高校实验室管制化学品的智能管控

郭 婷， 黄开胜， 艾德生， 林旭平

（清华大学实验室管理处，北京 100084）

0 引 言

实验室是高校教学、科研活动的基地，是培养创新人才的主战场。科研活动探索性强、不确定性大、学科交叉显著，加之实验室人员流动性大、安全知识技能和安全意识参差不齐，危险源众多，对高校实验室安全管理提出了挑战［1-2］。一直以来，化学品的管理是高校实验室安全管理的重点和难点。2019年，教育部对40所高校开展了实验室安全现场检查，在发现的883项问题与隐患中，属于化学安全问题的占比最大，达32%，排在第二位的是实验场所问题，占13%。有的化学品除可能具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等危险性质外，还可能被不法分子用于非法用途，危害他人财产和人身安全，对社会造成不良影响，如剧毒、易制爆、易制毒化学品、民用爆炸品、麻醉药品和精神药品等。对这些化学品，国家依据相关法律法规采取特殊管理和控制，以下简称管制化学品。

高校对管制化学品的管理除须考虑化学品本身的危险特性外，还要满足国家相关法律法规的监管要求。管制化学品种类繁多，在实验室属于常规试剂，由于缺乏健全的安全管理机制或落实不到位等，易存在违规采购和储存、缺少台账或账物不符等问题［3］。近年来，互联网、物联网、大数据、人工智能等快速发展影响和改变了教育形式和管理方式，越来越多的高校将信息技术运用到实验室安全管理［4-5］，而管制化学品的安全管理有望成为该应用的新高地。探索互联网、信息技术在化学品安全管理的应用，推进化学品管理的规范化、信息化，实现更安全、更高效的化学品管理，解决高校实验室安全管理的重点和难点。

1 管制化学品监管要求概况

管制化学品的安全管理涉及化学品的全生命周期，包括采购、运输、储存、使用、处置等环节。针对不同类别的管制化学品，国家都有相应的法律法规要求。此外，教育部对高校实验室管制化学品的管理也有相关要求。基于化学品危险特性，对照国家管控要求，结合高校实验室特点，分析管制化学品管理要点和难点。

1.1 易制毒化学品

2005年颁布的《易制毒化学品管理条例》（国务院令第445号）明确国家对易制毒化学品实行分类管理和许可制度。易制毒化学品分为3类。第1类是可以用于制毒的主要原料，第2类、第3类是可以用于制毒的化学配剂。2005年列入管制的易制毒化学品共23种，其中第1类12种，第2类5种，第3类6种。相继在2008、2012、2014、2017、2021年新增种。目前我国列入管控的易制毒化学品共38种，其中第1类19种，第2类11种，第3类8种。

（1）应建立单位内部易制毒化学品管理制度。个人不得购买第1类、第2类易制毒化学品。购买第2类、第3类的应在购买前向所在地县级人民政府公安机关备案［6］。

（2）应设置专库或者专柜储存易制毒化学品，专库应当设有防盗设施，专柜应当使用保险柜［7］。

（3）教学科研单位应当设立专柜储存药品类易制毒化学品。专柜应当使用保险柜；专柜应当实行双人双锁管理。药品类易制毒化学品入库应当双人验收，出库应当双人复核，做到账物相符［8］。

受限于实验室面积，没有专柜储存易制毒化学品是高校普遍存在的问题。丙酮、盐酸、硫酸、三氯甲烷、乙醚等易制毒化学品在实验室使用非常频繁且用量大，其台账管理和使用安全管理是高校化学品管理的难点。

1.2 易制爆危险化学品

《易制爆危险化学品名录》列有9大类74种化学品，其中酸类3种、硝酸盐类11种、氯酸盐类3种、高氯酸盐类4种、重铬酸盐类4种、过氧化物和超氧化物类15种、易燃物还原剂类16种、硝基化合物类11种、其他类7种。

（1）严禁个人购买易制爆危险化学品。购买单位应在购买后5日内，通过易制爆危险化学品信息系统，将购买的易制爆危险化学品的品种、数量以及流向信息报所在地县级公安机关备案［9］。

（2）教学、科研、医疗、测试等易制爆危险化学品使用单位，可使用储存室或者储存柜储存易制爆危险化学品，单个储存室或者储存柜储存量在50 kg以下［9］。

（3）储存场所使用的防盗安全门应符合GB 17565—2007的要求，其防盗安全级别应为乙级（含）以上；专用储存柜应具有防盗功能，符合双人双锁管理要求，并安装机械防盗锁，机械防盗锁应符合GA/T 73的相关规定［10］。

