系統理論視域下高校實驗室安全管理結構模型研究

林寶燈

（福建江夏學院經濟貿易學院，福建福州，350108）

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系統理論視域下高校實驗室安全管理結構模型研究

林寶燈

（福建江夏學院經濟貿易學院，福建福州，350108）

摘要：以高校實驗室安全管理系統要素特征為基礎，利用圖論的重構理論并結合MATLAB軟件運算建立系統的結構模型。研究表明：各要素的重要性呈現出按組織成員、物質技術、人文社會環境等三個方面逐漸遞增的趨勢。其中實驗室管理制度的科學制定、安全管理模式的有效選擇與科研成果的安全保密等主要由人文社會環境方面的要素形成了該模型中的最高級別，應著重利用以預防與高校實驗室有關的事故發生。

關鍵詞：高校實驗室；系統結構模型；安全管理

在高等教育迅速發展的形勢下，高校實驗室的教學與科研活動日益頻繁，也使實驗室服務國家科技進步及社會經濟發展的能力得以不斷提升。而同時頻發的高校實驗室安全事故造成人員和財產嚴重損失，給高校實驗室安全管理工作帶來了嚴峻的挑戰，也引起了社會各界的關注。已經出現的典型案例有：2015年4月5日中午，中國礦業大學南湖校區化工學院實驗室發生爆燃事故，造成1人死亡、1人重傷截肢、3人輕傷［1］；2011年10月10日中午，中南大學化工學院實驗樓四樓突發火災，過火面積約790平方米，直接財產損失近43萬元［2］；2010年12月19日下午，東北農業大學在教學實驗過程中因采用未經檢疫的羊進行活體解剖，在實驗過程中也未采取必要的防護措施，導致28名師生感染嚴重的布魯氏桿菌傳染?。?］；2010年2月，印度德里大學將含有放射性元素鈷-60的廢棄設備未經事先處理后出售給一家金屬回收站，在拆卸設備時，輻射物質導致1人死亡、7人患上急性放射?。?］等。當前，類似的高校實驗室安全事件總體呈上升的趨勢，這些事件集中反映了高校實驗室的安全管理存在突出問題。而高校實驗室的安全管理涉及的要素較多，是一個復雜的系統工程。因此如何認識高校實驗室安全管理的系統特征并轉化分解最終建立其結構模型，從而在實際管理過程形成應用指導的有效作用是本研究重點解決的問題。

一、實驗室安全管理系統的特征

系統理論由奧地利生物學家Bertalanffy在20世紀40年代創立。半個多世紀以來，世界各地的學者包含我國以錢學森為帶頭人的研究者都不斷推動了系統科學體系的發展。一般認為，系統是指由相互聯系、相互作用的若干要素結合而成的、在特定環境中具有一定結構和功能的統一整體［5］，其注重人、機、環境的相互影響，因此又稱為系統理論。系統具有整體性、動態相關性、目的性等特性，在社會經濟系統中得到了廣泛的應用，而應用于高校實驗室安全管理表現出的系統特性分析如下：

（一）實驗室安全管理系統要素的集合與整體性

我們定義一個系統，它必須是系統各要素的集合以及關系的集合［6］。高校實驗室安全管理系統由實驗室空間布局的合理設計、設備的安全使用及維護保養、精密及特種設備的防損與正確使用、化學品及病原微生物的安全存放與有效監管、水與電的安全使用、有害廢棄物的安全處置、財產設備的防火與防盜、科研成果的安全保密、實驗人員安全防護設施的齊備、實驗技術人員安全意識的養成及良好工作作風的形成以及宏觀層面的實驗室安全管理模式的有效選擇及制度的科學制定等近12個要素組成［7］。這12個要素就組成了一個集合體，其具有整體特性。主要表征為實驗室安全管理作為一個系統存在，它是由各個要素緊密聯系組成的整體，如果缺少某個要素或者把每一個要素獨立分割開來，例如缺少實驗室管理制度的科學制定這一要素，那么實驗室安全管理這個系統的完整性與整體性就不復存在。實驗室安全管理系統的整體性就是其各要素在時間、空間、邏輯等層面表現出整體性并相互配合、緊密聯系，這一系統才能最終發揮出其整體功能。同時，實驗室安全管理系統內某一個要素的變化將作用于其他要素引起變化，這種某一因素的動態變化引起其他因素變化的關系非常多，將組成關系的集合。這些集合包含系統各要素之間的相關性、要素的層次結構性等，后文也將論述到。

