實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的應(yīng)用分析

范瑩瑩

（廣州市生態(tài)環(huán)境局增城環(huán)境監(jiān)測(cè)站，廣東 廣州 511300）

引 言

隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，人民群眾對(duì)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的期盼越來(lái)越高，生態(tài)環(huán)境保護(hù)意識(shí)越來(lái)越強(qiáng)烈，對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作提出的各項(xiàng)要求也在不斷提高。傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)管理模式正面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)，已無(wú)法滿足環(huán)境監(jiān)測(cè)日常工作的要求，亟需通過(guò)信息化手段，乘借大數(shù)據(jù)的東風(fēng)，建設(shè)一套全方位、多層次、廣覆蓋的信息化管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的管理規(guī)范化和運(yùn)作現(xiàn)代化。實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)（Laboratory Information Management System，以下簡(jiǎn)稱LIMS）便應(yīng)運(yùn)而生。實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)、數(shù)據(jù)快速處理技術(shù)等現(xiàn)代科技手段，將人員、儀器、試劑、耗材、方法、環(huán)境、文件等影響分析數(shù)據(jù)的質(zhì)量要素充分聯(lián)動(dòng)起來(lái)，串聯(lián)起監(jiān)測(cè)任務(wù)下達(dá)、點(diǎn)位確定、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理、報(bào)告審核、結(jié)果發(fā)布等各個(gè)環(huán)節(jié)，組成一個(gè)完備的實(shí)驗(yàn)室綜合信息管理體系，既能滿足生態(tài)環(huán)境保護(hù)、環(huán)境監(jiān)測(cè)的日常管理要求，又能保證實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)的高效性、有效性，較好地促進(jìn)了整個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制體系的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)在國(guó)外推行較早，應(yīng)用領(lǐng)域也較廣。隨著我國(guó)信息技術(shù)的快速發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)也逐步參與到我國(guó)各個(gè)領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)室管理中，包括環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。在2000年后，國(guó)內(nèi)部分實(shí)力較強(qiáng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)部門開始探究LIMS在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的建設(shè)和試運(yùn)營(yíng)。例如，廈門市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站和上海市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心分別自2004年和2006年開始建設(shè)LIMS，并逐步應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)日常工作中[1-2]。2010年后，我省多個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)部門也陸陸續(xù)續(xù)投入到了LIMS的建設(shè)中，部分站點(diǎn)還取得了良好的運(yùn)行效果。例如，東莞市環(huán)境監(jiān)測(cè)站率先在全省建立起首個(gè)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的LIMS項(xiàng)目，也是全國(guó)第一個(gè)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)管理和數(shù)據(jù)管理都在同一系統(tǒng)進(jìn)行的LIMS項(xiàng)目[3]。深圳市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站于2015年投入運(yùn)行的實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)具有信息化程度高、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)[4]。

1 傳統(tǒng)手工模式存在的問(wèn)題

1.1 樣品管理存在的問(wèn)題

采用手工方式進(jìn)行樣品的采集、接收、分發(fā)、流轉(zhuǎn)、存儲(chǔ)，是現(xiàn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域多數(shù)基層實(shí)驗(yàn)室的通用做法。其存在的問(wèn)題主要有：人工手寫采樣信息容易遺漏，分發(fā)樣品容易出錯(cuò)，字跡不清晰容易混淆樣品。樣品流轉(zhuǎn)的各個(gè)階段缺少有效的監(jiān)控手段，可能出現(xiàn)漏采、漏檢、漏登記的情況。

1.2 數(shù)據(jù)采集、處理及報(bào)告出具周期長(zhǎng)、效率低

首先，傳統(tǒng)的手工填寫原始記錄表、人工計(jì)算（借助計(jì)算器或者Excel等軟件計(jì)算）出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，手動(dòng)錄入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和手動(dòng)編寫報(bào)告等操作，需要大量的人力，耗時(shí)長(zhǎng)，導(dǎo)致檢驗(yàn)分析周期較長(zhǎng)，不能適應(yīng)當(dāng)下快速監(jiān)測(cè)的要求。其次，手動(dòng)輸入和計(jì)算的出錯(cuò)率不可控，給報(bào)告的復(fù)核、審批增加了難度。

