高校實驗室爆炸事故致因定量分析方法研究

李洪兵 劉可 吳鑫 劉曉娟 王丁儀

（1.四川師范大學工學院，四川 成都 610101；2.內江師范學院建筑工程學院，四川 內江 641100）

0 引言

實驗室是高校承擔教研任務和培養人才的重要場所，也是提供社會服務的重要基礎[1]。隨著高校實驗室建設不斷發展，所承擔的創新研究和教學任務量也在逐年攀升，其本身具備的人員流動性大、安全管理體系缺失等特點日益凸顯[2]，高校實驗室安全管理面臨著巨大挑戰。近年來，高校實驗室安全事故時有發生[3]，嚴重威脅到實驗人員的生命安全，造成了巨大的經濟損失，受到了社會的高度關注。因此，精準辨識高校實驗室安全事故致因，準確刻畫其相對重要程度和內在聯系，識別致因屬性特征，對精準防控高校實驗室安全風險，科學制定高校實驗室安全事故應急措施，確保高校師生生命財產安全具有重大意義。

目前，學者們對高校實驗室安全事故致因研究展開了廣泛的討論并取得了一定的成果：賴家美等基于過程模型分析高校實驗室安全事故致因，結果表明人的不安全因素和安全管理制度失效是實驗室安全事故的主要致因[4]。但過程模型無法辨識安全文化的缺失，基于此，郭海軍等利用24Model 分析實驗室的安全文化和安全管理體系的缺失、不安全物態與不安全動作，提出落實日常監督制度檢查制度等措施應用于實驗室安全管理[5]。高文紅采用STAMP 模型從控制層次全面識別實驗室安全事故致因，指出事故背后組織架構、管理及安全文化的缺陷[6]。而后，高曉潘等在辨識實驗室安全事故致因的基礎上，結合風險矩陣法展開事故致因分析，對事故致因模型進行了有效補充，為高校實驗室安全事故致因分析提供了更為科學合理的方法[7]。

縱觀現有研究成果，不難發現，當今學者主要利用事故致因模型辨識高校實驗室安全事故致因并進行了定性分析。鮮見學者對高校實驗室爆炸事故致因之間的作用關系進行量化分析，對高校實驗室爆炸事故致因的重要程度進行定量描述更是少有報道。

本文將利用24Model 結構及其事故致因辨識程序遴擇并集納高校實驗室爆炸事故致因；運用G1 方法（序關系分析法）量化高校實驗室爆炸事故致因的相對重要程度；集成DEMATEL（決策試驗與評價實驗室）-ISM（解釋結構模型）方法對高校實驗室爆炸事故致因之間的相互作用關系進行定量刻畫，并采用MICMAC 方法（交叉影響矩陣相乘法）識別高校實驗室爆炸事故致因的屬性特征。同時，以南京航空航天大學實驗室爆炸事故為例，進行實例分析，以期為高校實驗室安全精準化管理提供可行路徑。

1 相關理論

1.1 24Model

傅貴等基于瑞士奶酪模型、多米諾骨牌系列模型等事故致因分析模型進行歸納總結，提出24Model 這一典型的現代事故致因模型[8]，隨著不斷的發展與應用，24Model 在回溯事故致因和制定事故預防對策中取得了顯著成果，其結構如圖1 所示。24Model 將事故致因分為組織外部和內部兩方面，詮釋事故是在外部致因的干擾下，內部因素受到負作用而引發的，其中組織內部因素包括指導行為、運作行為、習慣性行為和一次性行為與物態。本研究據此得到高校實驗室爆炸事故致因辨識程序，如圖2 所示。

圖1 24Model 結構

圖2 基于24Model 的高校實驗室爆炸事故致因辨識程序

1.2 G1-DEMATEL-ISM-MICMAC 方法

DEMATEL 方法主要采用專家意見描述致因間的影響關系程度，ISM 方法主要利用布爾矩陣表示致因間的邏輯關系，并以遞階層次結構模型的形式可視化，兩者結合能有效地定量刻畫各致因間的作用關系，但存在對各致因的相對重要程度難以準確量化的局限。對此，本研究引入序關系分析法（G1 法），確立各致因的相對重要程度，通過集成G1-DEMATEL-ISM方法對高校實驗室事故致因間的作用關系進行更精準的定量刻畫，并據此方法得到的量化分析結果劃分層次結構，運用MICMAC 方法計算各致因的驅動力和依賴性，識別其屬性特征[9]。