（二）實驗室安全管理系統要素的相關性

實驗室安全管理系統的各要素如果都處于受控的狀態甚至是靜止狀態，事故必然不會發生。然而，客觀上它是動態發展的，要素之間也存在著既相互依存又彼此制約的關系。例如實驗室開展教學、科研方面的生化實驗，將面臨水電的使用、有害物質的處置，而使用與處置的過程彰顯著實驗技術人員的安全意識與工作作風狀況，也反映著實驗室管理制度是否科學地制定和實施的是否有效監督等；相反地，實驗技術人員的安全意識、工作作風狀況以及實驗室管理制度的制定狀況在一定程度上也制約著實驗室水電的使用、有害廢棄物的處置情況。正是因為如此，實驗室安全管理系統的12個要素之間存在著相關性才形成了系統，而不僅僅是集合。這種隨著時間的推移實驗室安全管理某一要素的變化將引起與之相關聯的其他要素的變化的系統為連續系統，其演化方程用一階聯立微分方程組描述如下［6］4：

以上微分方程中，Q1，Q2，…，Q12分別表示為實驗室安全管理系統的12個要素的特征，t表示時間，f表示相互關系的函數。從方程組中可以看出，實驗室安全管理系統的任一要素隨著時間的變化都是所有12個要素的函數。也就是說實驗室安全管理系統的任一要素發生變化，就會引起其他要素發生變化，最終引起整個實驗室安全管理系統發生變化。

（三）實驗室安全管理系統要素的層次結構性

組建實驗室安全管理系統的目的就是使實驗室實現安全地運轉，保證實驗室發揮出其應有的效用。而這一目的的實現依賴于其系統結構的合理性、有序性。對系統結構的描述主要研究其組成元素的排列次序，即系統的層次性。這種層次性主要是由縱向結構和橫向結構構成?？v向結構是指構成實驗室安全管理系統的各要素在縱向上的排列次序及質態；橫向結構指各要素之間相互作用與聯系的狀態。在系統中較高的層次制約著較低的層次［6］5，例如假設實驗室安全管理系統中安全管理制度的有效制定作為較高層次、實驗人員安全防護設施的齊備與安全意識的養成作為較低層次，前者作為較高層次必然影響后者作為較低層次的功能發揮，而系統的較低層次是較高層次的基礎，較低層次變化到一定程度也必然引起較高層次的變化。此實驗室安全管理系統的層次性即系統結構性的論證將在后文的結構模型建立中進行。

二、實驗室安全管理系統結構模型的建立與評價

實驗室安全管理系統各要素并不是隨意、偶然地堆積，它的組成具備一定的秩序與結構［9］。這種系統結構的有序性，體現的是其空間的有序性，其有序的程度越高，越有利于系統發揮其整體功效。而實驗室安全管理結構模型是對實驗室安全管理系統各組成要素實體之間結構關系的描述，表示的是一個安全管理系統作為實體集合的系統模型。該系統模型的表征將可直接應用于指導實驗室的安全管理實踐。

（一）實驗室安全管理系統結構模型的建立過程

利用圖論的重構理論并結合人——機（MATLAB 7.0軟件）運算可以建立實驗室安全管理系統的解析結構模型，該模型使復雜系統轉化分解成多級遞階結構的形式，過程如下：

實驗室安全管理的要素可以從組織成員方面、物質技術方面、人文社會環境等方面來描述［8］，如前文所述，實驗室安全管理的要素組成有：（1）實驗室空間布局的合理設計S1；（2）設備的安全使用及維護保養S2；（3）精密及特種設備的防損與正確使用S3；（4）化學品及病原微生物的安全存放與有效監管S4；（5）水與電的安全使用S5；（6）有害廢棄物的安全處置S6；（7）財產設備的防火與防盜S7；（8）科研成果的安全保密S8；（9）實驗人員安全防護設施的齊備S9；（10）實驗技術人員安全意識的養成及良好工作作風的形成S10；（11）實驗室安全管理模式的有效選擇S11；（12）實驗室管理制度的科學制定S12。

