数字化背景下高校院级平台实验室安全管理探索

　　高校院级实验平台作为开展实验教学和科学研究的重要阵地，在人才培养、科技创新和社会服务等方面发挥着重要作用^[1-2]。为充分发挥软硬件资源和实验技术人才集成优势，高校越来越重视院级平台实验室建设与发展，实验室规模不断扩大，实验设备种类和数量大幅增加，尤其是贵重高精尖设备，开展的实验教学和科研活动也日益频繁。与此同时，实验室潜在的安全隐患与风险日趋复杂，管理难度逐渐增大^[3-4]。为保障教学科研工作顺利开展、师生人身安全和实验室资产安全，实验室安全管理工作不可松懈。如何科学系统地管理实验室，实现院级平台实验室安全高效运转，是实验室管理人员应高度重视的问题。

　　近年来，随着网络技术和信息技术的不断发展，实验室安全管理迎来了数字化变革和创新。例如，利用线上教学平台、虚拟仿真实验等数字化手段进行实验室安全教育，可以有效提高实验室安全教育的针对性和有效性^[5-6]；利用实验室数字化管理平台可以提高实验室管理效率，助力实验室安全运行管理^[7-8]。因此，将信息技术与实验室安全管理深度融合，加强实验室数字化建设，是提升实验室安全管理水平的必由之路。

　　天津大学材料科学与工程学院实验中心(简称实验中心)于2012年获批国家级实验教学示范中心，多年来依托材料科学与工程国家一级重点学科和“双一流”学科建设，在实验室规模、仪器设备、实验室环境等方面得到显著提升，现已发展成为面向教学、科研和社会服务的综合性实验平台。以实验中心为例，分析实验平台管理现状及安全管理存在的问题，探索实验室数字化安全管理的有效途径。

　　物的不安全状态、人的不安全行为、不安全的环境条件和管理缺陷是引发实验室安全事故的原因，也是实验室管理人员应关注的重点^[9-10]。结合实验中心现状分析院级平台实验室安全管理中存在的突出问题。

1.1　实验人员众多且流动性大　安全意识参差不齐

　　实验中心面向对象包括本科生和研究生，他们对安全知识和应急处理的了解和掌握程度各有不同。大一本科生对实验室环境存在的潜在危险缺乏足够的认识，研究生熟悉与自己科研相关的实验内容，但不了解实验中心环境、仪器设备状态和紧急情况处理办法。

1.2　实验室种类复杂　涉及诸多安全问题

　　作为综合性实验平台，实验中心包括大型仪器设备实验室、涉化类教学实验室、非涉化类教学实验室等各种实验室，涉及高强磁场安全、X射线安全、压力容器安全、化学试剂安全、力学装置安全、高温设备安全等各种安全问题。

1.3　实验室开放共享程度高　夜间安全监控难度大

　　实验中心实行7×24开放管理模式，目前教学实验大多在晚上开展，而大型仪器设备测试经常要到凌晨，甚至整夜测试，因此，实验室夜间安全监控难度更大，极大地增加了实验室管理人员的工作量。

　　实验中心坚持“安全第一、预防为主”，贯彻学校“谁主管、谁负责”“谁使用、谁负责”的原则，实行校、院、中心三级管理体制。在学校、学院实验室安全管理制度的基础上，结合材料专业学科特色和院级平台实验室开放共享的特点，制订了《实验中心教学实验室管理规定》《实验中心大型仪器设备实验室管理规定》《实验中心开放管理办法》《实验中心大型仪器设备培训管理制度》等一系列规章制度，包含实验室安全职责、实验室准入、实验室预约与使用管理、仪器设备操作规范、夜间实验预约与管理等各个方面。针对前述的突出问题，实验中心明确了安全管理办法和具体举措。一是强化实验室准入管理，要求实验人员通过安全培训和仪器设备操作培训，考核合格后持证上岗。二是制订实验室里各种仪器设备操作规程和实验人员工作条例，明确实验人员的责任和要求。三是加强实验室预约和使用管理，实验人员需经实验室负责人批准后方可进行实验，而且必须做好实验室使用登记及仪器设备状态反馈。四是加强夜间实验室安全管理，明确报备流程，实行学院、中心、楼宇物业三处备案监管，严格要求夜间实验双人在岗，并做好安全防范和应急预案。

