楊亞琪 周 艷副教授 陳 全教授

(天津理工大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與安全工程學(xué)院，天津 300384)

0 引言

科研院所實(shí)驗(yàn)室是開展學(xué)術(shù)交流，進(jìn)行前沿性技術(shù)研究，培養(yǎng)高水平人才的重要平臺。這類實(shí)驗(yàn)室具有實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方向不同、化學(xué)品種類復(fù)雜、設(shè)備數(shù)量多、人員流動大、實(shí)驗(yàn)探索性強(qiáng)、風(fēng)險未知性強(qiáng)等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)過程中可能導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸、機(jī)械傷害、高處墜落、灼燙、觸電、物體打擊、坍塌、中毒和窒息、其他傷害等事故類型。據(jù)統(tǒng)計(jì)，科研實(shí)驗(yàn)室事故是工廠實(shí)驗(yàn)室的100倍[1]，科研院所實(shí)驗(yàn)室事故頻發(fā)不僅造成實(shí)驗(yàn)成果和財(cái)產(chǎn)的重大損失，甚至讓科研人員付出健康乃至生命的代價。2021年，某化學(xué)研究所實(shí)驗(yàn)室發(fā)生反應(yīng)釜高溫高壓爆炸事故，造成一人死亡；2018年，北京某高校實(shí)驗(yàn)室人員在實(shí)驗(yàn)過程中違規(guī)操作，導(dǎo)致爆炸，3人死亡。當(dāng)前，在國家大力加強(qiáng)對科研工作投入的背景下，明確實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險等級并提高安全管理水平成為亟需解決的問題。

目前，已有學(xué)者運(yùn)用層次分析法(Analytical Hierarchy Process，AHP)和作業(yè)條件危險性評價法(Likelihood Exposure Consequence，LEC)對實(shí)驗(yàn)室安全展開研究。沈通等[2]運(yùn)用AHP法和LEC法對C值從人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、實(shí)驗(yàn)成果影響損失、社會影響力損失4個方面重新賦值；趙雨霄等[3]針對化學(xué)類實(shí)驗(yàn)室的普遍特點(diǎn)，對L、E、C重新取值，運(yùn)用公式進(jìn)一步量化實(shí)驗(yàn)室存在的風(fēng)險；常昇宏等[4]將L值定義為工作自身的固有危險因素與人員對危險因素的控制能力兩者間的差值；葉元興等[5]統(tǒng)計(jì)分析150起高校及科研院所的實(shí)驗(yàn)室安全事故，闡明主要的風(fēng)險因素為危險化學(xué)品事故、儀器設(shè)備事故、線路安全事故、生物安全事故以及其他事故?，F(xiàn)有文獻(xiàn)更多基于統(tǒng)計(jì)分析、理論分析的角度研究實(shí)驗(yàn)室安全管理體系和制度建設(shè)，而在客觀量化地評價實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險等級、有效消除安全隱患等方面尚有不足，且未提出可實(shí)際應(yīng)用的明顯例證。本文在構(gòu)建科研實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險評價指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，將AHP法和LEC法相結(jié)合，克服人為賦值的主觀性，使致險因素風(fēng)險等級劃分更系統(tǒng)清晰，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更客觀量化，實(shí)際應(yīng)用中可操作性更高、可行性更強(qiáng)。

1 實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險評估模型的構(gòu)建

1.1 建立評價指標(biāo)體系

通過對科研院所實(shí)驗(yàn)室可能導(dǎo)致人身傷亡、健康損害、財(cái)產(chǎn)損失的危險物料、設(shè)備設(shè)施、實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)、場所環(huán)境進(jìn)行分析，遵循系統(tǒng)性、動態(tài)性、全員性、綜合性等原則，辨識風(fēng)險類別，找出其風(fēng)險誘發(fā)因素和危險釋放源點(diǎn)，提出有效的控制措施。其中，物料主要從可燃性、爆炸性、腐蝕性、毒性、存放量等方面考慮；設(shè)備考慮設(shè)備類型；實(shí)驗(yàn)操作中關(guān)注人的不安全行為；場所環(huán)境參考間距空間、通風(fēng)及通道、安全警示標(biāo)志等，基于以上4方面系統(tǒng)辨識危險源，選取7個一級指標(biāo)、24個二級指標(biāo)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險評價指標(biāo)體系，指標(biāo)的選擇既需符合客觀實(shí)際情況，也應(yīng)體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的管理內(nèi)容，同時兼顧各實(shí)驗(yàn)室的通用性。

