基于數(shù)字孿生的高校實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備智能化監(jiān)管體系的探究

張惠芹，章小衛(wèi)，杜 坤，李 江

（揚(yáng)州大學(xué)a.實(shí)驗(yàn)室與設(shè)備管理處；b.科技處，江蘇揚(yáng)州 225009）

0 引言

實(shí)驗(yàn)室是高校開展教學(xué)和科研的重要場(chǎng)所，也是高校綜合實(shí)力的重要體現(xiàn)。近年來(lái)，高校實(shí)驗(yàn)室安全事故時(shí)有發(fā)生，給學(xué)校及社會(huì)造成不良影響，實(shí)驗(yàn)室安全問(wèn)題已成為社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。教育部《高等學(xué)校實(shí)驗(yàn)室安全檢查項(xiàng)目表（2022 年）》明確指出：危險(xiǎn)性實(shí)驗(yàn)（如高溫、高壓、高速運(yùn)轉(zhuǎn)等）時(shí)必須有兩人在場(chǎng)；烘箱、電阻爐等高溫設(shè)備須制定安全操作規(guī)程，溫度較高的實(shí)驗(yàn)需有人值守或有實(shí)時(shí)監(jiān)控措施等。但在實(shí)際工作中，由于部分師生安全意識(shí)淡薄、違規(guī)操作、實(shí)驗(yàn)室線路老化等因素，常會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)室發(fā)生火災(zāi)類安全事故。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，高校實(shí)驗(yàn)室燃燒爆炸類安全事故占68%，其中80%來(lái)自科研實(shí)驗(yàn)室。同時(shí)，高校的事業(yè)發(fā)展以及疫情常態(tài)化管理等因素，給實(shí)驗(yàn)室安全管理工作帶來(lái)新挑戰(zhàn)。得益于新一代信息技術(shù)的發(fā)展和工業(yè)信息系統(tǒng)的推動(dòng)，數(shù)字孿生技術(shù)正逐漸向各個(gè)行業(yè)拓展應(yīng)用。目前，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者從多角度對(duì)基于數(shù)字孿生技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行了研究，但涉及高校實(shí)驗(yàn)室安全管理的研究還很少。本文基于數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備安全管理的動(dòng)態(tài)模型，探討實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)源智能化監(jiān)管的新途徑。

1 數(shù)字孿生與高校實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備智能化監(jiān)管體系耦合度分析

數(shù)字孿生也稱為數(shù)字鏡像、映射，也可以理解為現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體的數(shù)字“克隆體”或“影子”，是以物理模型和數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過(guò)多學(xué)科、多尺度、多物理量等耦合仿真方法，完成現(xiàn)實(shí)世界的物理實(shí)體精準(zhǔn)映射到虛擬世界中的鏡像數(shù)字體（孿生體，數(shù)字化模型），形成物理維度的實(shí)體世界與信息維度的數(shù)字世界協(xié)同共存、虛實(shí)交融的場(chǎng)景，簡(jiǎn)稱“會(huì)思考的影子”。數(shù)字孿生技術(shù)從早期用于構(gòu)建未來(lái)飛行器，在虛擬空間建立飛行器模型，并利用傳感器與真實(shí)飛行器實(shí)時(shí)同步來(lái)計(jì)算飛行器的載荷和飛行能力，到城市管理、智慧醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等行業(yè)，通過(guò)可視化技術(shù)便捷地認(rèn)知和管理現(xiàn)實(shí)世界物理實(shí)體以及關(guān)聯(lián)。數(shù)字孿生系統(tǒng)主要由實(shí)體、數(shù)據(jù)、服務(wù)和連接組成，其數(shù)字孿生結(jié)構(gòu)模型如圖1 所示，其中服務(wù)系統(tǒng)主要包含數(shù)字孿生技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中所涉及各類模型、算法、數(shù)據(jù)等封裝，以工具組件、模塊、微服務(wù)等呈現(xiàn)，支撐數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)功能性服務(wù)［1-3］。