1.3 實(shí)驗(yàn)室管理事務(wù)繁瑣

實(shí)驗(yàn)室的管理是環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的重要組成部分。實(shí)驗(yàn)室的管理涉及很多方面，包括人員、樣品、儀器設(shè)備、試劑耗材、標(biāo)準(zhǔn)物、受控文件、監(jiān)測(cè)報(bào)告等。傳統(tǒng)的人工管理模式需要耗費(fèi)大量的人力物力，這與當(dāng)前環(huán)境監(jiān)測(cè)任務(wù)越來(lái)越重，環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)人手緊缺的現(xiàn)狀相悖，不利于環(huán)境監(jiān)測(cè)事業(yè)的發(fā)展。

2 LIMS在環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1 全鏈條的項(xiàng)目管理

LIMS從監(jiān)測(cè)任務(wù)下達(dá)開始，就對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行全鏈條的自動(dòng)管理和自動(dòng)監(jiān)控。樣品編碼由系統(tǒng)自動(dòng)生成，加密保護(hù)，防止點(diǎn)位信息及質(zhì)控樣信息泄露。標(biāo)簽機(jī)打印出樣品編碼，避免出現(xiàn)字跡不清的現(xiàn)象。系統(tǒng)向各采樣人員、分析人員、報(bào)告審核人員自動(dòng)分發(fā)工作任務(wù)和工作通知，確保工作任務(wù)及時(shí)下達(dá)。各個(gè)監(jiān)測(cè)任務(wù)的具體進(jìn)度，都可以在系統(tǒng)上直接查看到，超時(shí)未采樣、超時(shí)未檢測(cè)、超時(shí)未出結(jié)果，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)提醒相關(guān)工作人員，大大降低了漏采、漏檢、漏登記等情況，提升了環(huán)境監(jiān)測(cè)項(xiàng)目管理的嚴(yán)密性。

2.2 全流程的數(shù)據(jù)自動(dòng)化

LIMS可以實(shí)現(xiàn)環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算、修約、單位換算、超標(biāo)判定、結(jié)果異常自檢、匯總、儲(chǔ)存及報(bào)告的制作、審核、簽發(fā)全流程自動(dòng)化推送。將分析儀器連接到LIMS，儀器分析的數(shù)據(jù)便可自動(dòng)上傳到系統(tǒng)中。一方面可以降低實(shí)驗(yàn)人員抄錄數(shù)據(jù)的工作量，另一方面也避免了因人工抄寫產(chǎn)生的錯(cuò)誤和偏差。與此同時(shí)，LIMS會(huì)自動(dòng)保存上傳的數(shù)據(jù)以及相關(guān)的譜圖文件，確保環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可溯源性。采集后的數(shù)據(jù)自動(dòng)推送到原始記錄表中，并根據(jù)預(yù)先維護(hù)好的公式自動(dòng)完成監(jiān)測(cè)結(jié)果的計(jì)算和修約。得到監(jiān)測(cè)結(jié)果后，還可以根據(jù)需要，自動(dòng)進(jìn)行超標(biāo)判定、同位點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)對(duì)比、質(zhì)控評(píng)價(jià)等操作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)。最后，監(jiān)測(cè)結(jié)果推送到預(yù)先設(shè)計(jì)好的報(bào)告模板中，經(jīng)過(guò)三級(jí)審核，最終實(shí)現(xiàn)報(bào)告的簽發(fā)。自動(dòng)化的采集、計(jì)算和推送，大大壓縮了各個(gè)流程的時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的高效運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 全方位的資源管理

LIMS提供包括人員、樣品、儀器設(shè)備、試劑耗材、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、受控文件、監(jiān)測(cè)報(bào)告模板等全方位的資源管理服務(wù)。這對(duì)減輕環(huán)境監(jiān)測(cè)人員的日常工作起到較大作用，使環(huán)境監(jiān)測(cè)人員從繁雜重復(fù)的管理服務(wù)中解脫出來(lái)，有更多的時(shí)間進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)工作和環(huán)境質(zhì)量的分析工作。

