摘要：文章分析了当前高校实验室安全管理中对各类不安全、不规范行为无法实时监管，应急处置不适当、不及时等难题，从监控、各类探测器及智能设备等多维度提出实验室安全实时监管系统，以便通过现场监测等方式及时纠正违反操作规定的行为。通过智能化设施建立自动预警体系，清晰掌握实验环境及电路的安全状态，达到将安全隐患杜绝于萌芽状态，为采取最优应对措施提供信息支撑，减少财产损失和不良影响。该系统不仅能够提高实验室的安全性，而且有力促进了安全教育效果，同时对实验室安全预警及应急处置提供了信息支撑平台。
　　关键词：实验室安全；实时监管；应急机制；智能化
　　0引言
　　高校实验室是开展教学科研活动的重要场所，实验室内经常使用有毒易燃易爆化学品、气瓶、高电压设备、高转速设备、高低温设备、特种设备、生物材料、放射源等，安全隐患多，风险程度高[1-2]。由此而引发的伤害事故类型包括火灾、爆炸、中毒、窒息、机械伤害、触电、灼烫冻伤等[3-4]，情况复杂，变化多，多为突发事故，急需加强实验室的实时监管及应急处置救援能力。
　　各高校在实验室安全管理进行了大量的探索与实践[5-8]，党的***报告强调要“坚持安全第一、预防为主，推动公共安全治理模式向事前预防转型”。实验室安全工作事前预防方式包括安全教育、视频监控、安全检查、应急处置演练等。提高数智化建设是提高高校实验室安全管理水平的重要方式之一，随着人工智能、大数据、5G等信息技术的快速发展，以及相关探测报警系统的大量应用，使得多维度实验室安全实时监管成为可能。近年来关于实验室安装监控及相关探测系统的研究有很多，王加祥等[9]、郭均纺等[10]、高文红等[11]对实验室监控设计管理进行了探索，王臻等[12]对智能识别进行了研究，宁信等[13]对实验室气体监测方面进行了研究。本研究通过视频管控、环境管控、用电管控以及智能设备管控等多维度实验室实时监管进行探索。
　　1安全管理现状及存在问题
　　安全是各项工作的基础，高校实验室安全社会关注度高。发展科技是强国必由之路，科技发展需要不断的实验探索，实验室需求不断增加，实验设备持续升级更新，实验项目快速创新；使用化学品等各类材料品种同步增多，导致高风险源多；科研实验内容往往具有探索性、多样性，实验结果具有很大的不确定性，故高校实验室的安全风险高。
　　高校实验室安全管理难度大，主要包括以下几个方面：(1)实验过程中人员防护措施不到位，实验操作有章不循。虽然都接受过安全教育和培训，但仍然有部分师生的安全意识淡薄，安全知识和应急技能缺乏；实验室中常常存在博士带硕士、师兄带师弟的现象，实验操作随意现象较多。(2)仪器设备安全状态无人知晓，学生学成毕业离校，多年后仪器设备初始设置参数等无人知晓，缺乏对设备安全查验。(3)应急能力不足，受面积限制，安全设施配置不足，常因缺乏维护不能正常使用。(4)实验动态监管不足，处罚力度弱。实验室开放时间长，常有单人进行实验，突发情况报警不及时。事后原因追溯能力弱，惩处依据不足。
　　2基于多维度实验室安全实时监管的理念
　　实验室监管坚持以规范操作和安全有序两大主线为原则，开发实验室人员识别、操作管理、药品监管、设备监控、环境监测、多重预防、考核奖惩、综合管理8个子系统，将全校三级以上实验室、药品库、仪器室、动物房四大重点区域全部纳入平台一体化监管，实现了实验室安全由人工监管向智能监管的转变，构建了实时智能监管及应急机制新模式。
　　(1)突出重点实验室和重点时段管控，以一级、二级实验室为严格化管理重点；
　　(2)以“机器换人”全面启动全校实验室可知可感可触，实现“最安全实验室”目标；
　　(3)云端交互让实验室更共治。对全校2 100多间实验室建立“一室一档”和“安全牌+二维码”管理机制。
　　3安全综合管理平台建设与功能
　　3.1综合管理平台架构
　　安全综合管理平台是实时监控管理神经中枢和指挥体系的基础。通过运用人工智能、大数据、5G、物联网等信息技术，达到建立实验室场景物联化、数据可视化、管理统一化的目的。同时，须具备在电脑端、手机端使用的功能，支持接入各类设备预警、监控、探测设备的信号接入。围绕“人、机、物、环、管”的关键环节，达到实时查看实验室的状况，可以录像下载与回放；连接相关探测设备实验室，常用的探测器较多，环境管理类主要有各类气体(O2、CO、CO2、H2、C2H2、NH3、天然气、TVOC)含量传感器、温感烟感传感器、热成像摄像仪等；电源类有剩余电流传感器、过线电流传感器、温度传感器等；视频探测类普通摄像机、带语音对讲功能摄像机、AI摄像机等，根据需要选择配置，探测实验室内环境及设备的安全状态；对接实验室预约系统、门禁系统等对出入人员管控；对特定的违规行为进行智能识别，达到设定的阈值进行多种方式的报警。实验室综合安全管理平台架构图如图1所示。

