国内外实验室安全管理体系的研究现状和热点——基于中英文期刊文献的知识图谱分析

孙小雅，潘丽娜，陈春兰，付博菲，闫春财

（天津师范大学生命科学学院，天津 300387）

0 引言

实验室在教学科研、人才培养、社会服务及文化创新等各个方面扮演重要角色，是助推世界科技强国建设的主要阵地。近年来在我国科教兴国、人才强国战略的指导下，我国实验室环境和硬件设施都有显著改善和提升。但与此同时，实验室呈现了参与人员增多、实验内容及方法复杂、危险化学品使用频繁以及仪器设备多而精密等特征［1］。尤其在疫情防控常态化时期，给实验室安全管理工作带来新的挑战，制约其发挥出最大效能。如何构建完善的实验室安全管理体系吸引国内外学者的广泛关注，并取得非常可观的研究成果［2-4］。然而，国内外的有关文献资源既相互联系又相对独立。鲜有研究将其进行横向比较并整理归纳，无法实现深层次分析。鉴于此，利用Bicomb 和Ucinet等分析软件，对在中国知网（CNKI）和Web of Science两大数据库2017～2021 年间发表的文献进行直观的量化分析和共性分析，并进行可视化展示。旨在为精准化掌握当前国内外实验室体系的发展趋势、研究热点及面临的问题，从而为挖掘出适合我国国情的实验室安全管理体系的发展之路提供多元化的参考。

1 研究方法

1.1 数据来源

CNKI和Web of Science 是研究者检索中英文论文时最为常用的两大期刊数据库。这两个数据库拥有丰富的知识信息资源，涵盖期刊种类多样，聚焦最新研究进展，能够较为全面检索到国内外实验室安全管理相关的发表论文，探究其研究现状、热点、趋势及面临的问题。因此利用CNKI 和Web of Science 两大期刊库以“实验室安全管理（Laboratory safe）”为关键词，检索于2017～2021 年间的发文量。经筛选后共检索到1 958 篇，其中中文文献1 827 篇，英文文献131 篇。

1.2 研究方法

采用Bicomb 和Ucinet 软件对在CNKI 和Web of Science期刊库中获取到的1 958 篇有效文章进行分析，具体研究方法如下：

（1）设置检索条件，在两个数据库中逐一筛选出符合主题的文献数据，并导出每篇文章的期刊、年份、标题、单位、作者、关键词及摘要，按照年份顺序分别保存为txt格式。

（2）将数据库中导出的文献数据导入Bicomb 软件进行数据统计和关键词标准化处理。①对关键词中的同义词、非实义词进行修正转换，如在中文文章中“安全管理体系”“实验室安全管理体系”以及“安全管理模式”等均是同义词，都是表示实现实验室安全管理的体系构建；外文文章中“Biorisk（生物风险）”“Biorisk management（生物风险管理）”以及“Biological risk（生物性风险）”等也均修正为“Biorisk（生物风险）”。②以第一作者、第一作者单位、期刊及关键词等为关键字段，对发表文章进行统计分析。

（3）基于修正后的关键词，利用Ucinet 和NetDraw软件对所研究文章的高频关键词构建共现矩阵及社会网络图。通过分析文献中关键词共同出现的次数来判断所研究主题彼此之间的关系及挖掘研究热点，从而揭示该主题的现状及发展趋势［5］。

2 研究结果

2.1 文献特征

（1）文献数量。逐年计算2017～2021 年间在CNKI和Web of Science发表的文献数量，统计结果如图1 所示。两大文献库发表的论文均呈现逐年上升的趋势，其中CNKI数据库在2020 年发表论文数量达到顶峰，共发表458 篇论文，但在2021 年稍有回落；而在Web of Science 数据库中经筛选得到的文献数据量较少，可能与该数据库收录的期刊数量与种类有关。但在已搜索到的131 篇英文文献中，发表文献数量逐年呈现明显的上升趋势，在2021 年发表文献数量达到54 篇。其次，本研究对近5 年的所有英文文献中第一作者的单位机构进行频次统计分析，逐一查看研究机构的所在国家信息。利用excel 导出近5 年内共计发表论文3 篇以上的国家，并利用R 语言绘制热图进行展示（见图2）。统计结果显示中国与美国的发文量名列前茅，分别发表24 篇和37 篇文章。在2021 年间，2个国家的发文量显著提升，分别为12 篇和22 篇。印度和德国均发表5 篇文章，日本和马来西亚分别发表4 篇文章，巴西、英国、新加坡等国家分别发表3 篇文章。其中大部分国家在2021 年发文量最高。此外，本文借助Bicomb软件构建高频国家的共现矩阵。分析发现在所有英文文献中，不同国家出现在同一文献里的频次较少。结果表明虽然实验室安全管理研究已受到各个国家的广泛重视，但国家之间缺乏交流合作，大都以学校内或者机构内合作为主。

