中外高校力學(xué)實驗室管理體系分析與探討

黃 凱， 尹 顥， 何 勇

（武漢大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，武漢430072）

0 引 言

力學(xué)學(xué)科實驗正在經(jīng)歷由基礎(chǔ)性到多樣性、交叉性和前沿性的轉(zhuǎn)型［1］。實驗對象涉及更多新型材料，如仿生、智能材料等；實驗方法呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展，如電測、光測、智能識別等方法；技術(shù)手段不斷革新，如虛擬仿真和5G 技術(shù)等；實驗設(shè)備更加智能和專業(yè)［2-3］。這些轉(zhuǎn)變給力學(xué)實驗室的管理工作帶來了新的挑戰(zhàn)。①力學(xué)實驗室的科教活動類型在增加，管理內(nèi)容需要及時有效地處理，運行效率亟待提高［4-5］。②更多不同層次的相關(guān)學(xué)科人員參與進來，他們對力學(xué)實驗了解程度不同，這對于精細化的管理造成了難度。③儀器設(shè)備種類和使用量的增加也帶來了潛在的安全隱患［6］，實驗室管理標(biāo)準需要進一步提高。為了應(yīng)對這些轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)高效、精細和安全的管理，探訪了法國、香港等地知名高校，總結(jié)其實驗室管理體系特點，并針對目前國內(nèi)力學(xué)實驗室管理普遍存在的問題，結(jié)合力學(xué)學(xué)科發(fā)展目標(biāo)，對力學(xué)實驗中心的管理進行了實踐探索。

1 國內(nèi)外力學(xué)相關(guān)實驗室管理體系特點

1.1 香港地區(qū)部分院校實驗室的管理特點

香港高校力學(xué)相關(guān)的實驗室，如香港科技大學(xué)機械與航天工程系（MAE）和先進制造研究所（AEMF）以及香港理工大學(xué)機械工程系（ME）等，建立了獨具特色的管理體系［7-8］，在宏觀上自由開放，微觀上精細多元，為學(xué)科發(fā)展起到了良好的服務(wù)作用，其主要特點有：

（1）管理體系分級模塊化嵌入校級體系，相對獨立靈活，時效性強。“子模塊”中的具體細項，如科室管理方案、設(shè)備管理制度等可自主定制，以發(fā)揮學(xué)科優(yōu)勢培養(yǎng)高素質(zhì)人才。管理工作“由繁入簡”，包括實驗教學(xué)安排、設(shè)備采購、配件更新可以直接由學(xué)科團隊論證，之后提交備案即可，提升了實驗室的運行效率。

（2）室內(nèi)活動規(guī)范化，學(xué)生和實驗員猶如在不同軌道的高速列車，按既定路線有條不紊地行駛。實驗室利用OA-STU管理信息系統(tǒng)，對相關(guān)學(xué)科的學(xué)生開放，激活學(xué)生卡實驗權(quán)限（門禁和設(shè)備使用等），預(yù)約和使用設(shè)備都必須登記授權(quán)，使用情況記錄在案，做到了“規(guī)范操作，有問必查，查必有方”。

（3）實驗室設(shè)計專業(yè)化。通風(fēng)管道、照明和消防噴頭等集成吊頂，并分區(qū)塊布置；提示標(biāo)牌分類上墻；功能區(qū)合理分布，輔助配件和物品等緊湊地排列在四周，儀器設(shè)備放置在室中并預(yù)留操作空間；實驗員工作區(qū)通過玻璃隔斷與試驗區(qū)緊密連接，方便工作與監(jiān)管，具體細節(jié)可見圖1。

（4）監(jiān)管制度嚴密高效。儀器設(shè)備預(yù)約及使用、各類人員職責(zé)等條例被導(dǎo)入系統(tǒng)。學(xué)生在從事室內(nèi)活動時若出現(xiàn)違反條例的情況，實驗員立即發(fā)送處理郵件并暫停其使用權(quán)限，相關(guān)人員按時執(zhí)行并反饋后，才可繼續(xù)使用設(shè)備。

圖1 香港高校部分實驗室環(huán)境

1.2 法國部分實驗室安全管理特色

法國高等科技學(xué)院（ENSTA ParisTec h）的管理體系秉持“保障供給、聯(lián)動輸出”的理念，減少重復(fù)性行政事務(wù)，重視科研產(chǎn)出，持續(xù)強化實驗室安全管理，擁有適度優(yōu)化的硬件系統(tǒng)，其特色有：