通過查閱文獻并結合對相關領域專家的咨詢進行分析，確定實驗室安全管理各要素之間的相互影響關系為：

圖1　實驗室安全管理各要素相互影響關系

根據圖1實驗室安全管理各要素相互影響關系，可以得到對應的鄰接矩陣為：

以上該鄰接矩陣A的元素是按因素S1，S2，S3，…，S12的順序安排相互影響關系的取值。根據鄰接矩陣求得可達矩陣為：

在以上的可達矩陣中，由于S7和S9，S11和S12的行和列相同，構成回路，故去掉S7和S12可以得到新的可達矩陣并對其進行層次級別劃分：分別計算所有因素的可達集R（Si）、前因集A（Si）以及R（Si）與A（Si）的交集。所有計算結果形成的關系表表明因素S6、S8、S11的可達集等于它的前因集與可達集的交集，因此因素S6、S8、S11是該層次結構模型的最高級。之后去掉S6、S8、S11形成新的可達集和前因集關系表，可得知因素S4是屬于第二級別的因素。同理可以類推最終得到第三級別的因素為S2、S3，第四級別的因素為S1、S5，第五級別的因素為S9，第六級別的因素為S10。按照層次級別劃分L1、L2、L3、L4、L5、L6順序，重新排列去除回路后的的可達矩陣為：

根據重新排序的可達矩陣，最終可建立高校實驗室安全管理系統結構模型，如下圖2。

圖2　實驗室安全管理系統結構模型圖

（二）對實驗室安全管理系統結構模型的評價

以上實驗室安全管理系統模型結構建立的過程，可簡要歸結為兩大步驟：首先是對系統的各要素進行考察和分析，以確定系統要素的實體以及相互關系［9］；然后是利用圖論的重構理論依次建立鄰階矩陣和可達矩陣，并根據可達矩陣明確系統各要素之間的層次與結構關系。其中對于系統要素的實體以及相互關系的確定源于查閱已有的研究成果與專家訪談，由此得到的數據所形成的模型擬合度大小有待于在實際進行實驗室安全管理的長期實踐過程中得以檢驗與修正。正如本系統為十二因素斜交模型，實驗室安全管理各因素之間具有相關性，它們可能并不是簡單地從屬于相同的潛變量，但是實驗室安全管理系統各要素之間的結構與層次細節已然非常清晰地得以呈現，具備了在實際管理過程運用的針對性和有效性。

三、系統結構模型在實驗室安全管理中的應用

安全科學理論認為，典型的安全系統主要由人、機、環境三要素組成［8］。上述實驗室安全管理系統結構模型圖的研究結果表明，實驗室安全管理各類因素的重要性呈現出按照組織成員方面、物質技術方面、人文社會環境方面等三個方面逐漸遞增的趨勢。從結構模型圖中可以得到，實驗技術人員安全意識的養成及良好工作作風的形成等組織成員方面的因素是實驗室安全管理的最基本因素。因此高校應重視實驗技術隊伍的建設，充分認識其基礎性的重要作用，并重點培養實驗技術人員的素養使其在安全意識、工作作風等方面有比較扎實的與崗位相匹配的應有的養成。而處于中間層次的主要是由物質技術方面的因素組成，從模型中可以看出物質技術方面的因素較多，也是作為實驗室安全日常管理工作的組成部分，這一層次的實驗室安全管理需要協調設備及物質與安全之間的關系，注重管理效率。同樣地，從結構模型圖中可以得知，在實驗室安全管理系統的各種因素中實驗室安全管理模式的有效選擇、管理制度的科學制定、有害廢棄物的安全處置與科研成果的安全保密等主要以人文社會環境方面的因素形成了該層次結構模型中的最高級別。也就是說這四個因素為實驗室安全管理最關鍵的因素，在實驗室安全管理實踐中有意識地關注并實時管理，會起到事半功倍的效果。特別是注重其中的管理制度與管理模式的科學制定與有效選擇將起到綱領性的作用，因而針對實驗室安全管理結構模型中最高級別的因素也就是最關鍵的因素給予重視并加強利用，可以從以下兩個方面重點推進：