圖1 數(shù)字孿生系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型

如果想對(duì)整幢實(shí)驗(yàn)樓宇建立數(shù)字孿生系統(tǒng)，需要對(duì)樓宇、走廊、實(shí)驗(yàn)室、實(shí)驗(yàn)臺(tái)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、人物等所有要素進(jìn)行數(shù)字化建模。高校實(shí)驗(yàn)室常用的高溫設(shè)備主要包括烘箱、馬弗爐、高溫管式爐、培養(yǎng)箱等。需要重點(diǎn)監(jiān)管的主要內(nèi)容包括電源負(fù)荷、設(shè)備主體、測(cè)溫單元、設(shè)備周邊環(huán)境以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生的實(shí)驗(yàn)行為。這些都需要在對(duì)設(shè)備及人物進(jìn)行充分了解后，搭建一套基于真實(shí)場(chǎng)景實(shí)驗(yàn)室的虛擬場(chǎng)景，對(duì)實(shí)驗(yàn)室、設(shè)備及人物等進(jìn)行3D建模，將3D模型放置到線上虛擬場(chǎng)景內(nèi)，實(shí)現(xiàn)真實(shí)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景和虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景一一對(duì)應(yīng)，也就是設(shè)備需要同步。

實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)設(shè)備通過(guò)智能空開、傳感器和PLC等使設(shè)備實(shí)現(xiàn)既定的動(dòng)作。通過(guò)采集各類數(shù)據(jù)，驅(qū)動(dòng)虛擬系統(tǒng)里的設(shè)備，進(jìn)行同樣的既定動(dòng)作，就能夠?qū)崿F(xiàn)真實(shí)設(shè)備與虛擬設(shè)備的實(shí)時(shí)聯(lián)動(dòng)，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備特別是高溫設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。除設(shè)備數(shù)據(jù)外，還需要安裝攝像頭、傳感器等其他數(shù)據(jù)采集設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室更多數(shù)據(jù)的采集，如設(shè)備溫度、電流、電壓和視頻、音頻等運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、設(shè)備位置數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)、人員位置數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)等數(shù)據(jù)也需要同步到系統(tǒng)中，也就是數(shù)據(jù)同步。

經(jīng)過(guò)充分調(diào)研及實(shí)地考察，將高校實(shí)驗(yàn)室及其具有安全隱患的高溫設(shè)備進(jìn)行數(shù)字孿生，其耦合度與投入成正比，是可以實(shí)現(xiàn)的，也是實(shí)驗(yàn)室智能化管理的趨勢(shì)。

2 基于數(shù)字孿生的高校實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備智能化監(jiān)管體系的功能需求

有了對(duì)實(shí)驗(yàn)室和高溫設(shè)備高度仿真的三維建模，將三維建模接入實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)后，教師或安全督導(dǎo)等人員在監(jiān)控室、電腦或移動(dòng)端，就可以看到虛擬的實(shí)驗(yàn)室，并能實(shí)時(shí)了解真實(shí)實(shí)驗(yàn)室的工作狀態(tài)。通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的數(shù)字空間信息，能夠達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)控的效果，要求主要功能包括：

（1）設(shè)備管理。整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行狀況可一目了然，哪幾臺(tái)設(shè)備處于疲勞運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)、即將達(dá)到閾值或經(jīng)常處于閑置狀態(tài)，哪個(gè)烘箱的加熱管溫度超標(biāo)，哪個(gè)高溫設(shè)備的高溫油泵負(fù)載超標(biāo)、溫度感應(yīng)器失靈，高溫設(shè)備周邊是否有易燃物、警示標(biāo)識(shí)、安全操作規(guī)程、消防設(shè)施等；這些數(shù)據(jù)應(yīng)能進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，準(zhǔn)確預(yù)判設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，系統(tǒng)將有問(wèn)題的部位通過(guò)3D 可視化手段直觀呈現(xiàn)，方便管理人員排查隱患。

