運用質量源于設計（QbD）理念，提升高校實驗室安全管理

程敬麗，章浩楠，葛宏諾

（浙江大學農業與生物技術學院實驗中心，杭州 310058）

0 引言

高校實驗室具有學科類型多、功能各異、實驗項目復雜、人員集中且流動性大、危險因素種類多等特點［1］，給安全管理和平穩運行帶來了嚴峻的挑戰。現有高校實驗室安全管理主要對安全相關的硬件、軟件建設與完善［2］。在硬件建設中，除了完善傳統的防火、防盜、防澇、防漏電等基礎設施外，近年來也出現了各種新形式，包括利用網絡平臺［3］進行安全防范學習和危化品管理［4］、開發安全資源共享與安全考試系統［5］，采取對研究生實驗過程“實時監控”［6］等；軟件方面主要涉及各種安全制度的構建和安全文化建設：通過建立防護與計量資質認證［7］、貫徹逐級安全責任制度［8］、設置研究生“實驗室安全學”課程［9］等措施，從不同層面將安全監管工作全覆蓋；更深入的軟件建設還通過不對稱和柔性等理論建立安全業績考核制度［10］，建立科研項目申報及開始實驗前的“安全立項審核制”［11］，利用“文獻歸納法”［12］或“Excel Server技術”［13］構建安監體系，制定“四個全覆蓋”發展策略［14］，尤其是通過“高校實驗室安全檢查項目表”［15］的推廣來檢查、監督和分析安全行為等。在實驗室文化建設中，可以通過心理干預［16］、安全宣傳專欄［17］、安全教育培訓制度［18］、安全標準化操作處置流程與基礎數據庫［19］或GLP 規范［20］引入文化建設，也可以使用二維碼［21］、微信小程序［22］等引入安全管理與教育平臺，實行“實驗室準入”機制［23］等，營造濃郁的安全與環保意識氛圍，為實驗室安全設置一道無形的“防護甲”，防患于未然。另外很多研究者借鑒英、美、德、日［24-26］、新加坡、香港地區、澳大利亞［27-28］、加拿大和臺灣地區［29-30］等知名大學的經驗，引入EHS 管理系統、設立維護維修專項資金、制定事故應急機制，設置專職安全員、動態監督、應急演練等。可以說，當今高校實驗室的安全管理模式和方法已經完全超越了過往單純依賴管理文件來執行、約束和監督的簡單體系，呈現出多級監督和補充、全面覆蓋的高效管理體系。

縱觀當前的實驗室安全管理，大部分實行學校、院系、實驗室自上而下（Top-down）的三級管理制度、全覆蓋檢查、分級考核等，存在管理任務重，管理內容輕重緩急辨識度不足的問題，嚴重影響師生的獲得感、參與度及持續完善程度，帶來實驗室內部的安全風險隱患不斷。針對當前存在的缺陷與困境，本文把“質量源于設計”（Quality by Design，簡稱QbD）理念應用于高校實驗室安全管理中，以不同專業實驗室為小單元，進行分類管理，提前設計并識別風險因子，量化與排序篩查高、中風險因子，再重點突破，持續降低風險，優化管理策略，實現從現有的“檢查決定安全”轉化為“設計控制安全”，建立共性的風險識別與管理方法，充分識別風險、分類管理控制、防患于未然，制定“安全源于設計”的高效管理策略，為提升我國高校實驗室安全管理水平提供依據。

1 QbD理念

2004 年，美國食品藥品監督管理局（Food and Drug Administration，FDA）正式提出QbD 理念［31］，并鼓勵將其用于藥品研發、制造和監管，其內涵是將“生產決定質量”這種傳統的藥品質量控制的管理理念轉變為“設計控制質量”的新理念。2009 年，人用藥品注冊技術標準國際協調會（International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use，ICH）發布的Q8（R2）指南中認為，QbD 是科學、基于風險、全面、主動的藥物研發方法，是一種以預定的產品目標為起始，強調對產品和過程的理解以及過程控制的管理，基于科學和風險管理的系統方法［32］。該理念強調通過深入了解原料屬性和生產過程參數對產品質量的影響，精心設計并控制變異的來源實現產品質量達到預設目標［33-35］。近年來QbD 理念在國內外得到了廣泛的應用，極大程度推動了醫藥行業的發展［36-37］。在此基礎上，QbD理念及其基于風險評估和過程控制的內涵可被廣泛延伸、應用于其他行業、領域，特別是高校實驗室安全管理。

