基于云平臺的高?；?shí)驗(yàn)室安全預(yù)警系統(tǒng)研究

張 旭，張龍吉

（1.長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 湖北 荊州 434023；2.湖北金楚染料中間體產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院 湖北 荊州 434499；3.中國石油集團(tuán)渤海鉆探工程有限公司第二鉆井工程分公司 河北 廊坊 065000）

高校實(shí)驗(yàn)室既是大學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)的必要場所，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維與實(shí)踐能力的重要基地[1]。高校實(shí)驗(yàn)室內(nèi)項(xiàng)目覆蓋面廣，使用頻率高，人員密集且流動性大，存在一些安全隱患，其復(fù)雜性和危險(xiǎn)性都是難以預(yù)測的[2]。近年來，高校實(shí)驗(yàn)室安全事故頻發(fā)，一次次敲響實(shí)驗(yàn)室安全的警鐘，實(shí)驗(yàn)室安全的重要性也日益凸顯[3]。

長江大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院（以下簡稱“我院”）化工實(shí)驗(yàn)中心長期以來牢固樹立“安全第一，預(yù)防為主”的理念，始終堅(jiān)持把安全放在第一位，從制度管理、人員配備、應(yīng)急救援、安全保障等方面不斷加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室的安全管理建設(shè)，有效保障了學(xué)校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)任務(wù)和科研工作。目前，化工實(shí)驗(yàn)中心安全管理仍沿用傳統(tǒng)的以人工管理為主的安全管理模式，高科技管理技術(shù)和現(xiàn)代化管理手段還未普及，各管理系統(tǒng)間互不兼容，導(dǎo)致了化工實(shí)驗(yàn)中心的監(jiān)管盲區(qū)與漏洞，存在極大的安全隱患。針對我院化工實(shí)驗(yàn)中心目前在安全管理方面的實(shí)際狀況，課題組提出了一套基于智慧校園云平臺下的化工實(shí)驗(yàn)中心安全預(yù)警系統(tǒng)，這不僅是智慧校園信息化建設(shè)的重要組成部分，也有利于實(shí)現(xiàn)建設(shè)一流實(shí)驗(yàn)室的目標(biāo)，積極響應(yīng)了學(xué)?！半p一流”建設(shè)[4]。

1 化工實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)狀及存在的問題

通過對化工實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)收集，我院化工實(shí)驗(yàn)中心針對目前在安全管理方面的實(shí)際狀況，選擇從“人”“物”“環(huán)”“事”四個方面對目前化工實(shí)驗(yàn)中心存在的問題展開分析。

1.1 化工實(shí)驗(yàn)中心在“人”的方面存在的問題

化工實(shí)驗(yàn)中心隨著學(xué)科交叉融合的要求提高，進(jìn)一步提升實(shí)驗(yàn)室資源的開放性及儀器設(shè)備的共享性[5]，接待學(xué)生人數(shù)多、服務(wù)專業(yè)廣、開設(shè)課程種類和項(xiàng)目多，每年要為全校11 個學(xué)院27 個專業(yè)的3400 名本科生和研究生開設(shè)8 門不同層次的實(shí)驗(yàn)課程。實(shí)驗(yàn)中心坐落在長江大學(xué)東校區(qū)14 教北樓，有東西兩個出入口，每層樓還有與14 教東、西兩樓相連的通道；各學(xué)院師生和校內(nèi)外來訪人員每天進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室都沒有實(shí)名登記，學(xué)校僅在每層樓的東西兩頭安裝了一個固定位置的視頻監(jiān)控，既無法有效識別進(jìn)出人員的身份信息，也無法做好樓層內(nèi)和出入口處的360 度無死角監(jiān)控；并且實(shí)驗(yàn)室內(nèi)未安裝監(jiān)控系統(tǒng)，無法實(shí)時掌握師生在實(shí)驗(yàn)操作過程中的安全狀況。

1.2 化工實(shí)驗(yàn)中心在“物”的方面存在的問題

化工實(shí)驗(yàn)中心依托“中石油HSE重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室長江大學(xué)分室”和“石油石化污染物控制與處理國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”每年承擔(dān)了國家、省部級和企業(yè)研究項(xiàng)目20 余項(xiàng)；因此在開展科學(xué)研究、本科生和研究生實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，將經(jīng)常涉及高精密度或危險(xiǎn)性的儀器設(shè)備、危險(xiǎn)化學(xué)品和壓縮氣體等危險(xiǎn)源。實(shí)驗(yàn)中心雖在一些重要實(shí)驗(yàn)室的入口安裝了紅外線監(jiān)控器，但未建立針對重要儀器設(shè)備、重大危險(xiǎn)源的24 小時無死角監(jiān)控體系，目前的管理模式仍是以手工登記的臺賬管理和實(shí)驗(yàn)員人工管理為主，安防設(shè)備與管理系統(tǒng)之間無法兼容，缺少現(xiàn)代化應(yīng)急手段。

