基于“GIS”的高校實驗室安全管理信息化平臺設計與構建

趙建新，錢婷婷，高 珂，鄭 磊，周小滬

基于“GIS”的高校實驗室安全管理信息化平臺設計與構建

趙建新，錢婷婷，高 珂，鄭 磊，周小滬

（江南大學 實驗室與設備管理處，江蘇 無錫 214122）

在分析當前高校實驗室安全信息化現狀及存在問題的基礎上，探討了實驗室安全信息化發展趨勢，提出了基于從靜態的安全要素到動態的信息化管理板塊，建立了將基礎信息、安全檢查、危險源采購與辨識、培訓與準入、日常事務、安全監測、風險評估等實驗室安全事務融于一體的實驗室安全信息平臺，以期為實驗室安全面臨的諸多問題提供整體解決方案。

實驗室安全；安全管理；GIS；信息化平臺

近些年來，國家高度重視高校實驗室安全工作。高標準、嚴要求的全國高校實驗室安全督查已經成為常態化工作，“以查促改、以查促建”使得我國的高校實驗室安全工作取得了階段性的成果。在新形勢下，全國高校實驗室安全體制機制、服務與管理內容以及管理流程等較以往均發生了很大的變化，現有的管理手段與人員配置難以滿足當前國家對高校實驗室安全管理的要求。如何構建一個科學、全面、實用、易用的信息化管理平臺，全面提升實驗室安全管理效率，實現實驗室安全管理的集中化、扁平化、數據化、流程化和共享化，已經成為高校實驗室管理部門亟待研究解決的重要課題。

1 高校實驗室安全信息化現狀

隨著近年來高校信息化的發展，高校實驗室安全管理的職能部門基于具體工作內容在不同時期已構建了多個管理系統，如“實驗室安全考試系統”“化學品采購管理系統”“實驗室安全檢查系統”等。這些單一功能的管理系統面對的服務或管理對象各不相同，雖能夠實現設計的目的，但往往是分批多頭建設，以管理者為中心，缺少頂層設計與統籌規劃，難以實現信息互聯共享，“信息孤島”現象比較嚴重[1-2]，系統間的信息傳遞以及部分工作仍需人工傳遞、統計與操作，難以提供實時、全面、準確的數據，無法實現全方位全流程的實驗室安全信息化管理。

2 實驗室安全信息化發展趨勢

移動互聯網時代信息技術的發展為實驗室安全信息化建設提供了新的手段，智能、交互、便捷的實驗室安全信息化平臺能為實驗室安全管理的改革創新提供有力支持。

2.1 以實驗室大數據為基礎

由于實驗室工作人員流動性大，危險源種類多、變化快，實驗過程風險比較復雜難辨，利用人工智能、物聯網等現代技術手段，通過對實驗室大數據的采集，能夠實現對實驗室活動的智能監測、分析與診斷。充分利用這些基礎信息，能夠建立科學的評價標準和分析模型，優化業務流程，支撐實驗室精細化管理和科學決策。通過實驗室安全大數據發現新規律新趨勢，用于指導實驗室安全工作的改革創新，將是實驗室信息化平臺的發展方向[3-4]。

2.2 以用戶服務為核心

在“管理”中融入服務是當下信息化建設的要求，實驗室安全信息化由“管控”向“服務”轉變，由“以管理者為核心”向“以所有參與者為軸”轉變，功能設計方面加強用戶體驗，關注所有參與者間的雙向或多向交互活動，面對個性化需求主動提供服務，依托互聯網信息技術手段和人工智能構建交互式、多功能、人性化、便捷性、高效率等實驗室服務體系，最終完成信息化由“業務應用與被動保障型”向“研判應用與主動服務型”的發展過渡[5]。

3 實驗室安全信息化平臺設計

3.1 信息化管理目標

樹立基于互聯網思維的實驗室安全管理理念，通過利用信息技術，改善實驗室管理傳統業務工作流程與方法，實現管理的高效與規范，充分了解用戶的需求與使用習慣，重構實驗室安全管理服務體系，全面提高實驗室整體治理能力與綜合服務水平[6]。

3.2 信息化平臺構建原則

實驗室安全信息化平臺建設是一項業務技術性強、建設周期跨度大的系統性工程，是隨著實驗室安全管理理論和實踐逐步建立起來的，在設計建設實驗室安全信息化平臺的進程中，應遵循以下原則：