3.2综合管理平台功能
　　系统可实现管理方式由人工管理向智能化管理升级，解决人工检查效率低、不能持续的难题；利用专业设备进行探测，提前发现潜在的安全隐患，可进行隐患预警，方便对全校实验室的安全实时掌握。
　　3.2.1热成像摄像机
　　热成像摄像机是基于热成像原理，对实验室内过高温现象进行智能识别。事先现场调研监管区域的正常工作温度以及四周物品的起火点温度，在2个温度之间确定一个数值作为报警阈值，监管区域内只要有温度超过阈值，系统就会将该报警信息立刻发送给系统预先设置的1名或多名监管人员，监管人员收到信息后可立刻处置火情隐患。热成像监控高温设备在不同温度状态的对比图如图2所示。

3.2.2电路监测
　　通过电路上剩余电流、过线电流及温度等传感器，获取实验设备的剩余电流、过线电流、温度、电压等情况，通过网关与智能空开、智能插座相连；或由电气火灾探测器将获取的参数传送至系统，系统对相关参数进行识别，达到设定的数值系统就判定设备存在火灾的隐患，系统可采取自动切断，避免接入电路发生过载、过压等隐患引起的实验仪器损坏。若设备发生故障时，系统自动报警，记录故障原因。电路监测原理图和样例如图3所示。

3.2.3室内环境监测
　　通过多种传感设备，实时监测高风险实验室内温湿度，可燃气体、有毒气体浓度监测等环境数据，当其浓度超出预警标准值时探测器会发出相关信息到系统并报警，保障实验操作运行环境安全。温湿度传感器应安装在靠近重要危险源的部位；可燃气体探测器应安装在管道连接处或燃烧器具附近，所探测气体密度小于空气密度的应设置在其上方，反之则设置在下部，相同或相当时应设置在中部或顶部。根据需要添加烟雾探测、热成像监控、水探测、温湿度显示器等设施。实验室环境监测图如图4所示。

4综合管理平台的实现与成效
　　4.1平台管理构建
　　(1)学校建设有实验室安全监控大屏，屏幕可轮巡各个实验室画面，轮巡方式应突出重点，高风险实验室轮巡频率较高，低风险的轮巡频率较低。屏幕中间放置大且清晰度高，以便切换出现问题实验室的画面进行观察。每幅图像中应注明房间地址，热成像摄像机画面可设置实时探测温度显示。有突发事件时，屏幕能自动锁定发生事故实验室画面，为及时处置赢得时间。
　　通过视频可查看实验室内的各类安全问题，可记录实验中存在的各类安全问题，包括不穿实验室服、不戴手套、不戴防护镜、实验废弃物不按照规定收集、人员密度过高、实验中人员长时间离开、实验室内饮食、实验室内人员睡觉、管制类危化品未“五双”管理、特种设备无证操作、实验台面不整洁、充电器长时间插电源上、缺乏应急物资或不齐、无安全标识等。各类实验室关注重点应有区别。
　　(2)违规实验行为的识别
　　发现违规实验行为有智能识别自动识别和人工识别两种方式。其中，人工识别对值班人员的要求较高，须掌握《高校实验室安全检查项目表》中各项要求，熟知各类高风险源，熟知各类加热设备、危化品、气瓶、特种设备等相关知识及常规操作流程。
　　智能识别违规实验行为分两类：一类是通过传感器+智能识别人员的双重判断方式。例如通过定位器监测通风橱移动窗口的位置，结合智能识别实验现场是否有人，可判断是否符合操作规程。二是通过对各种画面进行智能分析是否有违规实验行为。现在实现较好的几种判断包括是否穿实验服、是否是食物、实验中是否有人在场、实验人员密度是否超标等。但一些实验行为非常复杂，判断比较难，随着AI技术、算法等各项信息技术的发展，可逐渐进行智能识别。
　　探测器结合人员识别模式流程图如图 5 所示。