科研院所各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目涉及到人員作業(yè)活動步驟較多、儀器設(shè)備復(fù)雜、危險化學(xué)品繁多、實(shí)驗(yàn)所處環(huán)境差異化等，根據(jù)危險源辨識結(jié)果，運(yùn)用AHP法構(gòu)建科研實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險評價指標(biāo)體系，見表1。

表1 科研實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險評價指標(biāo)體系

1.2 基于AHP法的指標(biāo)權(quán)重計(jì)算

AHP法是定量和定性分析相結(jié)合的多準(zhǔn)則決策方法。首先建立層次結(jié)構(gòu)模型，按照不同因素間的相互關(guān)聯(lián)影響和隸屬關(guān)系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層[6]。引用標(biāo)度法構(gòu)建判斷矩陣(aij)n×n，對人的主觀判斷做出客觀量化，每一層次的因素對上一層次某因素進(jìn)行層次單排序，并通過一致性檢驗(yàn)。通過層次總排序得到各層元素對目標(biāo)層的合成權(quán)重并通過一致性檢驗(yàn)，最終實(shí)現(xiàn)方案層的排序。

AHP法計(jì)算被比較元素相對于上一層次的相對權(quán)重可采用和法、方根法、特征向量法和冪法，具體計(jì)算過程參考運(yùn)籌學(xué)文獻(xiàn)[7]。

標(biāo)度含義和相對重要性數(shù)值uij的判斷方法，見表2。

表2 標(biāo)度含義

隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，見表3。

表3 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI的取值

一致性指標(biāo)CI由公式(1)計(jì)算。

(1)

其中，λ為判斷矩陣的最大特征值。

一致性比率CR由公式(2)計(jì)算。

(2)

當(dāng)CR小于0.1時，通過一致性檢驗(yàn)，證明評價指標(biāo)的權(quán)重分配合理，否則，需對判斷矩陣重新修正，直至一致性檢驗(yàn)通過。

1.3 基于LEC法的危險等級劃分

LEC法是對作業(yè)環(huán)境中潛在的危險源進(jìn)行半定量分析的安全評價方法，該方法用與風(fēng)險相關(guān)的3個因素指標(biāo)的乘積定量描述危險等級，3個因素由評價小組專家賦值，見表4。風(fēng)險值D=事故或風(fēng)險發(fā)生的可能性L×暴露在危險情況下的頻率E×事故發(fā)生可能導(dǎo)致的后果C。D值越大，危險程度越高，應(yīng)采取控制措施調(diào)整風(fēng)險到允許值，危險等級劃分，見表5。

表4 L、E、C取值

表5 危險等級劃分

基于危險源辨識成果構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險評價指標(biāo)體系，采用LEC法評估導(dǎo)致事故的各風(fēng)險因素的危險等級，結(jié)合AHP法進(jìn)一步計(jì)算各指標(biāo)的合理權(quán)重，將權(quán)重值與風(fēng)險值加權(quán)運(yùn)算，從而確定各風(fēng)險因素導(dǎo)致事故的重要程度，具體流程，如圖1。

圖1 基于AHP-LEC的實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險評估流程圖

2 實(shí)證分析

2.1 數(shù)據(jù)處理

某科研院所包括檢測類實(shí)驗(yàn)室和理論技術(shù)研究類實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要包括構(gòu)件、設(shè)備、裝置、材料的檢測以及理論技術(shù)的研究。其中，檢測類主要涉及滅火系統(tǒng)、建筑防火構(gòu)配件、消防裝備、滅火劑、防火阻燃材料及制品等，理論技術(shù)研究主要涵蓋防火、防爆等基礎(chǔ)理論研究。