G1-DEMATEL-ISM-MICMAC 方法的計算步驟如下：

第一步，建立實驗室爆炸事故致因集合A，A={A1,A2,…，Am}。

第二步，確定實驗室爆炸事故致因之間的序關系和權重系數ωm，同時邀請S 位專家對實驗室爆炸事故致因集A 中的致因進行相對重要程度排序，方法步驟如下。

1）確定實驗室爆炸事故致因的序關系：

①專家在實驗室爆炸事故致因集A={A1,A2,…，Am}中，依據某致因評價標準，僅選取認為最重要的一個致因A1S；

②專家在剩余的m-1 個實驗室爆炸事故致因中，依據某致因評價標準，僅選取認為最重要的一個致因A2S；

③專家在剩余的m-k+1 個實驗室爆炸事故致因中，依據某致因評價標準，僅選取認為最重要的一個致因；

2）確定實驗室爆炸事故致因的最終權重系數ωm：

①由專家參考表1 中rk值，理性判斷實驗室爆炸事故致因Ak-1與Ak間的相對重要程度，具體公式如下。

表1 評價語言量表

②當實驗室爆炸事故致因集的序關系滿足式（2），則可根據式（3）求出各致因的權重系數。

③根據式（5）求取實驗室爆炸事故致因的最終權重系數。

其中，ωSk為s 個專家對第k 個實驗室爆炸事故致因決策的權重系數。

第三步，確定兩致因間的直接影響關系矩陣Z：由專家根據表1 的評價分值對實驗室爆炸事故致因間的影響關系程度打分，得到原始影響關系矩陣Zs，然后根據式（6）計算直接影響關系矩陣Z。

第四步，根據式（7）與（8）計算規范化直接影響關系矩陣C 和綜合影響關系矩陣T。

其中，E是與C同階的單位矩陣。

第五步，先根據式（9）計算得到整體影響關系矩陣H，再計算綜合關系影響矩陣T 的均值和標準差，求和得到閥值。后根據式（10）得到可達矩陣K。

第六步，根據式（11）與（12）確定各致因的可達集Li與先行集Ri。

第七步，通過式（13）與（14）計算各因素的驅動力和依賴性DRi；通過數值，各致因在笛卡爾坐標系中表征為驅動性相對較高的獨立簇、依賴性相對較高的依賴簇、驅動力和依賴性都較高的關聯簇、驅動力和依賴性都較低的關聯簇。

2 實例分析

2.1 案例概況

2021 年10 月24 日15 時52 分左右，南京航空航天大學將軍路校區材料科學與技術學院位于三樓的粉末冶金實驗室發生爆炸（簡稱南航實驗室爆炸事故），引發火情，導致2 人死亡，9 人受傷。

對此，本研究以南航實驗室爆炸事故為例，分析實驗室爆炸事故致因間的序關系、影響關系、作用機制及各致因的屬性特征。研究技術路線如圖3 所示。

圖3 研究技術路線

2.2 致因遴擇

根據圖2 的高校實驗室事故致因辨識程序遴擇并集納出南航實驗室爆炸事故致因共19 項：A1 ～A2共2 項 外 部 致 因；B1 ～B5 共5 項 根 源 致 因；C1 ～C3 共3 項根本致因；D1 ～D4 共4 項間接致因；E1 ～E3、F1 ～F2 共5 項直接致因，如圖4 所示?？梢?，在外部致因的作用下，組織層面的指導行為和運作行為受到負面影響，進而導致個人層面出現不安全行為與不安全物態，最終引發不堪設想的行為后果。

圖4 南航實驗室爆炸事故24Model

2.3 致因量化結果

本研究邀請了多位從事高校實驗室安全管理研究的專家學者參與了此次針對南航實驗室爆炸事故致因之間的序關系與影響關系程度的評價。具體評價步驟如下：評價人員首先根據序關系計算出各致因的權重系數，結果如表2 所示；然后結合致因間影響關系程度的評價分值計算得到直接影響關系矩陣Z，綜合影響關系矩陣T 和可達矩陣K，量化表征出致因間的邏輯關系；最后構建遞階層次結構模型將量化結果可視化，并計算得出各致因的驅動力與依賴性。

表2 南航實驗室爆炸事故致因權重系數結果

遞階層次結構模型結果如圖5 所示，驅動力與依賴性結果如圖6 所示。

圖5 南航實驗室爆炸事故7 階層次結構模型

圖6 南航實驗室爆炸事故MICMAC 分析結果圖

2.4 結果分析

根據圖5 可知，高校實驗室爆炸事故致因間存在復雜關系，這種復雜關系不僅表現為同層級、臨近層級之間的作用關系，還表現為跨越層級之間的作用關系。

從實驗室爆炸事故的組織因素和個人因素來看，其根源原因、根本原因、間接原因處于不同層級且相互作用，而直接原因受根源原因、根本原因和間接原因的作用處于同一層級，是導致實驗室爆炸事故發生的外在表現形式。這表明，位于第6、7 層的A1教育行政部門安全監管體系存在缺陷、A2校方監管部門執行力度不足等外部致因產生負面影響，位于第3、4、5 層的B2安全投入認識、B3安全的培訓要求、C1安全生產法律法規未落實、C3安全管理體系存在缺陷等組織層面致因受到負作用，導致實驗室安全文化缺失、安全管理體系欠缺，進而影響位于第1、2 層的F1實驗用品處于危險狀態、F2安全防護措施不到位、E2違規進行實驗操作、D1對實驗步驟掌握不足、D2對試驗危險品認識不足等個人層面致因，導致實驗人員安全能力不足，出現不安全行為、不安全物態，并最終引發高校實驗室爆炸事故。