（1）統籌規劃，分步實施。高校要強化頂層設計，遵循《教育信息化“十三五”規劃》的部署，結合國家相關政策要求，制定匹配國家戰略、符合本校實驗室管理實際的詳細規劃。規劃方案是對實驗室安全信息化發展的中長期計劃，從投入建設時間與建設可行性分析方面來說，試圖“一步到位”，直接建立一個全面、統一的信息化平臺是難以實現的。因此，規劃方案既要統籌全局，注重整體性和前瞻性，又要重點突出，考慮近期工作重點與急切需求，按照本校實驗室工作實際分階段建設部署。

（2）深化技術，創新改革。要做好信息化建設的管理工作，必須創新。創新不僅是應用的創新，更是管理的創新、服務的創新和評價的創新。高校實施信息化建設必須深度改造傳統管理模式和業務流程，新建管理模式和觀念必須符合移動互聯網時代信息技術的要求，注重業務流程和信息化技術相協調，把信息化組織架構滲透到所有的使用者，充分收集使用者的反饋需求，建立準確的需求定位，充分發揮信息系統支撐業務發展的新觀念和新模式[7]。

（3）技術架構的可持續發展。高校和有關政府部門在不同時期的管理要求是變化的，因而很多業務流程、協作流程和管理內容也是不斷變化的，技術設計方案應避免由于一處業務需求變動引起多處修改，基于面向服務為主體，在門戶網站的基礎上，將信息化平臺分解成一系列服務，每個服務專注于單一功能，管理自己的數據，并由定義良好的接口進行通信，實現應用對接、數據共享，并能實現靈活的擴展性和替換性，便于按需增加、替換服務，實現信息化平臺的可持續發展[7]。

3.3 實驗室安全信息化體系架構

地理信息系統（geographic information system，GIS）是用于采集、存儲、處理、分析、檢索和顯示空間數據的計算機系統。GIS可以分為5部分：人、數據、硬件、軟件、過程。與傳統地圖相比，GIS具備的先天優勢是將數據的存儲與數據的表達進行分離，因此基于相同的基礎數據能夠產生出各種不同的產品[8]。

借用GIS的內涵，提出實驗室安全GIS系統，實驗室的安全運行離不開“人、事、物”，有關實驗室安全的“人”：項目負責人、研究助理、實驗員、研究生、本科生、留學生、訪問學者、合作研究人員等；有關實驗室安全的“事”：科研項目、校企合作研究項目、研究生課題、本科生SRT、本科論文、大學生創新創業等；有關實驗室安全的“物”：化學品（含管制類危化品）、氣瓶、特種設備、實驗動物、危廢物品、消防設施、個人防護等。這些與實驗室安全相關的“人、事、物”在現實中是動態變化的，但在實驗室安全管理信息化中，都屬于“固定”的要素，是確定的變量，可以認為是靜態的。為實現實驗室的安全運行，在此基礎上形成的管理內容、管理策略、管理機制等，往往隨著上級要求、時代變化、認知水平等不斷變化，是動態的，也就是從這些與靜態的“人、事、物”有關的安全要素到動態的基于信息化的管理模式，構建基于“人、事、物”的多維度實驗室安全GIS系統（見圖1）。基于GIS的可視化展示和運行，以房間為基本地理單元，對整個空間中有關實驗室安全的數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述。能夠達成全面互聯、廣泛感知、智能分析與干預、信息匯集、資源共享及自我學習等綜合功能的多維度安全管理系統，提高實驗室安全管理的效率。

圖1 基于GIS的實驗室安全管理信息化系統

3.3.1 實驗室基礎信息系統

基礎數據庫的內容包括實驗室信息化平臺服務、管理的全部對象，主要包括與實驗室有關的人、事、物、信息、經費、管理標準等，這些信息資源一部分涉及后勤、人事、財務等多部門數據，如房間、人員、設備等信息，前期高校部門之間的業務流程、系統接口和數據格式標準不統一，難以融合和共享。另一部分如危險源清單、實驗室安全檢查標準、安全問題庫、應急預案管理等，需建立規范并結合自身情況進行完善。一個數據全面、翔實、信息標準統一的實驗室基礎數據庫，是整個實驗室安全信息化平臺順暢運轉的基本保障。

3.3.2 實驗室安全檢查系統

實驗室安全檢查是實驗室安全管理的重要內容。通過建立實驗室安全檢查系統，可以改造傳統的實驗室安全檢查流程，從而實現指定檢查對象、確定檢查內容、完成檢查任務、下發整改報告、反饋整改情況等環節，對實驗室安全檢查進行信息化閉環管理。