易制爆危险化学品治安危害大，公安部严管严查。74种易制爆危险化学品，高校实验室常用到的达60%，加之实验室人员流动性大，双人双锁管理和人员教育培训是管理难点。从名称上可以看出，易制爆化学品均为危险化学品，具有一种或多种危险特性，储存时首先应根据危险性分区、分类、分库储存。双人双锁管理要求2名专职人员通过2把钥匙管控易制爆危险化学品的存取和使用，及时登记品种、用量和流向信息。实验室人员复杂，知识背景和专业素质参差不齐，对人员开展针对性的安全培训和考核是准入其使用的必要前提。双人双锁管理和人员教育培训虽然增加了时间成本和管理成本，但对保障易制爆危险化学品的安全储存和使用是至关重要的，高校应严格落实。

1.3 剧毒化学品

《危险化学品目录（2015版）》中剧毒化学品共计148种。实验室常用到的有叠氮化钠、磷化氢、氟、氯、氯化氰、氰化氢、五氧化二砷等。

（1）国家对购买剧毒化学品行为实行许可管理制度，应当依法申请取得《剧毒化学品购买凭证》和《剧毒化学品准购证》。未取得上述许可证件，任何单位和个人不得购买剧毒化学品［11］。

（2）剧毒化学品应当在专用仓库内单独存放，并实行双人收发、双人保管制度［12］。

（3）剧毒化学品执行“五双”管理（即双人验收、双人保管、双人发货、双把锁、双本账），技防措施符合管制要求［7］。

国家对剧毒化学品的购买、运输、存储、使用、处置各个环节都有严格的管理制度和技防措施要求，一定程度上限制了使用剧毒化学品的高校数和实验室数。确需用到剧毒化学品的高校和实验室应严格按照法规要求制定和落实相应的管理制度和技防措施。加大安全经费投入，利用信息化手段，实现对剧毒化学品全周期监控管理，切实保障人身安全。

1.4 民用爆炸物品

《民用爆炸物品品名表》中将爆炸品分为五类：工业炸药、工业雷管、工业索类火工品、其它民用爆炸物品和原材料。高校实验室用到的主要涉及第五类原材料中的硝酸铵、2，4，6-三硝基苯酚（苦味酸）、2，4，6三硝基甲苯（TNT）等。

（1）购买民用爆炸物品的单位，应当自成交之日起3日内，将购买的品种、数量向所在地县级人民政府公安机关备案［13］。

（2）民用爆炸物品应当储存在专用仓库内，并按照国家规定设置技术防范设施［13］。

（3）爆炸品单独隔离、限量存储，使用、销毁按照公安部门要求执行［7］。

爆炸品对外界作用如受热、受压、撞击等非常敏感，容易发生剧烈的化学反应，导致爆炸。爆炸品应专柜、隔离、限量储存，严禁与强氧化剂、易燃物等混放。存放爆炸品的实验室应实时监控房间内通风、温度、TVOC浓度等，制订安全防范措施和应急预案。

1.5 麻醉药品和精神药品

（1）麻醉药品和第1类精神药品的使用单位应当设立专库或者专柜储存麻醉药品和第1类精神药品。专库应当设有防盗设施并安装报警装置；专柜应当使用保险柜。专库和专柜应当实行双人双锁管理［14］。

（2）麻醉药品和第1类精神药品应配备专人管理并建立专用账册，专用账册的保存期限应当自药品有效期期满之日起不少于5年［7］。

开展麻醉药品和精神药品实验研究活动应有保证药品安全的措施和管理制度。咖啡因是高校实验室常会用到的第2类精神药品，对第2类精神药品，实验室也应建立专用账册，实行专人管理。

2 高校管制化学品管理现状

2.1 高校管制化学品管理存在的问题

随着国家管控越来越严格，教育部安全检查的持续推进，各高校越来越重视危化品的安全管理，如学校层面成立专门的安全管理部门，建设试剂采购系统，购置试剂柜、安装报警器等。但受限于实验空间、实验人员安全意识淡薄等，管制化学品未单独存放、未落实双人双锁管理、不相容试剂混放时有发生。

（1）缺乏健全的管理制度和管理体系。多数高校通常是结合国家相应法律法规的管理框架，制定实验室管制化学品管理制度，未结合本校实际情况，逐渐呈现水土不服、落地困难的现象；有些学校安全管理部门人员较少，安全工作通常由部门办公室人员兼职，缺乏专业的知识背景，管理要求难以真正落实；高校学科多、研究方向各异，实验人员根据需求自行采购，缺乏统筹规划和专人管理，管制化学品重复采购、过量采购、超量储存现象比较普遍［15］。

（2）院系主动担责不够，监管不到位。目前高校管制化学品的监管仍以学校监管为主，院系主动监管意识不足，多为被动配合学校的检查，未起到主动监管的责任［16］。自查自纠意识薄弱，容易造成学校摸底不清，监管不到位的现象。

