基于三类危险源理论的高校科研实验室风险分级管控方法研究

贾海江，李培省，赵 明，常 诚，王淼淼

（1.北京市科学技术研究院城市安全与环境科学研究所，北京 100054；2.北京科技大学土木与资源工程学院，北京 100083）

0 引言

高校科研实验室是高校实施人才培养、开展科学研究和推动社会创新发展的重要基地。近年来，高校实验室建设规模不断扩大，科研活动日益频繁，但由于高校安全管理薄弱、师生安全意识淡薄、多种危险源集中等多种原因，高校实验室面临的安全风险愈加复杂；据不完全统计，自2009～2019 年，高校实验室火灾爆炸、中毒等事故总数100 多起，其中至少有45 起事故造成了人员伤亡［1-4］；其中“12.26”北京交通大学火灾爆炸事故［5］，造成3 人死亡，再一次为高校实验室安全敲响警钟，同时也引发更多的深思。高校实验室事故的发生不仅威胁着广大师生的人身安全，还对高校的声誉造成了严重影响，因此作为实验室安全管理工作的基础——实验室风险评估工作，对于实验室的风险控制尤为重要。

1 研究现状

近年来国内外专家学者对实验室风险评估开展了丰富的研究。高玉坤等［6］基于风险矩阵的方法建立了高校实验室气瓶风险评估体系，分析了气瓶倾倒、泄漏和爆炸3 种气瓶相关的事故情形，并根据风险矩阵的方法判定各个事故情形发生的概率及事故后果严重性，从而确定相应的风险等级。李自卫等［7］应用新加坡实验步骤半定量评估方法对某合成实验进行了风险评估，通过分析各个步骤的潜在危险，利用可能性及严重性对危险进行分级，采取相应的管控措施后再次进行风险等级的估算，并判定其是否在可接受水平。王晔等［8］用量规法评估高校实验室安全风险。陆琳睿［9］提出了将BP神经网络应用于实验室安全评价体系模型；任颖［10］提出了基于模糊数学理论建立实验室安全管理评价指标体系。

虽然风险分析与评估的方法种类繁多，但由于高校实验室自身的特殊性，如使用者流动性大、化学品种类繁多、实验时间间断性等［11］，目前对于高校实验室风险评估的研究及对实验室的风险分析尚不够深入。高校实验室风险评估方法还存在诸多不足：

（1）对高校实验室的人员不安全行为的研究较少。尽管实验室安全事故发生的情景以及实验室实际作业条件与建筑行业或煤矿行业差别较大，但作为安全实现的主体，实验室人员的不安全行为依然是实验室安全管理工作的一个关键切入点。

（2）实验室安全管理重视不够。没有考虑到高校实验室管理体系的运行的特殊性，忽略了在管理制度实际落实效果方面存在的问题及隐患。

（3）现有风险评估指标多不完善。①化学品管理的风险评价指标中，影响化学品伤害事故发生可能性的指标包括化学品的采购、储存以及化学品使用和废弃的管理制度及方式等，但却忽视了实验室化学品储量这一重要指标，储量的多少将会直接影响到事故后果的严重程度，因此也应量化进实验室风险评价和指标体系。②实验室内危险仪器（例如高温、低温、辐射等高危设备）的数量，以及学生对该类设备的使用频率或暴露频次，也应作为实验室固有风险值大小的一部分考虑；此外，现有评估体系中尚未考虑实验室科研项目不同阶段的动态因素以及实验过程的不确定性等因素。

2 安全风险素辨识

全面、准确辨识安全风险，是开展高校实验室风险评估工作的基础，而高校科研实验室安全风险的复杂性和多样性，一般的事故致因理论很难对实验室不同防控层级的事故因素进行深入分析，采用三类危险源的理论方法对高校实验室安全风险辨识开展相关研究，根据三类危险源理论中导致事故发生的因素之间的层次关系，可以对其安全风险进行全面快速地分析［12-13］；在三类危险源理论中，第1 类危险源定义为能量载体或危险物质；第2 类危险源定义为物的故障、物理性环境因素，个体行为因素等；而第3 类危险源则是安全管理决策、组织失误等。

