物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高校化學(xué)實驗室管理中的應(yīng)用

宋明+徐瑋瑋+王揚+莊文昌

摘 要：該文基于分析目前高校化學(xué)類實驗室管理問題現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，介紹了目前物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在具體實驗室管理中的應(yīng)用，通過大型儀器設(shè)備、普通設(shè)備、特種壓力容器、試劑等智能管理，結(jié)合門禁和監(jiān)控系統(tǒng)的介紹，為實驗室未來的管理提供新的思路。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng) 高校化學(xué)實驗室 管理

中圖分類號：G647 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（c）-0180-02

隨著我國高等教育的普及和不斷發(fā)展，各學(xué)科與專業(yè)的不斷拓展，特別是由于理工科專業(yè)如化工、化學(xué)、材料等與產(chǎn)業(yè)具有較好的銜接性，幾乎大部分高校都開有化學(xué)、化工相關(guān)專業(yè)。專業(yè)的人才培養(yǎng)離不開專業(yè)的實驗室，而化學(xué)實驗室是所有高校實驗室中最危險、最復(fù)雜、管理最困難、最需要專業(yè)管理的一類實驗室。正是因為這樣的情況，管理稍有放松，就容易出現(xiàn)爆炸、火災(zāi)、有毒氣體釋放等情況，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失，跟學(xué)生的家庭、指導(dǎo)教師、學(xué)校帶來一系列的嚴(yán)重影響和傷害。因此，加強實驗室的管理，通過多渠道和現(xiàn)代手段的支持，無疑對于提升管理水平和效果起到舉足輕重的作用。

1 高?；瘜W(xué)實驗室管理工作面臨的問題與現(xiàn)狀分析

據(jù)部分文獻報道統(tǒng)計，目前我國高校實驗室增速明顯，實驗室數(shù)量已經(jīng)超過16000多個，固定資產(chǎn)亦超過250億元，擁有超過90萬多臺套的儀器設(shè)備[1]。隨著高?！半p一流”建設(shè)，可以預(yù)想，更多重點實驗室、工程技術(shù)中心、創(chuàng)新平臺將大量申報和增長，作為我國科研創(chuàng)新、學(xué)生創(chuàng)業(yè)、企業(yè)創(chuàng)造的源泉。如前文所述，化學(xué)實驗室承擔(dān)了大部分化學(xué)相關(guān)專業(yè)學(xué)生的實驗教學(xué)和教師科研，涉及較多有毒、易燃易爆、危險品、壓力容器的大量使用，目前主要面臨以下難于解決好的問題。

1.1 以人為主的管理模式

目前高校的實驗室，基本離不開人為主的管理模式，定期對實驗室安全和衛(wèi)生進行各種檢查，但由于實驗室太多，性質(zhì)也不盡相同，很難做到每天對實驗室進行查看。此外，只有使用的師生更清楚實驗室所進行的實驗和使用試劑、氣體情況。然而大部分教師很難做到對學(xué)生實驗的全程陪同，大部分實驗室的情況基本處于導(dǎo)師定期指導(dǎo)博士、博士帶碩士、碩士帶本科的實驗狀態(tài)，安全和管理自然也就由學(xué)生一個角色所決定。學(xué)生的安全意識可想而知，大部分本科學(xué)生甚至未經(jīng)過專業(yè)的安全培訓(xùn)就進入實驗室開展科研工作，一旦帶其實驗的碩士、博士自身未具備安全意識，整個學(xué)生的角色根本無法保證實驗室的安全。同時，由于實驗室人員流動性、實驗條件差異、實驗試劑和所需藥品的區(qū)別，不同學(xué)生直接對于他人的實驗并非完全了解，也很難進行相互監(jiān)控，一旦其中某一個學(xué)生出現(xiàn)“安全短板”，整個實驗室的安全便無從談起。因此，完全以人為主的管理模式，很難保證高校實驗室，特別是化學(xué)實驗室的安全。

1.2 管理隊伍差異化

目前本科高校，教學(xué)型實驗室一般配有專門的實驗員進行管理，科研型的實驗室一般配有兼職的安全員進行監(jiān)督和定期檢查，然而不同的高校，管理隊伍差異較大。以本校為例，大部分實驗員為碩士學(xué)歷，部分為本科，雖然是化學(xué)相關(guān)專業(yè)畢業(yè)，然而對于具體化學(xué)實驗的過程、試劑的分類管理、壓力容器的有效監(jiān)管缺少專業(yè)化的知識儲備，需要進行專業(yè)化的培訓(xùn)。其他高校很多實驗室人員也存在參差不齊的現(xiàn)象，而高學(xué)歷的實驗員很難安心作為實驗員，造成人員流動過大，管理銜接困難。對于科研型的實驗室，安全員很難每天蹲守實驗室，監(jiān)控每一個實驗過程，定期的檢查很難完全避免事故的發(fā)生。

1.3 安全管理機制落后

大部分的高校實驗室，都備有各種安全管理制度、試劑分類管理制度、特種設(shè)備安全制度等一系列規(guī)章制度，但同樣由于安全管理部門太多，往往存在管理松懈、相互推諉的現(xiàn)象，管理體制自然流于形式。同時，由于不同學(xué)院、專業(yè)情況差異較大，學(xué)校檢查部門人員基本是外行，檢查很難點中要害，往往關(guān)注衛(wèi)生的表面，忽視安全的內(nèi)在，檢查結(jié)果造成使用師生的反感，整改不夠及時有效，形成“重檢查、輕整改”的現(xiàn)狀。

