高校管制化学品智慧管理方案探索与实践

孟 震， 晏旭秀， 刘 斌， 徐邦瑜

（南京大学a.化学化工学院；b.实验室与设备管理处，南京 210023）

0 引言

高校实验室是开展教学科研活动的主要载体，也是培养学生创新实践能力的重要场所，在高校“双一流”建设中发挥着举足轻重的作用。实验类学科的实验室，经常要使用到各类试剂、化学品，其中包括管制类化学品。“管制化学品”是国家根据法律法规，为避免危险化学品被用于非法用途而采取特殊管控措施的剧毒、易制毒、易制爆、民用爆炸品、精神药品、麻醉药品等化学品［1-3］。这些管制化学品如使用或管理不当，极有可能引发重大安全事故、对社会稳定产生不良影响，例如2021年10月，南京某高校实验室发生严重爆燃事故，致2 人死亡、9 人受伤，调查结果显示事故系镁铝粉爆燃，而镁粉就是管制化学品中的易制爆化学品。因此，必须加强对管制化学品安全管理的重视，进一步防范实验室风险，保障高校教学科研工作安全顺利运行。

1 高校管制化学品安全管理现状

1.1 种类繁多、取用频繁

高校实验室具备专业种类多、研究方向广、研究内容更新快等特点，因此管制化学品的使用也呈现出种类多、数量多、分布广、购置频繁等特点［4］，许多高校对管制化学品的管理方法仍有不少提升空间。例如，管制化学品的领取和使用虽然设立了登记制度，但是由于种类繁多、使用频次高，导致出入库频繁，登记工作相对繁琐，加之总用量不大，领用人未给予足够的重视，易于造成疏漏。人工登记方式不仅人力、物力消耗大，管理效率低，而且不能实时了解管制化学品的购置、存储、使用和废弃情况，容易造成库存积压、药品变质、废弃物处理不及时等现象［5］，增加了管制化学品的安全管理风险。此外，虽然高校资产管理和实验室安全管理部门对管制化学品存量和放置情况进行不定期检查，但由于数据不易获取、时效性差，只能获得该检查时间节点的“静态”数据，无法对管制化学品的使用情况进行实时监测，因此化学品使用无法快速追溯、闲置化学品和过期试剂等未能得到及时安全的处理、实时台账不易获得、账目与实物不符等情况经常发生。上述问题都将导致管制化学品在进入实验室后的各个环节存在安全隐患，极大升高实验室风险系数。

1.2 分散储存、多头管理

随着国家对高校科研的不断投入，实验室设备和实验项目增多，加之人员密集、流动量大，使得实验室管理工作日趋复杂。同时，高校涉及使用管制化学品的学科分布较广，我校共有11 个院系使用到危险化学品，涵盖576 个实验室，储存非常分散，其中又大多涉及管制化学品，且使用的管制化学品的种类与特点都不尽相同，显著加大了管制化学品的管理复杂性和难度，统一化、规范化、精准化的管理难以实现。此外，由于管制化学品的管理涉及多个校部机关和二级单位，现有的单向垂直管理模式很难保障管理过程及时有效，也难以实现各管理、使用部门间的数据共享，这就需要运用目标导向的信息化手段协助提升管理工作效率，满足现阶段高校科研的需求。

1.3 环节孤立、静态监管

从管制化学品的购置、储存、使用和废弃的全生命周期管理角度，其所涉环节很多、管理分散，不同阶段管理尚未形成一以贯之的监管机制。在采购环节，购买管制化学品的程序尚不规范，“先购买、后审批”的情况时有发生；此外，管制化学品的采购渠道较多，不但难以保障购买的危化品质量，而且存在重复购置、闲置浪费等现象［6］。在存储使用环节，使用操作不规范、对化学品的分类存放原则不清晰等问题也较为突出［7］，不能有效监控储存位置和库存数量，信息更新不及时［8］，影响管理效力。在处置环节，由于缺乏实时反映管制化学品入库和使用的动态手段，无法准确掌握废弃物的种类和数量，很难做到科学合理、及时有效地处置［9］。目前，虽然很多高校在管制化学品管理的某些环节建立了信息化管理平台，但各环节之间缺乏整体统筹和衔接，尚未覆盖管制化学品在实验室的全生命周期［10］。

