高级别兽医生物安全实验室的初步定量风险评估研究

王君玮，王 荣，白倞怿，赵 格，周永运，翟培军，洪 军

（1.中国动物卫生与流行病学中心，山东青岛 266032；2.中国合格评定国家认可委员会，北京 100062）

高级别兽医生物安全实验室的初步定量风险评估研究

王君玮1，王 荣2，白倞怿2，赵 格1，周永运2，翟培军2，洪 军1

（1.中国动物卫生与流行病学中心，山东青岛 266032；2.中国合格评定国家认可委员会，北京 100062）

[目的] 探讨高级别兽医生物安全实验室的定量风险评估方法。[方法] 对2005年以来通过认可的高级别兽医生物安全实验室，就设施、设备、管理体系和运行管理四大类风险要素开具的不符合项进行梳理、分析，通过模型构建，利用@Risk风险分析管理软件，对实验室运行中可能出现的事故概率进行初步量化评估。[结果]比较分析了有代表性的高级别兽医生物安全实验室现场评审发现的不符合项，按照比例权重依次为管理体系（30.3%）、设施（25.7%）、运行管理（18.2%）、其他（15.2%）和设备（10.6%）。构建了设施-事故、设备-事故、管理体系-事故和运行管理-事故的发生概率模型，通过50%百分位数统计量和平均值统计量分析各要素对事故概率的影响，由高到低依次为运行时间、运行管理、设施（平均值统计量分析时，在体系之后）、体系和设备；通过模型运算估计，就目前部分兽医实验室运行状况看，实验室年度内发生生物安全事故的概率最小为0.38%，平均发生事故的概率为2.5%，90%的可能发生事故的概率事件集中在0.8%～6.7%。严重疏于运行管理情况下，发生事故概率将有2.3%～2.5%升高至13.1%。[结论 ]高等级兽医生物安全实验室有多重要素影响其安全，应在注重设施建设、设备配置、体系编制基础上，加强日常运行的管理。

兽医实验室；生物安全；定量风险评估；模型

兽医实验室是从事兽医病原微生物和寄生虫研究以及动物疫病诊断、检测和监测的实验室[1]。通过实验室的设计与建造、设备配置、个人防护装备的使用及实验人员严格遵守预先制定的安全操作程序（SOP）和管理规范等综合措施，可确保操作生物危险因子的工作人员不受实验对象的感染，周围环境不受病原污染。截至2016年12月31日，我国已有71家生物安全实验室通过中国合格评定国家认可中心（CNAS）认可，其中高级别生物安全实验室53家[2]。到2025年，我国将按照区域分布、功能齐备、特色突出的原则，形成5～7 个四级实验室建设布局。在充分利用现有三级实验室的基础上，新建一批三级实验室（含移动三级实验室），实现每个省份至少一家三级实验室的目标。最终以四级实验室和公益性三级实验室为主要组成部分，吸纳其他非公益三级实验室和生物安全防护设施，建成国家高级别生物安全实验室体系[3]。规划中将不乏大量高级别兽医生物安全实验室建设。但实验室建设以前，高级别实验室有哪些风险要素，各类风险要素对实验室事故发生贡献大小，如何在建设前、中、后实施有效管控等等，都是实验室拥有者、管理者和主管部门所面临的挑战。

本文旨在对高级别兽医生物安全实验室分设施、设备、管理体系和运行管理等4类风险要素进行梳理、分析，并尝试利用@Risk风险分析管理软件，对实验室的风险要素进行初步量化评估，以期为进一步实施高级别实验室风险管理提供思路。

1 材料与方法

1.1数据来源

选择2005年以来获得中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认可的9家有代表性的兽医领域生物安全实验室。实验室评审不符合项来源于对9家实验室的初次评审、复评审和监督评审。评审中列为观察项的，按照不符合项计算（表1）。

表1部分兽医系统实验室不符合项数量分布

1.2方法

1.2.1对不符合项数量数据的处理。对评审组每次开具的不同类别的不符合项数量进行评审次数加权，不符合项数转化为单次评审数并利用取整数函数进行向上取整处理（=ROUNDUP），以便对数据进行比较。