根據圖6 可知，高校實驗室爆炸事故致因被識別為自發簇、獨立簇、依賴簇等。自發簇包含9 項致因，該類致因驅動力和依賴性都較低且全屬于組織內部致因，其中組織層面的B3安全的培訓要求、B4安全的檢查類型、C1安全生產法律法規未落實等致因的驅動力相對較高，是高校實驗室風險防控的薄弱環節；C2安全培訓和教育不足是受外部致因與根源致因的負面影響極高的安全管理體系致因；個人層面的D1對實驗步驟掌握不足、E2違規進行操作等致因的依賴性相對較高，是高校實驗室風險防控效果的顯性表現。獨立簇包含6 項致因，該類致因驅動力較高而依賴度較低且處于ISM 模型的深層，是引發高校實驗室爆炸事故的影響源；其中A1的驅動力最高，該致因對其他致因具有最強的影響力。依賴簇包含4 項致因，該類致因依賴性較高而驅動力較低且全屬于個人層面，主要受其他致因作用而發生改變。

2.5 高校實驗室風險防控措施

本研究認為，高校實驗室風險防控應從教育行政部門和高校兩個方面共同采取措施。

1）教育行政部門對高校具有極強的影響力和控制力，完善的政策法規和周密的監管體系是高校安全生產管理的有力保障。對此，教育行政部門應加強自身的組織建設，樹牢安全發展理念，嚴格履行監管職責；及時跟進并掌握高校實驗室安全工作狀況，加強高校實驗室安全工作的檢查指導，督促學校建立健全并落實實驗室安全管理制度，定期組織實驗室安全工作的專項督導。從外部層面遏制高校實驗室風險源的產生和影響。

2）高校是實驗室安全風險防控的主要責任體，應及時辨識外界產生的負面影響并做出適當的應對策略。高校應認真貫徹并積極落實安全生產法律法規，構建實驗室安全責任體系，完善自身監管體系建設，加強對實驗室安全的檢查力度，提高安全投入認識，嚴格執行安全培訓的要求，通過降低組織層面產生的風險，達到減少對個體層面的負面作用的效果；應提高對實驗室檢修與防護的投入，加強安全培訓與法規教育，提高實驗人員的安全意識，重視以人為本的理念和培養師生責任感，提高實驗人員的責任感，通過提高個體的安全能力，保障實驗室物品的安全狀態，消除個體層面的不良影響，降低事故發生的概率；應參考實驗室典型事故案例，針對實驗室存在的固有風險進行總結歸納，做好整理，對于事故發生時的動態風險進行研判與總結，建立和設計適合本校實驗室安全發展的信息采集傳輸系統，以達到日常安全管理、事發時救援資源合理調度、應急預案及時響應等目的。

3 結論

1）本研究運用24Model 精準辨識出南航實驗室爆炸事故致因19 項；采用G1 方法改進DEMATELISM 方法，融合G1-DEMATEL-ISM 方法準確刻畫了南京航空航天大學實驗室爆炸事故致因間的復雜作用關系，構造出南航實驗室爆炸事故7 階層次結構模型，其中個人因素處于表層，是導致高校實驗室爆炸事故的直接原因與宏觀表現；并利用運用MICMAC方法識別出了南航實驗室爆炸事故致因的屬性特征，挖掘出南航實驗室爆炸事故從屬于自發簇、獨立簇、依賴簇的致因因子，其中外部因素對高校實驗室爆炸事故發生的驅動力最強，直接原因的驅動力最弱。

2）為預防高校實驗室爆炸事故的發生，本研究對比分析各模塊致因有針對性地提出防控措施。一次性行為與物態需依賴其他致因的解決而被解決，如針對實驗人員違規操作，高校應組織實驗室安全教育和法規培訓，嚴格執行實驗室安全培訓要求，以提高實驗人員的安全意識與技術儲備；對習慣性行為，需要制定多維度的教育培訓措施，以降低個體層面涌現的風險。同時各高校應健全并落實安全生產責任制，以消除組織層面的缺陷，從根本上保障實驗室安全發展。另外，教育行政部門也應通過完善法規政策，加強執法力度和安全認知投入力度，從外部層面遏制相關事故發生。