2 管制化学品管理的“数字化”应用瓶颈

在信息化时代背景下，物联网、大数据、人工智能等技术的应用逐渐延伸至教育领域，越来越多的高校利用信息技术探索管制化学品智慧化管理方案。清华大学［10］、北京工业大学［11］等都提出并实施了管制化学品“闭环式”智慧管理模式，对采购、运输、储存、使用、处置等环节进行全生命周期监管；北京大学依托信息化系统建立了试剂管理平台［12］，并对危险化学品进行分级、分类管理［13］；北京市化工研究院利用射频识别技术（RFID）对电子标签进行读写，实现目标识别和数据交换的功能，并应用于管制化学品的追踪与监管等。由此可见，信息技术的应用为高校提供了许多切实可行的管制化学品管理方案，从而逐渐取代了传统落后的人工管理模式，但当前的信息化管理主要是以“数字化”为主，存在一定的应用瓶颈，面对新形势下实验室安全管理的新需求，管制化学品的信息化管理工作也面临新一轮深化与改革。

2.1 缺乏“自动感知”，过度依赖人工配合

部分高校在管制化学品的使用、储存、盘点、回收等方面虽然建立了信息管理系统，但部分数据的获取仍然依赖人工录入信息，不能完全实现化学品的自动入库、自动盘点等智能存储功能，领用时需要用户操作试剂柜大屏或手机等移动终端、手动登记台账、人工录入称重数值等，这些流程的人工操作不但影响管制化学品的管理效率，还很容易出现漏错。需要依赖人工操作的信息化管理，仅仅是将管理手段从单纯的人工操作转化为对信息片面加工的数字化层面，无法满足现阶段高校管制化学品的管理需求，因此迫切需要寻求数字化向智慧化的转型，做到管制化学品全生命周期管理，便捷高效地实现各个环节的精细化、动态化管理［14］，进一步提高信息化管理水平。

2.2 智能化场景应用不足，无法实时监控

由于高校实验室承担繁重的教学科研任务，在管理人员不足的情况下，日常无法抽出大量时间对管制化学品的实时存量进行监测。而管制化学品的基础信息不完整，使用方法、注意事项等没有共享机制，就会导致操作人员使用不规范、安全意识不到位。虽然部分高校对实验室管制化学品试剂的种类和分级实现了信息管理覆盖，针对重大危险源进行重点监测，但对于挥发出的有毒气体、可燃气体等无法做到在线实时的全时段监测，缺乏动态的数据保障。信息技术在管制化学品监管的各个环节没有充分发挥作用，智能化场景应用不足，对人的不安全行为、物的不安全状态没有实现智慧的实时动态监管。

2.3 缺乏智能判断，决策功能欠缺

当前高校管制化学品的信息化管理，强调“数字化”应用，侧重于将管理流程中的实验室环境状态、管制化学品数量、操作步骤等以数据的形式呈现，用户需要根据机器的信息提示，做出自己的决策判断，进而再对机器设置下一个操作步骤。这种“数字化”应用是对既有流程的程序化表达，严格遵照规范执行，历史数据有后续分析价值，但是缺少实时价值，机器以记录功能为主，运行“报告模式”，缺乏智能判断，决策功能欠缺。因此，“数字化”急需向“智慧化”转型，机器能通过预设的经验和智能学习，将呈现的数据进行深入分析计算得出结论，直接为用户提供建议的决策选项，减少不必要的人工介入与判断。“智慧化”是对原有工作流程的重塑，高于规范要求，历史数据意义重大，机器具备各种分析模型，围绕数据提供决策支撑。

综上所述，目前高校管制化学品管理模式已基本完成了从“传统”向“现代”的转变，实现了数字化转型，但还存在部分数据依赖人工录入、智能化场景运用不足、无法实时捕获动态数据、缺乏智能判断等问题。因此，为满足新时代背景下高校实验室安全管理规范化、精细化的要求，急需推动管制化学品管理模式进一步从“数字化”向“智慧化”转型，促进高校管制化学品智慧管理应用，提升高校实验室信息化安全管理水平。

3 管制化学品智慧管理方案探索

在分析高校管制化学品安全管理现状与特点的基础上，对当前的“数字化”应用瓶颈进行了总结分析。结合学校工作实践，通过运用信息技术加强对管制化学品的“智慧化”管理，提出自动化感知、高时效性动态数据获取、智慧判断提供决策支撑等举措，形成主动式、服务式、智慧化的监管模式，构建管制化学品智慧化管理模型，以推动高校管制化学品安全管理规范化、信息化和智慧化，为高校管制化学品科学管理提供参考。

