系统理论视域下高校实验室安全管理结构模型研究

林宝灯

（福建江夏学院经济贸易学院，福建福州，350108）



系统理论视域下高校实验室安全管理结构模型研究

林宝灯

（福建江夏学院经济贸易学院，福建福州，350108）

摘要：以高校实验室安全管理系统要素特征为基础，利用图论的重构理论并结合MATLAB软件运算建立系统的结构模型。研究表明：各要素的重要性呈现出按组织成员、物质技术、人文社会环境等三个方面逐渐递增的趋势。其中实验室管理制度的科学制定、安全管理模式的有效选择与科研成果的安全保密等主要由人文社会环境方面的要素形成了该模型中的最高级别，应着重利用以预防与高校实验室有关的事故发生。

关键词：高校实验室；系统结构模型；安全管理

在高等教育迅速发展的形势下，高校实验室的教学与科研活动日益频繁，也使实验室服务国家科技进步及社会经济发展的能力得以不断提升。而同时频发的高校实验室安全事故造成人员和财产严重损失，给高校实验室安全管理工作带来了严峻的挑战，也引起了社会各界的关注。已经出现的典型案例有：2015年4月5日中午，中国矿业大学南湖校区化工学院实验室发生爆燃事故，造成1人死亡、1人重伤截肢、3人轻伤［1］；2011年10月10日中午，中南大学化工学院实验楼四楼突发火灾，过火面积约790平方米，直接财产损失近43万元［2］；2010年12月19日下午，东北农业大学在教学实验过程中因采用未经检疫的羊进行活体解剖，在实验过程中也未采取必要的防护措施，导致28名师生感染严重的布鲁氏杆菌传染病［3］；2010年2月，印度德里大学将含有放射性元素钴-60的废弃设备未经事先处理后出售给一家金属回收站，在拆卸设备时，辐射物质导致1人死亡、7人患上急性放射病［4］等。当前，类似的高校实验室安全事件总体呈上升的趋势，这些事件集中反映了高校实验室的安全管理存在突出问题。而高校实验室的安全管理涉及的要素较多，是一个复杂的系统工程。因此如何认识高校实验室安全管理的系统特征并转化分解最终建立其结构模型，从而在实际管理过程形成应用指导的有效作用是本研究重点解决的问题。

一、实验室安全管理系统的特征

系统理论由奥地利生物学家Bertalanffy在20世纪40年代创立。半个多世纪以来，世界各地的学者包含我国以钱学森为带头人的研究者都不断推动了系统科学体系的发展。一般认为，系统是指由相互联系、相互作用的若干要素结合而成的、在特定环境中具有一定结构和功能的统一整体［5］，其注重人、机、环境的相互影响，因此又称为系统理论。系统具有整体性、动态相关性、目的性等特性，在社会经济系统中得到了广泛的应用，而应用于高校实验室安全管理表现出的系统特性分析如下：

（一）实验室安全管理系统要素的集合与整体性

我们定义一个系统，它必须是系统各要素的集合以及关系的集合［6］。高校实验室安全管理系统由实验室空间布局的合理设计、设备的安全使用及维护保养、精密及特种设备的防损与正确使用、化学品及病原微生物的安全存放与有效监管、水与电的安全使用、有害废弃物的安全处置、财产设备的防火与防盗、科研成果的安全保密、实验人员安全防护设施的齐备、实验技术人员安全意识的养成及良好工作作风的形成以及宏观层面的实验室安全管理模式的有效选择及制度的科学制定等近12个要素组成［7］。这12个要素就组成了一个集合体，其具有整体特性。主要表征为实验室安全管理作为一个系统存在，它是由各个要素紧密联系组成的整体，如果缺少某个要素或者把每一个要素独立分割开来，例如缺少实验室管理制度的科学制定这一要素，那么实验室安全管理这个系统的完整性与整体性就不复存在。实验室安全管理系统的整体性就是其各要素在时间、空间、逻辑等层面表现出整体性并相互配合、紧密联系，这一系统才能最终发挥出其整体功能。同时，实验室安全管理系统内某一个要素的变化将作用于其他要素引起变化，这种某一因素的动态变化引起其他因素变化的关系非常多，将组成关系的集合。这些集合包含系统各要素之间的相关性、要素的层次结构性等，后文也将论述到。