1.2.2模型假设。从设施、设备、管理体系和运行管理等4要素探讨其对兽医实验室生物安全事故发生的影响，并通过回归系数比较分析实验室生物安全事故与4个要素之间的相关性。因此，本研究采用设施-事故模型、设备-事故模型、管理体系-事故模型和运行管理-事故模型。考虑到目前评审中涉及动物实验部分内容很少，不考虑实验动物对事故的影响模型。此外，模型假设各要素对事故的发生不存在差异，即每起事故对每个不符合要素来说是均等的，每年实验室运行一般按照280天计算，评审组开具的每10个不符合项连续运行60天会出现1次生物安全事故（意外刺伤、气溶胶吸入感染、病原体泄露等）。则事故数计算公式为：事故数（Num-Acc）=（a/b）*（R/T）。其中，a为实验室未整改的不符合项数；b为出现事故的不符合项数假设；T为b等级下最长安全运行天数；R为实验室每年实际运行的天数。模型所采用的主要变量、其分布/假设以及数据来源见表3。

表3不同要素对生物安全事故定量风险评估的模型参数

1.2.3模型拟合与分析。对所有数据通过EXCEL表进行统计分析。风险要素-事故组合的定量风险评估模型运算采用@Risk软件（Palisade Corporation，7.0.0专业版，2015）进行。模型迭代10 000次，采用回归系数探索影响兽医实验室生物安全风险的重要影响因素，采用情景分析方法评估干预措施对降低实验室生物安全事故发生风险的作用。

2 结果

2.1兽医实验室生物安全风险来源情景树分析

兽医生物安全实验室的安全运行包括设施维护、设备配置与核查、体系构建、运行管理、人员管理、安全运输管理等要素，有些实验室还包括不同大小的实验动物管理。这些要素的合理配置和融合，使实验室得以安全运行。但由于实验室管理对象复杂，各个要素之间相互作用，也决定了实验室在运行中存在不同的安全风险。影响兽医实验室生物安全的风险来源一般分为软件因素、硬件因素。常见的风险来源情景树描述见图1。

图1兽医实验室内生物安全风险来源情景树

2.2兽医系统代表性生物安全实验室不符合项分布

选取兽医系统有代表性的9家生物安全实验室进行不符合项分类比较分析。为增加不同评审次数实验室间数据的可比性，将每个实验室单次评审的不符合项数进行加权处理。出现小数位数时，采用取整数（ROUNDUP）函数处理。4种主要不符合项类别按照百分比分布如图2。

图2兽医生物安全实验室不符合项分类

2.3不同假设情况下兽医实验室的生物安全风险发生概率估计

选取对兽医实验室生物安全风险贡献较大的设施、设备、管理体系和运行管理等4个要素进行事故发生概率估计。模型假设：假设实验室每年运行天数最少为1天，最多为280天，不同实验室全年实际运行天数服从均匀分布（Risk Uniform（1，280））；上述4个要素每10个不符合项连续运行60天，则出现1次生物安全事故，表现为意外刺伤、气溶胶吸入感染或病原泄露于环境等可视性事故。就目前部分兽医实验室运行状况看，实验室年度内发生生物安全事故的概率最小为0.38%，平均发生事故的概率为2.5%，大多数实验室可能发生事故的概率为1.18%，极个别实验室可能发生事故的最大概率高达98.5%。90%的实验室可能发生事故的概率集中在0.8%～6.7%（图3）。

2.4影响实验室生物安全风险的因素分析

2.4.1以50%百分位数统计量和以平均值统计量分析4种要素对实验室事故的影响。对设施、设备、管理体系和运行管理等四种风险要素进行整体统计分析，以便识别对生物安全风险大小的影响因素，有侧重的加强实验室生物安全管理。以50%百分位数统计量和以平均值统计量分析均表明，实验室的运行天数对实验室事故发生概率有重要影响，其次是实验室的运行管理。从50%百分位数统计量看，设施对事故发生概率的影响稍大于管理体系和设备要素（图4）；而当以平均值统计量进行考查时，管理体系又大于设施和设备对实验室发生事故的概率影响（图5）。