3.1 实现自动化感知，严格落实监管工作

原有的管制化学品“数字化”管理流程中，部分工作过度依赖人的责任心和自觉性，例如台账数据需要人工录入，如果管理人员在录入过程中被其他重要的事情打断或影响，则导致步骤不完整、数据产生差错，进而造成台账数据或实时存量不准确。此外，易制毒、易制爆化学品管理中要求执行“双人双锁”规定，机械锁使用存在诸多不便。

针对上述问题，学校尝试改变常规的监管技术方案，尽可能减少流程中对人工操作和人员的主观配合的依赖，让信息系统在软硬件的配合下自动识别、记录人员的操作，进一步降低主客观因素的影响，使台账记录更加及时、准确、严格、高效。

（1）采用可以进行非接触读取的超高频波段（UHF）的射频标签技术，将射频标签贴敷于试剂瓶上，并设置程序在开关门发生时，以及柜门关闭状态下的特定时间间隔，用内置在柜体内的射频天线对柜中的标签（试剂瓶）进行盘点，这样如果试剂被取出，即使操作人员忘记进行申报和登记，系统会识别试剂被取出，从而避免关键事件信息的遗漏和缺失。

（2）使用一卡通刷卡或者人像识别的形式完成身份验证，由系统进行记录并关联到此次验证开门后试剂的动态，避免使用台账人为登记过程中可能出现的偏差和错误。

（3）使用符合GA374—2001 要求的电子防盗锁，以锁体和门磁两套系统分别独立记录柜门开关情况，同时应用本项目组智慧实验室管理系统中的高效溯源技术方案，通过把开关门事件信息与视频监控数据相互关联打通，可以便捷高效地查看每次开关门情况及对应的视频监控影像，进一步严格落实监管工作。

3.2 获取高时效性数据，强化动态监控及溯源

利用信息技术构建动态数据库系统，指导管制化学品安全管理。将过去的“人跑”转化为“数字跑”，从“人控”转化为“数控”，实现全方位、全链路的动态式监控和智慧化服务。

（1）在管制化学品服务平台中，建立信息资源数据库，包括化学试剂的SDS、采购资质手续、供货商信息、入库信息、领用人信息等，实现管制化学品来源和去向的快速查询，使责任追究有据可依。对领取使用场所重点部位、重要设备进行无死角视频监控，达到风险安全监管目的。利用大数据对重要环境参数实时监控，对风险程度较高的关键数据进行统计对比分析，并发送警示信号，提醒实验人员及时做出防范措施化解风险。

（2）依托“互联网+”建立管制化学品“一码通”，每瓶试剂入库前配置单独唯一的编码（编码兼容射频识别技术和二维码扫描技术），利用射频识别技术（RFID）以射频雷达扫描确认的形式入库出库，快速准确地录入化学品的电子信息，保障管制化学品的实时化、动态化的管理。通过实验室管理模块（安全教育考试，电子使用台账）、采购管理模块（统一管理，规范采购流程）、仓储管理模块（缺货预警，扫码入库，环境监控）和查验管理模块（用户信息授权核验，试剂使用记录和安全状态，试剂存量），对管制化学品各环节进行信息化监控，实现申购、审批、入库、存放、查询、领取、回收、处置等全生命周期的实时监管，确保数据在线、网络协同、可追溯，并对数据存储加密，实现“人机料环”的一体化管理。

（3）在管制化学品的实际使用管理中，管制化学品由实验室管理人员登记入库，依据化学安全技术说明书进行分类，并在外包装贴上RFID 标签，存入实验室的指定存储柜。用户在取用或归还管制化学品时须遵循双人领取、双人双锁的原则，必须在规定时间内完成2 次不同用户信息的授权校验，均核验通过后，柜门才会自动打开，用户对试剂称量后取出或放入试剂柜，系统将自动记录试剂编号及其称重值，实时反馈柜内试剂存量及种类等信息（见图1）。上述数据均由系统全自动完成采集，通过信息化平台实时上传至处理层，管制化学品的存储或取出都将以“动态化”数据的形式同步到智慧实验室管理平台中，后台管理人员可以实现对管制化学品进行实时监管，提高了管制化学品的管理效率和储存的安全性。并且，系统一旦检测到数据异常，会立即将相关信息上传至处理层，向管理人员发出异常警报提醒可能存在的安全隐患，同时还设有一键报警等快捷方式。