2.3.1 LIMS的人員管理

從事環(huán)境監(jiān)測(cè)的工作人員是需要持證上崗的，并且需要定期參加業(yè)務(wù)培訓(xùn)。LIMS除了可以對(duì)工作人員的檔案信息進(jìn)行管理外，還可對(duì)工作人員的上崗證持證情況進(jìn)行管理，并根據(jù)上崗證的項(xiàng)目范圍對(duì)監(jiān)測(cè)人員的工作項(xiàng)目進(jìn)行合理分配和授權(quán)。另外，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)驗(yàn)室人員培訓(xùn)記錄的管理、查詢和統(tǒng)計(jì)。

2.3.2 LIMS的儀器設(shè)備管理

建立儀器設(shè)備管理臺(tái)賬，記錄儀器設(shè)備的各方面信息，包括但不限于儀器名稱、儀器型號(hào)、出廠編號(hào)、生產(chǎn)日期、設(shè)備的使用情況、生產(chǎn)廠家、經(jīng)銷商、維修維護(hù)單位、存放地點(diǎn)、設(shè)備使用人、儀器說(shuō)明書、固定資產(chǎn)編號(hào)、主要用途等基本信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器設(shè)備的精細(xì)化管理。

建立儀器使用檔案，從儀器的驗(yàn)收調(diào)試、日常使用、周期檢定、損壞程度、故障修理、日常維護(hù)保養(yǎng)、期間核查、使用人變更、存放位置變更、報(bào)廢情況等進(jìn)行全過(guò)程留痕監(jiān)督管理，提高儀器的正常運(yùn)行效率。通過(guò)上傳儀器使用手冊(cè)、作業(yè)指導(dǎo)書、儀器檢定證書、期間核查報(bào)告、儀器更換零配件報(bào)告等資料信息到系統(tǒng)中，完善對(duì)儀器的全方位管理。

實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備的維修維護(hù)記錄管理，LIMS系統(tǒng)可進(jìn)行儀器設(shè)備的維護(hù)周期設(shè)置和維護(hù)保養(yǎng)到期提醒，以便工作人員能按時(shí)實(shí)施設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)計(jì)劃，為環(huán)保監(jiān)測(cè)工作正常開展提供設(shè)備保障。

2.3.3 LIMS的試劑、耗材、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)等物資管理

LIMS可實(shí)現(xiàn)試劑藥品、儀器耗材及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的實(shí)時(shí)管理，涵蓋申報(bào)計(jì)劃、審批、采購(gòu)、入庫(kù)、領(lǐng)用、分發(fā)等各個(gè)環(huán)節(jié)。一方面，對(duì)庫(kù)存中的物資進(jìn)行全面的屬性管理，包括試劑耗材的物理和化學(xué)屬性，如化學(xué)分子式、密度、出廠編號(hào)、等級(jí)、數(shù)量、購(gòu)買日期、單價(jià)、生產(chǎn)日期、有效期、生產(chǎn)單位、用途等，還有保存條件，使用安全須知、使用說(shuō)明書等。另一方面，系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)試劑耗材等物資的庫(kù)存監(jiān)控，建立試劑耗材的領(lǐng)用記錄，包括：領(lǐng)用日期、領(lǐng)用人、領(lǐng)用數(shù)量、領(lǐng)用部門、用途等信息。入庫(kù)時(shí)，系統(tǒng)能自動(dòng)增加庫(kù)存；領(lǐng)用時(shí)，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)扣除庫(kù)存，庫(kù)存降低到設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)會(huì)提醒采購(gòu)員進(jìn)行采購(gòu)。物資臨期或過(guò)期時(shí)，會(huì)發(fā)出臨期或過(guò)期提醒，從而實(shí)現(xiàn)庫(kù)存的自動(dòng)更新管理。

另外，LIMS還具有多種查詢和統(tǒng)計(jì)匯總功能，可以進(jìn)行科學(xué)的分類查詢和多維度的統(tǒng)計(jì)，方便采購(gòu)員直觀地了解到相關(guān)物資的消耗量，從而快速制定合理的采購(gòu)計(jì)劃。

