物聯網技術在高校化學實驗室管理中的應用

宋明+徐瑋瑋+王揚+莊文昌

摘 要：該文基于分析目前高校化學類實驗室管理問題現狀的基礎上，介紹了目前物聯網技術在具體實驗室管理中的應用，通過大型儀器設備、普通設備、特種壓力容器、試劑等智能管理，結合門禁和監(jiān)控系統(tǒng)的介紹，為實驗室未來的管理提供新的思路。

關鍵詞：物聯網 高校化學實驗室 管理

中圖分類號：G647 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（c）-0180-02

隨著我國高等教育的普及和不斷發(fā)展，各學科與專業(yè)的不斷拓展，特別是由于理工科專業(yè)如化工、化學、材料等與產業(yè)具有較好的銜接性，幾乎大部分高校都開有化學、化工相關專業(yè)。專業(yè)的人才培養(yǎng)離不開專業(yè)的實驗室，而化學實驗室是所有高校實驗室中最危險、最復雜、管理最困難、最需要專業(yè)管理的一類實驗室。正是因為這樣的情況，管理稍有放松，就容易出現爆炸、火災、有毒氣體釋放等情況，造成人員傷亡和財產損失，跟學生的家庭、指導教師、學校帶來一系列的嚴重影響和傷害。因此，加強實驗室的管理，通過多渠道和現代手段的支持，無疑對于提升管理水平和效果起到舉足輕重的作用。

1 高校化學實驗室管理工作面臨的問題與現狀分析

據部分文獻報道統(tǒng)計，目前我國高校實驗室增速明顯，實驗室數量已經超過16000多個，固定資產亦超過250億元，擁有超過90萬多臺套的儀器設備[1]。隨著高校“雙一流”建設，可以預想，更多重點實驗室、工程技術中心、創(chuàng)新平臺將大量申報和增長，作為我國科研創(chuàng)新、學生創(chuàng)業(yè)、企業(yè)創(chuàng)造的源泉。如前文所述，化學實驗室承擔了大部分化學相關專業(yè)學生的實驗教學和教師科研，涉及較多有毒、易燃易爆、危險品、壓力容器的大量使用，目前主要面臨以下難于解決好的問題。

1.1 以人為主的管理模式

目前高校的實驗室，基本離不開人為主的管理模式，定期對實驗室安全和衛(wèi)生進行各種檢查，但由于實驗室太多，性質也不盡相同，很難做到每天對實驗室進行查看。此外，只有使用的師生更清楚實驗室所進行的實驗和使用試劑、氣體情況。然而大部分教師很難做到對學生實驗的全程陪同，大部分實驗室的情況基本處于導師定期指導博士、博士帶碩士、碩士帶本科的實驗狀態(tài)，安全和管理自然也就由學生一個角色所決定。學生的安全意識可想而知，大部分本科學生甚至未經過專業(yè)的安全培訓就進入實驗室開展科研工作，一旦帶其實驗的碩士、博士自身未具備安全意識，整個學生的角色根本無法保證實驗室的安全。同時，由于實驗室人員流動性、實驗條件差異、實驗試劑和所需藥品的區(qū)別，不同學生直接對于他人的實驗并非完全了解，也很難進行相互監(jiān)控，一旦其中某一個學生出現“安全短板”，整個實驗室的安全便無從談起。因此，完全以人為主的管理模式，很難保證高校實驗室，特別是化學實驗室的安全。

1.2 管理隊伍差異化

目前本科高校，教學型實驗室一般配有專門的實驗員進行管理，科研型的實驗室一般配有兼職的安全員進行監(jiān)督和定期檢查，然而不同的高校，管理隊伍差異較大。以本校為例，大部分實驗員為碩士學歷，部分為本科，雖然是化學相關專業(yè)畢業(yè)，然而對于具體化學實驗的過程、試劑的分類管理、壓力容器的有效監(jiān)管缺少專業(yè)化的知識儲備，需要進行專業(yè)化的培訓。其他高校很多實驗室人員也存在參差不齊的現象，而高學歷的實驗員很難安心作為實驗員，造成人員流動過大，管理銜接困難。對于科研型的實驗室，安全員很難每天蹲守實驗室，監(jiān)控每一個實驗過程，定期的檢查很難完全避免事故的發(fā)生。