图3兽医实验室现状情况下发生事故概率估计

图4不同输入要素对发生事故概率的影响排名（以50%百分位数统计量）

图5不同输入要素对发生事故概率的影响排名（以平均值统计量）

2.4.2不同风险要素对事故发生强度的比较。散点图-四象限图可以表示不同风险要素对事故概率的定位差异。对不同风险要素-事故概率散点图进行比较分析，假设在双变量正态之下置信水平设为90%。设备对概率散点主要集中于第III和第II象限，提示设备的配置和定期维护、核查对事故概率呈负相关作用。设施和管理体系依次在第IV、第III、第I和第II象限，对事故发生概率的影响随着设备配置、运行管理水平的提高而逐渐降低（图6）。

图6事故发生概率对四个不同要素对比的象限图

2.5情景模型

应用构建的实验室生物安全事故预测模型，假定在设施、设备以及构建的管理体系不变的情况下，预测在实验室加强运行管理情况下实验室事故发生概率的情景。4个要素未发生改变时，实验室年度内发生生物安全事故的概率最小为0.38%，平均发生事故的概率为2.5%，90%的实验室可能发生事故的概率集中在0.8%～6.7%（图3）。在加强运行管理后，运行管理不存在不符合项，则经事故概率模拟后，实验室发生事故的概率最低降为0.35%，平均发生概率降为2.3%，而90%的实验室可能发生事故的概率在0.6%～6.7%之间。相反，如果实验室严重疏于运行管理，则不符合项数量增加（假定运行管理不符合项提高50倍而未经实验室及时纠正），实验室发生事故的概率随之增加（图7）。

图7兽医实验室运行管理有效与疏于管理情况下事故概率估计的比较

3 讨论

本研究首次以高级别兽医实验室现场评审不符合项为基础数据信息，通过参数估计拟合构建了设施、设备、管理体系和运行管理等四要素与实验室事故概率估计作用模型。通过模型分析，估计了目前我国部分兽医系统高级别生物安全实验室年度发生生物安全事故的概率最小为0.38%，平均发生事故的概率为2.5%，大多数实验室可能发生事故的概率为1.18%，而90%的实验室可能发生事故的概率集中在0.8%～6.7%。进一步利用“运行管理”模型模拟发现，严重疏于安全运行管理的高级别生物安全实验室事故发生概率（13.1%）比运行管理良好的高级别实验室发生事故概率（2.3%）高5.7倍。由此可见，兽医系统高级别生物安全实验室运行存在一定的生物安全隐患，并随着运行管理的失效而增加发生事故的概率，在评审发现问题后应及时采取纠正措施和预防措施。

本研究仅选取对兽医类实验室生物安全风险贡献较大的设施、设备、管理体系和运行管理等4个要素进行了事故发生概率估计，对实验动物、安全运输等要素没有进行模拟评估。原因是目前评审实验室大多没有开展动物实验或动物实验过程较单一，尚没有发现大量不符合项存在。模型假设时，假设实验室每年运行天数最少为1天，最多为280天，而实际情况可能会根据实验室任务不同而有变化，如实验室每年可能不止运行280天，需要根据实验室情况做不同分析。此外，模型构建中，假设每10个不符合项持续60天未整改而仍然运行实验室计算的，实际情况可能会因不符合项的性质而发生较大变化。比如：可能存在少数几个（低于10个）不符合项未加整改情况下连续运行低于60天就频频出现生物安全事故的情况。需要根据我国高级别兽医实验室的运行管理情况不断修正模型，以期尽可能反映实验室事故发生的实际可能情况。假设中，以意外刺伤、气溶胶吸入感染或病原泄露于环境等可视性事故表现为出现1次生物安全事故，也需要对事故评价参数进行修订完善。

