高校智慧型重點實驗室的構建及全生命周期管理實踐*

劉任嬪，曾令興，金曉英，錢慶榮，陳慶華

（1.福建師范大學環境科學與工程學院，福建 福州350007；2.福建省污染控制與資源循環利用重點實驗室，福建 福州 350007）

隨著教育部《教育信息化“十三五”規劃》和《教育信息化2.0行動計劃》工作的部署落實，“互聯網 +”產品興起了高校智慧校園新熱潮，高校重點實驗室作為孕育大量創新應用成果的科研訓練所和釋放科技活力的重要陣地，也將融入現代化元素進行轉型升級，以全新的理念指導實驗室一體化管理和建設。相比于儀器設備數量迅速的增長速度和管理層次的更高標準要求，傳統的人工靜態管理模式顯得相對滯后，常常存在預約流程繁瑣費時、管理人員緊缺無暇全盤兼顧、數據信息孤島、對外開放共享率低、評價方式落后等問題，因此利用“互聯網+”技術承接實驗室形式與信息化時代要求的橋梁，對于優化高校實驗室資源配置、提升管理技巧、提高服務水平具有重要意義[1,2]。

現階段，不少高校重點實驗室的儀器設備管理工作已陸續走在“互聯網+”的道路上，如大型儀器設備網上預約平臺的應用，開創了開放共享新局面[3,4]。在此基礎上，本文進一步提出了實驗室層面的全生命周期管理模式，以福建省污染控制與資源循環利用重點實驗室為例，分享將全生命周期管理概念與信息化技術有機結合的“智慧實驗室”建設實踐，從更頂層設計的角度來審視探索實驗室各環節管理方案，積極助推智慧校園的建設。

1 “智慧實驗室”全生命周期管理理念

依托于福建師范大學環境科學與工程學院建設的福建省污染控制與資源循環利用重點實驗室，擁有涵蓋光譜、色譜、電化學、熱分析等一系列儀器設備。近年來在持續積極建設下，實驗室儀器數量、層次、價值方面均不斷提升，面對逐年擴大的科研隊伍與儀器數量，唯有將傳統靜態管理模式轉為動態化管理，才能切實提高實驗室服務與管理水平，保障重點實驗室的安全、高效和可持續發展[5-7]。為了將實驗室管理納入到全生命周期理念的框架下，本實驗室全生命周期管理主要分為三個階段：前端人員關口把控、儀器使用過程監督、末端數據統計分析；細分為“實驗室準入、儀器培訓、預約審批、過程監控、時長統計、收費模塊、門禁系統、耗材管理、報表分析”等共12個環節，通過鏈條式的信息化管理進行各環節的動態監管和高效流轉。借助新一代技術的支持，一是實現實驗人員、儀器設備、實驗環境的互聯和信息化管理；二是通過各環節形成的過程化數據進行整理、分析和匯總，讓“資源獲取信息化、設備管理自動化、環境監測實時化、實驗管理高效化”[8-9]。

基于上述全過程一體化管理的理念，本實驗室與相關軟件公司開發了一套符合自身實踐和發展需求的“智慧實驗室”綜合信息平臺，即全生命周期管理理念與“互聯網、物聯網、云平臺”等技術的結合，通過“互聯層—物聯層—應用層”體系應用，連接門禁、監控、溫濕度檢測等智能終端設備，由這些模塊貫穿重點實驗室全生命周期管理的各個環節，完成實驗室中人和物、硬件和軟件的無縫對接，從而實現全程可追溯的一體化管理和數據的標準化建設[10-12]。在實際操作過程中，“智慧實驗室”最大化考慮到使用的便捷性，需求用戶和管理人員可通過移動互聯網APP進行遠程查看預約和管控開放過程?！爸腔蹖嶒炇摇比芷诠芾砀麟A段流程如圖1所示。

2 “智慧實驗室”前端管理

智慧實驗室的前端管理主要包括資源發布、用戶管理、儀器培訓、信譽記錄四個部分，目的在于提供重點實驗室的綜合信息資源，搭建公開透明、規范化的實驗室平臺；嚴把人員關口，對人員進行用戶管理及進入實驗室之前的安全培訓與使用培訓。

2.1 資源發布

提供包含重點實驗室動態新聞、規章制度、管理辦法、開放要求等綜合信息資源，保障所有進入實驗室的人員對基本的安全規則、管理制度了解和掌握。并介紹實驗室儀器設備的型號規格、功能用途、開放要求、實驗內容，方便用戶跨時間和空間區域了解實驗室開放情況。