（1）第1 类安全风险。即固有安全风险，主要指实验室的危险物质或能量载体，如实验室的易燃液体、易燃固体、毒性物质以及氧化物等危险化学品，高压气瓶以及高温高压或高速设备等，是实验室事故发生发展的物质性前提条件。

（2）第2 类安全风险。即触发型安全风险，主要指实验室对各种第一类安全风险的能量采取的约束措施失效，包括实验室人员的个体行为因素、实验室环境因素以及对第1 类危险源采取的技术防控措施失效等因素，是事故发生的触发条件。

（3）第3 类安全风险。实验室安全管理组织运行的因素（管理型安全风险），是对第2 类安全风险的纠正不及时或整改不力，主要包括实验室安全责任体系的建立、规章制度的制定、安全保障条件、安全管理人员配置、安全教育以及安全检查等方面存在的问题因素，是事故发生的根本原因。

通过实验室事故分析以及对实验室现场调研，本文从第1 类安全风险（固有风险）、第2 类安全风险（触发型安全风险）及第3 类安全风险（管理型安全风险）3 个方面，对实验室安全风险进行辨识。

2.1 实验室第1 类安全风险辨识

以化学类科研实验室为例，第1 类安全风险多种多样，危险化学品是化学类科研实验室中主要的第1类安全风险，如表1 所示。高校实验室的危险化学品的种类繁多，但数量与生产型企业相比较少。因此，对于实验室危险化学品的危险性分析应主要侧重于危险化学品的自身物质特性，以及危险化学品在实验现场的数量。

表1 实验室危险化学品安全风险

在化学实验室中，普遍会使用到一些高温高压或高速的仪器设备，例如烘箱、马弗炉、高温炉、水浴锅、超高速离心机，以及氢气、氮气、氧气等各类气瓶，都是具有较高能量的单元，属于实验室第1 类安全风险。根据现场调研，实验室常见的危险仪器设备见表2。

表2 仪器设备类安全风险

此外，科研项目的特殊反应工艺，作为危险化学品以及仪器设备等各类安全风险的集合，是第1 类安全风险的特殊存在形式，也应作为实验室第1 类安全风险进行管理，如压力实验、持续加热实验以及合成放热等反应都有可能引起剧烈反应，使反应器内部压力突变，导致事故的发生。根据实验室调研，部分科研项目风险如表3 所示。

表3 实验室科研项目安全风险

2.2 实验室第2 类安全风险辨识

第1 类安全风险的存在是实验室事故发生的前提条件，只有在其存在的情况下，才会出现第2 类安全风险，因此对后者辨识应围绕着前者来考虑。实验室第2 类安全风险是对各种第1 类安全风险的能量采取的约束措施的失效，主要表现形式为个体行为因素、实验室场所环境以及对科研实验、危险化学品、气瓶和仪器设备的风险防控等方面存在的问题。根据对实验室事故统计以及事故原因分析，结合对实验室现场调研，将实验室常见的第2 类安全风险划分为个体行为因素、实验室场所及基础安全，以及对第1 类安全风险采取的技术防控措施的失效3 个方面。

（1）个体行为因素。在化学实验室中，个人行为因素直接影响着实验室的安全状况，不安全的个体行为是实验室第1 类安全风险导致事故的重要触发因素，属于实验室第2 类安全风险。个人行为因素存在的问题主要有：①安全意识较低，意识不到实验室存在的风险，或意识到了紧急危险的存在但依然继续进行实验操作，未及时采取自我保护措施。②未接受专业安全教育，安全知识不足，不足以应对实验过程中的风险。③未遵守实验安全操作规程，实验过程不规范、未按规定要求开启相关防护设备或未根据实验过程中存在的风险佩戴正确的个人防护用品等。

（2）实验室场所及基础安全。实验室的场所环境，用水用电，通风系统，个人防护用品，应急设施及防护用品的配置等是影响实验室安全的重要因素，规范有序的实验室场所是师生开展实验的有力保障，也是做好实验室安全管理工作的前提条件。实验室场所及基础安全方面存在的问题会导致实验第1 类安全风险防控缺乏基础保障条件，属于第2 类安全风险。存在的问题主要有：①实验室所依托的建筑、装修不符合消防要求；②实验室的安全出口设置等不符合消防疏散要求，如紧急疏散通道被杂物堵塞等；③实验室空间布局不合理，实验区域与学习办公区混用，未做有效隔离；④实验室水电布局不合理，管道选材不当以及管线敷设未做有效固定等，影响实验室的正常使用；⑤实验室未配置通风系统或通风系统未按相关标准建设，风速、风量不符合要求等；⑥缺少护目镜、防护服等个人防护用品，以及洗眼器、应急淋浴、急救药瓶等应急设备设施的配置等。

