基于物聯(lián)網(wǎng)的土木工程實驗室管理模式研究

長沙學(xué)院 黃立浦 朱 純

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展及行業(yè)人才需求，土木建筑類專業(yè)逐漸成為了高校熱門專業(yè)之一，選擇該類專業(yè)的學(xué)生也在成倍地增長。那么如何滿足建筑行業(yè)人才需求，培養(yǎng)出符合建筑行業(yè)工作要求的實踐型學(xué)生成為高校土木建筑類專業(yè)教學(xué)中需要重視的問題和難題。而為了充分解決這些問題和難題，實驗室的建設(shè)和發(fā)展成為重中之重的工作。應(yīng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用到土木工程實驗室管理中，對實驗室儀器設(shè)備、實驗室人員、實驗室實驗環(huán)境條件等進行管理，充分實現(xiàn)實驗室智能、高效管理。

一、物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)指的是將無處不在的末端設(shè)備和設(shè)施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和“外在智能”的，如貼上RFID 的各種資產(chǎn)、攜帶無線終端的個人與車輛等“智能化物件或動物”或“智能塵埃”，通過各種無線、有線的長距離和短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M)、應(yīng)用大集成以及基于云計算的SaaS 營運等模式，在內(nèi)網(wǎng)（Intranet）、專網(wǎng)（Extranet）和互聯(lián)網(wǎng)（Internet）環(huán)境下，采用適當?shù)男畔踩Ｕ蠙C制，提供安全可控乃至個性化的實時在線監(jiān)測、定位追溯、領(lǐng)導(dǎo)桌面（集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服務(wù)功能，實現(xiàn)對“萬物”的“管、控、營”一體化。

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，把物品相互之間通過射頻識別RFID 等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，實現(xiàn)物品智能化識別和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。由此，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)依然是互聯(lián)網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上不斷演變和發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)，將其用在物體和物體之間連接上，并實現(xiàn)相互之間的信息交換和通信。

二、實驗室管理的現(xiàn)狀和不足

為了便于學(xué)校統(tǒng)一化管理，實驗室會根據(jù)要求建立實驗室資產(chǎn)臺賬，對儀器設(shè)備貼標簽等，但主要是采用人工建立實驗室資產(chǎn)臺賬，人工清點儀器設(shè)備，人工控制低值易耗品購置，人工貼紙質(zhì)標簽，實驗教學(xué)環(huán)境人工控制等，這樣不僅增加了實驗室管理人員的負擔，而且管理效率不高，統(tǒng)計數(shù)據(jù)錯誤率高，數(shù)據(jù)信息更新不及時等問題。

1.實驗儀器設(shè)備管理現(xiàn)狀。儀器設(shè)備管理主要是通過紙質(zhì)標簽來實現(xiàn)標記，它信息量小，在干燥、濕冷環(huán)境下容易脫落、損壞。另外儀器設(shè)備的使用和借調(diào)都還是通過手工紙質(zhì)登記的方式，造成儀器設(shè)備狀態(tài)更新不及時，利用率降低。并且由于實驗室規(guī)模的不斷擴大，儀器設(shè)備熟練逐漸增加，實驗室管理人員經(jīng)常需要花費大量的時間和精力來清點儀器設(shè)備的位置、狀態(tài)、數(shù)量等信息。

2.低值易耗品管理現(xiàn)狀。作為工科專業(yè)的土木工程實驗室，實驗課程開設(shè)較多。實驗室的低值易耗品種類多、價格便宜、消耗較大并且消耗速度快，導(dǎo)致低值易耗品的管理難度增強。

應(yīng)用先進的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)實驗環(huán)境的監(jiān)控和管理已在各個單位大量的投入使用，如何有效的利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)土木工程實驗室管理，構(gòu)建最優(yōu)的管理模式值得深入研究和探討。下面從實驗室調(diào)度、儀器設(shè)備管理、低值易耗品管理、實驗環(huán)境管理和安防管理四個方面進行研究討論。

1.實驗室調(diào)度。實驗室比較多，供土木工程專業(yè)學(xué)生調(diào)度使用，需提供前臺預(yù)錄的軟件系統(tǒng)，統(tǒng)一調(diào)配實驗室，自動實現(xiàn)學(xué)生班級使用實驗室時段，學(xué)生班級也可以利用空余的實驗室，自動網(wǎng)絡(luò)使用實驗室，實現(xiàn)實驗室的充分利用。當然學(xué)生自行參與實驗室的使用，實驗室設(shè)備的安全性尤為重要，當出現(xiàn)實驗室沒有關(guān)門或者實驗設(shè)備沒有關(guān)閉的情況下，為了實現(xiàn)自動化，應(yīng)用遠程監(jiān)控與自動禁閉系統(tǒng)，通過遠程管理，自動關(guān)閉相關(guān)實驗設(shè)備資源。