（2）運(yùn)維管理。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師或?qū)嶒?yàn)室管理人員可以直觀看到實(shí)驗(yàn)室各種設(shè)備的工作狀態(tài)報(bào)告，數(shù)字孿生后的實(shí)驗(yàn)室，可以清晰地列出每臺(tái)設(shè)備使用情況、共享率、折舊情況以及實(shí)驗(yàn)課程安排情況等，可大大提高實(shí)驗(yàn)室管理效能，實(shí)現(xiàn)高效的運(yùn)維管理。

（3）能源管理。系統(tǒng)可整合出整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的實(shí)驗(yàn)消耗，如試劑瓶、化學(xué)試劑等耗材消耗，水電氣等能源消耗，污水廢氣粉塵等污染物排放，形成損耗和排放的綜合數(shù)據(jù)分析報(bào)告，使實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師和管理人員對(duì)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)驗(yàn)耗材及能源等成本一目了然。

（4）人員管理。孿生的實(shí)驗(yàn)室可以直觀定位并看到實(shí)驗(yàn)室內(nèi)師生是否在實(shí)驗(yàn)室按照既定的實(shí)驗(yàn)流程開展實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)效率如何、設(shè)備工作時(shí)間、實(shí)驗(yàn)步驟是否合規(guī)、實(shí)驗(yàn)行為是否合規(guī)、是否有未經(jīng)準(zhǔn)入培訓(xùn)的人員非法闖入未被授權(quán)的區(qū)域等，可通過(guò)可視化監(jiān)控對(duì)講進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。

（5）實(shí)驗(yàn)室資源的統(tǒng)籌安排。根據(jù)輸入到系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)字孿生系統(tǒng)能提前預(yù)判實(shí)驗(yàn)室后階段實(shí)驗(yàn)設(shè)備預(yù)約和使用情況，并能隨著系統(tǒng)的自我學(xué)習(xí)，可以預(yù)判實(shí)驗(yàn)室一天產(chǎn)能所需的耗材清單，預(yù)判出一周、半個(gè)月或一個(gè)月的實(shí)驗(yàn)量，幫助實(shí)驗(yàn)室管理人員和指導(dǎo)老師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室資源的統(tǒng)籌安排。

3 基于數(shù)字孿生的高校實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備智能化監(jiān)管體系設(shè)計(jì)

鑒于以上耦合度分析和功能需求，為實(shí)現(xiàn)與實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備同步和數(shù)據(jù)同步的要求，設(shè)計(jì)基于數(shù)字孿生的高校實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備智能化監(jiān)管系統(tǒng)由感知層、傳輸層、服務(wù)層、應(yīng)用層架構(gòu)組成（見圖2），實(shí)現(xiàn)高溫設(shè)備數(shù)字孿生體系的數(shù)據(jù)采集／融合、傳輸與建模仿真、功能交互等過(guò)程。

圖2 基于數(shù)字孿生的高校實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備智能化監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu)