（1）不同類型科室將危險源分類，并設(shè)置處理辦法。如固體力學(xué)實驗室（Laboratoire de Mécanique des Solides，LMS）入室通道有防盜感應(yīng)區(qū)和潔凈區(qū)，大門兩側(cè)都有很明顯的標(biāo)牌，一側(cè)介紹室內(nèi)的科研成果、大型儀器和入室規(guī)則，另一側(cè)公開室內(nèi)危險源和安全事項，并附有緊急處理辦法和聯(lián)系方式。

（2）室內(nèi)劃分實驗區(qū)和輔助功能區(qū)，合理利用空間，例如定制插座立樁和沿墻插座，布置于大型儀器周圍，避免了使用時電線分布雜亂而產(chǎn)生的用電安全問題，使用后將所有接線放置于靠墻收線板；大型儀器配備專業(yè)可移動輔助臺，使用時移動到指定地點，使用后可規(guī)范收納，具體環(huán)境見圖2。

（3）儀器設(shè)備在使用前，必須經(jīng)過實驗員考核，從而防止了人為干擾。儀器設(shè)備配備有提醒裝置，學(xué)生使用完后若在一定時間內(nèi)沒有按規(guī)范關(guān)閉設(shè)備或者完成記錄，該裝置將響起提示音，輔助約束學(xué)生遵循室內(nèi)規(guī)范，讓實驗室的安全系數(shù)得到提高。

2 力學(xué)實驗室管理的普遍問題與思考

隨著高?？蒲许椖康脑龆?，實驗室的開放程度加大，入室開展課題的人員日益增多［9］。與此同時，實驗室的管理出現(xiàn)了一些普遍的問題，主要表現(xiàn)為管理體系缺乏合理規(guī)劃，組織機構(gòu)松散，導(dǎo)致管理分工和責(zé)任不明確，具體表現(xiàn)在：

圖2 法國高等科技學(xué)院部分實驗室內(nèi)細節(jié)

（1）管理體系不嚴密，制度執(zhí)行程度不夠，缺乏有效監(jiān)管，在后期運營時，出現(xiàn)人浮于事的現(xiàn)象，造成管理上的松懈和資源的浪費；

（2）由于力學(xué)學(xué)科實驗涉及的領(lǐng)域的擴大，特別是基礎(chǔ)力學(xué)實驗課程，包含機械、土木、電氣、水利水電等多個學(xué)科［10-11］，還有特色培養(yǎng)計劃的實行，如卓越計劃中的實驗教學(xué)改革［12］，傳統(tǒng)管理制度在合理性、針對性和有效性上無法滿足實驗的客觀要求，影響了課堂教學(xué)的效果［13］；

（3）缺乏專業(yè)的管理團隊和專職實驗管理員，學(xué)校投入資源不足，導(dǎo)致實驗室日常管理、實驗培訓(xùn)、儀器維護等難以滿足日益增長的實驗管理需求［14-15］；

（4）管理細節(jié)監(jiān)控不到位，存在實驗室安全、人員安全和儀器設(shè)備安全等安全隱患［16］。

針對這些問題，實驗室在規(guī)劃階段應(yīng)有前瞻性，考慮學(xué)科發(fā)展方向，搭建好管理體系構(gòu)架，采用切實有效的方案嚴格執(zhí)行。管理體系需要充分適應(yīng)本地“水土”，即融入國內(nèi)高校體制下的運作條件和各方面環(huán)境。生搬硬套雖然在短期內(nèi)會有一定的效果，但也會造成一些矛盾和負擔(dān)，長遠上不利于學(xué)科發(fā)展。根據(jù)現(xiàn)有資源和學(xué)科發(fā)展的需要“量體裁衣”，不能為了節(jié)省開支而忽略細節(jié)，也不可急于求成。因此可以從管理要素入手，搭建即時有效的管理框架，分清各類人員職責(zé)，完善管理制度和監(jiān)督手段，建設(shè)專業(yè)的實驗室管理隊伍和科學(xué)化的場地，在管理細節(jié)上形成“主動防護、輔助監(jiān)管”的機制。

3 力學(xué)實驗室管理的實踐舉措

基于以上考察分析，力學(xué)實驗中心以力學(xué)學(xué)科前沿的發(fā)展與突破為目標(biāo)，充分吸取先進實驗室的管理經(jīng)驗，強調(diào)科教結(jié)合和高端科研人才的培養(yǎng)，對實驗室管理體系進行了以下初步的探索。