2.實驗儀器設(shè)備管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子標簽等硬件設(shè)備不斷發(fā)展，可以在校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上充分利用射頻識別技術(shù)等技術(shù)，隨時隨地地進行實驗室儀器設(shè)備的管理。在實驗室儀器設(shè)備上貼上存儲有對應(yīng)的儀器設(shè)備所有屬性信息的電子標簽，包括名稱、類型、價格、出廠日期、商家、說明書等信息。利用讀寫器通過射頻識別技術(shù)讀取儀器設(shè)備的信息，并通過互聯(lián)網(wǎng)或者WIFI 進行數(shù)據(jù)信息傳輸至管理服務(wù)器，實現(xiàn)儀器設(shè)備智能化管理。

3.低值易耗品管理。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低值易耗品管理，可以實現(xiàn)低值易耗品自動分類管理，智能入庫和出庫，自動生成數(shù)據(jù)表方便查閱。甚至一些需要放置在特殊環(huán)境下的低值易耗品，可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行環(huán)境監(jiān)測，使低值易耗品保存完好。根據(jù)管理中心的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，進行所需低值易耗品購置，對于現(xiàn)今的低值易耗品還是完全依賴手工分類、手工入庫登記、手工出庫登記，這樣操作不僅降低了實驗室管理人員的工作效率，而且記錄也不夠清晰明了，不方便及時的修改增加、刪減的數(shù)據(jù)信息，也不方便查閱。

3.實驗環(huán)境管理現(xiàn)狀。對于一些實驗項目和儀器設(shè)備運行需在固定溫度和濕度范圍內(nèi)，人工控制不及時，對實驗結(jié)果和儀器設(shè)備都將造成一定程度的影響。

4.實驗室安全防護管理現(xiàn)狀。隨著實驗室的建設(shè)、發(fā)展，實驗室的儀器設(shè)備數(shù)量和質(zhì)量都有了很大的提高，為了保障實驗室儀器設(shè)備的安全，建立嚴謹?shù)陌卜来胧┮彩潜匦璧摹ｋm然現(xiàn)在通過校園網(wǎng)絡(luò)很多樓道都投入了資金建立安防，安裝攝像頭進行監(jiān)控，然后將數(shù)據(jù)傳送給中控室。但是中控室的人員有限無法一直堅守查看，即便計算機錄制下來監(jiān)控數(shù)據(jù)，也會由于硬件資源不足，定期進行攝像數(shù)據(jù)清理，無法達到真正的安防效果。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在土木工程實驗室管理中的運用

對物品貼上存儲相應(yīng)信息的電子標簽，對物品類型進行分類，分別放置存儲容器內(nèi)，通過讀寫器掃描存儲容器上的電子標簽信息，可直接找到相應(yīng)的低值易耗品，并可將出入庫信息自動發(fā)送至管理服務(wù)器，充分實現(xiàn)低值易耗智能化管理，避免浪費和欠缺。

4.實驗環(huán)境管理。土木工程實驗室有土力學(xué)實驗分室、建筑材料實驗分室、結(jié)構(gòu)工程實驗分室、測量實驗分室、力學(xué)實驗分室，每個實驗分室都會根據(jù)課程需要開設(shè)實驗項目。普通的實驗項目可以根據(jù)實驗步驟直接進行操作，但是有一些對溫度、濕度等實驗環(huán)境要求比較高的實驗項目，就需要通過控制實驗環(huán)境來進行實驗。現(xiàn)今對實驗環(huán)境的控制主要是人工進行，例如瀝青混合料配比設(shè)計實驗需要嚴格控制環(huán)境溫度，但是人工控制不僅增加了實驗教師的工作量，而且實驗精準度不高，達不到實驗精準的要求。那么就可以通過物聯(lián)網(wǎng)中的溫度傳感器、濕度傳感器等進行感應(yīng)，利用ZIGBEE、WIFI 等技術(shù)傳輸有效數(shù)據(jù)來實時動態(tài)監(jiān)測實驗環(huán)境，達到實驗精準的要求。

5.安全防護管理。通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感器、RFID 技術(shù)，對儀器設(shè)備安裝電子標簽，在門口安裝門禁，對未經(jīng)允許搬動儀器設(shè)備進出的，通過門口的讀取器讀取儀器設(shè)備電子標簽的信息并傳輸?shù)胶笈_數(shù)據(jù)管理中心，并連接警報裝置，這樣可以及時提醒實驗室管理人員儀器設(shè)備的動態(tài)信息，保護儀器設(shè)備的安全。

土木工程實驗室作為科研、教學(xué)的重要場地，實驗室規(guī)模的不斷擴大，儀器設(shè)備數(shù)量不斷增加，實驗室管理智能化管理顯得尤為重要。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將它運用到土木工程實驗室中，實現(xiàn)了實驗室的智能化管理，提高了管理效率，減輕了工作負擔，減少了工作誤差，保障了實驗室安全，充分適應(yīng)了時代的發(fā)展，為實驗室管理注入了新活力，實現(xiàn)了實驗室管理的現(xiàn)代化。

[1]王 瑾.基于物聯(lián)網(wǎng)的實驗室管理技術(shù)[J].電腦知識與技術(shù).2010

[2]肖玉巍，高智琛.高校實驗室管理體制改革的探索與實踐[J].實驗室科學(xué)，2011

[3]蒙海濤，張 驥，易曉娟，薛嬌嬈.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在環(huán)境監(jiān)測中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2013

[4]張 莉.ZigBee技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用[J].電信網(wǎng)技術(shù)，2010