（二）实验室安全管理系统要素的相关性

实验室安全管理系统的各要素如果都处于受控的状态甚至是静止状态，事故必然不会发生。然而，客观上它是动态发展的，要素之间也存在着既相互依存又彼此制约的关系。例如实验室开展教学、科研方面的生化实验，将面临水电的使用、有害物质的处置，而使用与处置的过程彰显着实验技术人员的安全意识与工作作风状况，也反映着实验室管理制度是否科学地制定和实施的是否有效监督等；相反地，实验技术人员的安全意识、工作作风状况以及实验室管理制度的制定状况在一定程度上也制约着实验室水电的使用、有害废弃物的处置情况。正是因为如此，实验室安全管理系统的12个要素之间存在着相关性才形成了系统，而不仅仅是集合。这种随着时间的推移实验室安全管理某一要素的变化将引起与之相关联的其他要素的变化的系统为连续系统，其演化方程用一阶联立微分方程组描述如下［6］4：

以上微分方程中，Q1，Q2，…，Q12分别表示为实验室安全管理系统的12个要素的特征，t表示时间，f表示相互关系的函数。从方程组中可以看出，实验室安全管理系统的任一要素随着时间的变化都是所有12个要素的函数。也就是说实验室安全管理系统的任一要素发生变化，就会引起其他要素发生变化，最终引起整个实验室安全管理系统发生变化。

（三）实验室安全管理系统要素的层次结构性

组建实验室安全管理系统的目的就是使实验室实现安全地运转，保证实验室发挥出其应有的效用。而这一目的的实现依赖于其系统结构的合理性、有序性。对系统结构的描述主要研究其组成元素的排列次序，即系统的层次性。这种层次性主要是由纵向结构和横向结构构成。纵向结构是指构成实验室安全管理系统的各要素在纵向上的排列次序及质态；横向结构指各要素之间相互作用与联系的状态。在系统中较高的层次制约着较低的层次［6］5，例如假设实验室安全管理系统中安全管理制度的有效制定作为较高层次、实验人员安全防护设施的齐备与安全意识的养成作为较低层次，前者作为较高层次必然影响后者作为较低层次的功能发挥，而系统的较低层次是较高层次的基础，较低层次变化到一定程度也必然引起较高层次的变化。此实验室安全管理系统的层次性即系统结构性的论证将在后文的结构模型建立中进行。

二、实验室安全管理系统结构模型的建立与评价

实验室安全管理系统各要素并不是随意、偶然地堆积，它的组成具备一定的秩序与结构［9］。这种系统结构的有序性，体现的是其空间的有序性，其有序的程度越高，越有利于系统发挥其整体功效。而实验室安全管理结构模型是对实验室安全管理系统各组成要素实体之间结构关系的描述，表示的是一个安全管理系统作为实体集合的系统模型。该系统模型的表征将可直接应用于指导实验室的安全管理实践。

（一）实验室安全管理系统结构模型的建立过程

利用图论的重构理论并结合人——机（MATLAB 7.0软件）运算可以建立实验室安全管理系统的解析结构模型，该模型使复杂系统转化分解成多级递阶结构的形式，过程如下：

实验室安全管理的要素可以从组织成员方面、物质技术方面、人文社会环境等方面来描述［8］，如前文所述，实验室安全管理的要素组成有：（1）实验室空间布局的合理设计S1；（2）设备的安全使用及维护保养S2；（3）精密及特种设备的防损与正确使用S3；（4）化学品及病原微生物的安全存放与有效监管S4；（5）水与电的安全使用S5；（6）有害废弃物的安全处置S6；（7）财产设备的防火与防盗S7；（8）科研成果的安全保密S8；（9）实验人员安全防护设施的齐备S9；（10）实验技术人员安全意识的养成及良好工作作风的形成S10；（11）实验室安全管理模式的有效选择S11；（12）实验室管理制度的科学制定S12。

通过查阅文献并结合对相关领域专家的咨询进行分析，确定实验室安全管理各要素之间的相互影响关系为：

图1　实验室安全管理各要素相互影响关系

根据图1实验室安全管理各要素相互影响关系，可以得到对应的邻接矩阵为：

以上该邻接矩阵A的元素是按因素S1，S2，S3，…，S12的顺序安排相互影响关系的取值。根据邻接矩阵求得可达矩阵为：

在以上的可达矩阵中，由于S7和S9，S11和S12的行和列相同，构成回路，故去掉S7和S12可以得到新的可达矩阵并对其进行层次级别划分：分别计算所有因素的可达集R（Si）、前因集A（Si）以及R（Si）与A（Si）的交集。所有计算结果形成的关系表表明因素S6、S8、S11的可达集等于它的前因集与可达集的交集，因此因素S6、S8、S11是该层次结构模型的最高级。之后去掉S6、S8、S11形成新的可达集和前因集关系表，可得知因素S4是属于第二级别的因素。同理可以类推最终得到第三级别的因素为S2、S3，第四级别的因素为S1、S5，第五级别的因素为S9，第六级别的因素为S10。按照层次级别划分L1、L2、L3、L4、L5、L6顺序，重新排列去除回路后的的可达矩阵为：

