化学化工类实验室安全信息化建设的探索与实践*

李纯成，徐建强，陶 涛

(1 南京信息工程大学实验室与设备管理处，江苏 南京 210044；2 南京信息工程大学化学与材料学院，江苏 南京 210044)

回顾“十三五”以来，高校实验室安全事故时有发生，且发生的频率和严重程度仍处在高位，充分暴露我国高校教学/科研实验室快速发展而安全管理模式滞后的问题[1]。随着信息技术、物联网技术和人工智能的发展，信息化建设是实验室安全建设的必由之路[2]。然而，一方面部分实验室安全管理的信息化程度不高，另一方面亦存在过度信息化，或者信息化“水土不服”，“看上去很美很好，但是实际用不起来”，形同虚设的窘境。传统上，实验室安全信息的采集、分类、分析和存储等工作由人工完成，耗时费力，往往统计不全、资料遗失等情况，在实验室搬家中会清理出为数不少的物账不相符、标签脱落的化学品，增加废弃物处置的安全风险，已报道的案例中就是金属钠、四氢铝锂等易制爆化学品。同时，由于时间、空间及人的精力等因素的限制，无法确保对实验人员、实验环境与实验过程信息进行全面、实时的跟踪、更新与监管，也容易影响数据采集的准确性问题，从而不能及时发现并排除安全隐患。因此，实验室安全信息化建设一直以来是实验室安全建设必不可少的一环，特别是可能对安全管理的升级换代产生质的飞跃[3]。

1 信息化建设的紧迫性与方向性

2018年北京交通大学市政与环境工程实验室发生爆炸燃烧事故[4]以来，《教育部办公厅关于进一步加强高校教学实验室安全检查工作的通知》(教高厅〔2019〕1号)明确指出：建设全校统一的教学实验室安全管理信息化系统，以及充分利用信息化手段提升安全工作水平等；教育部《高等学校实验室安全检查项目表(2021版)》在责任体系中，明确要求“采用信息化手段管理实验室安全”，且“逐步建立和完善实验室安全信息管理系统和监控预警系统”。实验室信息化建设由原来的“自选动作”转变为现在的“规定动作”，同时信息化建设也成为提升实验室本质安全的重要举措。

国家的大政方针为实验室信息化建设指明方向，实验室安全事故的发生触动实验室信息化建设的紧迫性。信息化建设并不是只做统计的表格，也不是“一刀切”做应用软件，需要更安全法规、规章以及学科专业特点相结合，真正解决实验室安全管理中的痛点。以实验室安全培训为例，信息化建设，特别是虚拟仿真技术[5]的引入，极大地促进了学生对安全知识的学习和掌握，但是仍然无法代替传统安全演练和实操。这就需要结合具体专业的实际情况，有针对性的推进实验室安全信息化建设，不能抛开精细化管理和规范化流程，否则信息化建设就沦为“假把式”。

2 化学化工类实验室安全隐患种类

化学化工类实验室通常涉及到用水、用电、用气、化学品存储与使用、仪器设备使用、实验废弃物处置等实验环节，每一个环节都有可能因为监管不到位而造成事故。

2.1 水、电、气安全

实验室用水主要包括仪器洗涤、实验装置冷却用水等，实验室上下水畅通是保证实验室用水安全的重要内容。此外，在化学类实验室中，水也是一种重要的化学物质，若水与活泼金属(如钠、钾等)相遇会发生激烈的化学反应而导致事故的发生，因此储存有能与水发生化学反应物质的实验室必须保证与水处于脱离状态。

电是现代实验室运行的动力基础，小到照明用电，大到大型仪器设备供电，实验室仪器设备功率与供电系统相匹配是保证实验室用电安全的重要内容。此外，仪器设备规范操作也是用电安全的重要内容[6]。

气体是实验室的一类特殊的化学物质，不同气体具有不同的性质，不同实验中，气体扮演不同的角色，它们可以是实验装置的保护气体，也可以是反应气体。实验室气体大多具有无色无味的特点，因此保证实验场所的通风、确保实验装置的气密性是实验室用气安全的重要内容。此外，对于使用易燃易爆气体的实验室应确保没有明火存在。

2.2 化学品安全

据统计，具有CAS号的化学品已突破1亿个，但是安全管制需要重点关注的是管制类化学品。管制类化学品有严格的定义和清单，主要有危险化学品、易制爆、易制毒化学品。危险化学品是指具有毒害、腐蚀、爆炸、燃烧、助燃等性质，对人体、设施、环境具有危害的剧毒化学品和其他化学品，包括爆炸物、易燃物、急性毒性化学品、各器官吸收毒性化学品、环境危险化学品等；易制毒化学品是指可用于制造麻醉药品和精神药品的化学原料及试剂，包括可用于制造毒品的主要原料以及化学试剂[7]；易制爆化学品是指具有可以作为原料或辅料而制成爆炸品性质的化学品。管制类化学品清单列表并非一成不变，会随着法律法规的变化而变化，特别是有可能在制备新型毒品中起到重要作用的原料及中间体。