3.1 管理框架的搭建——實現(xiàn)實驗過程監(jiān)管

實驗中心設(shè)有專門組織機構(gòu)包括管理團隊和學(xué)術(shù)團隊，設(shè)置實驗員和安全負責(zé)人，體系清晰，各級責(zé)任明確，形成“信息系統(tǒng)－人員職責(zé)－程序處理”的管理框架，建立了信息化閉環(huán)OA管理模式，實驗員可通過手機一鍵掌控實驗室運行狀況。以具體實驗為例，學(xué)生在手機上申請預(yù)約設(shè)備，實驗員審核試驗內(nèi)容，在系統(tǒng)上安排培訓(xùn)時間，并激活入室門禁、設(shè)備使用等權(quán)限。隨后學(xué)生在系統(tǒng)上觀看設(shè)備操作培訓(xùn)，管理員安排操作考試，通過后在預(yù)定時間內(nèi)使用設(shè)備。每臺設(shè)備的使用記錄都自動導(dǎo)入到設(shè)備管理數(shù)據(jù)庫，使用過程中遇到問題，系統(tǒng)自動檢測并通知管理員。有違反規(guī)定情況（如設(shè)備操作不當(dāng)、未歸還工具等），管理員通過郵件通知學(xué)生按規(guī)定處理，出現(xiàn)多次違反情況，則由實驗員在系統(tǒng)上備注，并限制相應(yīng)權(quán)限，具體流程和操作界面見圖3。這種體系解決了監(jiān)管不力或者有制度不執(zhí)行的情況，避免了依賴學(xué)生或?qū)嶒灩芾韱T上報、管理滯后和信息不暢等缺點，確保了監(jiān)管工作的實效性和數(shù)據(jù)收集的準確性。

圖3 實驗過程管理流程圖和手機端界面

3.2 實用性管理制度的定制和持續(xù)優(yōu)化

實驗室管理制度由中心組織機構(gòu)統(tǒng)一規(guī)劃論證，采取“規(guī)劃定制、運營自由、注重效率”的綱領(lǐng)，根據(jù)每個科室的空間設(shè)計、運行狀態(tài)和實驗功能，定制不同的具體管理條例細項。例如，多場耦合實驗室張貼《室內(nèi)活動積分管理辦法》，對室內(nèi)的科教活動進行積分化管理。學(xué)生進入室內(nèi)未穿鞋套扣5 分，工具隨意擺放扣5 分，試驗完成后做好衛(wèi)生并檢查室內(nèi)安全加5分等，期間積分不達到要求者，被限制部分權(quán)限。設(shè)置獎勵機制，鼓勵教師和學(xué)生提出管理上的意見和建議，由實驗員匯總。團隊負責(zé)人定期召開討論會議，將這些提議改進和優(yōu)化，并在系統(tǒng)上更新。這樣不僅發(fā)揮了組織機構(gòu)的作用，優(yōu)化了實驗員的工作，而且對于學(xué)生良好習(xí)慣的培養(yǎng)起到了積極作用。

3.3 建設(shè)空間感強、導(dǎo)向式的實驗場地

實驗室室外通道和大門預(yù)留大型設(shè)備移動和安全逃生空間，將消防、安防、照明等系統(tǒng)的使用空間定位，并安裝于室內(nèi)外頂部。采用新風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，循環(huán)過濾室內(nèi)空氣，對精密儀器設(shè)備起到防塵作用。進門設(shè)置除塵地墊，用過道的空間標(biāo)識提醒入室人員需穿鞋套。室內(nèi)鋪設(shè)防火防潮絕緣PVC地板，通過不同顏色的標(biāo)記線將大型儀器設(shè)備周圍劃分區(qū)域，每個區(qū)域有功能標(biāo)示和操作指示牌，時刻提醒學(xué)生遵守相應(yīng)的規(guī)則。四周靠墻區(qū)分別擺放資料柜、樣品制備臺、數(shù)據(jù)處理區(qū)與配件工具柜，每個柜子貼有物品明細單（定期更新）。按輔助器材的使用位置，規(guī)劃弱電區(qū)，預(yù)制節(jié)省空間的環(huán)墻插座和沖水口，學(xué)生在接線或者打磨、沖洗樣品時，直接在此區(qū)域完成準備，不會對中間實驗區(qū)產(chǎn)生干擾。大型儀器設(shè)備的位置預(yù)留實驗區(qū)和監(jiān)管區(qū)，例如力學(xué)試驗機外2 m處采用可移動式的透明隔斷，實驗員在隔斷區(qū)內(nèi)實驗，區(qū)外監(jiān)測。無論是學(xué)生還是工作人員，在進入室內(nèi)以后，就能被有序地內(nèi)部空間環(huán)境所引導(dǎo)，激發(fā)強烈的秩序感，在各類標(biāo)識所指引下各司其職，自覺遵守規(guī)則?！肮び破涫?，必先利其器”，作為實驗室管理平臺，這種空間感強的場地，在規(guī)范學(xué)生行為上起到了良好的促進作用。