根据重新排序的可达矩阵，最终可建立高校实验室安全管理系统结构模型，如下图2。

图2　实验室安全管理系统结构模型图

（二）对实验室安全管理系统结构模型的评价

以上实验室安全管理系统模型结构建立的过程，可简要归结为两大步骤：首先是对系统的各要素进行考察和分析，以确定系统要素的实体以及相互关系［9］；然后是利用图论的重构理论依次建立邻阶矩阵和可达矩阵，并根据可达矩阵明确系统各要素之间的层次与结构关系。其中对于系统要素的实体以及相互关系的确定源于查阅已有的研究成果与专家访谈，由此得到的数据所形成的模型拟合度大小有待于在实际进行实验室安全管理的长期实践过程中得以检验与修正。正如本系统为十二因素斜交模型，实验室安全管理各因素之间具有相关性，它们可能并不是简单地从属于相同的潜变量，但是实验室安全管理系统各要素之间的结构与层次细节已然非常清晰地得以呈现，具备了在实际管理过程运用的针对性和有效性。

三、系统结构模型在实验室安全管理中的应用

安全科学理论认为，典型的安全系统主要由人、机、环境三要素组成［8］。上述实验室安全管理系统结构模型图的研究结果表明，实验室安全管理各类因素的重要性呈现出按照组织成员方面、物质技术方面、人文社会环境方面等三个方面逐渐递增的趋势。从结构模型图中可以得到，实验技术人员安全意识的养成及良好工作作风的形成等组织成员方面的因素是实验室安全管理的最基本因素。因此高校应重视实验技术队伍的建设，充分认识其基础性的重要作用，并重点培养实验技术人员的素养使其在安全意识、工作作风等方面有比较扎实的与岗位相匹配的应有的养成。而处于中间层次的主要是由物质技术方面的因素组成，从模型中可以看出物质技术方面的因素较多，也是作为实验室安全日常管理工作的组成部分，这一层次的实验室安全管理需要协调设备及物质与安全之间的关系，注重管理效率。同样地，从结构模型图中可以得知，在实验室安全管理系统的各种因素中实验室安全管理模式的有效选择、管理制度的科学制定、有害废弃物的安全处置与科研成果的安全保密等主要以人文社会环境方面的因素形成了该层次结构模型中的最高级别。也就是说这四个因素为实验室安全管理最关键的因素，在实验室安全管理实践中有意识地关注并实时管理，会起到事半功倍的效果。特别是注重其中的管理制度与管理模式的科学制定与有效选择将起到纲领性的作用，因而针对实验室安全管理结构模型中最高级别的因素也就是最关键的因素给予重视并加强利用，可以从以下两个方面重点推进：

（一）健全法律法规、完善实验室安全管理规章制度

健全法律法规，强调政府管理的主体地位以促进高校实验室安全管理工作实施的有效性可循。现阶段，我国教育部出台的与安全相关的法规或规定对实验室安全管理的内容仅有较少量涉及，不全面可操作性也不强，且没有一部专门针对实验室安全管理的法规或规定。我国立法机关及政府主管部门可借鉴台湾地区的经验，通过认真地调查与研讨，对现有的法律法规进行修订，将高校实验室安全工作纳入法律法规的适用范围：在我国台湾地区，政府部门管理机构制定了一些专门的针对高校实验室安全的法律法规，例如对于化学品的管理制定了《毒性化学物质管理法》，并依据该法制定了《学术机构运作毒性化学物质管理办法》；对于废弃物的管理制定了《废弃物清理法》，并依据该法制定了《教育机构事业废弃物共同清除处理机构管理办法》等，所有台湾地区高校都需要依照这些法规进行操作并接受管理［10］。与此同时，台湾地区教育主管部门还构建了“化学品管理与申报系统”，要求所有涉及化学品使用的高校都必须使用该系统，这一举措使高校化学品处置的全过程管理实现了信息化，也使政府主管部门的监管实现了可视化。