坦率地说，化学品数量超过一亿，一间普通实验室涉及的化学药品少到十几种多到上百种，甚至上千种，不进行信息化管理，是很难摸清楚实际情况的，且还需要进行动态更新。对于以上化学品的运输过程、买卖过程、存储过程和使用过程，公安部门都对其有严格的规定，防止这些化学品在上述过程中出现问题，引起人员伤亡、污染环境或者其他后果。工作人员若参与到这些过程，必须按照有关规定严格执行。

2.3 其他安全

实验室仪器设备按功能来分可划分为加热设备、冷冻设备、测试设备、通风设备、称量仪器等，这些仪器设备的安全问题在供电正常的情况下，主要取决于操作人员的操作规范与否。

实验室废弃物一般可以分为无机废液、有机废液、损伤性固体废物(碎玻璃)、塑料空瓶、玻璃空瓶、化学沾染性废弃物(一次性手套、移液枪针头等)。随着高校规模的不断扩大，如何减少废弃物的产生，杜绝废弃物随意处置带来的风险(安全风险、环保风险等)已经是刻不容缓的问题。

3 实验室安全问题解决的有效途径探讨与实践

从上面罗列的实验室安全隐患来看，面广量大，十分庞杂，即使专业人员也很难做到面面俱到，在目前高校普遍缺少安全管理人员的情况下，利用先进的传感器技术结合大数据处理系统，建立实验室安全信息化系统就可以起到事半功倍的效果。

3.1 实验室门禁系统的建设

实验室准入是安全信息化建设的“第一道门”。实验室是教师、学生、技术人员从事教学科研、实践创新、技术研发的重要场所，高等学校实验室安全检查项目二级指标“人员管理”中明确要求制定相应的人员准入制度，在“门禁监控”二级指标中要求门禁和监控系统运转正常，与实验室准入制度相匹配。实验室准入制度的难度不是较为固定的教职工，而是相对变化的本科生和研究生。

以某信息工程大学为例，学校实验室与设备管理处建立了实验室安全学习与考试平台，平台里建立了有关安全议题的试题库，内容包含通识类和各专业学科分类安全知识、安全规范、国家相关法律法规、应急措施等。要求在校从事教学和科研的教师、本科生和研究生均需参加一年一度的考试，通过者发放合格证书，作为实验室准入的依据。将考试结果与二级学院实验室门禁进行数据耦合，只有通过考试且为该院师生才能进入实验室。

3.2 实验室水、电、气的管理

实验室水、电、气通常是化学类实验室的基本配置，离开实验室时关水、关电、关气是常规操作，但是由于某些原因导致疏忽也是经常发生的事。一旦疏忽就会出现“水漫金山”、电器长时间供电而“发热”、因气路老化而“泄气”等症状以及由此进一步引发的“后遗症”。通过在水阀、电源开关、气阀安装相应传感器，结合实验室监视系统、实验过程提醒系统就能有效地避免由水、电、气使用引发各种并发症。

3.3 化学品的过程管理

在众多的化学品中，一般学校应重点关注三类化学品，即易制爆化学试剂、易制毒化学试剂以及易燃化学试剂。这三类试剂一旦流失到社会或存贮不当将带来极大的安全隐患。这三类试剂必须有专门的存贮柜存放，在存放过程还需注意配伍禁忌，即相互反应的物质不能混放。在解决了存放问题的基础上，使用过程管理是一个十分重要的问题，按照传统的手工记录方法不仅费时，也很难保证结果的准确性。通过三类试剂的试剂柜安装传感器、配备专用的电子天平、结合试剂识别系统(一瓶一码)就可以实现试剂柜开门、试剂称重、试剂用量记录、试剂柜关门等连续操作，从而极大地减轻试剂管理人员的管理压力。

3.4 仪器设备的使用过程管理

仪器设备的使用过程一般分为开机、使用及关机三个阶段，不同的仪器设备使用过程有所不同，有些仪器设备在使用过程会有一些特殊的要求，针对这三个阶段以及使用过程的特殊要求，安装相应的传感器，结合实验室视频监控系统就能全方位掌握实验人员使用仪器过程，包括是否按操作规程使用仪器、仪器使用过程与仪器管理人员的在线互动、大型仪器设备使用机时的记录等，为仪器设备的开放共享提供有力支撑。

3.5 实验室废弃物的有效管理

实验室废弃物品种多、数量多，将会给管理人员带来很大挑战。实验室废弃物中的化学试剂空瓶又与上述化学品的过程管理紧密相关。因此把易制爆试剂、易制毒试剂、易燃物试剂空瓶纳入上述化学品过程管理系统，就能实现管制类试剂的闭环管理，从另一个侧面强化了危险化学品的管理水平。

4 结 语

在实验室安全信息化管理系统中，人始终是最主要的因素，作为实验技术与管理人员应该加强自身安全知识的学习，转变管理理念，变“要我安全”为“我要安全”，关注实验室的每一个过程，确定每一个过程可能存在的风险，结合现代科学技术手段，利用信息化的技术就能从繁重、繁琐的工作中解放出来。值得注意的是，既要反对不作为的“反信息化”，又要反对乱作为的“过度信息化”，在管理实践中需要坚持用信息化建设推进精细化管理，用精细化管理促进规范化流程，用规范化流程(范式)再反过来完善信息化建设，信息化、精细化、规范化“三化联动”才能使得实验室安全管理上水平、出实效。