1.3 化工實(shí)驗(yàn)中心在“環(huán)”的方面存在的問題

化工實(shí)驗(yàn)中心的實(shí)驗(yàn)室雖安裝了通風(fēng)櫥，保證實(shí)驗(yàn)過程中的廢氣或有害氣體能及時排除，但通風(fēng)櫥的抽風(fēng)效果目前無法用定量的手段來監(jiān)測，實(shí)驗(yàn)室沒有安裝有毒有害氣體的自動監(jiān)測系統(tǒng)，也未安裝空氣中有毒有害氣體含量超標(biāo)的自動報(bào)警與自動排除的裝置。另外，實(shí)驗(yàn)中心為每個實(shí)驗(yàn)室配備了煙霧報(bào)警及噴淋裝置，但這套裝置對減輕有毒有害氣體污染環(huán)境的效果有限。實(shí)驗(yàn)中心對實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的廢水、廢渣的處理和排放也未真正做到實(shí)時監(jiān)測和集中安全處理，急需完善環(huán)境安全的監(jiān)測和應(yīng)急系統(tǒng)。

1.4 化工實(shí)驗(yàn)中心在“事”的方面存在的問題

化工實(shí)驗(yàn)中心每年承擔(dān)著繁重的教學(xué)和科研任務(wù)，經(jīng)常會用到危險(xiǎn)化學(xué)品和各種特種設(shè)備。目前，還未建立完善的危險(xiǎn)源報(bào)告和登記制度；實(shí)驗(yàn)任課教師雖然對進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的本科生和研究生都進(jìn)行了系統(tǒng)的安全教育培訓(xùn)及考核，但學(xué)生常出現(xiàn)對反應(yīng)中可能發(fā)生的副反應(yīng)和副反應(yīng)產(chǎn)物的危害認(rèn)知參差不齊的情況，這也是高校實(shí)驗(yàn)室安全事故頻發(fā)的一個重要原因，歸根結(jié)底還是缺乏針對每個危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)的個性化、分層次的安全教育體系[6]。

從整體來看，化工實(shí)驗(yàn)中心目前建有的安防監(jiān)控、?；饭芾淼认到y(tǒng)間彼此不兼容，信息分散，無法統(tǒng)一協(xié)調(diào)，管理效率低下，無法實(shí)現(xiàn)真正意義上的智慧校園。為了完善實(shí)驗(yàn)室安全管理制度，更好地保障實(shí)驗(yàn)室的安全運(yùn)轉(zhuǎn)，現(xiàn)急需對其進(jìn)行升級與改造[7]。

2 化工實(shí)驗(yàn)中心安全預(yù)警系統(tǒng)的研究

通過對化工實(shí)驗(yàn)中心實(shí)地調(diào)查和數(shù)據(jù)收集，筆者全面客觀地分析了化工實(shí)驗(yàn)中心現(xiàn)存的問題，并赴國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室安全管理先進(jìn)高校和機(jī)構(gòu)調(diào)研學(xué)習(xí)，積極與相關(guān)設(shè)備廠商、軟件公司聯(lián)系，了解最新技術(shù)和手段，并結(jié)合實(shí)際情況和現(xiàn)有條件，研究并設(shè)計(jì)了基于云平臺下的化工實(shí)驗(yàn)中心安全預(yù)警系統(tǒng)。該系統(tǒng)由六個分系統(tǒng)組成，如圖1 所示，門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、用電監(jiān)測系統(tǒng)、煙霧監(jiān)測系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)這五個系統(tǒng)通過對實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)因素按照體系標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行科學(xué)分析、分級處理[8]，對師生進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室以及在實(shí)驗(yàn)室中的各項(xiàng)操作實(shí)施全方位、全流程的監(jiān)管，對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境進(jìn)行自動化的檢測與管理，對實(shí)驗(yàn)室的不安全行為和狀態(tài)進(jìn)行智能預(yù)警。最后通過信息反饋系統(tǒng)將各個系統(tǒng)與學(xué)校的實(shí)驗(yàn)中心和現(xiàn)有智慧校園系統(tǒng)進(jìn)行對接，形成功能強(qiáng)大的化工實(shí)驗(yàn)中心安全管理網(wǎng)絡(luò)。

圖1 基于云平臺下的化工實(shí)驗(yàn)中心安全預(yù)警系統(tǒng)功能框圖

2.1 出入口建立非接觸式門禁系統(tǒng)

化工實(shí)驗(yàn)中心出入口建立人臉虹膜、指紋識別、紅外測溫的非接觸式門禁系統(tǒng)的主要功能是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中心出入口大門的自動開關(guān)，學(xué)生通過人臉識別并測量體溫后實(shí)名制進(jìn)入實(shí)驗(yàn)中心；當(dāng)有學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室時，通過智慧校園管理系統(tǒng)向?qū)嶒?yàn)室安全管理人員推送信息；同時，實(shí)驗(yàn)室安全管理人員可隨時通過手機(jī)在微校園APP 上查看實(shí)驗(yàn)室門禁的開關(guān)狀態(tài)及使用人，把好出入口的安全關(guān)。

