化學化工類實驗室安全信息化建設的探索與實踐*

李純成，徐建強，陶 濤

(1 南京信息工程大學實驗室與設備管理處，江蘇 南京 210044；2 南京信息工程大學化學與材料學院，江蘇 南京 210044)

回顧“十三五”以來，高校實驗室安全事故時有發(fā)生，且發(fā)生的頻率和嚴重程度仍處在高位，充分暴露我國高校教學/科研實驗室快速發(fā)展而安全管理模式滯后的問題[1]。隨著信息技術、物聯網技術和人工智能的發(fā)展，信息化建設是實驗室安全建設的必由之路[2]。然而，一方面部分實驗室安全管理的信息化程度不高，另一方面亦存在過度信息化，或者信息化“水土不服”，“看上去很美很好，但是實際用不起來”，形同虛設的窘境。傳統上，實驗室安全信息的采集、分類、分析和存儲等工作由人工完成，耗時費力，往往統計不全、資料遺失等情況，在實驗室搬家中會清理出為數不少的物賬不相符、標簽脫落的化學品，增加廢棄物處置的安全風險，已報道的案例中就是金屬鈉、四氫鋁鋰等易制爆化學品。同時，由于時間、空間及人的精力等因素的限制，無法確保對實驗人員、實驗環(huán)境與實驗過程信息進行全面、實時的跟蹤、更新與監(jiān)管，也容易影響數據采集的準確性問題，從而不能及時發(fā)現并排除安全隱患。因此，實驗室安全信息化建設一直以來是實驗室安全建設必不可少的一環(huán)，特別是可能對安全管理的升級換代產生質的飛躍[3]。

1 信息化建設的緊迫性與方向性

2018年北京交通大學市政與環(huán)境工程實驗室發(fā)生爆炸燃燒事故[4]以來，《教育部辦公廳關于進一步加強高校教學實驗室安全檢查工作的通知》(教高廳〔2019〕1號)明確指出：建設全校統一的教學實驗室安全管理信息化系統，以及充分利用信息化手段提升安全工作水平等；教育部《高等學校實驗室安全檢查項目表(2021版)》在責任體系中，明確要求“采用信息化手段管理實驗室安全”，且“逐步建立和完善實驗室安全信息管理系統和監(jiān)控預警系統”。實驗室信息化建設由原來的“自選動作”轉變?yōu)楝F在的“規(guī)定動作”，同時信息化建設也成為提升實驗室本質安全的重要舉措。

國家的大政方針為實驗室信息化建設指明方向，實驗室安全事故的發(fā)生觸動實驗室信息化建設的緊迫性。信息化建設并不是只做統計的表格，也不是“一刀切”做應用軟件，需要更安全法規(guī)、規(guī)章以及學科專業(yè)特點相結合，真正解決實驗室安全管理中的痛點。以實驗室安全培訓為例，信息化建設，特別是虛擬仿真技術[5]的引入，極大地促進了學生對安全知識的學習和掌握，但是仍然無法代替?zhèn)鹘y安全演練和實操。這就需要結合具體專業(yè)的實際情況，有針對性的推進實驗室安全信息化建設，不能拋開精細化管理和規(guī)范化流程，否則信息化建設就淪為“假把式”。

2 化學化工類實驗室安全隱患種類

化學化工類實驗室通常涉及到用水、用電、用氣、化學品存儲與使用、儀器設備使用、實驗廢棄物處置等實驗環(huán)節(jié)，每一個環(huán)節(jié)都有可能因為監(jiān)管不到位而造成事故。

2.1 水、電、氣安全

實驗室用水主要包括儀器洗滌、實驗裝置冷卻用水等，實驗室上下水暢通是保證實驗室用水安全的重要內容。此外，在化學類實驗室中，水也是一種重要的化學物質，若水與活潑金屬(如鈉、鉀等)相遇會發(fā)生激烈的化學反應而導致事故的發(fā)生，因此儲存有能與水發(fā)生化學反應物質的實驗室必須保證與水處于脫離狀態(tài)。

