基于模糊层次分析法的整体风险定量评价模型在实验室风险评估中的应用

基于模糊层次分析法的整体风险定量评价模型在实验室风险

评估中的应用

摘要：近年，中国实验室的事故频发，缺乏有效的预防措施。本文以中科院化学研究所实验室为研究对象，对其进行了风险定量风险评估，针对所有单元的安全水平，借鉴风险评价的指数评分法的体系结构而建立指标集，确定一级指标为实验者素质、实验室设备设施、实验室环境、实验室管理四大类；二级指标为实验者学历层次、实验者身体状况消防应急装备使用的熟练程度等22个指标。根据评定结果和权重分析，建立实验室风险评价指标体系。提出对应的防范措施与建议，为实验室管理部门有重点地预防事故发生创造了条件。

关键词：中国；实验室；模糊层次法；风险定量；评估；事故

1引言

中国科学院化学研究所成立于1956年，是以基础研究为主，有重点地开展国家急需的、有重大战略目标的高新技术创新研究，化学所的主要学科方向为高分子科学、物理化学、有机化学、分析化学、无机化学。多年来，化学所面向世界科技前沿，取得一批有重要影响的基础研究成果，原始创新能力不断提升；面向国家战略需求，取得多项关键核心技术突破，高技术创新与集成不断加强；面向国民经济主战场，形成一批自主知识产权，延伸创新价值链，技术示范和产业化不断推进。积极开展化学与生命、材料、环境、能源等领域的交叉研究，在分子与纳米科学前沿、有机高分子材料、化学与生命科学交叉、能源与绿色化学等领域取得新的突破，建设和完善了面向国家重大战略需求的先进高分子材料基地。

综合国内外研究现状可知，目前对于危化品生产、经营、运输企业安全评价的研究很多，研究方法也很全面。但对实验室研究主要集中在事故发生前后的应急处理，事故致因分析较少。现有的致因分析大多属于定性分析，只能根据实验室现状提出对应建议。系统工程以及事故树模型虽然有定量分析成分，但在确定指标的时候受主观因素的影响，不能得出客观结论。针对目前实验室安全风险评估的研究现状，本文提出使用基于模糊层次分析法的整体风险定量评价模型对实验室风险进行分析。具体优点如下：定量分析、计算量相对较小、数据限制少和应用方便。

2风险评估关联分析

2.1关联分析的原理

3基于模糊层次分析法的实验室整体风险定量评价模型

3.1风险评价指标的选择与建立

针对所有单元的安全水平，本次定量分析采用层次分析法。本实验室风险评价指标体系是建立在实验整个过程可能出现的各种风险因素分析的基础上，借鉴风险评价的指数评分法的体系结构而建立的。为了全面评价中科院化学所实验室的风险情况，确定一级指标为实验者素质、实验室设备设施、实验室环境、实验室管理四大类；二级指标为实验者学历层次、实验者身体状况消防应急装备使用的熟练程度等22个指标。通过查阅资料、现场考察和问卷打分等方式对中科院化学所实验室进行考察，并分别对各二级指标进行等级认可评定。根据评定结果和权重分析，建立实验室风险评价指标体系。