邀請5名專家運(yùn)用LEC法對該科研院所實(shí)驗(yàn)室不同風(fēng)險類別下的各風(fēng)險因素進(jìn)行賦值，其風(fēng)險因素計(jì)算值，見表6。

表6 各風(fēng)險因素計(jì)算值

實(shí)驗(yàn)室風(fēng)險評價指標(biāo)體系的一級指標(biāo)為火災(zāi)、容器爆炸、機(jī)械傷害、中毒和窒息、坍塌、觸電、灼燙等7類，一級指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)重為W=(W1，W2，W3，W4，W5，W6，W7)。觸發(fā)一級指標(biāo)的二級指標(biāo)因素包括24個，對應(yīng)的權(quán)重為Wi=(Wi1，Wi2，Wi3…Win)，i=1，2，3，…，7。其中n表示7類不同風(fēng)險類別下對應(yīng)風(fēng)險因素的個數(shù)。運(yùn)用AHP法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重，構(gòu)造A-B判斷矩陣，5位專家根據(jù)標(biāo)度法對兩兩因素進(jìn)行賦值，采用加權(quán)算術(shù)平均值法綜合各專家意見，冪法計(jì)算出一級指標(biāo)的相對權(quán)重(見表7)，并通過一致性檢驗(yàn)。

表7 A-B判斷矩陣及指標(biāo)權(quán)重

同理構(gòu)造B1-(B11-B17)、B2-(B21-B23)、B3-(B31-B33)、B4-(B41-B43)、B5-(B51-B53)、B6-(B61-B62)、B7-(B71-B73)7個判斷矩陣，專家進(jìn)行賦值，計(jì)算各二級指標(biāo)相對一級指標(biāo)的權(quán)重，即W1={0.100 5，0.090 8，0.145 6，0.030 8，0.340 9，0.247 7，0.043 8}；W2={0.319 6，0.558 4，0.122 0}；W3={0.637 0，0.258 3，0.104 7}；W4={0.581 6，0.309 0，0.109 5}；W5={0.292 2，0.092 5，0.615 3}；W6={0.333 3，0.666 7}；W7={0.581 6，0.109 5，0.309 0}，一致性檢驗(yàn)通過。

進(jìn)而可得方案層各風(fēng)險因素對目標(biāo)層實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險評價的權(quán)重值Wk，并將其與風(fēng)險值D結(jié)合，見公式(3)，將所得加權(quán)風(fēng)險值Dk排序，見表8。

(3)

Dk=Wk×D

2.2 結(jié)果分析

基于AHP法和LEC法對各實(shí)驗(yàn)室可能導(dǎo)致事故發(fā)生的風(fēng)險因素進(jìn)行定性和定量的評估，其中容器爆炸、火災(zāi)、中毒和窒息、機(jī)械傷害等作為主要安全事故，引起的傷害更為顯著，所占權(quán)重分別為0.295 7、0.269 4、0.166 8、0.112 3，與實(shí)際情況相符，并通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證，應(yīng)特別引起重視，提前預(yù)防。各實(shí)驗(yàn)室共用一套排風(fēng)系統(tǒng)導(dǎo)致可燃廢氣混合是導(dǎo)致火災(zāi)發(fā)生的主要因素，危險化學(xué)品儲存于普通試劑柜中是次要因素；各類氣瓶防傾倒措施不健全是導(dǎo)致容器爆炸的主要因素，儲罐保護(hù)裝置、儀表裝置失效是重要因素；通風(fēng)不良和未穿戴勞動保護(hù)用品是導(dǎo)致中毒和窒息的主要和重要因素；機(jī)械傷害中實(shí)驗(yàn)儀器安全防護(hù)裝置未裝、不齊全或失效和機(jī)械自身故障導(dǎo)致傷害的風(fēng)險性更大；實(shí)驗(yàn)所用墻體經(jīng)長期、多次燃燒，未及時檢查出缺陷和實(shí)驗(yàn)框架變形是坍塌的主要因素；人員操作不當(dāng)直接用手接觸和儀器設(shè)備老化未更新分別導(dǎo)致灼燙和觸電。根據(jù)加權(quán)風(fēng)險評價值的排序結(jié)果，依據(jù)先后原則針對性地提出控制措施。

