基于鱼刺图与GAHP的高校煤化工实验室风险评价

刘 音， 石汶夕

（山东科技大学a.安全与环境工程学院；b.矿业工程国家级实验教学示范中心，山东 青岛 266590）

0 引言

我国主体能源-煤炭的清洁转化主要以煤化工技术为主，煤化工技术的革新也受到广泛关注。承载着煤化工技术创新发展的重大需求与培养高层次煤化工专业人才的需要，高校愈加重视煤化工实验室的建设。然而，煤化工实验室不仅具有化工实验室的共性，还承担着煤的工业分析、元素分析及热发量的测定等项目［1］。煤是一类性质极其复杂的混合物，组成成分涉及多种高分子化合物与矿物质，煤质及其产品在分析实验中的特殊性、多样性等原因，致使高校煤化工实验室发生安全事故的可能性增大［2］。例如，2013年宁夏大学国家级煤化工实验室发生的爆炸事故，是由于水煤浆煤粉研磨实验中实验仪器存在问题造成。因此，对高校煤化工实验室构建评估指标体系，进行风险评价是非常有必要的。

1 研究现状

高校实验室的安全运行是师生顺利进行实验教学和科研工作的根本保证［3］。目前，司振良［1］从煤化工实验室安全管理方面，阐述了安全教育培训和责任、安全检查与督查等方面存在的问题并提出了整改措施。王春香［4］分析了煤化工企业化验室存在的制度和人员素质问题，提出了相应的解决方案。刘义［5］等人构建了化工类实验室风险评价指标体系并明确分级管理措施。康建新［6］等人建立了高校化学实验室安全检查表，辨识危险因素并进行风险评价。

国内学者研究了煤化工实验室存在的部分管理问题，同时，关于高校化工类实验室的风险评价较为成熟，但关于高校煤化工实验室的风险评价较少，从煤化工实验室整体出发的风险评价还有所缺漏。

2 基于“4M”事故致因理论的煤化工实验室鱼刺图分析

引发高校煤化工实验室事故的潜在因素是多面的。在此，基于“4M”事故致因理论人、物、管、环4个方面，对煤化工实验室进行分析，编制鱼刺图，具体如图1所示［7］。

图1 煤化工实验室安全事故鱼刺图

①人的不安全行为造成了实验室的大多数的安全事故，主要有不按操作规程实验、个人防护缺陷，这些行为由生理、心理缺陷、安全教育培训不足等原因引起［8］；②煤化工实验中涉及高温高压设备仪器、危化品及煤粉等粉末状药品的使用。同时，不同工艺使用的装置及仪器危险程度也不尽相同，若未按照要求使用或管理将引发事故［9］；③管理工作主要包括组织机构的建立、安全规章制度的落实与实施、监督监察体系的设置及应急处置这四个方面；④实验室中影响事故的主要因素包括实验后废弃物的处理、实验室的卫生情况、安全警示与标志的张贴、水电通风等基本条件及实验室的布局情况［10］。

3 构建煤化工实验室安全评估指标

根据煤化工实验室安全事故鱼刺图中反映出来的事故因素，结合该煤化工实验室的实际情况，构建的实验室风险评价指标如表1所示。

表1 煤化工实验室风险评价指标体系

4 基于灰色层次分析法的煤化工实验室风险评价

4.1 计算步骤

（1）确定一级和二级评价指标的权重。依据层次分析法的含义，利用专家打分法，邀请相关专家对实验室进行评分，最终将得到的相关数据使用MATLAB软件，计算其权重［11］。

（2）确定二级指标的评分等级。使用优秀、良好、一般、不合格四个等级评判评估指标的优劣，4、3、2、1分对应4个评价等级。处于两个指标之间的情况分别取3.5、2.5、1.5［12］。

（3）组织专家打分。邀请m名相关领域专家，并设专家序号为n，专家根据实验室的实际考察及经验对评价指标按标准进行打分，得到dijn，即第n位专家对评价指标Cij的打分情况。最后，根据m位专家的打分情况，将得出评价样本矩阵。

（4）评价灰类的确定。据规定的评分等级，评估灰类为“优秀”“良好”“一般”“不合格”，其灰类序号用e表示，相应的白化权函数如下［12］：

e=1（“优秀”），设定⊗1∈［4，∞］，函数为f1，表达式为

e=2（“良好”），设定⊗2∈［0，3，6］，函数为f2，表达式为

e=3（“一般”），设定⊗3∈［0，2，4］，函数为f3，表达式为

e=4（“不合格”），设定⊗3∈［0，1，2］，函数为f4，表达式为

（5）计算灰色评价系数。二级评价指标属于第e个灰类的灰色评估系数，记为Zije、Zij表示各评估系数的总灰类的总灰色评估数

计算灰色评价权向量和权矩阵。据评价指标Cij，对评价指标属于第e个灰类的灰色评价权，记

由上文可知，该实验室有4个评价灰类，得到二级评价指标对4灰类的灰色评价权向量为rije。综合二级指标的权向量，则得到全矩阵。其中，二级指标评价的评估灰类为权向量中最大评估灰类。

（6）对二级指标做综合性评价。结果记为Di，则

（7）对一级指标进行综合评价。计算得出结果为R，再对准则层做综合评价，其结果为

（8）计算综合评价结果。实验室的综合评价值为S，则

式中，向量C是由灰类等级的赋值得到的，即CT=（4，3，2，1）。

4.2 以某高校煤化工实验室为例进行风险评价

（1）根据层次分析法，计算权重，具体情况如下：

（2）组织相关领域专家打分情况见表8。

（3）计算灰色评价系数、灰色评价权向量和权矩阵。

以C11计算为例：

同样：

C11的灰色总评价数：

C11的灰色评价权向量：

由此可知，r12、r13、r14的权向量。

因此，B1的权矩阵为：

同理得出B2、B3、B4相应的权矩阵R2、R3、R4，如表8所示。

表8 专家评价及灰色评价向量

（4）二级指标的综合性评价。

同理可得D2、D3、D4、D5。

（5）高校煤化工实验室风险评价指标体系A的综合评价。

由D1、D2、D3、D4、D5组成的矩阵

（6）计算综合评价结果。

综上可知，C42、C51、C54、C55等级为优秀；C11、C12、C13、C14、C21、C23、C24、C31、C32、C34、C41、C43、C44、C52、C53等级为良好；C22、C33等级为一般。综合评价结果为3.1850，根据灰类对应的分值，可知煤化工实验室的等级为良好。结果表明该实验室的风险较小，但其安全建设还是较大的提高空间，进一步降低事故的发生，尤其评估等级为不合格的指标需要进一步改进。

具体措施如下：①在人员操作规范上，组织师生学习相关规章制度。定时开展线上答题考试，多次不及格的同学不允许申请实验室进行实验。同时，实验室中的实验人员，要相互监督，对违规操作的人员，及时进行批评教育。②在防火、防爆设施上，学校要及时配备相应的设施，聘请专业技术人员定期检查设施并填写检查表，对于有问题的设施尽快维修，从根本上消除危险。

5 结语

利用鱼刺图法对高校煤化工实验室进行了全面地定性分析，直观清晰地表现出其潜在的风险因素，以此构建其风险评价指标体系［13］。运用灰色层次分析法对风险指标赋值计算，对实验室进行量化分析，客观真实地反映实验室的安全情况。这不仅有利于高校煤化工实验室的安全管理建设，也给老师和学生创造一个良好的科研学习环境［14-16］。