（1）建立4層級安全檢查體系。包括學校、學院、實驗室、課題組4層級獨立檢查結構，各層級可獨立檢查也可聯合檢查。

（2）實現安全檢查移動辦公。開發實驗室安全檢查APP和微信小程序，使用手機進行實驗室安全檢查。在檢查過程中通過在線文本輸入、語音識別、拍照上傳等功能完成檢查任務。

（3）形成實驗室隱患整改閉環。對于檢查中發現的實驗室安全隱患，經過審核后下發整改報告，并通知相關學院、實驗室安全責任人和管理人，及時對安全隱患進行整改和反饋。

3.3.3 實驗室危險源采購、管理與預警系統

危險源是實驗室安全管理的關鍵因素，做好危險源的全流程管理是實驗室安全管理工作的核心[9]。從實驗室提出危險源開始，通過采購系統的審批、入庫、使用、轉移、處置、盤點、調劑和報廢等，能夠實現危險源統計、分析、查詢、報警。在管理過程中還可根據有些危險源閾值要求及使用規范進行管理與預警，在實驗室安全GIS系統上實時顯示，實現危險源的“動態監管，全程追蹤”，并為實驗室的分級分類管理提供依據。

3.3.4 實驗室危險廢棄物收集系統

實驗室危險廢棄物的處置回收是實驗室安全工作閉環的重要環節，完成實驗室危險廢棄物處置的在線預約、分類計量、統計分析等功能，達到實驗室危險廢棄物全流程管理。可從房間、實驗室、學院、學校與危險廢棄物種類等方面進行多維度、多層級的數據統計分析，實現與危險源辨識和管理系統的實時聯動。

3.3.5 實驗室安全培訓與準入系統

實驗室準入制度是實驗室安全的首要前提，準入形式可由在線學習、安全考試、安全演練、定點抽查等組成，安全準入內容與標準可根據各實驗室實際情況的不同而單獨設置，相關人員進入實驗室、開展實驗項目、采購使用危險源前，必須進行相應安全知識內容的學習、培訓、演練和考試，高階表現為差異化的精準性安全培訓與準入。基于實驗室“GIS”系統的安全培訓與準入，可以做到精準定位與實時響應。

3.3.6 實驗室事務管理系統

實驗室日常事務隨著教師、學生、實驗人員和項目經費的增多而日趨復雜，為提高效率，目前許多實驗室已在使用實驗室事務管理系統進行管理，主要涉及運行經費管理、儀器設備管理與使用、實驗項目管理、人員管理、對外服務管理、實驗物資管理、科研成果管理等；在原有功能的基礎上融入實驗室安全相關內容，在滿足實驗室日常管理需求后，在保密的前提下，呈現或主動推送與實驗室安全相關的信息，協同實驗室危險源的出現與變更，實驗室人員的安全準入，實驗室特殊操作技能要求等子系統的管理要求，提高實驗室安全的管理效率。

3.3.7 實驗室安全人員智能管理系統

利用物聯網、移動互聯網、人工智能等信息技術，通過部署實驗室氣體檢測傳感器、煙感報警器和視頻監控、電子門牌、人臉識別等設備，對實驗室重點區域實施防入侵報警、外來人員跟蹤監控、實時通知報警等，實現實驗室的“硬管理”向“軟管理”轉變。

（1）門禁管理。實驗室危險源的復雜性需要門禁系統的嚴格準入，但當前我國高校實驗室的運行模式還不能做到嚴格禁入。建立基于多點位人臉識別的智能管理系統，實現對未準入人員的全程追蹤、詳細備案，實現對實驗室人員考勤統計等功能，用軟門禁+語音提示+全程溯源的新模式，實現實驗室軟門禁管理。

（2）物聯監測。通過信息傳感設備，實現對實驗室人員、物品、行為的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理，實現重點部位重點監控、危險事件通知報警等功能。

（3）電子門牌。根據各實驗室的不同要求，使用實驗室基礎信息系統數據與實時采集數據，設計多種顯示模板，通過電子屏幕動態呈現實驗室信息與運行狀態。結合門禁及物聯設備，能顯示入侵、警報詳情。

3.3.8 實驗室安全風險評估（預警）系統

實驗室安全的各子系統投入運行后將會產生類型多樣的實驗室安全數據，實驗室風險評估系統可以對這些數據進行統計、計算、模擬分析，進而生成整個學校的實驗室安全信息地圖，可以包含管制類危化品的存量、特種設備、生物安全、有毒鋼瓶的進出以及保留時間、危險源分布情況、標準操作流程、人員應急處理能力、防護措施等進行綜合評估，有些數據經過分析后可以設定報警的閾值，進而實現實驗室安全風險的預警。