（3）管理信息化程度低。绝大多数高校仍沿用传统的手工登记台账，准确性和及时更新无法保证，信息化管理模式比较滞后。试剂采购、准入与门禁、储存场所监控等未全部实现信息化或各系统独立运行未实现对接融合。随着安全管理体系日趋完善，管理手段和管理模式呈多样化趋势，运用信息技术强化管制化学品采购、使用、储存、处置全过程安全管理是目前高校不可回避的挑战。

（4）经费投入不足。部分高校重视程度不够，安全经费无法得到保障。储存柜、监控、应急等设施不到位或陈旧落后，缺乏有针对性的应急演练。实验人员个人防护装备、应急装备、器材较缺乏，小问题有可能变成大事故。

（5）安全教育体系不健全，缺乏专业的安全培训。对师生的安全教育培训多停留在学校相关管理制度、管理文件层面，院系和实验室参与度较低，导致专业性、针对性不强，容易使安全教育流于形式，难以深入到师生的工作学习中，切实提高师生的安全意识［17］。

2.2 国内高校管制化学品储存管理方案

目前国内高校管制化学品储存的管理方案主要有以下3种：

（1）普通试剂柜存储，手工登记台账。大多数高校对管制化学品的管理与其他化学品管理方式一致，按照化学品的危险特性，选用防爆或耐腐蚀材质的试剂柜，分类分区存储。根据管控要求，存放易制爆危险化学品的试剂柜安装双把锁，执行双人管理；易制毒化学品存放于带锁的试剂柜中由专人管理。指定试剂管理员或者试剂的使用者手工登记种类和数量，形成实验室管制化学品台账。

（2）普通试剂柜存储，信息化手段盘点生成台账。部分高校在沿用传统普通试剂柜存储管制化学品的基础上，借助信息化盘点装备生成化学品台账。这种方式相较于传统手工登记，在准确度和更新率上都有了提升，也可利用化学禁忌风险库等实现安全存储，但由于盘点周期长、人力耗费大，往往做不到定期盘点，随着时间的延长，台账趋于手工登记的效果。

（3）智能试剂柜存储，自动生成动态台账。部分高校采用智能试剂柜存储管制化学品，可以实时监控试剂出入库情况，掌握柜内存储的化学品种类和数量，随时调取动态台账［18］。但目前高校采用的智能试剂柜主要用于校级或院系级库房，管理相对简单，还未有高校在实验室级全面采用智能试剂柜。

3 管制化学品智能管控方案

3.1 实验室管制化学品使用情况

通过对清华大学涉及管制化学品储存和使用的院系摸底调研，发现管制化学品的使用有以下特点：

（1）种类繁多。管制化学品在实验室属于常规试剂，易制毒化学品、易制爆危险化学品、民用爆炸品、精神药品均有使用，且用到的化学品种类多。以化学系为例，其用到的易制爆危险化学品有45种，易制毒化学品15种。

（2）储存分散。全校有26个院系使用管制化学品，涉及600多间实验室。楼宇状况、实验室条件、院系管理要求和实验室落实强度等的不同，都会影响管制化学品智能管控效果。

（3）常用种类相对集中。全校实验室用到的管制化学品种类虽然很多，但多数实验室都会用到的种类相对集中。如涉及到易制毒化学品使用的500多个实验室，绝大多数实验室都会用到盐酸、硫酸、丙酮。而多数实验室使用的易制爆危险化学品包括硝酸、过氧化氢、硝酸盐和活泼金属单质。

3.2 实验室管制化学品管理的主要问题

目前，管制化学品直接存储于各实验室，由课题组自主管理，主要问题集中在：

（1）存储不规范。根据管控要求，管制化学品应单独存放，易制爆危险化学品双人双锁管理，安装机械防盗锁；易制毒化学品储存于保险柜。部分院系实验室空间有限，管制化学品与其他化学品混存混放时有发生。人员流动性大、安全意识淡薄等，部分实验室管制化学品的存储未满足专柜、双人双锁管理。

（2）缺乏动态台账。实验室化学品台账大多手工登记，难以满足管制化学品使用量、余量信息的及时更新，无法实现动态台账管理。且实验室人员变动频繁，试剂缺乏专人管理，易出现台账信息与实际出入大。

（3）缺少人与物的匹配。多数院系没有实现管制化学品与使用人一一匹配管理，难以做到责任落实到人。通过采购单可以得知管制化学品采购人，但采购者可能不是最终使用者或唯一的使用者，在进行人员管理或者有事故发生回溯追责时就存在不便和障碍。