影响高级别生物安全实验室的要素很多，每个要素对实验室发生事故的贡献值实际存在较大差异。本研究假定四个输入要素对事故发生可能性的贡献是均等的，即没有考虑某项要素的权重比其他要素对事故发生的权重大，因此，需要根据不同要素对事故概率的贡献值进一步分类加权分析，已便使模拟结果更趋于实验室的运行实际。

数据差距性分析发现，我国虽然已经实施生物安全实验室认可多年，认可标准、认可规范等多项生物安全评价指标趋于细化和完善，但大多数实验室尚未完成高级别生物安全实验室风险监测及其预警体系构建，缺乏细化的、分类合理的基础数据库。兽医领域生物安全实验室建设步伐加快，但问题突出，基础兽医实验室达标率低[4-5]。建议结合国家相关生物安全实验室重大专项实施，构建生物安全领域基础数据源，以便于未来高级别实验室事故影响趋势分析，为国家制定实验室远期安全规划提供技术支撑。

[1]农业部. 兽医实验室 质量和技术要求：NYT2961-2016[S]. 北京：中国农业出版社，2017-04-01.

[2]中国合格评定国家认可委员会（CNAS）秘书处. 中国合格评定国家认可委员会认证机构、实验室、检验机构认可年报[J]. 中国认证认可，2017，250（2）：11-15.

[3]国家发展改革委，科技部. 关于印发高级别生物安全实验室体系建设规划（2016—2025年）的通知：发改高技〔2016〕2361号[A/OL].（2016-11-08）[2017-06-23]. http://www.labbase. net/News/ShowNewsDetails-5-7-08DD33EDAE2C0F53.html.

[4]金萍，王赫，李文合，等. 基层兽医实验室建设管理运行状况调查分析[J]. 中国动物检疫，2013，30（2）：11-15.

[5]王君玮. 论基础兽医实验室的安全运行与管理[J]. 中国动物检疫，2016，33（11）：48-51.

（责任编辑：孙荣钊）

Study on Preliminary Quantitative Risk Assessment for High Level Veterinary Biosafety Laboratories

Wang Junwei1，Wang Rong2，Bai Jingyi2，Zhao Ge1，Zhou Yongyun2，Zhai Peijun2，Hong Jun1
（1. China Animal Health and Epidemiology Center，Qingdao，Shandong 266032；2. China National Accreditation Service for Conformity Assessment，Beijing 100062）

[Objective] To discuss the quantitative risk assessment method for high level veterinary biosafety laboratories. [Methods] Non-conformance items of facilities，equipment，management system and operation management obtained from the review process of high level veterinary biosafety laboratories which have acquired laboratory accreditation since 2005 were analyzed. Through modeling，the preliminary risk assessment of accident probability while laboratory running was simulated with @RISK software. [Results] Non-conformity items of different terms from representative high level veterinary laboratories while reviewed were compared and analyzed. According to proportion weight，the order of the four categories of non-conformity is as follow：the management system（30.3%），facilities（25.7%），run management（18.2%），other factors（15.2%）and equipment（10.6%）. The model of facilities-accident，equipment-accident，management system-accident and run management-accident was established respectively. By analyzing the impact to accident probability by 50% percentiles and average values respectively，the order from high to low was running time，operation management，facilities（following the item of management system while analyzed by average value），management systems and equipment. By model operation，the biosafetyaccident probability occurred at the observed laboratory was estimated at least 0.38%，and average accident probability was 2.5%. Meanwhile，90% of accident probability might be at the range from 0.8% to 6.7% under recent laboratory status. Furthermore，the accident probability will rise from 2.3%～2.5% to 13.1% if the laboratory was under very poor running management condition. [Conclusion] There are multi-factors that can impact the biosafety of high level veterinary biosafety laboratories. We should enforce their daily running management on basis of paying much more attention to facilities construction，equipment layout and establishment of management systems.

veterinary laboratory；biosafety；quantitative risk assessment；model

F203；S851.6

A

1005-944X（2017）08-0059-05

10.3969/j.issn.1005-944X.2017.08.017

国家质检总局科技计划项目（2016IK082）；国家认监委行业标准制定计划项目（2017RBO36）