3.1　建设虚拟现实实训平台　开展沉浸式交互式安全实训

　　随着新工科建设的不断深入，高校越来越重视本科生的实践能力培养。部分学生从一年级开始就加入课题组，参与各种科研实践活动。然而，低年级学生的专业实践知识特别是对实践活动中存在的安全和应急处理常识明显不足。由于安全事故无法预料，常规观摩教学体验度差，学生对实验室的安全问题缺乏直观的感受，亟待提升安全意识。为提高学生的安全意识和应急处理能力，实验中心建设了虚拟现实(Virtual Reality，VR)实训平台。依托VR实训平台，引入和开发实验室安全预防与应急处理的VR实训系统，开展真实、生动、沉浸、交互的实验室安全实训。

　　实训内容包括安全知识认知、安全隐患排查、事故应急处理、安全知识考核等内容。在VR安全实训中，学生沉浸于虚拟3D实验室场景，通过智能交互的方式学习常见的实验室安全知识，排查实验室的各种安全隐患，掌握常用试剂的使用和存储方法，掌握压力容器等特种容器的使用方法，掌握安全防火器材的使用方法，学会火灾、爆炸、中毒等不同类型事故的应急处理方法，最后以安全知识答题和沉浸式演练的形式对学习效果进行考核。VR安全实训基于三维建模、多媒体、人机交互和传感器等技术，通过构建逼真的实验室场景和实验对象，让学生身临其境地体验事故发生过程及严重后果，提升学习主动性和安全意识，掌握安全事故应急能力，从而达到讲座型和演示型等安全教育形式难以实现的效果。为确保学生能有效利用VR实训平台开展安全实训，将学生分小组进行实训，实训时间为一周，由VR实训平台管理人员进行全程指导。在实训结束后，学生也可在课余时间预约使用VR实训系统，进一步强化和巩固实训效果。

3.2　建设线上培训体系　进行专业性个性化培训

　　围绕“安全意识树立、安全知识掌握、安全技能运用”的安全教育目标，天津大学资产与实验室管理处建设实验室安全教育培训系统，引入多门通识安全课程和化工、机械等专业安全课程，提高学生的安全意识和应急处理能力。然而，在以往实验中，学生在进入实验中心前未能充分了解材料专业实验室情况、仪器设备的操作安全事项、突发状况的应急处理方法等。因此，针对材料专业实验室特色，开发专业性安全教育资源和开展个性化实验操作培训尤为重要。

　　专业性安全教育资源的建设从实验室安全理论和操作实践两方面入手。在实验室安全理论方面，围绕材料专业实验室常见的安全注意事项，结合事故实例对实验室防火防爆、化学品安全、辐射安全、生物安全、实验技术安全等知识进行系统全面的介绍，并对实验室存在的常见问题及处理方法进行举例说明。在实验室操作实践方面，教师详细介绍了实验室和走廊的急救设施及使用方法，以便学生及时排查身边的安全隐患，掌握突发事故的应急处理办法，降低实验室安全风险。按照大型仪器设备实验室、涉化类教学实验室、非涉化类教学实验室，分别演示各类实验室安全操作规范，包括压力容器使用与放置、易制毒和易制爆药品的购置与存储、化学试剂使用和后处理、射线设备操作注意事项、强磁场环境安全自查、高温和低温设备操作规范等。此外，在教学实验项目和大型仪器设备测试项目中，增加实验操作相关安全注意事项和操作规范。例如，在激光扫描共聚焦显微镜测试时，应在开启激光扫描后注意对眼睛的安全防护。红外灯的不规范使用易造成皮肤或者眼睛的损伤，也可能导致辐照位置局部过热起火等事故。