3.3 智能管控方案

依据国家管控要求，采用闭环管理方式，掌握管制化学品从采购、配送、存储、使用到废物回收处置全周期的状态［19］，建立动态台账，实现全程可追溯、可管控。

管制化学品智能管控总体方案为：管制化学品的全链条管理依托学校试剂采购系统，在试剂采购系统中建立管制化学品管理模块，在实验室建立智能化用户终端（如智能试剂柜等）。同时与实验室安全管理系统对接，实现人员准入授权管理和数据实时推送等功能。通过在管制化学品包装上贴二维码、RFID等信息标签［20］，利用互联网、物联网等技术，追踪管制化学品全周期状态，实现可管控。同时智能终端管理系统可以实时掌握不同实验室管制化学品的使用量与存量，形成精准的动态台账，从而消除实验室不规范存储、使用等带来的隐患。总体方案、用户端管理流程和软硬件模块示意图分别如图1～3所示。

图1 智能管控总体方案

图2 用户端管理流程

图3 智能试剂柜软硬件模块示意

针对目前实验室存储与使用环节存在的问题，采取智能管控措施如下：

（1）智能试剂柜存储管制化学品，规范存储与使用。智能试剂柜柜体配备电控锁和机械锁，任何状态均可实现双人双锁管理，锁具符合GA/T 73标准要求。柜体内外壳体采用优质冷轧钢板，钢板厚度≥1.2 mm，柜体结构采用中空双层设计，达到防火效果。设计方案完全满足易制爆化学品管控标准对柜体要求。同时，智能试剂柜配套建设智能试剂柜管理系统，在管理系统中集成了常用化学试剂的配伍禁忌数据库，对存储过程中出现配伍禁忌问题会做出预警，确保安全规范存储。

（2）自动称量自动记录，实现实时动态台账。为实现信息化，在每瓶试剂上贴RFID、二维码二合一的信息标签，该标签可以被射频设备与二维码阅读器读取，进行试剂识别以及位置跟踪。采用电子天平称量，每个试剂瓶对应的存储位置均有电子天平，可以测得每个试剂瓶存入与拿取时的重量，通过与RFID的配合可以跟踪每次试剂的存取操作，并上传相关数据，形成精准的实时动态台账。

（3）多种方式身份认证，准确记录人员操作。为确保试剂安全，智能试剂柜集成多种身份认证方式，以适应不同场景下的人员操作，包括：密码、刷卡、生物特征（人脸、指纹）。有了身份认证，就可以记录每次操作的人员、时间，以及操作人员存入或者取出的试剂名称与试剂数量等，将人员与试剂自动形成关联关系。同时，针对可能存在的异常操作，还设计监控设备，可以远程调取录像，进行人工追踪。

通过建立管制化学品的智能管控，可以进一步降低管制化学品在实验室存储、使用等环节的风险，提升高校管制化学品的管理水平。

3.4 智能管控方案实践

管制化学品全链条管理已列入“清华大学实验室安全全面提升计划（2020.7～2023.6）”。基于前期调研和制定的管制化学品智能管控方案，2021年学校通过公开招标采购了20台智能试剂柜（包含智能试剂柜管理系统），在材料学院、环境学院、机械系3个院系的20个实验室进行试点。目前智能试剂柜已全部进驻学校，已在部分实验室试运行。

智能试剂柜采用集成式管控方案，有5个独立柜门，存放易燃易爆化学品柜门使用黄色；酸碱类化学品柜门使用白色，内部上下左右在钢板表面衬具有阻燃功能PP板；每个独立柜门均配有电控锁和机械锁，可达到双人双锁管理要求。对没有排风管道的实验室，智能试剂柜配有自净化装置。支持密码、刷卡、指纹、人脸识别等认证方式。采用柜内称重方式，每个存储位置均有称重设备，实现一对一称重。试剂柜嵌入式系统集成RFID和二维码，通过RFID感应或扫描二维码识别试剂，通过RFID感应判断试剂的出入库操作完成情况。此外，智能试剂柜可脱机运行，保证断网情况下仍可继续工作。智能试剂柜外观、内部结构、出入库操作界面如图4、图5所示。

图4 数据安全验证结果

图4 智能试剂柜外观及内部结构

图5 存取试剂操作界面

通过智能试剂柜及其管理系统可实时掌握学校、院系、实验室管制化学品使用量、存量等信息。同时，智能试剂柜具备各种异常报警功能，如柜门打开超时、试剂混放、试剂在规定时间内未归还以及温度过高、TVOC超限等，可通过微信公众号等方式推送给各级管理人员，实现全程可监控，达到规范存储和使用试剂，提高过程安全管理水平。

4 结语和展望

管制化学品安全管理作为高校实验室安全管理的重点，越来越受到重视和关注。理顺管理思路、规范管理过程、消除安全隐患是做好安全管理工作的必要条件。物联网技术的蓬勃发展使实验室管制化学品向着更高效率、更精准的专业管理方向发展。为适应信息技术发展和管制化学品管理服务安全高效的需要，改变传统化学品管理模式，实现管制化学品的信息化、智能化管理，是高校实验室安全管理、提高服务质量的必然趋势和必然选择。