電是現代實驗室運行的動力基礎，小到照明用電，大到大型儀器設備供電，實驗室儀器設備功率與供電系統相匹配是保證實驗室用電安全的重要內容。此外，儀器設備規(guī)范操作也是用電安全的重要內容[6]。

氣體是實驗室的一類特殊的化學物質，不同氣體具有不同的性質，不同實驗中，氣體扮演不同的角色，它們可以是實驗裝置的保護氣體，也可以是反應氣體。實驗室氣體大多具有無色無味的特點，因此保證實驗場所的通風、確保實驗裝置的氣密性是實驗室用氣安全的重要內容。此外，對于使用易燃易爆氣體的實驗室應確保沒有明火存在。

2.2 化學品安全

據統計，具有CAS號的化學品已突破1億個，但是安全管制需要重點關注的是管制類化學品。管制類化學品有嚴格的定義和清單，主要有危險化學品、易制爆、易制毒化學品。危險化學品是指具有毒害、腐蝕、爆炸、燃燒、助燃等性質，對人體、設施、環(huán)境具有危害的劇毒化學品和其他化學品，包括爆炸物、易燃物、急性毒性化學品、各器官吸收毒性化學品、環(huán)境危險化學品等；易制毒化學品是指可用于制造麻醉藥品和精神藥品的化學原料及試劑，包括可用于制造毒品的主要原料以及化學試劑[7]；易制爆化學品是指具有可以作為原料或輔料而制成爆炸品性質的化學品。管制類化學品清單列表并非一成不變，會隨著法律法規(guī)的變化而變化，特別是有可能在制備新型毒品中起到重要作用的原料及中間體。

坦率地說，化學品數量超過一億，一間普通實驗室涉及的化學藥品少到十幾種多到上百種，甚至上千種，不進行信息化管理，是很難摸清楚實際情況的，且還需要進行動態(tài)更新。對于以上化學品的運輸過程、買賣過程、存儲過程和使用過程，公安部門都對其有嚴格的規(guī)定，防止這些化學品在上述過程中出現問題，引起人員傷亡、污染環(huán)境或者其他后果。工作人員若參與到這些過程，必須按照有關規(guī)定嚴格執(zhí)行。

2.3 其他安全

實驗室儀器設備按功能來分可劃分為加熱設備、冷凍設備、測試設備、通風設備、稱量儀器等，這些儀器設備的安全問題在供電正常的情況下，主要取決于操作人員的操作規(guī)范與否。

實驗室廢棄物一般可以分為無機廢液、有機廢液、損傷性固體廢物(碎玻璃)、塑料空瓶、玻璃空瓶、化學沾染性廢棄物(一次性手套、移液槍針頭等)。隨著高校規(guī)模的不斷擴大，如何減少廢棄物的產生，杜絕廢棄物隨意處置帶來的風險(安全風險、環(huán)保風險等)已經是刻不容緩的問題。

3 實驗室安全問題解決的有效途徑探討與實踐

從上面羅列的實驗室安全隱患來看，面廣量大，十分龐雜，即使專業(yè)人員也很難做到面面俱到，在目前高校普遍缺少安全管理人員的情況下，利用先進的傳感器技術結合大數據處理系統，建立實驗室安全信息化系統就可以起到事半功倍的效果。

3.1 實驗室門禁系統的建設

實驗室準入是安全信息化建設的“第一道門”。實驗室是教師、學生、技術人員從事教學科研、實踐創(chuàng)新、技術研發(fā)的重要場所，高等學校實驗室安全檢查項目二級指標“人員管理”中明確要求制定相應的人員準入制度，在“門禁監(jiān)控”二級指標中要求門禁和監(jiān)控系統運轉正常，與實驗室準入制度相匹配。實驗室準入制度的難度不是較為固定的教職工，而是相對變化的本科生和研究生。