其中，①感知層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)的來(lái)源，主要通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)源部署異構(gòu)傳感器以獲取多源實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并加以預(yù)處理，包括設(shè)備信息采集、人體行為感知、設(shè)備信息感知、設(shè)備狀態(tài)感知和環(huán)境感知等，感知層硬件結(jié)構(gòu)主要由各類傳感器、儀器儀表、現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)、移動(dòng)終端、設(shè)備標(biāo)簽、上位機(jī)和各類執(zhí)行單元組成。實(shí)驗(yàn)室開放過(guò)程中，通過(guò)高溫設(shè)備附近的各類數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，將信號(hào)發(fā)送到上位機(jī)，上位機(jī)接受參數(shù)和指令，按照既定的要求完成分析、存儲(chǔ)、決策等功能，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控高溫設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和人員操作情況的監(jiān)管，通過(guò)人機(jī)交互，實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)管數(shù)據(jù)的可視化和實(shí)時(shí)交互功能。②傳輸層通過(guò)各種通信協(xié)議，如：Zigbee、Wifi、4／5G、485、232 等，將多品牌、多接口及多協(xié)議的設(shè)備狀態(tài)等數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器。③服務(wù)層負(fù)責(zé)對(duì)感知層數(shù)據(jù)進(jìn)行虛擬映射，構(gòu)建面向真實(shí)物理實(shí)體高仿真映射的虛擬仿真環(huán)境，實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備與虛擬設(shè)備同步映射，并封裝各類算法、模型等［4-5］。④應(yīng)用層基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的虛擬設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫設(shè)備資源的三維可視化導(dǎo)航以及物理動(dòng)作的仿真和實(shí)時(shí)監(jiān)控，在三維模型上顯示、分析和管理實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備狀態(tài)信息、參數(shù)、故障的管理診斷信息等，形成面向高校實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備的虛擬監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)透明化運(yùn)行、故障問(wèn)題重現(xiàn)與仿真，滿足實(shí)驗(yàn)室管理者對(duì)高溫設(shè)備的追溯分析、實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障診斷等需求。［6-7］

4 基于數(shù)字孿生的實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備智能化監(jiān)管的探索與實(shí)現(xiàn)

通過(guò)數(shù)字孿生建立的監(jiān)控體系，實(shí)現(xiàn)其可視化仿真模型，分析設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和人員操作行為的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)監(jiān)控、自我運(yùn)算及預(yù)判提醒和對(duì)人員進(jìn)出及實(shí)驗(yàn)行為的監(jiān)管等功能。也可實(shí)現(xiàn)高溫設(shè)備報(bào)廢提醒及年檢提醒功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)高溫設(shè)備定位監(jiān)管、設(shè)備周邊安全警示及防護(hù)設(shè)備巡檢，達(dá)到實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)可視、實(shí)驗(yàn)室安全可控、師生安全行為可管的目標(biāo)。

4.1 實(shí)驗(yàn)室狀態(tài)可視

在實(shí)驗(yàn)室及重點(diǎn)監(jiān)管的高溫設(shè)備安裝視頻監(jiān)控、環(huán)境監(jiān)測(cè)等硬件設(shè)備，以便實(shí)時(shí)采集與傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)，完成涵蓋實(shí)驗(yàn)室概況、線路引導(dǎo)、當(dāng)前位置、資訊發(fā)布、呼叫中心等功能的監(jiān)控可見、資產(chǎn)可視的基于GIS 的實(shí)驗(yàn)室三維實(shí)體模型（見圖3～5）；對(duì)設(shè)備加裝溫度、電力、環(huán)境監(jiān)測(cè)等傳感器、呼叫器等硬件設(shè)備，完成設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)可見、安全態(tài)勢(shì)可見、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境狀態(tài)可見、能效狀況可見的智能化數(shù)據(jù)圖譜（見圖6）；在實(shí)驗(yàn)室加裝紅外感應(yīng)裝置，實(shí)現(xiàn)人員熱力可見的智能化監(jiān)管方式。通過(guò)虛擬仿真與實(shí)時(shí)的交互，實(shí)現(xiàn)“數(shù)字化”實(shí)驗(yàn)室管理的目標(biāo)。

圖3 校區(qū)三維模型圖

圖4 樓宇三維模型

圖5 烘箱數(shù)字孿生場(chǎng)景

圖6 烘箱運(yùn)行數(shù)據(jù)