3.3.9 實驗室安全專家系統

實驗室運行過程中，實驗人員經常會遇到安全管理方面的問題，主要包括安全知識、整改建議、政策法規、危險源管理等。構建實驗室安全專家系統，建設由“人工智能專家”與“真人專家”相結合的實驗室安全專家系統，能夠針對性地對實驗室安全問題提供專業解決方案，這些方案的逐年收集與標準化，就構成了實驗室安全專家系統。專家系統可以在一定范圍內共享。

（1）人工智能專家。建立實驗室安全問題庫與相應的建議庫，針對實驗室日常發生的一般性問題，輸入問題可智能匹配合適解決方案，進行在線實時回答。問題庫與建議庫可由上級部門組織行業內專家編寫，形成標準庫供全國高校使用，也可以形成具有本校特色的問題與建議庫協同補充。

（2）真人專家。聘請校內外實驗室安全方面的專家組成專家庫，針對實驗室安全的個性問題，能推薦擅長此類問題的專家回答，可留言進行解決方案的回復探討直至形成解決方案。也可提交專家委員會集體形成解決方案供大家使用。

4 結語

近幾年，我國高校實驗室安全管理工作逐漸受到重視，實驗室安全工作基礎相對薄弱，管理人員配置相對不足，西方發達國家高校的實驗室安全管理體系成熟度及管理人員配置水平（數量、質量）要遠遠優于我國[10]。實驗室安全信息化是提升實驗室安全服務與管理科學化、精細化和規范化的重要途徑。樹立先進的信息化理念，發揮現代信息技術在高校實驗室安全管理決策上的支撐作用，是我國高校克服管理人員不足，趕超國外高校實驗室管理水平，實現彎道超車、后發先至的最佳途徑。

[1] 俞歡軍，章薇，章興棋，等. 建立信息化平臺加強高校實驗室安全管理[J]. 實驗技術與管理，2017, 34(7): 4–6.

[2] 黃坤，李彥啟. 我國高校實驗室安全管理現狀分析與對策[J]. 實驗室研究與探索，2015, 34(1): 280–283.

[3] 楊龍. 基于大數據和人工智能的高校信息化服務研究[J]. 實驗技術與管理，2018, 35(11): 153–156.

[4] 周南平，賈佳. 大數據背景下的高校信息化建設路徑研究[J]. 中國電化教育，2018(9): 75–80.

[5] 逢紅梅，邱愛蓮. 人本管理：高校信息化發展的新認識[J]. 現代教育管理，2017(10): 56–61.

[6] 姜麗，宋建華. 高校實驗室信息化體系的建設研究[J]. 實驗技術與管理，2018, 35(1): 25–27.

[7] 麻志毅，李梅. 高校信息化建設中的變化適應性解決方案[J]. 現代教育技術，2018(6): 25–31.

[8] 王戈飛，張佩云，梁櫪文，等. 地理信息系統與大數據的耦合應用[J]. 遙感信息，2017(4): 146–151.

[9] 周健，吳炎，朱育紅，等. 信息化背景下高校實驗室安全管理新趨勢[J]. 實驗技術與管理，2016, 33(1): 226–228.

[10] 李雪蕾，李恩敬，張志強，等. 大學實驗室環境安全健康管理信息系統設計與實踐[J]. 實驗室研究與探索, 2018, 37(6): 297–301.

Design and construction of information platform for university laboratory safety management based on “GIS”

ZHAO Jianxin, QIAN Tingting, GAO Ke, ZHENG Lei, ZHOU Xiaohu

(Office of Laboratory and Equipment Management, Jiangnan University, Wuxi 214122, China)

Based on the analysis of the current situation and existing problems of laboratory safety informationization in colleges and universities, this paper discusses the development trend of laboratory safety informationization and puts forward the informationization management plate from static safety elements to dynamic safety elements. A laboratory safety informationization platform which integrates the basic information, safety inspection, hazard source procurement and identification, training and access, daily affairs, safety monitoring, risk assessment and other laboratory safety affairs has been established in order to provide overall solutions for the problems faced by the laboratory safety.

laboratory safety; safety management; GIS; informationization platform

X921；G642.0

A

1002-4956(2019)12-0005-04

2019-06-12

中國高等教育學會高等教育科學研究“十三五”規劃課題2018年度實驗室管理專項課題（2018SYSZD04）

趙建新(1971—)，男，河南三門峽，博士，教授，江南大學實驗室與設備管理處處長，主要從事實驗室建設管理與食品生物技術工作。E-mail: jxzhao@jiangnan.edu.cn

10.16791/j.cnki.sjg.2019.12.002