內各類安全問題的兩種分類匯總。圖 4(a)為主要關注不同類型的問題分類統計，顏色表示所屬的不同建筑；圖4(b)為主要關注總量的問題分布統計，顏色表示不同的問題類型，其中建筑名稱被替換為數字。從圖4可見，建筑2中發現的各類問題最多，其中以不便歸類的“其他”及與“試劑相關”的類型最多，鑒于對其他的定義為危險性較低的問題，所以可以重點關注試劑相關的安全隱患。

以上信息系統的應用，基本替代了以往的紙質文檔辦公，所有安全準入、安全檢查都有完整的在線可查的歷史記錄，支持歷史回溯檢索，提高了安全檢查效率。同時信息系統提供的多種統計分析功能也為有針對性的管理活動及制定未來的重點管理目標提供了有力支持。

圖4 實驗室安全檢查問題統計

4 結語

實驗室安全是實驗室管理的重要內容，我系在長期安全管理實踐中總結并提出的以安全準入為核心的安全管理系統，以對“人”的安全知識、安全能力和安全意識的審核和認證為實現安全的基礎，有效控制風險源頭，實現安全管理全員參與，是有效的主動安全管理體系。相比傳統的以風險記錄跟蹤及責任認定方式的被動安全管理，該管理體系是基于風險的、主動式的安全管理，能夠在一定程度上解決安全管理中的最根本的“人”的問題，具有可推廣應用的價值。

安全管理的數據來源復雜、頭緒眾多，在現代信息技術的支持下，進行信息化的安全管理是大勢所趨。在信息技術的支持下，不僅可以將現有的安全管理流程信息化，提高管理效率，并且可以在數據集中存儲后，實現便捷的歷史數據回溯，執行多任務的數據集成與交互，以及多目標的統計分析等，為發現安全問題，統計發現安全管理成效及趨勢等提供信息支持。這一管理體系及平臺已基本成熟，可以方便地在類似高校、科研機構中推廣實施，能夠有效促進實驗室安全信息化管理。