在国家法律法规相对完善的基础上，各高校应结合自身实验室安全管理的具体实践情况依照法规制定齐备且完善的实验室安全管理制度并根据这一校内制度加强日常管理。只有高校制定出的实验室安全管理相关制度能够兼顾实验室安全与保护环境、维持社会稳定与发展协调推进，才能使制度具备宏观性和整体设计性，并发挥出其应有效用。例如针对不同类别的实验室，设立实验室安全相关标准；针对实验室可能发生的各种突发状况与事故，事先制定应急预案，在安全事故发生时能以最短的时间、最有效的方式投入救援处置，实现在应急救援过程中避免新的财产损失和人身伤害的出现；同时应结合实验室有害废弃物处置及科研保密等内容需要各高校制定《实验室有害废弃物的安全处置办法》《实验室科研活动安全保密守则》等相关规范，特别值得关注的是目前一些高校实验室承担着研究国防、地理信息等国计民生且在现阶段不宜公开的涉及国家安全保密的科研项目，这就需要高校在科研活动研究过程和最终成果的安全保密方面加强长效管理的机制研究，有力维护党和国家的秘密安全。因此完善实验室科研活动安全保密的工作体系使实验室涉密工作的组织领导和规章制度全面且有效就突显出其重要的意义。可采取的措施主要有：化解涉密实验室的安防需求以物力防范和技术防范工作尤其是加强涉密信息可能存在的泄露渠道，如针对优盘和网络空间等存储传播介质的有效管理来推进［11］、加大实验室涉密工作人员在业务培训和管理方面的投入力度使人员保持较高的保密意识并且整体训练有素，同时应抓好对涉密科研项目高校实验室研究的管理单位和个人进行绩效考核工作，实现考核体系的指标科学设计、考核重点环节全程跟踪并保障必要经费投入以用于奖酬激励。

（二）以管理体制的完善，促成管理模式选择的有效性

管理体制的梳理与完善，标志着管理模式选择的完成。对国内外知名高校所选择的实验室安全管理模式进行归纳总结，不难发现不同的高校可能在以研究型为主导、以教学型为主导或者以教学研究同步推进等定位选择方面不尽相同、学科门类发展方向也不同，因而结合相关高校自身的特点在实验室安全管理工作的侧重点方面不相同，管理模式方面也不完全相同。但从总的层面来讲也存在共通的地方：高校对实验室的安全管理应建立起预防为主的思路与政策，在资金使用层面，多余且重复的实验设备可以减少购买甚至不买，而保证实验室安全的相关配套设施应加大投入，确保实验室的安全管理、保障高校教学与科研工作的正常进行。在体制层面，建立校、院两级管理体制，首先是成立类似实验室安全管理组织委员会的校级机构，明确学校各部门在实验室安全管理方面的职能分工，并发挥校级机构在实施宏观管理、协调与监督等方面的功能；同时院系也要成立相应的实验室安全管理机构，明确管理领导与管理人员，形成安全管理责任层层落实的格局［12］。针对这个管理体制架构我们需要明确：校长是学校实验室安全第一责任人，可以为有效的实验室安全管理提供资金、政策和管理层面的持续支持。其可以采取很多措施，如在人事管理方面可以增加实验技术人员的编制以逐步取消因历史原因等各种因素而形成的编外实验技术人员与正式人员同工不同酬的局面，以绩效管理的方式调动实验室技术人员的安全管理工作的积极性；学校实验室主管部门如实验室与设备管理处负责实验室相关安全政策的制定与实施，以及对有关部门执行相关政策的具体情况进行监督检查，同时在安全措施完善等业务层面予以协助，如指导危险化学品的集中管理、财产设备的防火防盗等；实验室主任主要是负责实验室内所有的安全责任，确保实验室内的安全设备齐全、有效，其还应钻研于针对参与实验的人员的安全教育培训工作，创新培训方式与方法，采用实际讲座与网络课堂相结合、学生助理实验员传帮带等形式开展培训。同时实验室主任还要负责实验室日常的安全运行与卫生管理的检查；进入实验室进行实验的人员，必须接受安全培训和考核，确保能自觉遵守实验室安全管理相关的制度规定、规范穿戴安全防护器具、按照操作规范有序进行实验，培养良好的安全实验习惯，促进安全素养的提升。

参考文献

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（责任编辑王魏红）

The Structure Model of University Laboratory’s Safety Management: Research on the System Theory

LIN Bao-deng
（School of Economics and Trade，Fujian Jiangxia University，Fuzhou，350108，China）

Abstract:The structure model is established on the basis of system element's characteristics to the university laboratory safety management，using the theory of graph theory in the reconstruction and combining with software MATLAB operation.Research shows that the importance of every element presents increasing tendency according to the organization members， material technology，humanities and social environment.Among them，developing scientific laboratory management system，effectively choosing safety management mode and the security of scientific achievements are mainly composed of humanities and social environmental factors，forming the highest level of this kind of model，and should make the best use of it to avoid any accidents related to the LABS of universities.

Key words:university laboratory；structure model of system；safety management

中图分类号：G647.6

文献标识码：A

文章编号：2095-2082（2016）01-0111-08

收稿日期：2015-09-28

作者简介：林宝灯（1985—），男，福建福州人，福建江夏学院经济贸易学院实验师。