1.3 安全管理機制落后

大部分的高校實驗室，都備有各種安全管理制度、試劑分類管理制度、特種設備安全制度等一系列規(guī)章制度，但同樣由于安全管理部門太多，往往存在管理松懈、相互推諉的現象，管理體制自然流于形式。同時，由于不同學院、專業(yè)情況差異較大，學校檢查部門人員基本是外行，檢查很難點中要害，往往關注衛(wèi)生的表面，忽視安全的內在，檢查結果造成使用師生的反感，整改不夠及時有效，形成“重檢查、輕整改”的現狀。

2 物聯網技術在高校化學實驗室管理中的應用

物聯網（Internet of Things）[2]，其基本定義為：通過射頻識別（RFID）、全球定位系統(tǒng)（GPRS）紅外感應器等信息傳感設備，根據約定的協議，通過互聯網與任何現實中的物體進行連接，實現信息的交換和通信，進而達到對物體的智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控與管理的一種網絡。物聯網的應用也陸續(xù)與高校實驗室管理相結合，如徐州地區(qū)中國礦業(yè)大學的物聯網（感知礦山）研究中心等相關基于物聯網實驗室/中心的成立，推進物聯網在實驗室的廣泛應用。其具體應用主要包括。

2.1 門禁系統(tǒng)

門禁系統(tǒng)是最早物聯網在實驗室的應用之一，通過專門的門禁卡（這個門禁卡本質為RFID射頻識別技術的標簽）使用，不同的管理人員培養(yǎng)不同的門禁權限，通過設定門禁控制實驗室門的開啟，同時可以監(jiān)控使用人情況，進出人員情況，使用時間等信息。通過門禁系統(tǒng)的使用，可以方便的通過遠程電腦，控制實驗室的使用，提高管理效率。

2.2 大型儀器智能管理

大型精密儀器價格較高，維修困難，通過物聯網技術可以提高管理效果。Zigbee是一種局域網協議，其基于國際規(guī)定，通過短距離、低功耗的無線傳輸，實現對大型儀器的管理[3]。通過紅外檢測器，實現對非法闖入人員、非法移動檢測設備、門窗非法入內、火災煙霧、濕度溫度等情況的監(jiān)控和報警，并及時反饋到管理人員手機等移動設備上，提高反饋和應對的時間和效率。

2.3 普通設備智能管理

普通小型設備的管理也陸續(xù)與物聯網對接，通過與門禁系統(tǒng)結合，只有有權限的人員可以進入實驗，每臺設備配備刷卡端，只有使用RFID標簽，才能啟用和啟動本設備，對于設備的移動設定更高權限，一旦觸動系統(tǒng)，將通過和監(jiān)控系統(tǒng)結合，實時反饋給管理人員，達到遠程管理和控制的目的。

2.4 特種壓力容器智能管理

特種壓力容器本身內部壓力高、使用條件苛刻，操作及管理不當，極易發(fā)生爆炸、泄漏、火災、中毒等安全事故，造成嚴重的人身傷亡和財產損失。本校與相關企業(yè)合作，采用簡單的DTU模塊，通過氣體探頭及控制器，完成基于 GPRS 的 Internet 接入功能，不但能收發(fā)短信息，還能撥打預存在監(jiān)控中心中的指定電話號碼，實現氣體泄露情況下，第一時間反饋直接管理人員并及時處理，以避免安全事故的產生。

2.5 試劑分類智能管理

化學試劑的分類管理和廢液廢渣的處理一直是化學類實驗室管理的難點，通過設立物聯網試劑柜，不同試劑分類存放，刷卡入庫出庫，不同權限的人員可以取得不同危險登記的藥品，同時記錄入庫出庫人信息，庫存實時狀態(tài)等信息，配合門禁和視頻系統(tǒng)，實現對試劑的分類管理與監(jiān)控，同時結合廢液處理站，對廢液廢棄物進行管理和處理。

3 結語

基于目前我國高校實驗室特別是化學實驗室陸續(xù)增多的現狀和管理的困難，該文分析了目前高校化學實驗室管理面臨的主要問題，在此基礎上，介紹了物聯網應用于高校化學實驗室的基本情況，包括門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、大型儀器智能管理、普通設備智能管理、特種壓力容器智能管理、試劑分類智能管理等，為未來物聯網在實驗室的具體應用和高校化學類實驗室的管理提供了思路。

參考文獻

[1] 王剛，王強.實驗室管理現狀與存在問題的探討[J].農產品加工（學刊），2013（17）：57-59.

[2] 鐘建國.基于物聯網的實驗室管理模式的研究[J].教育教學論壇，2017，3（10）：14-15.

[3] 陳仁安，鄭新旺，莊鳳彬.基于物聯網的高校大型儀器設備智能管理系統(tǒng)研究[J].實驗技術與管理，2017，34（4）：268-271.