4.2 實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)源可控

（1）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)。設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)前提是做好動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的孿生，這是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)映射的關(guān)鍵部分。在高溫設(shè)備使用環(huán)節(jié)中，通過(guò)安裝不同的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)相關(guān)的溫度、壓力、氣體濃度等參數(shù)。①設(shè)備運(yùn)行故障排除。當(dāng)因人、機(jī)誤操作或設(shè)備故障引起某項(xiàng)指標(biāo)出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)啟動(dòng)相應(yīng)的裝置工作，并自動(dòng)向平臺(tái)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)管數(shù)據(jù)的可視化。第1 關(guān)：預(yù)警，暴露可能出現(xiàn)的事故隱患，防患于未然，如與智能空開的日常數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)異常即預(yù)警。第2 關(guān)：達(dá)到閾值，自動(dòng)斷路（智能空開的應(yīng)急響應(yīng)，可能在事故苗頭的前后時(shí)期）。第3 關(guān)：紅外檢測(cè)，事故發(fā)生初期的應(yīng)急響應(yīng)，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大（對(duì)實(shí)驗(yàn)室空間進(jìn)行紅外特征掃描，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部溫度超過(guò)設(shè)定閾值即報(bào)警）［8-10］。②設(shè)備運(yùn)行情況預(yù)判。對(duì)實(shí)驗(yàn)室及高溫設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行可視化實(shí)時(shí)監(jiān)管不只是對(duì)高溫設(shè)備的單項(xiàng)映射，也可在不斷積累實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，推理設(shè)備運(yùn)行規(guī)律并演化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)耗能預(yù)測(cè)、智能分析、智能診斷、安全預(yù)警和設(shè)備管理等功能。③設(shè)備日常維護(hù)提醒。系統(tǒng)建立時(shí)將孿生的監(jiān)管系統(tǒng)與現(xiàn)有的“國(guó)有資產(chǎn)管理系統(tǒng)”對(duì)接，從中抓取高溫設(shè)備的名稱、設(shè)備編號(hào)、投用時(shí)間、生產(chǎn)廠家、規(guī)格型號(hào)、功率、服役年限、檢驗(yàn)周期等信息，程序設(shè)計(jì)思路：當(dāng)高溫設(shè)備的報(bào)廢年限或年檢時(shí)間等其中某項(xiàng)指標(biāo)到達(dá)預(yù)設(shè)閾值或出現(xiàn)異常時(shí)，通過(guò)平臺(tái)直接向設(shè)備安全負(fù)責(zé)人、學(xué)院分管領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)校職能部門發(fā)送提醒信息。超期服役、逾期不檢驗(yàn)或檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題整改不到位的設(shè)備，可直接通過(guò)平臺(tái)控制高溫設(shè)備的電源智能開關(guān)，遠(yuǎn)程關(guān)閉高溫設(shè)備電源供應(yīng)按鈕［11-12］。同時(shí)在可視化平臺(tái)上用異色標(biāo)注正常使用、預(yù)警和關(guān)停設(shè)備的不同狀態(tài)。④設(shè)備自我維護(hù)。將設(shè)備維護(hù)或體檢的數(shù)據(jù)錄入系統(tǒng)，還可以根據(jù)數(shù)字孿生的計(jì)算，提出相應(yīng)的使用建議，延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提升使用效能［13-15］。

（2）運(yùn)行區(qū)域監(jiān)管。將高溫設(shè)備貼上射頻（RFID）標(biāo)簽以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別和規(guī)范化管理。同時(shí)通過(guò)加裝傳感器等方式給高溫設(shè)備在實(shí)驗(yàn)室劃定使用區(qū)域，方便孿生出高溫設(shè)備所在樓宇實(shí)驗(yàn)具體位置。當(dāng)有師生未經(jīng)審批隨意將高溫設(shè)備移出指定區(qū)域時(shí)，傳感器感應(yīng)到信號(hào)傳輸給系統(tǒng)，系統(tǒng)將會(huì)發(fā)出預(yù)警信號(hào)［16］。