（3）第1 类安全风险技术防控措施的失效。第1类安全风险技术防控措施主要是指对第1 类安全风险所采取的最基础的风险防控措施，主要包括科研项目、危险化学品、气瓶以及危险仪器设备的风险防控。①科研项目风险防控主要包括对科研项目中实验过程的风险评估以及风险防控措施的落实，存在的问题主要为科研项目未进行风险评估或科研项目风险防控措施未落实，例如个人防护装置、设备安全性能不符合实验过程的风险防控要求等。②危险化学品的风险防控应包括采购、储存安全、使用过程安全和废弃处置的全过程等。存在的问题主要为危险化学品采购过程不符合规范，购买不合格的危险化学品；危险化学品储存量过多、互为禁忌的危险化学品混存、存放位置不合适以及未使用危险化学品专用储存柜等；实验室的危险化学品安全技术说明书不齐全，配置试剂、样品等未贴试剂标签；危险化学品的取用未制定安全操作规程或缺少风险控制程序；危险化学品废弃物未设置专门的暂存地点以及专用的分类储存容器，危险化学品废弃物暂存量过多，未及时处理等。③气瓶风险防控应包括气瓶的采购、验收、存放、使用过程以及相应的报警装置的设置等，存在的问题主要包括未建立气瓶台账；从无资质供应商处采购气瓶，未进行安全验收而导致气瓶无定期检验合格标识或安全附件缺失；气瓶存放量过多，存放地点不当（如应远离热源等要求）；实瓶、空瓶以及可燃性气体、助燃性气瓶混放；使用易燃易爆气体或密闭空间使用大量窒息性气体等未设置相应的气体探测报警装置；气瓶使用过程中气瓶管路连接混乱，标识不明，去向不清等。④仪器设备的风险防控应包括用电、布局、设备安全防护以及设备的检修维护等各个方面。存在的主要问题为未建立相应的设备台账，对设备的检修维护及压力容器的定期检验不全面，不能及时发现设备存在故障；大功率设备的配电用线不匹配，冰箱、烘箱以及电阻炉等有散热需求的设备环境空间不足，设备布局不合理等。

2.3 实验室第3 类安全风险辨识

第3 类安全风险是对第2 类安全风险纠正的不及时或整改不力。应主要从实验室安全管理组织体系、规章制度的建设、安全投入、安全培训以及安全检查等方面进行辨识。

（1）安全管理组织体系。建立完善的组织体系是安全管理工作顺利开展和对第2 类安全风险进行防控的基础，组织体系缺陷属于第3 类安全风险。高校实验室安全管理组织体系方面存在的问题主要为学校实验室安全管理机构（包括院系、实验室）责任人不明确，或未明确学校实验室安全主管部门，职能部门之间缺乏统筹协调，相互掣肘，无法保证安全管理工作的有效开展等。

（2）安全管理制度。科学有效的规章制度是实施实验室安全管理的重要环节，实验室安全管理制度不完善，会导致实验室管理人员对第2 类安全风险防控措施的落实无章可依，属于第3 类安全风险。存在的问题主要有：①规章制度编制不全面不科学，缺乏实际操作性，如未制定实验室安全奖惩制度、制定的安全检查制度不能够保证实验室的隐患排查闭环管理等；②院系未结合实际情况细化管理要求，或未针对学科特色做安全补充规定，如缺少专业的危险性实验指导书等；③实验室未针对风险分布情况制定相应的安全管理要求，或未建立实验室的安全检查与值班值日制度等。

（3）经费保障。实验室安全经费保障缺失则无法为第2 类安全风险纠正程序提供资金上的支持，属于第3 类安全风险，存在的问题主要有：①学校专项安全经费缺失，无法保障实验室安全基础设施建设，导致实验室基础设施条件欠缺，或存在其他重大安全隐患；②学校未设立安全常规经费，或预算经费太少，不足以保障实验室安全管理工作的有序开展；③院系、实验室自筹经费不足，例如，对实验室通风设施，安全防护设施等投入不足，不能支撑实验室基本安全工作等［14］。