2.2 用戶管理

將用戶設定為三大類角色：管理員、儀器審核員、測試人員[13]。

⑴ 管理人員：即重點實驗室的日常管理教師，根據權限不同細分為超級管理員、監控管理員、控制機管理員，負責實驗室環境安全及設備、人員信息等各類數據的維護、監控管理等。

⑵ 儀器審核員：分管各儀器的實驗技術人員、負責教師，擁有對儀器預約申請的審核權限及實驗結束后的儀器維護。

⑶ 測試人員：即儀器使用用戶，結合本單位實際情況，分為院內、校內、和校外用戶三類，使用用戶向管理員提供單位、姓名、學號、電話、導師等信息用于注冊賬戶，便于后續的預約、解鎖等操作。

2.3 儀器培訓

重點實驗室儀器繁多，尤其是精密儀器操作復雜，而每學期根據不同科研需求，學生用戶流動性大，有限的集中培訓次數往往達不到理想的培訓目的，因此可通過“智慧實驗室”線上線下結合的模式進行儀器培訓?！爸腔蹖嶒炇摇笨蛻舳颂峁┚€上自主學習頁面，管理人員不定期將儀器操作手冊、注意事項等實驗科研素材轉化為數字資源，以及將示范實驗、規范的實驗操作過程錄成視頻并上傳，供使用用戶在線瀏覽、下載學習。根據儀器設備的貴重、精密和安全系數程度，學生對某臺設備首次預約時可選擇“網上培訓”及“現場培訓”[14]。對簡單易操作、不易損壞的設備，學生在線即可完成考核并開始預約；對精密貴重、安全性要求較高的設備，必須選擇“現場培訓”，儀器負責人定期在設備頁面發布培訓時間、地點公告及報名表，測試人員提交報名表并及時參加現場培訓，通過考核后，管理員可在系統中為其點擊“考試通過，準予申請預約”。

2.4 信譽記錄

為避免個別用戶的不良實驗習慣（如長時間預約占位浪費實驗室資源、離開實驗室未關門、預約樣品數與實際測試數不符等），保障“智慧實驗室”的有序進行，增加了信譽記錄模塊。當被管理員發現并在系統登記不良實驗記錄累計三次以上者，將無法進行正常預約與操作。

通過賬戶注冊、儀器培訓且信譽良好的用戶即可在網頁或客戶端進一步查看儀器預約情況，空白時間段供自由選擇預約，填寫樣品成分、個數、測試條件后提交的預約信息將被發送至各儀器審核員[15]。

3 “智慧實驗室”過程管理

本著“以人為本”的服務理念，“智慧實驗室”系統可及時響應師生對實驗室設備空閑時段的開放要求，方便測試人員自主解鎖門禁與上機操作；同時嚴控過程環節，方便管理人員遠程管控，保障實驗室、儀器設備、操作者的安全。

3.1 儀器設備審核

在傳統的儀器使用審批環節，管理人員需根據預約者登記的紙質化材料進行編排，耗時低效，且預約者往往無法在第一時間明確設備可使用時間?！爸腔蹖嶒炇摇钡氖褂媒鉀Q了這一日?；ぷ鞯姆爆?，在線預約、分級審核作為“智慧實驗室”的一項基本功能，可使學生自主靈活地提前安排實驗時間。儀器審核員可一目了然地瀏覽所負責設備的可預約時間段、預約人姓名、導師團隊、樣品成分、預估測試時間等信息，審核通過后反饋信息將自動在第一時間發給申請用戶。

3.2 智能門禁

“智慧實驗室”在智能終端設備按需配套，已實現與門禁系統、電腦鎖屏系統等物聯網智能終端結合，通過審批的實驗申請，用戶按預約時間在手機APP上點擊“開門”“實驗開始”，即可打開實驗室門和解鎖電腦鎖屏，代替了傳統的鑰匙開門模式，更加便捷高效。