图1 中英文文献发表数量

图2 部分国家发表英文文献数量统计

（2）期刊。利用Bicomb 软件对发表期刊进行统计分析。结果显示，2017～2021 年期间，发文量位居前5 的期刊分别为《实验技术与管理》《实验室研究与探索》《广东化工》《化工管理》《广东化工》以及《实验室科学》（见表1）。其中在《实验技术与管理》和《实验室研究与探索》两大中文核心期刊上发文量最多，分别达到215 篇和125 篇。在英文文献中，发文量最高的期刊是《Journal of Chemical Education》和《Safety Science》，出现的频次分别为31 次和10 次。总体上看，中文期刊中发文量较多的主要集中在《实验技术与管理》和《实验室研究与探索》两大核心期刊上。这两个刊物在国内具有广泛的影响力，其发表的论文聚焦近年来实验室安全管理建设的最新前沿，具有显著的代表性。例如在这两个期刊上发表的论文单篇共被引平均达到16 次。

表1 期刊出现的频次统计

（3）作者及其研究机构。利用Bicomb 软件分别对近5 年中文文献按照第一作者及其研究机构进行频次统计分析。以“第一作者”为关键字段，将“频次阈值”设置为5，即导出2017～2021 年期间以第一作者身份发表论文在5 篇以上（包括5 篇）的作者频次信息。结果显示，在中文文献数据中发文量在5 篇以上的仅有张彦茹（天津师范大学）和阳富强（福州大学）2位作者，2 人近5 年期间以第一作者身份分别发表9篇文章。他们在高校实验室安全研究工作中成果显著，例如阳富强等［6-7］开发多种管理模型应用于实验室安全管理工作。在英文文献中，没有明显发文量较多的作者，以第一作者身份发表的文章均在1～2 篇。

2.2 高频次关键词

首先利用Bicomb 分析工具对有效文章的关键词进行数据筛选和清洗后，提取出有效的主题关键词。其次使用Bicomb 统计功能对主题关键词出现的频次进行统计。根据关键词出现频次的高低及有效文献多少，在有效中文文献中选取前26 个高频关键词为主要研究对象；在有效英文文献中，选取前12 个高频关键词进行后续研究。部分统计结果如表2 所示。本文设置搜索文献的关键词是“实验室安全管理（Laboratory safe）”，因此在两个文献库中出现频率最高的两个关键词为“安全管理”和“Safety management”。“高等学校”和“Undergraduate（本科生）”均是两个数据库中排名第二的高频关键词，这体现了当前实验研究对象主要为高校，并且国内外高校都非常重视实验室安全管理问题。实验室是培养大学生实践操作能力与研究创新能力的重要基地，其安全管理效果直接影响高校的教学科研成果和人才培养质量。其次，“化学实验室”“化学品管理”以及“Chemical risk（化学风险）”等与化学相关的高频关键词出现频率较高，这侧面反映了化学实验室在各类实验室中安全风险性较高，尤其是危险化学品的频繁使用，存在较多的安全隐患。值得注意的是，在Web of Science 数据库中“Hazard recognition（危险源识别）”出现频率较高，并且研究表明危险源辨识有误是诸多安全事故发生的主要原因。此外，“安全教育”、“安全文化”以及“Safety culture（安全文化）”等高频关键词的出现，反映实验室安全教育是保障实验室平稳运行的重要举措和关键所在。