（3）實(shí)驗(yàn)室安全視頻識(shí)別。通過(guò)加裝多個(gè)視頻監(jiān)控，全方位記錄高溫設(shè)備。主要利用視頻監(jiān)控設(shè)備智能識(shí)別高溫設(shè)備附近是否按要求配備相應(yīng)的防護(hù)設(shè)施，配置現(xiàn)場(chǎng)急救用品和消防設(shè)施以及操作規(guī)程等。

（4）實(shí)驗(yàn)事件上報(bào)、處置和回溯及應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急指揮。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)產(chǎn)生的人員進(jìn)出、設(shè)備操作、設(shè)備報(bào)錯(cuò)、設(shè)備運(yùn)行狀況等數(shù)據(jù)在孿生狀態(tài)中全部留痕，并主動(dòng)上報(bào)和及時(shí)自主處置，均能實(shí)現(xiàn)事件回溯。在實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)緊急情況時(shí)，孿生實(shí)驗(yàn)室可根據(jù)設(shè)備運(yùn)行和人員熱力情況出具科學(xué)有效的應(yīng)急方案并能進(jìn)行科學(xué)有效的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急指揮。

4.3 師生安全行為可管

（1）人員進(jìn)出的智能管控。將實(shí)驗(yàn)室安全考試系統(tǒng)與監(jiān)管平臺(tái)連接，實(shí)時(shí)比對(duì)操作人員的安全基本知識(shí)的培訓(xùn)及考試結(jié)果，考核通過(guò)者可獲取操作授權(quán)和啟用設(shè)備。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室資源情況和實(shí)驗(yàn)人數(shù)智能診斷人員進(jìn)入量，決策通行權(quán)限。

（2）實(shí)驗(yàn)行為的智能管理。利用智能化監(jiān)控系統(tǒng)收集學(xué)生實(shí)驗(yàn)行為和設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)并做好分析、研判、提醒和上報(bào)。當(dāng)學(xué)生不按照操作規(guī)程，如高溫設(shè)備運(yùn)行時(shí)無(wú)人值守、開展危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)時(shí)在場(chǎng)人員不足2 人、設(shè)備運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作不規(guī)范等違規(guī)行為時(shí)進(jìn)行智能診斷并提供語(yǔ)音提示、啟動(dòng)報(bào)警裝置和暫停實(shí)驗(yàn)裝置等決策支撐，同時(shí)做好事件上報(bào)和處置工作。

5 結(jié)語(yǔ)和展望

實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的烘箱、電阻爐等高溫設(shè)備可看成一個(gè)個(gè)“純生命體”，他們往往因操作人員、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、使用年限等差異導(dǎo)致其在每時(shí)每刻的性能參數(shù)都在變化，因此數(shù)字孿生的實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備需要龐大的數(shù)據(jù)支撐方可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)、研判和智能化管控。本文基于數(shù)字孿生在實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備的智能管理開展初步研究，目前已在學(xué)校部分樓宇的一級(jí)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)數(shù)字孿生監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室內(nèi)高溫設(shè)備的溫度、電流、功率，以及通過(guò)捕捉與分析實(shí)驗(yàn)人員、實(shí)驗(yàn)行為和監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室高溫設(shè)備周邊環(huán)境等數(shù)據(jù)的方式探索出智能化監(jiān)控實(shí)驗(yàn)室安全的新途徑。未來(lái)，隨著數(shù)字技術(shù)迭代發(fā)展，將對(duì)師生實(shí)驗(yàn)過(guò)程中“人、機(jī)、料、法、環(huán)”等多要素進(jìn)行感知分析，全面實(shí)現(xiàn)物理世界的真實(shí)映射，從而將實(shí)驗(yàn)室安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低?！皵?shù)字孿生”在實(shí)驗(yàn)室安全領(lǐng)域不再僅僅局限于一個(gè)縹緲的概念，隨著數(shù)字孿生技術(shù)的應(yīng)用和推廣，將逐步打開實(shí)驗(yàn)室安全管理的新局面，并將傳統(tǒng)的管理模式逐步向高效、柔性、智能化推進(jìn)。