3.2风险评估模型

3.2.1因素集的建立

因素集U是由影响评价对象的各个因素组成的集合。在复杂系统中，要考虑

的因素往往很多，并且各因素之间还有层次之分，此时可把因素集U按某些属性

分成几类，并按照因素多少对每一类作综合评价，然后再对评价结果进行“类”之

间的高层次的综合评价。本研究中建立的因素集为：

U={实验者素质U1，实验室设备设施U2，实验室环境U3，实验室管理U4}。

U1={实验者学历层次U11，实验者身体状况U12，消防应急装备使用的熟练

程度U13，实验者的专业操作技能U14，实验者受安全教育程度U15，实验室常

驻人员数量U16}。

U2={消防设备设施U21，实验设备设施U22，个人防护用品U23，应急与急

救资源U24}。

U3={仪器设备摆放U31，实验室通风U32，废弃物处置U33，实验室卫生条

件U34，药品储存U35，安全标识U36，实验室用电U37}。

U4={安全负责人U41，安全教育培训U42，安全规章制度U43，应急预案的

制定与演练U44，日常安全检查U45}。

3.2.2评价集的建立

参考安全评价相关规定，本文评价集分为5个等级:V={V1,V2,V3,V4,V5}={很好，好，一般，差，很差}。分值对应表为：

3.2.3评价指标权重的确定

权重是指标体系中各级指标对于评价目标的相对重要性程度。常采用层次分

析法、改进的满意度评价法、专家打分法等方法来确定各个指标的权重。其中层

次分析法是一种定性与定量相结合，较为系统化、层次化的多目标决策分析方法，本文采用该方法确定评价指标权重。将实验室安全评价问题所包含的因素按照所

要达到的目的、采取的思路及方案规划和具体实施方法划分为最高层、中间层、

最低层。按照安全评价体系框架，最高层 T 是整个生化分析实验室的风险情况；

中间层为实验室“人、机、环、管”四个方面，即实验者素质、实验室设备设施、

实验室环境、实验室管理；最底层则包括22个具体指标。

(1)判断矩阵的构建。假设比较n个因子X={x1，x2，x3，…，x }n对某因素Z

的影响大小，采取对因子进行两两比较建立成对比较矩阵的办法进行考察。即每

次取两个因子xi和xj，以aij表示xi和xj对Z的影响大小之比，全部比较结果用

矩阵A=(a)ijn×n表示，称A为Z-X之间的成对比较判断矩阵。即有：

对于矩阵元素，可按照判断矩阵元素的1-9标度方法表确定aij的值，如下

表所示。

表3.2 层次分析法1-9标度方法表

(2)比较判断矩阵一致性检验。比较判断矩阵A对应于最大特征值λmax的

特征向量W经归一化后，即为同一层次相应因素对于上一层次某因素相对重要性的排序权值。这一过程称为层次单排序。构造成对比较判断矩阵的办法可减少其

他因素的干扰，较客观地反映出一对因子影响力的差别。但此时有必要提供的判

断矩阵有必要作一致性检验，以决定是否其接受程度。对判断矩阵的一致性检验

的步骤如下：

首先计算标准化一致性指标CI，1-15阶重复计算1000次的平均随机一致

性指标RI的取值见下表。

表3.3 一致性指标RI取值表

根据最大隶属度原则，对于该化学实验室评价的结果为“一般”。

为了验证该评价结果，给评语集赋值为F=[90 75 60 45 0]T，则该化学实验室

的得分为：，属于一般，与根据最大隶属原则得出的结果一致，因此评价结果可靠。

4结论与建议

4.1结论

根据风险评价指标体系中的相关分析，对中科院化学所实验室进行调查评价。由于指标体系分为两级，依次对每级进行分析计算。根据Matlab软件矩阵计算方法，计算该中科院化学所实验室得分为60。该值也表明实验室总体风险程度为一般，仍然需要采取一些安全措施来进一步降低风险。

4.2建议

在制定安全对策措施时，遵循如下原则：

4.2.1安全技术措施等级顺序

当安全技术措施与经济效益发生矛盾时，优先考虑安全技术措施上的要求，

并按以下等级顺序选择安全技术措施：

1)直接安全技术措施；

2)间接安全技术措施；

3)指示性安全技术措施；

4)若间接、指示性安全技术措施仍然不能避免事故、危害发生，则应采用安

全操作规程、安全教育、安全培训和个体防护用品等措施来预防、减弱系统的危险、有害程度。

4.2.2根据安全技术措施等级顺序的要求遵循的具体原则

1)消除。通过合理的设计和科学的管理，尽可能从根本上消除危险、有害因素。

2)预防。当消除危险、有害因素有困难时，可采用预防性技术措施，预防危险、危害的发生。

3)减弱。在无法消除危险、有害因素和难以预防的情况下，可采取降低危险、危害的措施。

4)隔离。在无法消除、预防、减弱的情况下，应将人员与危险、有害因素隔

开和将不能共存的物质分开。