2 基于QbD理念的高校實驗室安全管理風險識別與評估

2.1 “魚骨圖”法識別風險因子

魚骨圖（Fishbone diagram）是QbD 理念實施及全面篩選安全影響因素的有效工具，是一種當今流行的發現問題“根本原因”的方法，是一種透過現象看本質的分析手段，通過將影響安全的重要風險因子系統列出，供后續全局性風險評估分析。其主線是一個“魚頭”和“魚骨”，“魚頭”上就是預期要達到的安全目標；次線是“魚骨”上的“魚刺”，也就是問題產生的各種原因，是與安全目標直接相關的影響因素。以高校化學實驗室為例，這些影響因素一般可歸類為“人”“法”“環”“物”四大模塊（見圖1），通過安全影響因素評估方法，對魚骨圖中的這些因素進行風險識別并分別評估，找出關鍵影響因子，對其逐一建立合理的方法進行控制，確保化學實驗室的全周期安全運行。

圖1 魚骨圖法識別高校實驗室安全風險因子

2.2 實驗室安全風險因子的評估打分

安全風險評估打分采用的工具為失敗模式效果分析（Failure Modes Effects Analysis，簡稱FMEA），是一種原因分析的有效方法，它研究系統中每個組成部分可能存在的失效模式，并確定各個失效模式對系統各組成部分和要求功能的影響，是一種風險評估的重要工具。安全因素風險評估應建立在對高校各個實驗室的專業深入理解，FMEA 可將龐大復雜的實驗室安全管理過程分解成可管理執行的每一小步驟，首先對實驗室各種安全因素進行評估，區別細分高風險因素與低風險因素，通過FMEA從3 個角度來量化風險因子：嚴重程度S（severity）的高低（1 ＝低，10 ＝高）、發生概率P（Probability of occurrence）的大小（1 ＝小概率事件，10 ＝大概率事件）、覺察難易度D（Difficulty of Perception）的高低（1 ＝容易發現，10 ＝很難發現）分別計分（見表1），采用風險優先數RPN（risk priority number）＝S×P×D，也叫風險因子或風險系數進行計算，然后排序、篩查，引入提前進行安全風險管理的思想，初步建立“安全源于設計”的風險評估方法。

表1 風險評估中嚴重度S、發生概率P、覺察度D評分標準

根據評估標準對不同專業實驗室的風險因素進行初步識別和評估打分。在歷年高校安全檢查中，化學問題占比超過1／3，且所查學校中均存在一定的化學問題［38］，現以高校化學實驗室為例，嘗試通過風險因子評估打分來降低風險尤其重要，更具有一定的代表性和指導性。根據化學預備實驗情況，影響化學實驗室的合成、前期試劑準備、投料反應、中控、后處理等實驗因素主要有：環境因素、操作人的因素、安全制度因素及各種實驗涉及的所有物的因素4 大類，將上述因素再分別細化，依據歷年學校、學院層面安全檢查和實驗室日常自查中常見問題，分別進行風險因子評估打分（見表2）。

其他建筑、機電、能源、材料、醫學、藥學、農學、生命科學、食品等專業實驗室，除基本的電、氣、水、常規設備和一般的化學試劑和生物實驗，相對化學專業實驗室，危險因素會少一些，可以按照常規的檢查指標，結合專業特色，分別進行風險因子RPN的評估計分。

3 基于QbD理念的高校實驗室安全控制策略

運用QbD 理念進行實驗室安全管理，上策就是“設計量化、梳理為主、目標明確、排除隱患”，所以針對不同專業實驗室提前進行風險評估、排序、過濾及風險控制。

3.1 實驗室安全風險因子排序與控制策略

把不同專業實驗室的風險因子RPN 分別進行排序與篩選，例如把表2 中化學實驗室的各種風險因素按照風險因子RPN 的高低進行排序、逐一過濾，進行預判篩選（見圖2），可以看出風險偏高的因素主要集中在化學實驗的規范操作、安全培訓、危險化學品的處置、氣體鋼瓶的使用、護目鏡等防護品的佩戴、實驗前預梳理和高溫高壓反應等方面，后續可對這些層面的因素重點進行梳理，逐一科學論證，采取響應措施不斷降低風險，包括且不限于頭腦風暴培訓、實驗知識增進、提高規范操作方式，增強方案細化等不同方法，優先解決風險因子高的安全因素，并重點動態監控高風險因素，不斷降低風險控制，不斷提高實驗室安全管理質控水平。