（4）安全教育。安全教育是提高实验室师生安全意识，提升实验相关安全知识，保证实验室安全的重要环节。部分高校实验室对师生只在形式上进行简单的安全知识培训与教育，浮于表面，没有落实到位，在效果、广度以及专业性等方面存在一定的不足，师生对实验室安全专业知识并没有完全掌握，对各种危险化学品、仪器设备的安全防范措施等没有融会贯通，对实验操作与防护的安全理解不到位，无法有效预防实验室事故的发生［15］。实验室在安全教育方面存在的问题会对个体行为因素产生较大的影响，属于第3 类安全风险。

（5）隐患排查。隐患排查是监督实验室规章制度是否落实的重要手段，隐患排查及整改不力［16］，直接影响对第2 类安全风险的辨识和纠正措施的落实，属于第3 类安全风险。实验室安全检查方面存在的问题主要有：①学校及学院未建立安全风险清单，对安全风险分布情况掌控不明；②未组建专业的安全检查队伍，检查人员对隐患的辨识能力欠缺，在安全检查过程中无法全面辨识出存在的第2 类安全风险；③学校及学院未制定安全检查计划，或未按计划进行安全检查；④对安全检查过程中发现的隐患整改未及时跟进整改，即第2 类安全风险的纠正程序不足等。

3 风险管控

综合应用风险矩阵等多种方法，进而对安全风险进行评估。实验室事故的发生具有较大的随机性和不确定性，事故后果与事故发生时实验室的固有风险即第1 类安全风险分布密切相关，而实验室第2 类安全风险则对事故发生概率起着决定性的作用。因此，可以将前两类安全风险的风险评估结果分别作为实验室事故发生后果以及可能性参考，结合风险矩阵的方法，将实验室风险分为四个等级。分别为重大风险实验室，较大风险实验室、一般风险实验以及低风险实验室，如图1 所示。

图1 实验室风险等级判定矩阵

通过实验室风险评估，明确各个实验室的风险分布情况。对于重大风险的实验室，学校层级的安全主管部门应重点监管，理清实验室安全风险的主要类型，协助实验室完成对安全风险防控措施的落实。通过对第2 类安全风险的全面检查，明确安全风险防控措施失效的主要环节，加强管理，避免类似的隐患再次出现。对于较大风险的实验室，所属学院应负责重点监管，加强安全检查的频次，对安全检查中问题隐患，应及时跟踪其整改落实情况。在检查过程中，若发现重大事故隐患，导致实验室的风险等级升高，应立即报备学校，实施联动监管。对于一般风险和低风险的实验室，学院应定期进行检查，同时，实验室应自觉进行安全风险防控措施的落实。对于风险等级不同的实验室，应从安全检查、教育培训和定期风险评估等方面实现差异化动态监管，如图2 所示。

图2 不同风险等级实验室差异化管理示意

通过对实验室安全风险系统辨识，可将实验室建立如图3 的实验室风险管控体系图。风险分级管控作为实验室事故预防中的第3 道防火墙，把实验室第1类安全风险辨识作为风险分级的基础。高校化学类实验室中化学试剂种类多并且危险性大，实验室中的安全风险种类和数量较多，以实验室为基础单元，对实验室的固有风险进行分析和研究。首先对实验室第1 类安全风险进行辨识，建立相应的安全风险台账，进而根据第1 类安全风险评估方法对实验室固有风险评估进行评估和分级。通过对实验室第1 类安全风险的辨识和固有风险分级的结果，绘制实验室风险地图，明确出各个实验室第1 类安全风险的分布情况。

图3 实验室风险管控体系图

以隐患排查和隐患治理作为实验室事故预防中的第2 道防火墙，即全面核实实验室的第2 类安全风险，通过系统而细致全面的安全检查，明确实验室安全风险防控中的每一个环节，确保不会由于第1 类安全风险防控措施的存在缺陷而产生第2 类安全风险，从而引起事故的发生。实验室隐患排查应覆盖对第1 类安全风险防控的每一个环节，对实验室中个体行为风险、实验场所风险、危险化学品风险、气瓶风险和仪器设备风险等方面进行全面的隐患排查，及时记录并制定相关整改措施，确保整改的及时性和有效性，避免由于实验室各类隐患即第二类安全风险的发展而导致事故。