以某信息工程大學為例，學校實驗室與設備管理處建立了實驗室安全學習與考試平臺，平臺里建立了有關安全議題的試題庫，內容包含通識類和各專業(yè)學科分類安全知識、安全規(guī)范、國家相關法律法規(guī)、應急措施等。要求在校從事教學和科研的教師、本科生和研究生均需參加一年一度的考試，通過者發(fā)放合格證書，作為實驗室準入的依據。將考試結果與二級學院實驗室門禁進行數據耦合，只有通過考試且為該院師生才能進入實驗室。

3.2 實驗室水、電、氣的管理

實驗室水、電、氣通常是化學類實驗室的基本配置，離開實驗室時關水、關電、關氣是常規(guī)操作，但是由于某些原因導致疏忽也是經常發(fā)生的事。一旦疏忽就會出現“水漫金山”、電器長時間供電而“發(fā)熱”、因氣路老化而“泄氣”等癥狀以及由此進一步引發(fā)的“后遺癥”。通過在水閥、電源開關、氣閥安裝相應傳感器，結合實驗室監(jiān)視系統、實驗過程提醒系統就能有效地避免由水、電、氣使用引發(fā)各種并發(fā)癥。

3.3 化學品的過程管理

在眾多的化學品中，一般學校應重點關注三類化學品，即易制爆化學試劑、易制毒化學試劑以及易燃化學試劑。這三類試劑一旦流失到社會或存貯不當將帶來極大的安全隱患。這三類試劑必須有專門的存貯柜存放，在存放過程還需注意配伍禁忌，即相互反應的物質不能混放。在解決了存放問題的基礎上，使用過程管理是一個十分重要的問題，按照傳統的手工記錄方法不僅費時，也很難保證結果的準確性。通過三類試劑的試劑柜安裝傳感器、配備專用的電子天平、結合試劑識別系統(一瓶一碼)就可以實現試劑柜開門、試劑稱重、試劑用量記錄、試劑柜關門等連續(xù)操作，從而極大地減輕試劑管理人員的管理壓力。

3.4 儀器設備的使用過程管理

儀器設備的使用過程一般分為開機、使用及關機三個階段，不同的儀器設備使用過程有所不同，有些儀器設備在使用過程會有一些特殊的要求，針對這三個階段以及使用過程的特殊要求，安裝相應的傳感器，結合實驗室視頻監(jiān)控系統就能全方位掌握實驗人員使用儀器過程，包括是否按操作規(guī)程使用儀器、儀器使用過程與儀器管理人員的在線互動、大型儀器設備使用機時的記錄等，為儀器設備的開放共享提供有力支撐。

3.5 實驗室廢棄物的有效管理

實驗室廢棄物品種多、數量多，將會給管理人員帶來很大挑戰(zhàn)。實驗室廢棄物中的化學試劑空瓶又與上述化學品的過程管理緊密相關。因此把易制爆試劑、易制毒試劑、易燃物試劑空瓶納入上述化學品過程管理系統，就能實現管制類試劑的閉環(huán)管理，從另一個側面強化了危險化學品的管理水平。

4 結 語

在實驗室安全信息化管理系統中，人始終是最主要的因素，作為實驗技術與管理人員應該加強自身安全知識的學習，轉變管理理念，變“要我安全”為“我要安全”，關注實驗室的每一個過程，確定每一個過程可能存在的風險，結合現代科學技術手段，利用信息化的技術就能從繁重、繁瑣的工作中解放出來。值得注意的是，既要反對不作為的“反信息化”，又要反對亂作為的“過度信息化”，在管理實踐中需要堅持用信息化建設推進精細化管理，用精細化管理促進規(guī)范化流程，用規(guī)范化流程(范式)再反過來完善信息化建設，信息化、精細化、規(guī)范化“三化聯動”才能使得實驗室安全管理上水平、出實效。