　　借助学校安全教育培训系统，将专业性安全教育资源整理后制作成慕课，建设线上培训体系。基于此系统，学生可以不受时间和空间限制，随时随地进行安全教育和操作规范的线上学习，并可根据实验项目选择相关的培训内容，实现个性化培训。通过在课程中设置互动点、知识问答等环节，加深学生对安全知识的掌握程度，检验培训效果。此外，基于大数据的学习效果评价，可以促进实验室进一步完善和拓展培训内容。

3.3　利用实验室信息化管理平台　实现全流程数字化管理

　　实验室安全管理涉及实验室开放管理、仪器设备使用管理、化学品全周期管理等各个方面。随着实验量的不断增多，原有的管理方式已经不能满足实验室的日常管理需求，实验室应不断加强信息化建设，整合利用多维度实验室信息化管理平台，促进实验室安全管理的数字化改革。

　　在开放管理方面，实验中心建设了独立的网站和微信公众号，用于推广和宣传实验教学和仪器测试方面的最新动态和成果，方便师生第一时间了解实验中心的各项实验室安全管理制度。在此基础上，实验中心开发了符合材料专业实验室要求的实验预约系统，结合天津大学大型仪器设备管理平台，实现教学实验室和大型仪器设备实验室的开放管理。在线上预约管理的同时，加强仪器设备的使用授权、状态监控、使用记录与反馈等信息化管理。通过更换门禁系统、对接校园一卡通系统，可严格管理实验室进出人员，只允许考核合格的师生进入实验室，从而加强实验室数字化管理和安全监管。

　　在化学品管理方面，一是借助天津大学化学品管理平台，开展网上申购、线上审批、使用台账记录、回收处理等业务，实现化学试剂的全生命周期信息化管理。二是引入二维码技术，给每一瓶化学试剂配备二维码，实验人员通过扫码即可查询化学品信息，包括试剂名称、CAS号、危化品类型、存储位置、管理人等信息。实验人员利用手机填写化学试剂的使用台账，有助于管理员及时更新和掌握试剂情况、溯源追踪，排除化学品安全隐患，最大限度保证实验室的安全。

3.4　建设实验室安全监控系统　实行24小时安全预警和应急管理

　　实验室虽然实行24小时开放管理，但在非工作时间实验室大多处于监管盲区，遇到突发情况更难以控制和处理。例如，实验中心曾遇到区域性断电、上水管道漏水等突发事件，此时楼宇物联预警系统仅能报告突发情况的大致区域，并不能确定具体位置，这对正在高温高压运行的精密仪器设备可能造成严重破坏。因此，实验室安全监控系统的建设必不可少。

　　在各实验室包括大型仪器设备实验室和教学实验室，特别是存放气瓶、循环水、空调等附件的仪器隔间全部安装摄像机，个别实验室根据观察角度安装多个摄像机，实现摄像范围无死角全覆盖。尤其是涉化类教学实验室，更应安装烟雾火焰识别智能摄像机。在此基础上，安装监控计算机外接显示设备，楼宇巡视员在打卡点位置能实时查看监控影像；并在监控计算机和手机端安装云视频App，管理人员可以不受时空限制对实验室进行实时监控。这些软硬件设施的建设，能有效促进实验室的安全监管，一方面帮助管理人员实现24小时不间断、无死角监控的全覆盖；另一方面在遇到突发情况时，能有效配合楼宇物联预警系统快速定位问题房间，及时做出响应处理，避免造成人身和资产损失。

　　高校实验室安全工作复杂艰巨，是高校校园安全工作的重点，也是不可逾越的红线。针对院级平台实验室安全管理中存在的各种问题和困难，充分运用数字化手段，建设VR实训平台、线上培训体系和信息化管理平台，赋能实验室安全教育，提升安全实训沉浸式效果，实现实验室全流程管理。同时，改进和完善实验室安全监控系统，做到防患于未然，将事故消灭在萌芽状态。随着信息技术的快速发展，实验室安全管理要顺应时代发展趋势不断深化数字化改革，实现实验室高质量发展和高水平安全管理，为教学和科研工作提供安全、稳定的环境，为培养高素质人才提供有力保障。