3.3 實時監控與溫濕度監測

“智慧實驗室”連接實驗室視頻監控系統，管理員通過手機終端可遠程調看實驗室，隨時掌握實驗室門鎖開關狀態及儀器運行情況，對違規操作人員可及時制止，確保人員、實驗環境、設備安全管理流程不出現盲點和漏洞，最大程度地規避實驗室中人的不安全行為與物的不安全狀態[16]。此外，大型精密儀器的使用與維護對環境的溫濕度條件要求嚴苛，盡管實驗室已安裝了除濕機、空調和濕度計，但儀器管理人員仍然無法跨空間實時查看?；ヂ摼W技術的發展讓溫濕度從單純的記錄擴展到互聯網監測與控制功能，采用自動化控制，“智慧實驗室”融合在線溫濕度檢測系統，把各間的溫濕度監控點統一聯網監控，儀器管理員無論是在現場還是其他區域都可登錄系統實時查看溫濕度數據，為實驗室穩定的大環境提供保障。

4 “智慧實驗室”末端管理

傳統的實驗室管理環節至用戶離開實驗室即為結束，而新時代下更高要求的實驗室管理建設不僅需要覆蓋儀器設備使用過程的監督業務，同時也需要縱向貫通各環節的信息化工作，嚴守末端節點，做好數據統計分析工作。

4.1 系統計費與實驗文檔上傳

重點實驗室堅持收支平衡的非盈利基本原則，對大型儀器實行有償使用模式，實現專管公用，目的在于將服務收入用于支付儀器配件維修及耗材更換、培訓差旅、學生助理補貼等日常開支。根據使用用戶的性質不同，收費標準對應分為院內、校內、校外三種；根據儀器設備用途與測試條件不同，又分為按時計費與按樣計費兩種。在“智慧實驗室”終端中，計費功能的實現依托于團隊賬號管理，在創建個人賬號時根據其導師團隊為單位進行分組，各團隊預先充值測試經費，實驗結束后，計費模塊的時間控制程序會自動記錄并計算用戶所使用的實驗時間段及費用情況，由系統自動扣除。此外，通過“智慧實驗室”APP，實驗者在完成實驗后，在手機上點擊“實驗結束”，選擇“上傳實驗數據”，隨即實驗數據文檔將被上傳至云端個人賬戶中，可隨時隨地下載，避免用光盤刻錄讀取的麻煩[17]。

4.2 耗材庫存管理

隨著儀器使用年限的增長，所需更換的配件耗材也不斷增加，多樣化功能用途、規格型號的耗材采購與使用情況追蹤是實驗室管理員不可避免的問題，因此“智慧實驗室”增加了耗材配件管理模塊，出庫入庫均可回溯，包括采購日期、價格、規格型號、用途、采購數量、庫存數量等，便于管理員將已有庫存信息化，并設置庫存警戒線對耗材余量自動預警，從而及時進行日常耗材采購。

4.3 儀器報表統計

一直以來，為加強重點實驗室的建設發展和管理監督，省科技、教育管理部門需要根據各重點實驗室報送的紙質信息和數據進行匯總和統計分析。然而這種紙質數據信息的報送對重點實驗室的運行了解存在相對的滯后性；另一方面，面對大量的實驗記錄簿、登記報表，實驗室管理人員在統計各類儀器使用時長、測試數目的工作相當繁重且誤差較大。借助“智慧實驗室”系統，可自動采集以上環節生成的數據，每臺儀器使用時長、產生費用情況、門禁操作日志等，并以圖表或導出報表形式展示，便于取得全面的統計分析結果，“讓數據說話、用數據決策、靠數據管理”，為高校實驗室建設發展提供更加實時、更加動態的信息數據資料。

圖4 “智慧實驗室”報表統計界面

5 結語

科技創新正改變著當下的工作和生活模式，“互聯網+”的過程可視為高校實驗室管理工作和信息化工作雙重轉型升級的過程，可以讓我們站在更高的空間、以更廣的視角，審視思考實驗室管理?；谌芷诠芾砝砟畹摹爸腔蹖嶒炇摇?，是在新科技浪潮下運用現代化技術開啟的實驗管理模式創新，它結合監控、網絡等技術，以云平臺和物聯網為依托，以電腦、手機數據端為窗口，實現高效、實用、靈活的自主學習、自主預約、自主服務，有效提升了開放服務規范化水平、實驗室管理效率及各維度的可持續發展。目前“智慧實驗室”已在本實驗室經過兩年的試運行，其管理模式的科學性和高效性得到了實踐證明，該信息平臺和管理機制正在逐漸向其他實驗室分享推廣，以推進高校重點實驗室朝著智慧化之路不斷前行！