（一）健全法律法規、完善實驗室安全管理規章制度

健全法律法規，強調政府管理的主體地位以促進高校實驗室安全管理工作實施的有效性可循?，F階段，我國教育部出臺的與安全相關的法規或規定對實驗室安全管理的內容僅有較少量涉及，不全面可操作性也不強，且沒有一部專門針對實驗室安全管理的法規或規定。我國立法機關及政府主管部門可借鑒臺灣地區的經驗，通過認真地調查與研討，對現有的法律法規進行修訂，將高校實驗室安全工作納入法律法規的適用范圍：在我國臺灣地區，政府部門管理機構制定了一些專門的針對高校實驗室安全的法律法規，例如對于化學品的管理制定了《毒性化學物質管理法》，并依據該法制定了《學術機構運作毒性化學物質管理辦法》；對于廢棄物的管理制定了《廢棄物清理法》，并依據該法制定了《教育機構事業廢棄物共同清除處理機構管理辦法》等，所有臺灣地區高校都需要依照這些法規進行操作并接受管理［10］。與此同時，臺灣地區教育主管部門還構建了“化學品管理與申報系統”，要求所有涉及化學品使用的高校都必須使用該系統，這一舉措使高?；瘜W品處置的全過程管理實現了信息化，也使政府主管部門的監管實現了可視化。

在國家法律法規相對完善的基礎上，各高校應結合自身實驗室安全管理的具體實踐情況依照法規制定齊備且完善的實驗室安全管理制度并根據這一校內制度加強日常管理。只有高校制定出的實驗室安全管理相關制度能夠兼顧實驗室安全與保護環境、維持社會穩定與發展協調推進，才能使制度具備宏觀性和整體設計性，并發揮出其應有效用。例如針對不同類別的實驗室，設立實驗室安全相關標準；針對實驗室可能發生的各種突發狀況與事故，事先制定應急預案，在安全事故發生時能以最短的時間、最有效的方式投入救援處置，實現在應急救援過程中避免新的財產損失和人身傷害的出現；同時應結合實驗室有害廢棄物處置及科研保密等內容需要各高校制定《實驗室有害廢棄物的安全處置辦法》《實驗室科研活動安全保密守則》等相關規范，特別值得關注的是目前一些高校實驗室承擔著研究國防、地理信息等國計民生且在現階段不宜公開的涉及國家安全保密的科研項目，這就需要高校在科研活動研究過程和最終成果的安全保密方面加強長效管理的機制研究，有力維護黨和國家的秘密安全。因此完善實驗室科研活動安全保密的工作體系使實驗室涉密工作的組織領導和規章制度全面且有效就突顯出其重要的意義?？刹扇〉拇胧┲饕校夯馍婷軐嶒炇业陌卜佬枨笠晕锪Ψ婪逗图夹g防范工作尤其是加強涉密信息可能存在的泄露渠道，如針對優盤和網絡空間等存儲傳播介質的有效管理來推進［11］、加大實驗室涉密工作人員在業務培訓和管理方面的投入力度使人員保持較高的保密意識并且整體訓練有素，同時應抓好對涉密科研項目高校實驗室研究的管理單位和個人進行績效考核工作，實現考核體系的指標科學設計、考核重點環節全程跟蹤并保障必要經費投入以用于獎酬激勵。