表2 高频关键词出现频次统计（部分）

2.3 高频关键词社会网络图

为了探究当前实验室安全管理工作中的研究热点以及挖掘面临的问题，本文利用Bicomb及Ucinet软件分析工具绘制高频关键词的社会网络图。首先使用Bicomb软件构建共线矩阵，其中对于中文文献数据构建26 个高频关键词共线矩阵，矩阵大小为26 ×26，而英文文献数据构建12 个主题关键词共线矩阵，矩阵大小为12 ×12。矩阵中的数值表示两个关键词同时出现的频次，数值越大表示两个关键词之间的联系越紧密。随后基于得到的共线矩阵，利用excel 软件计算Ochiai系数，并转化成相关矩阵。利用Ucinet软件对相关矩阵进行处理，并保存为相应格式文件，以用于NetDraw 绘制高频关键词的社会网络图，并选择“degree”为条件对绘制的社会网络图进行中心度分析（见图3 和图4）。

图3 中文文献高频关键词的社会网络图

图4 英文文献高频关键词的社会网络图

如图3 和图4 所示，“管理体系”是中文文献数据的社会网络图中的核心主题，亦是大部分已发表的文章中实验室安全管理工作的研究热点及趋势。同样在英文文献数据中“Safely management”也处于社会网络图中的中心位置。这说明探索新形势下的实验室安全管理对策，从而构建科学合理有效的实验室安全管理体系，对于实验室发挥功效和提高科研成果产出具有重要意义。针对“实验室管理体系”这一主题的研究是各项实验室工作的立足点，许多学者已研究出一系列管理模式，如“6S 管理”“EHS 管理体系”“FMEA 管理方法”“PDCA 循环理论”以及网格化管理等［8-10］。其中由Furr博士编写的《CRC Handbook of Laboratory Safety》（第5 版）这本手册较为全面地描述了实验室从管理到操作流程等各个环节，涵盖不同研究领域的调查结果，从而详细阐述各类实验室安全管理工作的方方面面，参考价值非常大［11］。其次，“高等学校”“安全管理”以及“安全教育”等高频关键词处于网络图的相对中心位置。然而在英文文献的社会网络图中，“Undergraduate”和“Safety culture（安全教育）”处于相对边缘的位置，这可能与搜索到的文献数量或文献中关键词选取有关。如今高校实验室作为开展实践教学及科研研究的重要基地，其安全的重要性不言而喻。新形势下高校实验室安全管理遇到的问题也有增多趋势，迫切需要建立合理有效的安全体系及管理措施。对于“安全教育”这一主题也逐渐受到学者的关注，在实验室工作中，普遍存在“轻安全、重科研”的思想，工作人员安全意识淡薄，安全宣传教育不足，安全技能缺乏，这些都为实验室安全事故的发生埋下了隐患。此外，在这两个网络图中与各类危险源有关的高频关键词的位置有所不同，在中文文献中“生物安全管理”“安全隐患”“化学品（危化品）管理”处于中间位置，而“废弃物管理”及“压力容器”关键词处于边缘位置。在英文文献中“Hazard recognition”和“Biosafety”处于相对中间的位置，而“Waste management”和“Chemical risk”处于边缘位置。这体现了国内外对于各类危险源的重视程度有所差异。尤其在疫情防控时期，国外对于生物安全工作较为关注，“COVID-19”这个关键词出现了5 次。而“创新实验室”“安全防护”“应急预案”“安全准入制度”以及“Virtual reality”和“Risk assessment”等处于网络的最外围，代表了实验安全体系中的一些边缘研究，有待进一步展开深入的探究。