2.3.4 LIMS的文件管理

LIMS對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量體系文件（包括但不限于：監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)文件、質(zhì)量手冊(cè)、程序文件、作業(yè)指導(dǎo)書、原始記錄表格、監(jiān)測(cè)報(bào)告模板等）進(jìn)行分類管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的編制、復(fù)核、審批、發(fā)布實(shí)施、修改、廢止等全過(guò)程的管理控制，提升文件管理的規(guī)范性和全面性。同時(shí)，快速查詢、實(shí)時(shí)調(diào)閱等功能提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)工作人員的工作效率。

LIMS通過(guò)建立環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)文件庫(kù)，對(duì)監(jiān)測(cè)能力范圍內(nèi)的所有環(huán)境監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)文件（包括水、氣、土壤、噪聲、微生物、輻射類監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、地方標(biāo)準(zhǔn)等）進(jìn)行靜態(tài)維護(hù)和動(dòng)態(tài)管理，提前精確錄入監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)代碼、標(biāo)準(zhǔn)名稱、分析項(xiàng)目、計(jì)算公式、修約規(guī)則、檢出限、單位、儀器、試劑、耗材等，確保相關(guān)監(jiān)測(cè)方法在系統(tǒng)中能自動(dòng)傳輸?shù)浇Y(jié)果錄入和報(bào)告輸出界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的快速評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)報(bào)告的自動(dòng)生成。

3 LIMS在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域進(jìn)一步推廣需要關(guān)注的問(wèn)題

3.1 LIMS開發(fā)建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)成本較高

建設(shè)LIMS需要購(gòu)置專屬的軟件系統(tǒng)，增加移動(dòng)終端設(shè)備、服務(wù)器等基礎(chǔ)設(shè)施投入，邀請(qǐng)應(yīng)用、運(yùn)營(yíng)工程師進(jìn)駐等，導(dǎo)致LIMS項(xiàng)目的開發(fā)建設(shè)費(fèi)用較高，預(yù)算動(dòng)輒超過(guò)百萬(wàn)，日常維護(hù)經(jīng)費(fèi)也不低。例如，青島市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站的 LIMS 系統(tǒng)項(xiàng)目開發(fā)投入在 150 萬(wàn)元以上，投入使用后每年的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用約為項(xiàng)目開發(fā)投入的 25%左右[5]。較高的開發(fā)費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)成本讓國(guó)內(nèi)多數(shù)基層環(huán)境監(jiān)測(cè)站望而卻步，這嚴(yán)重制約了LIMS在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的進(jìn)一步推廣應(yīng)用。

3.2 LIMS的建設(shè)、維護(hù)、升級(jí)工作量較大

首先，LIMS搭建初期，需要進(jìn)行全面的靜態(tài)數(shù)據(jù)維護(hù)，定制監(jiān)測(cè)任務(wù)流程，設(shè)計(jì)原始記錄報(bào)表，手工錄入各種分析方法、點(diǎn)位信息、監(jiān)測(cè)頻次、儀器信息、試劑信息等，調(diào)試計(jì)算公式，制定修約條件，設(shè)定質(zhì)控條件，設(shè)置報(bào)告模板等等，工作量較大。LIMS建設(shè)期間，需要傳統(tǒng)手工模式和LIMS信息化模式雙軌同步運(yùn)行，增加了環(huán)境監(jiān)測(cè)工作人員的工作量；其次，LIMS系統(tǒng)的搭建并不是一蹴而就的，而是在不斷的調(diào)試中逐漸打磨的，磨合期間的工作量難以預(yù)測(cè)；再次，環(huán)境監(jiān)測(cè)的工作任務(wù)并不是一成不變的，監(jiān)測(cè)任務(wù)和監(jiān)測(cè)要求都會(huì)發(fā)生變化，監(jiān)測(cè)規(guī)范也會(huì)與時(shí)俱進(jìn)，監(jiān)測(cè)方法也在不斷更新，所以LIMS在應(yīng)用過(guò)程中，需要不斷更新、升級(jí)，每次升級(jí)又將帶來(lái)很大的工作量。如果前期開發(fā)預(yù)留的升級(jí)空間較少，后期的維護(hù)和升級(jí)更是難度倍增。