2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在高?；瘜W(xué)實驗室管理中的應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of Things）[2]，其基本定義為：通過射頻識別（RFID）、全球定位系統(tǒng)（GPRS）紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，根據(jù)約定的協(xié)議，通過互聯(lián)網(wǎng)與任何現(xiàn)實中的物體進行連接，實現(xiàn)信息的交換和通信，進而達到對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控與管理的一種網(wǎng)絡(luò)。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也陸續(xù)與高校實驗室管理相結(jié)合，如徐州地區(qū)中國礦業(yè)大學(xué)的物聯(lián)網(wǎng)（感知礦山）研究中心等相關(guān)基于物聯(lián)網(wǎng)實驗室/中心的成立，推進物聯(lián)網(wǎng)在實驗室的廣泛應(yīng)用。其具體應(yīng)用主要包括。

2.1 門禁系統(tǒng)

門禁系統(tǒng)是最早物聯(lián)網(wǎng)在實驗室的應(yīng)用之一，通過專門的門禁卡（這個門禁卡本質(zhì)為RFID射頻識別技術(shù)的標(biāo)簽）使用，不同的管理人員培養(yǎng)不同的門禁權(quán)限，通過設(shè)定門禁控制實驗室門的開啟，同時可以監(jiān)控使用人情況，進出人員情況，使用時間等信息。通過門禁系統(tǒng)的使用，可以方便的通過遠程電腦，控制實驗室的使用，提高管理效率。

2.2 大型儀器智能管理

大型精密儀器價格較高，維修困難，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以提高管理效果。Zigbee是一種局域網(wǎng)協(xié)議，其基于國際規(guī)定，通過短距離、低功耗的無線傳輸，實現(xiàn)對大型儀器的管理[3]。通過紅外檢測器，實現(xiàn)對非法闖入人員、非法移動檢測設(shè)備、門窗非法入內(nèi)、火災(zāi)煙霧、濕度溫度等情況的監(jiān)控和報警，并及時反饋到管理人員手機等移動設(shè)備上，提高反饋和應(yīng)對的時間和效率。

2.3 普通設(shè)備智能管理

普通小型設(shè)備的管理也陸續(xù)與物聯(lián)網(wǎng)對接，通過與門禁系統(tǒng)結(jié)合，只有有權(quán)限的人員可以進入實驗，每臺設(shè)備配備刷卡端，只有使用RFID標(biāo)簽，才能啟用和啟動本設(shè)備，對于設(shè)備的移動設(shè)定更高權(quán)限，一旦觸動系統(tǒng)，將通過和監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合，實時反饋給管理人員，達到遠程管理和控制的目的。

2.4 特種壓力容器智能管理

特種壓力容器本身內(nèi)部壓力高、使用條件苛刻，操作及管理不當(dāng)，極易發(fā)生爆炸、泄漏、火災(zāi)、中毒等安全事故，造成嚴(yán)重的人身傷亡和財產(chǎn)損失。本校與相關(guān)企業(yè)合作，采用簡單的DTU模塊，通過氣體探頭及控制器，完成基于 GPRS 的 Internet 接入功能，不但能收發(fā)短信息，還能撥打預(yù)存在監(jiān)控中心中的指定電話號碼，實現(xiàn)氣體泄露情況下，第一時間反饋直接管理人員并及時處理，以避免安全事故的產(chǎn)生。

2.5 試劑分類智能管理

化學(xué)試劑的分類管理和廢液廢渣的處理一直是化學(xué)類實驗室管理的難點，通過設(shè)立物聯(lián)網(wǎng)試劑柜，不同試劑分類存放，刷卡入庫出庫，不同權(quán)限的人員可以取得不同危險登記的藥品，同時記錄入庫出庫人信息，庫存實時狀態(tài)等信息，配合門禁和視頻系統(tǒng)，實現(xiàn)對試劑的分類管理與監(jiān)控，同時結(jié)合廢液處理站，對廢液廢棄物進行管理和處理。

3 結(jié)語

基于目前我國高校實驗室特別是化學(xué)實驗室陸續(xù)增多的現(xiàn)狀和管理的困難，該文分析了目前高校化學(xué)實驗室管理面臨的主要問題，在此基礎(chǔ)上，介紹了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用于高?；瘜W(xué)實驗室的基本情況，包括門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、大型儀器智能管理、普通設(shè)備智能管理、特種壓力容器智能管理、試劑分類智能管理等，為未來物聯(lián)網(wǎng)在實驗室的具體應(yīng)用和高?；瘜W(xué)類實驗室的管理提供了思路。

參考文獻

[1] 王剛，王強.實驗室管理現(xiàn)狀與存在問題的探討[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2013（17）：57-59.

[2] 鐘建國.基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理模式的研究[J].教育教學(xué)論壇，2017，3（10）：14-15.

[3] 陳仁安，鄭新旺，莊鳳彬.基于物聯(lián)網(wǎng)的高校大型儀器設(shè)備智能管理系統(tǒng)研究[J].實驗技術(shù)與管理，2017，34（4）：268-271.