（二）以管理體制的完善，促成管理模式選擇的有效性

管理體制的梳理與完善，標志著管理模式選擇的完成。對國內外知名高校所選擇的實驗室安全管理模式進行歸納總結，不難發現不同的高?？赡茉谝匝芯啃蜑橹鲗?、以教學型為主導或者以教學研究同步推進等定位選擇方面不盡相同、學科門類發展方向也不同，因而結合相關高校自身的特點在實驗室安全管理工作的側重點方面不相同，管理模式方面也不完全相同。但從總的層面來講也存在共通的地方：高校對實驗室的安全管理應建立起預防為主的思路與政策，在資金使用層面，多余且重復的實驗設備可以減少購買甚至不買，而保證實驗室安全的相關配套設施應加大投入，確保實驗室的安全管理、保障高校教學與科研工作的正常進行。在體制層面，建立校、院兩級管理體制，首先是成立類似實驗室安全管理組織委員會的校級機構，明確學校各部門在實驗室安全管理方面的職能分工，并發揮校級機構在實施宏觀管理、協調與監督等方面的功能；同時院系也要成立相應的實驗室安全管理機構，明確管理領導與管理人員，形成安全管理責任層層落實的格局［12］。針對這個管理體制架構我們需要明確：校長是學校實驗室安全第一責任人，可以為有效的實驗室安全管理提供資金、政策和管理層面的持續支持。其可以采取很多措施，如在人事管理方面可以增加實驗技術人員的編制以逐步取消因歷史原因等各種因素而形成的編外實驗技術人員與正式人員同工不同酬的局面，以績效管理的方式調動實驗室技術人員的安全管理工作的積極性；學校實驗室主管部門如實驗室與設備管理處負責實驗室相關安全政策的制定與實施，以及對有關部門執行相關政策的具體情況進行監督檢查，同時在安全措施完善等業務層面予以協助，如指導危險化學品的集中管理、財產設備的防火防盜等；實驗室主任主要是負責實驗室內所有的安全責任，確保實驗室內的安全設備齊全、有效，其還應鉆研于針對參與實驗的人員的安全教育培訓工作，創新培訓方式與方法，采用實際講座與網絡課堂相結合、學生助理實驗員傳幫帶等形式開展培訓。同時實驗室主任還要負責實驗室日常的安全運行與衛生管理的檢查；進入實驗室進行實驗的人員，必須接受安全培訓和考核，確保能自覺遵守實驗室安全管理相關的制度規定、規范穿戴安全防護器具、按照操作規范有序進行實驗，培養良好的安全實驗習慣，促進安全素養的提升。

參考文獻

［1］ 陳剛.中國礦業大學一實驗室發生爆燃事故 已致1死4傷 ［EB/OL］.（2015-04-07）［2015-05-10］.http://society.people. com.cn/n/2015/0407/c1008-26805760.html.

［2］ 湯紅輝.中南大學化工學實驗樓火災案 責任人將受處分［EB/OL］.（2012-11-12）［2015-15-19］.http://peer.hebnews. cn/2012-11/12/content_2316098.htm

［3］ 王帝.東北農業大學28名師生因動物實驗感染嚴重傳染?。跱］.中國青年報，2011-09-03（3）.

［4］ 李小華，李艷陽，周峰.2010年印度馬雅普里60Co工業輻照裝置輻射事故介紹［J］.中華放射醫學與防護雜志，2015，（8）:634-636.

［5］ 苗東升.系統科學精要［M］.北京:中國人民大學出版社，2010:20.

［6］ 周德群，章玲，張力菠等.系統工程概論［M］.北京:科學出版社，2010:2，4，5.

［7］ 仇念文，安緒常，賈繼文等.新時期高校實驗室安全管理面臨的挑戰及對策［J］.實驗技術與管理，2012，（1）:181-185.

［8］ 郁濱.系統工程理論［M］.合肥:中國科學技術大學出版社，2009:33，102，108.

［9］ 翁勇南.安全支撐體系及其演化機理研究［D］.北京:北京交通大學，2010.

［10］鄭春龍.臺灣地區推進高校實驗室安全管理研究［J］.實驗技術與管理，2011，（11）:164-168.

［11］ 熊林華.高校地理信息系統實驗室涉密問題與保密管理探討［J］.實驗室研究與探索，2012，（12）:197-199

［12］ 林寶燈.經濟管理類實驗室安全管理體系建設——以應用型本科院校為例［J］.太原城市職業技術學院學報， 2014，（11）: 47-49.

（責任編輯王魏紅）

The Structure Model of University Laboratory’s Safety Management: Research on the System Theory

LIN Bao-deng
（School of Economics and Trade，Fujian Jiangxia University，Fuzhou，350108，China）

Abstract:The structure model is established on the basis of system element's characteristics to the university laboratory safety management，using the theory of graph theory in the reconstruction and combining with software MATLAB operation.Research shows that the importance of every element presents increasing tendency according to the organization members， material technology，humanities and social environment.Among them，developing scientific laboratory management system，effectively choosing safety management mode and the security of scientific achievements are mainly composed of humanities and social environmental factors，forming the highest level of this kind of model，and should make the best use of it to avoid any accidents related to the LABS of universities.

Key words:university laboratory；structure model of system；safety management

中圖分類號：G647.6

文獻標識碼：A

文章編號：2095-2082（2016）01-0111-08

收稿日期：2015-09-28

作者簡介：林寶燈（1985—），男，福建福州人，福建江夏學院經濟貿易學院實驗師。