3.4 注重安全要素管理細節(jié)

在軟件制度方面，實驗室定期組織實驗員和學(xué)生進行安全培訓(xùn)，包括消防和安防設(shè)備的使用、用電、設(shè)備等危險源的防護等，并組織網(wǎng)上考試和線下演習(xí)，通過考試后才準予入室。每個學(xué)期都會邀請安全方面的專家，舉辦安全知識會議講座，以講解、現(xiàn)場演示實例和師生配合參與形式，普及安全知識。將這些安全培訓(xùn)和紀實內(nèi)容制作成視頻集錦，在實驗室門口外墻電視屏上輪播，強化大家的安全意識。根據(jù)每間實驗室的功能和具體內(nèi)容，確定不同的安全注意事項，以疲勞實驗室為例，室內(nèi)擁有2 臺力學(xué)測試機及2 臺同步測量儀器，涉及宏觀和偏微觀實驗，危險源主要涉及高低頻機械運作、高低溫、切削磨損等，門口展示這些危險源標(biāo)牌，室內(nèi)每臺設(shè)備貼上操作警示牌，學(xué)生可參照墻上指示標(biāo)牌分類處理。

在硬件防護方面，實驗室十分重視消防安全，采用國內(nèi)先進的聯(lián)動式系統(tǒng)，室外有警報器和自動應(yīng)急系統(tǒng)，室內(nèi)頂部配備惰性氣體噴頭。即便在室內(nèi)無人時發(fā)生特殊小概率情況，如電路故障引起的煙霧或火苗，煙感器檢測后也能自動觸發(fā)聯(lián)動系統(tǒng)，進而撲滅火源。安防系統(tǒng)擁有夜間高清視頻監(jiān)控、紅外監(jiān)控和自動報警功能，確保實驗室財產(chǎn)安全。針對每臺大型儀器設(shè)備的工作狀況和特點，實驗室設(shè)置相應(yīng)的防護裝置。例如，在25 t荷載試驗機的空間周圍，安裝可拆卸式的保護罩，防止試樣斷裂時可能造成設(shè)備損壞和人身傷害。教學(xué)拉伸壓縮試驗機兩側(cè)設(shè)有安全區(qū)域和禁止標(biāo)線，防止學(xué)生觀測實驗現(xiàn)象時出現(xiàn)安全問題，并附加壓頭限位，以免學(xué)生誤操作產(chǎn)生的安全隱患。實驗室內(nèi)發(fā)生的所有實驗活動有記錄、有監(jiān)管、可控制。

4 結(jié) 語

力學(xué)學(xué)科的特點和其正在面臨的轉(zhuǎn)型使力學(xué)實驗室需要管理更繁雜的科教活動和更多不同學(xué)科的人員。為實現(xiàn)高效、精細和安全的實驗室管理，需充分考慮學(xué)科發(fā)展和國內(nèi)高校體制下的運營環(huán)境。職責(zé)清晰的管理框架、行之有效監(jiān)管方式和一流的實驗場地。力學(xué)實驗中心在這些方面持續(xù)堅定創(chuàng)新發(fā)展，試運行以來，為科研工作人員和學(xué)生提供了良好的工作平臺，科研成果產(chǎn)出質(zhì)量逐年提升，實驗教學(xué)效果日益凸顯，成為校內(nèi)優(yōu)秀的實驗示范基地，獲得了更多與力學(xué)相關(guān)學(xué)科和行業(yè)的聚焦和合作。在此過程中，中心實驗室也逐步了解了學(xué)科前沿對實驗室管理的更多需求，并以此契機來謀求更進一步的發(fā)展。