2.2 內(nèi)部視頻監(jiān)控系統(tǒng)

此系統(tǒng)的主要作用是輔助實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時管理和增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室安全保障，該系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中心內(nèi)部有人活動時會對實(shí)驗(yàn)中心內(nèi)部走道和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部的情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控并錄像，自動分析并識別非正常情況，及時發(fā)出警報(bào)。實(shí)驗(yàn)過程中，當(dāng)管理者通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)者操作不規(guī)范或者出現(xiàn)意外狀況時，可通過語音通信系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行對話，給予指導(dǎo)或及時制止；也可通過實(shí)驗(yàn)中心平臺發(fā)出指令，控制設(shè)備供電，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程電源控制。

2.3 設(shè)備用電監(jiān)測管理系統(tǒng)

該系統(tǒng)是對實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的部分貴重儀器設(shè)備、危險(xiǎn)性儀器設(shè)備的用電進(jìn)行實(shí)時監(jiān)管。對設(shè)備的狀態(tài)自動進(jìn)行檢測，包括開機(jī)、故障預(yù)警、關(guān)機(jī)等；有學(xué)生開啟設(shè)備時，通過智慧校園管理系統(tǒng)向?qū)嶒?yàn)室安全管理人員推送信息；同時，實(shí)驗(yàn)室安全管理人員可以隨時通過手機(jī)智慧校園APP 查看設(shè)備的開關(guān)狀態(tài)以及當(dāng)前設(shè)備使用者?？捎行ПＵ蠈?shí)驗(yàn)室內(nèi)貴重儀器設(shè)備、危險(xiǎn)性儀器設(shè)備的使用安全。

2.4 有毒有害氣體與煙霧監(jiān)測系統(tǒng)

此模塊的主要功能是自動化監(jiān)測實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的煙霧濃度，如：一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、二氧化氮、氯氣等類型的有害氣體濃度，當(dāng)有害氣體濃度超標(biāo)時，可自動聯(lián)動開啟排氣扇進(jìn)行排氣，同時采用聲光報(bào)警。該系統(tǒng)不僅能及時提醒實(shí)驗(yàn)人員并保障他們的安全，同時也將通過智慧校園管理系統(tǒng)向?qū)嶒?yàn)室安全管理人員推送報(bào)警信息。

2.5 危險(xiǎn)源的圖像識別系統(tǒng)

依據(jù)《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源辨識》標(biāo)準(zhǔn)(GB 18218-2018)，在危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)和儲存單元針對不同類別進(jìn)行辨識[9]，分別安裝相應(yīng)的傳感器；然后由傳感器將捕獲的危險(xiǎn)源信息實(shí)時傳回實(shí)驗(yàn)中心預(yù)警系統(tǒng)，經(jīng)過系統(tǒng)內(nèi)的專業(yè)軟件處理后，就能及時了解到危險(xiǎn)源的真實(shí)狀況并自動記錄、建立檔案，不僅保障了化工實(shí)驗(yàn)中心的安全，也為安全評價機(jī)構(gòu)對危險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析和確定危險(xiǎn)源等級提供數(shù)據(jù)支持。

2.6 信息反饋系統(tǒng)

該系統(tǒng)巧妙地將化工實(shí)驗(yàn)中心安全預(yù)警系統(tǒng)中的各分系統(tǒng)連接在一起，形成了一張高效協(xié)調(diào)的化工實(shí)驗(yàn)中心安全管理網(wǎng)絡(luò)?？杉皶r高效地將門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、用電監(jiān)測系統(tǒng)、煙霧監(jiān)測系統(tǒng)、圖像識別系統(tǒng)這五個分系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行收集、整合與處理，并且通過智慧校園平臺、實(shí)驗(yàn)中心平臺、微校園APP 將這些情況反饋給實(shí)驗(yàn)中心管理人員，同時管理人員也可通過此系統(tǒng)給予學(xué)生信息提醒，并對實(shí)驗(yàn)中心各部分進(jìn)行控制。

3 結(jié)語

高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)與管理是一項(xiàng)長期而復(fù)雜的工程[10]，研究并設(shè)計(jì)了基于云平臺下的化工實(shí)驗(yàn)中心安全預(yù)警系統(tǒng)，通過將該系統(tǒng)與學(xué)?，F(xiàn)有的智慧校園系統(tǒng)進(jìn)行對接，形成一張功能強(qiáng)大的校園安全管理網(wǎng)絡(luò)，能有效避免實(shí)驗(yàn)室安全事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室安全、科學(xué)、智能、有效的管理，提高實(shí)驗(yàn)室安全管理水平和效率。該系統(tǒng)不僅可為學(xué)校建設(shè)一流實(shí)驗(yàn)室提供可靠保障，也可為學(xué)校爭創(chuàng)“雙一流”提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。