圖2 化學實驗室風險計算圖：風險排列和過濾

3.2 控制策略、持續改進、接受風險及重新計算風險因子

對不同專業類型實驗室，例如化學、建筑、機電、能源、材料、醫學、藥學、農學、生命科學、食品等專業實驗室，尤其是科研實驗室，隨著項目變化，試驗內容也具有不確定性和變化性，需針對不同實驗內容，在初步評估打分的基礎上，制定屬于實驗室自身的風險因子RPN排序表，關注并及時降低高RPN 的風險項目，包括開展培訓、梳理方案、規范操作、預檢所有材料和設備等不同細化方法，有針對性地在日常實驗室安全管理過程中降低高風險因素、接受殘余風險，或持續改進，溝通風險，制定方法控制策略，重新計算風險因子，實現動態調整，定期開展實驗室安全隱患評估表的更新，使其更具有針對性和可操作性。

以本學院農藥合成化學實驗室為例，風險因子較高的為B3、B1、D6，D3、B7、B4 等，尤其是危險實驗的規范操作、危險化學品的存放與管理、氣體鋼瓶等，對這些危險因素再分別進行科學論證分析，進一步詳細制定策略來降低風險至可接受的程度，制定實驗室內部的《風控表》用于自查和督查，起到很好的自查效果，大大降低了合成實驗室的危險程度（詳見表3）。

3.3 風險審核及高校實驗室安全風險因子信息化管控

通過風險發現、量化評估、排序，進行風險降低，最終風險審核后形成一套完整的風險控制策略報告或方法。在具體實踐中，可充分利用現有的校級信息化平臺-“安全管理信息系統”中進行優化建設。例如學校前期依據“高校實驗室安全檢查項目表”［15］，已經以不同樓宇、不同樓層、不同性能的專業實驗室的房間號為一個單元，里面配制了詳細的自查項目，共計12 條、50 款、155 項、303 目檢查要點，每個房間的安全責任人定期自查，再結合設備處抽查，起到了良好的安全督查作用。由于我校為綜合性大學，學科門類多樣化、各專業實驗室安全涉及內容差異較大，用本校制定的統一模塊來細查，導致很多條目不適用于部分實驗室，很多教授、老師或本實驗的安全員反映自查過程繁瑣，針對項目不夠明確。所以在此龐大的信息模塊上精簡，嘗試：①以各專業實驗室為小單元，在自身專業基礎上，設計不同風險因子模塊，分別設置計算打分的序號，動態排序、并增加一項風險降低策略的模塊，刪除與實驗室專業無關的其他模塊，逐一精簡，分別建立各個實驗室專屬的信息化自查系統，可以簡稱《某某實驗室風控表》，實現有針對性的定期自查，即方便安全員自查，也方便導師自查和監督；②學校與學院級的安全督查人員可以在線監查各個專業實驗室的動態危險因素排序表，及各自的風險控制策略報告，互動修訂，提前設計梳理各個實驗室的風險；③學校和院系上級部門定期巡查時，都可以隨時打印各個學院各個樓層不同專業實驗室的“風控表”，有據可依的檢查，更加節省時間、針對性更強，可進一步推廣檢查、監督和分析安全行為等。

后續可充分利用信息化平臺建設中的大量數據，融入QbD理念，針對不同實驗室類型不斷推廣實踐：比如化學、建筑、機電、能源、材料、醫學、藥學、農學、生命科學、食品等，細化各專業功能，提前設計、梳理各實驗室風險因子，整合分析并排序優化各個實驗室的風險因子控制表，動態調控，分類管理，建立共性的風險識別與管理的方法（見圖3），發揮各實驗室內部師生員工的主管能動性，充分識別風險、分類管理控制、防患于未然，制定“安全源于設計”的高效管理制度，為提升我國高校實驗室安全管理水平提供依據。

圖3 基于QbD理念的高校實驗室安全管理策略

4 結語

高校實驗室安全管理是一個不斷完善的過程，首次把質量源于設計（QbD）理念引入到高校安全管理工作中，從安全目標范疇、安全因素風險評估、過程理解與控制方面進行系統分析與研究，采用“魚骨圖”法，分析識別出高校實驗室內各種與安全直接相關的風險因子，通過“計分法”量化風險因子，重點梳理并甄別高風險因素、動態監控和不斷降低高風險因素、控制低風險因素等，并根據量化的風險因子高低，用數據作為支撐，和師生積極互動，控制風險來源，使各種實驗室場景的安全達到預定目標，完善并持續改進，建立基于“安全源于設計”的類QbD理念的管理體系，充分發揮實驗室內部師生主觀能動性，做好預評估和自查自糾，有據可依，又可結合校級、院系等上級部門的巡查、督檢和獎懲等工作，無遺漏、無死角、無盲區，不斷互動完善的建立安全防控長效機制，為我國高校實驗室安全管理提供較為系統的科學理論依據和應用技術，為提高師生滿意度、獲得感，保障師生“安教樂學”提供強有力的保障。