(3)环境探测器功能
　　热成像摄像机以高温设备、可能发生火灾、燃烧的区域等高风险源作为镜头的覆盖范围，设置温度范围，高于设置温度的上限则系统报警；温湿度、烟雾、部分可燃气体浓度等探测器设置测定项目浓度范围，高于设置浓度的上限则系统报警。有现场报警和电话报警等方式。通过第三方服务语音系统，可进行电话报警。
　　(4)电路监测
　　电气火灾发生的过程是一个阶段发展、长期演化后的结果。其间电路的电流、电压及线温等会发生变化。一般重点监测加热设备或大功率设备的线路，通过探测器系统能获取实验设备的剩余电流、过线电流、温度、电压等情况，若发生变化系统会提醒，超过设定的阈值系统会报警。对未经登记的设备使用，系统可自动提醒，对其电流、电压等波动进行记录。若电路发生过载、过压，系统可以在发现异常后，通过系统报警，并建立故障记录，避免发生安全事故及实验仪器的损坏。实验室安全报警应急处置流程图如图6所示。

4.2综合平台实现成效
　　(1)大幅减少违规行为数量
　　按照“墨菲法则”准则，违规行为达到一定量后总会发生事故，相关研究也验证是正相关[14]，减少违规行为是最基本预防措施之一。实验室安全教育工作虽然得到高校各级领导的重视，但实际落实效果仍然参差不齐，部分学生对相关规范和要求处于懵懂状态，培训时都懂，实验中就遗忘，怎样方便就怎样操作，个别人甚至是故意为之。通过本系统可真实反映每个实验人员是否规范操作和各实验室的安全状况等，在此基础上对发现违规实验行为可按照周、月、年进行相关数据统计，并采取针对性措施。对未穿实验服等可立查立改的不规范行为，实时通过语音对讲功能提醒进行改正，并在后期持续跟踪，我校试行1月后，同类问题减少90%以上。
　　(2)持续提升安全教育效果
　　对提醒后依然出现问题的实验室或个人，可单独进行安全教育培训；对屡教不改的人员和实验室，其违规次数达到学校《实验室安全责任追究办法》中相关规定的可进行惩处，包括取消实验人员准入资格、实验室关停限用、经济处罚等措施，要求相关人员接受加强版的安全培训并参加准入考试，合格后方能再获得实验室准入资格，惩处记录纳入校院各级奖惩体系中。这种模式可加强教育的目的性，符合安全教育的四个阶段[15]，让学生从“要我安全”转变为“我要安全”[16]，最终提高教育效果。
　　(3)提升实验室实时应急管理水平
　　通过本系统校院两级管理人员及实验室负责人、老师通过平台及时处置突发事件，热成像摄像机、各种环境和气体探测器、电路监测等探测到超过阈值后，一是可以通过现场灯光声音报警，提醒附近人员关注；二是通过平台系统绑定的第三方公司语音服务系统进行电话报警，尽量不依赖短信、微信等方式，确保接警人能够及时知晓。接警人可实时通过手机查看实验室内实时状态并选择最优的处置方式，包括远程与现场实验人员沟通和指导怎样处置突发事件；通知附近人员到场、远程切断电源、气源等，或向各级领导汇报，启动“实验室—所属学院—相关部门—学校”应急处置机制，并根据需要报119及112等进行救援，救援实施前可提供实验室内高风险源的相关信息，防范危害的扩大或蔓延。
　　(4)厘清实验室安全责任
　　系统具备溯源功能，对发生的事件回放，结合各种探测器的数据，分析事故成因，对同类安全隐患采取相应的防范措施。分清实验室责任人及实验人员的各自责任，以便追责、问责。
　　5结语
　　安全是学校事业不断发展的基本保障，基于多维度的实验室安全实时监管及应急机制体系，将违规行为发生率减少到最低，将危害后果最小化，可实现实验室实时监控和应急报警处置的全过程管理。实时监管和应急管理体系的构建，实现了实时监管发现违规行为应及时改正、统计结果应及时反馈并针对性开展安全教育，达到实验室安全工作“紧起来、严起来、实起来、好起来”的目的。完善应急保障机制，使实验室安全实时预防和应急管理达到数字化、规范化水平，对实验室的安全管理有重要的参考意义。
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