以安全管理水平的提高为实验室事故预防中的第3 道防火墙，第3 类安全风险在实验室事故的发生发展中有正效应和负效应作用两种影响。因此，实验室安全管理应结合第3 类安全风险的风险等级即实验室当前的安全管理组织运行状况采取相应的风险管控措施。

（1）对于组织运行状况等级为差的实验室，其事故风险有很大程度的发展恶化的趋势。此时，对于事故风险等级同时为重大风险，或较大风险的实验室，为不可接受的风险，应立即关停整治。应从实验室的责任体系、规则制度、经费保障、安全教育以及安全检查和隐患整改等各个方面进行优化改进，明确实验室责任人和各项管理制度，保证实验室安全管理组织运行状况能够应对实验室风险管控措施的有效实施。在实验室组织运行状况得到显著提升之前，学校或院系级实验室安全管理部门，应协助实验室进行风险管控工作，使实验室风险保持在可接受水平（见图4）。

图4 实验室组织运行状况等级为差时，风险变化趋势

（2）对于组织运行状况等级为较差的实验室，其事故风险有较大程度的发展恶化的趋势。此时，对于事故风险等级同时为重大风险的实验室，为不可接受的风险，应立即关停整治。应从实验室的责任体系、规则制度、经费保障、安全教育以及安全检查和隐患整改等各个方面进行优化改进，明确实验室责任人和各项管理制度，保证实验室安全管理组织运行状况能够应对实验室风险管控措施的有效实施，逐步加强对实验室第2 类安全风险的风险管控力度，将实验室风险降低至可接受水平（见图5）。

图5 实验室组织运行状况等级为较差时，风险变化趋势

（3）对于组织运行状况等级为一般的实验室，其事故风险发展趋势相对平稳。应针对实验室在组织运行过程中存在的主要问题进行改进，进一步提升实验室安全管理的组织运行的积极性和主动性，重点加强重大风险实验室的风险管控工作，提高实验室对第二类安全风险的管控能力以及隐患整改的时效性，逐步提升实验室安全管理组织运行状况（见图6）。

图6 实验室组织运行状况等级为一般时，风险变化趋势

（4）对于组织运行状况等级为较好的实验室，其事故风险在一定时间内能够一定程度的改善，风险水平有降低的可能性。此时应加强对重大风险以及较大风险实验室的风险管控工作，提高实验室对第二类安全风险的管控能力以及隐患整改的时效性，并进一步升实验室安全管理组织运行状况（见图7）。

图7 实验室组织运行状况等级为较好时，风险变化趋势

（5）对于组织运行状况等级为好的实验室，风险管控在一定时间内有较大程度的提升，风险水平降低的可能性较大。应加强对重大风险以及较大风险实验室的风险管控工作，进一步提高实验室对第二类安全风险的管控能力以及隐患整改的时效性，促进实验室事故风险等级的降低，对实验室事故预防起到积极有效的正效应作用（见图8）。

图8 实验室组织运行状况等级为好时，风险变化趋势

4 结语

本文基于三类危险源理论，对实验室安全风险进行了系统的辨识，将实验室安全风险分为3 类；第1 类安全风险主要是科研项目实验、危险化学品、气瓶、仪器设备四种；第2 类安全风险主要是实验室个体行为因素、实验场所及基础安全以及对4 种第1 类安全风险技术防控措施的失效；第3 类安全风险主要为实验室安全管理的组织运行因素。

根据第1 类安全风险（固有风险）以及第2 类安全风险（触发型安全风险）的评估分级结果，参考风险矩阵的方法，将实验室分为重大风险、较大风险、一般风险和低风险4 个风险等级，对不同风险等级提出了不同的监管策略，并结合第3 类安全风险对前两类安全风险的影响作用，对实验室风险等级进行了修正，并提出了相应的改进措施。

应用三类危险源安全风险的理论方法，进行了实验室安全风险分析，进而建立了实验室基于三类危险源理论的风险防控模型。