3.3 環(huán)境監(jiān)測(cè)工作人員對(duì)傳統(tǒng)模式的依賴阻礙了LIMS的推廣和應(yīng)用

LIMS系統(tǒng)的應(yīng)用可以說(shuō)是一場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的技術(shù)變革。部分環(huán)境監(jiān)測(cè)工作人員工作思維固化，對(duì)傳統(tǒng)工作模式依賴程度大，面對(duì)全新的系統(tǒng)、全新的管理流程、全新的操作方式以及倍增的系統(tǒng)建設(shè)和調(diào)試工作量，一時(shí)難以適應(yīng)，易產(chǎn)生抵觸情緒。對(duì)設(shè)備、系統(tǒng)、軟件的掌握水平有限，難以接受LIMS帶來(lái)的管理模式和工作方式的變革。

3.4 不同環(huán)境監(jiān)測(cè)部門各自開發(fā)LIMS，易產(chǎn)生系統(tǒng)間差異，導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享受限

目前，LIMS的建設(shè)屬于各環(huán)境監(jiān)測(cè)單位的自發(fā)行為，缺少系統(tǒng)的指導(dǎo)和監(jiān)督管理，各個(gè)建設(shè)單位根據(jù)自己的業(yè)務(wù)、需求及預(yù)算，尋找合適的開發(fā)單位進(jìn)行功能研發(fā)和系統(tǒng)搭建，存在各自為戰(zhàn)的情況。打造出來(lái)的LIMS各有千秋，易產(chǎn)生系統(tǒng)間差異，導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享受限。

4 拓展LIMS在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用深度和廣度的建議

4.1 統(tǒng)籌謀劃，示范帶動(dòng)，推廣典型

要進(jìn)一步拓展LIMS在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用深度和廣度，就必須做好統(tǒng)籌謀劃。一是在建設(shè)單位內(nèi)部要做好統(tǒng)籌謀劃，從頂層設(shè)計(jì)出發(fā)，統(tǒng)籌各方資源、人力、物力，合理安排時(shí)間，做好模塊、功能、流程等的設(shè)計(jì)，穩(wěn)步推進(jìn)進(jìn)度；二是在區(qū)域內(nèi)做好統(tǒng)籌謀劃，加強(qiáng)引導(dǎo)和監(jiān)督，避免各自為戰(zhàn)，加強(qiáng)建設(shè)單位間的交流和互動(dòng)，引入融通機(jī)制。采取示范帶動(dòng)、推廣典型的方式，避免低水平重復(fù)建設(shè)，降低探索成本，提高研發(fā)效率和使用率。

4.2 深入調(diào)研，科學(xué)預(yù)判，預(yù)留空間

各LIMS建設(shè)單位在開展LIMS項(xiàng)目前，必須進(jìn)行深入的調(diào)研和充分的論證，做好事前的開發(fā)規(guī)劃，擇優(yōu)選擇建設(shè)方案，科學(xué)預(yù)判，預(yù)留技術(shù)改進(jìn)空間和連接端口等。開發(fā)過(guò)程中要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，適時(shí)做出合理調(diào)整，確保項(xiàng)目順利實(shí)施。

4.3 更新觀念，強(qiáng)化培訓(xùn)，加強(qiáng)交流

環(huán)境監(jiān)測(cè)從業(yè)人員要不斷更新觀念，主動(dòng)適應(yīng)環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)信息化的新要求，接受大數(shù)據(jù)時(shí)代的新挑戰(zhàn)，積極參加LIMS知識(shí)技能的業(yè)務(wù)培訓(xùn)及行業(yè)交流，提升LIMS的應(yīng)用操作水平。

5 結(jié)論

將實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)和日常管理中，可以解決傳統(tǒng)手工模式的各種問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目管理的規(guī)范化、數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖詣?dòng)化、資源管理的專業(yè)化，大大提高了環(huán)境監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)的運(yùn)轉(zhuǎn)速度和整體管理水平，值得進(jìn)一步推廣和應(yīng)用。