图1 用户领用及归还管制化学品的流程图

3.3 智慧感知判断，简化用户流程

在传统“数字化”应用方案中，机器无法做出智慧判断，用户拿试剂瓶使二维码区域对准扫描探头，并选择“取出”或者“归还”动作，通过人工操作的信息输入，来判断是否取出了某瓶试剂。这个过程中事件的识别基于用户的“申报”，用户如果“申报”错误（不论是受外界影响或者主观的）会带来记录的缺失或者错误、混乱，造成监管不及时、不完善。此外，试剂取用前需要用户在网页端或移动端提交申请，申请过程中包含了试剂信息、时间地点信息的填写，申请被批复后再取用试剂，同时需要对化学试剂的取还及取用量进行登记，这就在取用试剂之前增加了额外的流程，而实际的实验过程中取用试剂的行为是高频次、多样化出现的，这种流程带来的额外工作量和自觉性要求，也会给用户的教学科研工作带来一定的负担。

学校以符合监管要求为前提，深挖试剂取用的全流程逻辑和用户使用习惯，以减少试剂取用之外的流程、动作为主要目标，对在信息技术软硬件辅助下的管制化学品取用流程进行了再造，与传统的二维码扫描技术和其他供应商提供的射频标签技术相比，进一步减少了原有取用流程和操作习惯造成的影响。

在试剂常规取用过程中，不再需要人为判断并输入此次操作是“取用”还是“归还”，而是由信息系统依据开关门之间柜内试剂的增减进行判定，同时对于试剂重量取出和归还前两个状态重量的记录，也采用射频标签加电子天平数据上报的方式完成相关信息的输入，解放人工在大屏或手机端的录入工作。具体操作和系统感知步骤如图2 所示。

图2 管制化学品存储柜管理系统流程

3.4 协同高效决策支撑，实现精细化管理

学校积极探索实验室安全智慧管理的新模式，利用现代信息技术将管理流程和监管信息在有关部门之间共享，实现管制化学品全生命周期的信息共享和协同互助，提高管理部门的综合治理能力。运用“互联网+”技术，把常用化学品的使用方法和注意事项在平台上进行培训和演示，并同步至移动端，以便实验人员能够随时查阅和学习所需的危化品信息，要求他们必须在了解管制化学品的性质和操作技术规范后再开展实验，杜绝由于人的不规范操作而造成的安全事故［15］。

不仅管理信息共享，而且通过资源调配推动实验资源共享，将一些实验室化学品剩余库存调剂至其他需要的老师，避免重复过量购置。有使用需求的实验室可以提出申请，充分利用现有资源，及时消耗化学品库存，减少试剂囤积，提高管制化学品的使用效率，也能在一定程度上保证化学品的质量和使用安全性［16］。通过提升管制化学品全生命周期服务和实验室安全的智慧管理能力，为实验室管理注入“信息化血液”，为实验室发展筑牢“智慧防线”。

此外，通过对管制化学品智慧管理解决方案中的数据进行科学分析，可以探索管制化学品安全知识图谱，归纳管制化学品事故关联性、风险隐患相似性。通过智慧化的方式，找到解决存在各项问题的对策，为管理部门对管制化学品安全管理模式的改进提供一系列具有针对性和可操作性的方案，实现职能管理部门从监管向服务的转型、使用部门从被动向主动的转型，统筹推进实验室安全管理工作，提升实验室安全治理能力和治理水平。

4 结语

高校实验室安全管理工作任重而道远，管制化学品作为实验室中的重要风险源，始终是安全管理关注的焦点之一。党的二十大报告提出，“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”。为把握信息技术的应用优势，以教育信息化引领教育现代化，必须认清当前高校管制化学品管理存在的问题，不断完善管理机制和方法，运用信息技术推动实验室安全管理模式的改革与创新。针对管制化学品，要深挖其具体使用场景，通过信息技术弥补或解决管理过程中流程性、规范性、自觉性的管理要求与科研使用需求及效率之间的矛盾，提供让管理者与用户师生均满意的安全管理解决方案。通过对管制化学品全生命周期的实时化、动态化监管，推动其管理模式从“数字化”向“智慧化”转型，进一步提升实验室智慧管理水平和师生体验，为高校师生建立一个安全有序的科研教学环境。