3 建议与思考

3.1 完善体制机制，构建新形态实验室安全管理体系

近年来随着社会高速发展，实验室的种类、数量及使用频率不断提高，各种实验室安全事故时有发生。探索新形势下实验室安全管理工作体系，做到精准施策、防患未然，对保障实验人员人身安全及社会财产安全具有现实意义。从中英文期刊文献的知识图谱分析中发现了以下3 个问题，分别是，①如图3 所示“化学实验室”“生物实验室”“医学实验室”及“药学实验室”等高频关键词的出现，反映了实验室类别的多样性。尤其是高校在办学规模不断扩大的背景下学科门类和专业数量趋于多元化，导致实验室安全隐患类别增多，管理难度增大。为此，各类别实验室应加大对建立具有学科特色的实验技术队伍的投入，比如借鉴国外Laboratory Safety Team（LST）的建立，以研究生和科研人员为核心成员采用可量化和可追踪的模式开展安全管理工作［12］。②图3 中“检查督导”出现频次较低，并处于社会网络图的边缘位置，这侧面说明在实验室安全管理工作体系中对于安全检查这一环节不够重视。在有完善安全管理体制及健全规章制度的前提下，应保证各项工作落实到位，其中检查及问责机制尤为必要。安全检查中应做到责任明确，落实到人，对于发现的安全隐患不可含糊不清并形成闭环工作模式。其次建立有效的奖惩机制和问责追责机制，可设立“样板实验室”，利用榜样力量激励实验室人员。真正做到安全工作人人有责，安全工作从我做起。③积极构建与现代信息化技术相融合的智慧型实验室已成为推进安全管理工作建设的必然趋势，从复杂的人工管理改为自动化的管理，有助于提高管理质量及效率，真正实现精细化管理。

3.2 补齐短板漏洞，加强危险源隐患源头治理

提高危险源辨识能力及管理，完善安全风险评估体系是实验室安全隐患源头管控的重要法宝。在中英文文献社会网络图中，国内外实验室对于各类危险源的管理各有侧重。因此，根据实验室特点及实际情况制定有针对性的危险源防控对策是最有效的预防措施。比如，化工类实验室中危险化学品（简称危化品）是主要危险源，其所带来的危害往往是一系列不可控的连锁反应。健全安全管理制度，规范购买、使用及处置等流程，提高安全防范意识，是危化品安全管理工作的主要方向及内容。实验室废弃物这类危险源也逐渐受到各界学者的关注，如余建潮等［13］根据废物性质及类别建立的简化版实验室废弃物处置流程图。加强实验室废弃物处置力度，营造良好的生态环境，这也是避免安全事故发生的重要环节。此外，危险源还包括其他种类，比如基础设施类（水电管路等）、设备类（高温仪器、压力容器等）及生物类（实验动物、微生物等）等，需要根据实验室实际情况进行辨识，有针对性地制定管理制度，客观评估安全风险，实现有效控制。有些学者针对实验室危险源开展相关研究，比如张彦茹［14］采用图表结合的形式构建危险源识别及防控体系。此外，值得注意的是在图4 中“Laboratory equipment”处于中间位置，体现了实验室安全基础设施的投入对于减少安全隐患及降低安全风险是十分重要的。合理规划和配置安全防护设备设施，减少安全问题产生，这也将大大降低实验室安全管理的成本。

3.3 提升安全意识，创新实验人员安全教育培训

实验人员缺乏安全意识是诸多安全事故发生的源头，而提升安全意识是实验室安全管理工作良性发展的关键所在。如图3 和图4 所示，“安全教育”“安全意识”“安全文化”及“Safety culture”等高频关键词均处于网络的中部位置，是连接核心主题和边缘主题的枢纽。因此，如何更好地开展安全教育工作迫在眉睫。安全意识淡薄归根到底是人们对实验室安全隐患所带来的危险性认识不够，缺乏危机防范意识［15］。开展丰富多样、文化教育与趣味性相结合的安全教育活动是提升实验人员安全意识的有效途径。例如根据受众群体的具体需求，将理论与实际操作相结合，进行多种形式的培训考核方式；在高校内开设实验室安全通识课程；开展“安全月”宣传教育活动，让实验人员参与进来，达到他人及自我的双提升。此外，每间实验室由于研究内容不同，其危险源也各不相同。英国Bristol 大学化学系采用让每个学生填写风险评估报告（General Risk Assessment Record）的方法来保证其在实验前了解实验目的及意义，掌握所用试剂的毒性和安全防护措施，熟练操作大型的仪器设备等，填写后提交教授进行风险评估并签字确认后方可进入实验室［16］。该举措将保障实验室安全作为一种底线式的要求，真正做到防患于未然。因此，我国学者可以结合国内外已有的研究经验，不断丰富实验室安全管理工作的研究深度，从而为安全工作改革提供全面而科学的指导。