2.3 安全措施

基于上述對科研院所實(shí)驗(yàn)室的危險源辨識和風(fēng)險評估結(jié)果，從本質(zhì)安全化的角度對容器爆炸、火災(zāi)、中毒和窒息、機(jī)械傷害等事故類型提出針對性安全控制措施。

(1)科研院所實(shí)驗(yàn)室多涉及甲烷、丙烷、氫氣、一氧化碳等可燃?xì)怏w實(shí)驗(yàn)，為避免火災(zāi)爆炸事故發(fā)生，排放可燃混合氣體應(yīng)設(shè)置自然通風(fēng)和獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)。

(2)從采購、儲存、使用和危險廢棄物處理4個階段對危險化學(xué)品進(jìn)行嚴(yán)格管理和規(guī)范操作。從正規(guī)、合法渠道采購，且要專室、專柜儲存；存放少量日常使用化學(xué)品的實(shí)驗(yàn)室，可使用危險化學(xué)品防爆試劑柜，并由專人負(fù)責(zé)管理；涉及危險化學(xué)品如毒性氣體和可燃?xì)怏w使用的場所應(yīng)配備自動監(jiān)測報警裝置、聯(lián)鎖裝置，并保證通風(fēng)系統(tǒng)良好；危險廢棄物應(yīng)按照GB/T 31190—2014《實(shí)驗(yàn)室廢棄化學(xué)品收集技術(shù)規(guī)范》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)處理。

(3)針對氣瓶、儲氣罐等特種設(shè)備的安全管理應(yīng)設(shè)置防傾倒鏈，并定期檢測各安全附件有效，各氣瓶、儲氣罐放置在氣瓶間內(nèi)，氣瓶間宜單獨(dú)設(shè)置或設(shè)在無危險性的輔助用房內(nèi)。

(4)定期檢查各儀器設(shè)備無故障，且安全防護(hù)裝置安裝到位、保護(hù)有效。

(5)建立并健全科研院所安全管理規(guī)章制度和崗位安全責(zé)任制度；對從業(yè)人員進(jìn)行安全教育、法制教育、崗位技術(shù)培訓(xùn)、應(yīng)急疏散演練等培訓(xùn)活動；設(shè)置完善的安全操作規(guī)程，并定期組織安全培訓(xùn)考核；建立實(shí)驗(yàn)室安全檢查與隱患排查制度，日常加強(qiáng)各項(xiàng)安全檢查，建立隱患排查及整改情況臺賬，構(gòu)建“日檢查、周巡查、月通報、季整改、年總結(jié)”的長效安全保障制度[8]。

3 結(jié)論

(1)本文將AHP法和LEC法結(jié)合應(yīng)用于某科研院所實(shí)驗(yàn)室的風(fēng)險評估中，得出容器爆炸、火災(zāi)爆炸、中毒和窒息、機(jī)械傷害等高發(fā)安全事故應(yīng)重點(diǎn)預(yù)防。根據(jù)各風(fēng)險因素的加權(quán)風(fēng)險值排序結(jié)果，依次采取相應(yīng)整改措施。從改善排風(fēng)系統(tǒng)、為氣瓶設(shè)置防傾倒鏈、定期檢查儲罐安全保護(hù)裝置、危險化學(xué)品合規(guī)管理、檢查并更換受損或缺失的部件、保持場所環(huán)境良好、勞動防護(hù)用品穿戴齊全、檢測報警裝置安裝到位、規(guī)范人員操作行為等方面來加強(qiáng)對各類事故的預(yù)防。

(2)該方法客觀量化地評估科研院所實(shí)驗(yàn)室的安全風(fēng)險等級和各風(fēng)險因素的重要程度，完善了現(xiàn)有的評價體系，與實(shí)際情況相符，且為各科研實(shí)驗(yàn)室建立健全雙重預(yù)防機(jī)制提供依據(jù)。

(3)實(shí)驗(yàn)室安全事故涉及較多的風(fēng)險因素，進(jìn)一步需考慮各風(fēng)險因素間相互交叉影響的關(guān)系和程度，剖析其耦合效應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)對科研實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險評估模型的優(yōu)化。