導語：智慧環(huán)境監(jiān)測實驗室建設(shè)方式一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】近年來，隨著科研要求和分析任務量的迅速提升，現(xiàn)有實驗室功能已逐漸無法滿足實際工作需要，構(gòu)建一個具有智能感知，信息數(shù)據(jù)整合與分析，科學自主決策，多業(yè)務綜合集成的環(huán)境監(jiān)測實驗室已迫在眉睫。文章圍繞著加強環(huán)境監(jiān)測能力建設(shè)的宗旨，結(jié)合目前主流的實驗室現(xiàn)代化信息技術(shù)和先進的技術(shù)檢測設(shè)備，借用數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)的平臺，將傳統(tǒng)的實驗室進行創(chuàng)新，以供參考。

【關(guān)鍵詞】智能環(huán)境監(jiān)測；實驗室建設(shè)；研究

1智能實驗室平臺

智慧實驗室平臺主要分為六個板塊，分別是安全管理，環(huán)境管理，能源管理，資源管理，智能設(shè)備管理以及數(shù)據(jù)分析中控。

1.1安全管理

1.1.1人員管理進出實驗室大樓的工作人員需進行身份智能識別，記錄進出實驗室的時間，信息，可以采用閘機或人臉識別等技術(shù)，非工作人員進出時需要取得管理員同意或是申請臨時出入卡，對臨時出入卡的發(fā)放系統(tǒng)也作詳細的記錄。進出具體某個實驗室房間的工作人員也由智能人臉識別的方式進行管理，記錄進出房間的詳細信息。工作人員的信息可以自建數(shù)據(jù)庫或是對接來自于LIMS系統(tǒng)的信息。其中，管理者可以根據(jù)實際工作需要，在系統(tǒng)中規(guī)定工作人員的權(quán)限，并與實驗室房間進行關(guān)聯(lián)，達到精細化管理的目的。1.1.2規(guī)范管理智慧環(huán)境監(jiān)測實驗室系統(tǒng)可以對進出實驗室的人員進行掃描識別，如服裝是否符合實驗規(guī)范要求，通常實驗室人員進行實驗時都會換上白色的大褂以保證潔凈性，如果沒有達到規(guī)范，則進行安全預警。實驗室人員在更衣過程中，系統(tǒng)提供一個智能的儲衣柜，只需人臉掃碼即可，方便工作人員的同時，也能減少衣物被亂放或是弄丟的風險。1.1.3監(jiān)控管理建立實驗室的全程無死角的監(jiān)控系統(tǒng)，對異常行為進行捕捉并預警，通知相關(guān)的責任人，如實驗室夜間有人活動，將活動的人臉捕捉并發(fā)送。1.1.4預警管理系統(tǒng)內(nèi)置了許多規(guī)則，當實驗室的某些情況觸發(fā)到規(guī)則的閾值時，系統(tǒng)會將觸發(fā)條件的原因預警展示并推送到相關(guān)人員進行處理或自動觸發(fā)相應的裝置進行預處理。例如：對實驗環(huán)境有要求的溫度、濕度預警，對實驗室雨水進行報警；對出現(xiàn)某種危險氣體進行預警；對實驗室通電斷電進行管理。系統(tǒng)自動處理的行為例如自動開啟空氣凈化措施，自動打開消防相關(guān)聯(lián)動設(shè)備。系統(tǒng)自動處理或是人為處理的信息都可以記錄在系統(tǒng)日志中。1.1.5應急通知當發(fā)生重大事故時，智慧實驗室有應急呼叫功能和求救功能以通知實驗室的人員快速撤離，或為在實驗室的人員提供應急呼叫功能。

1.2環(huán)境管理

對實驗室環(huán)境的管理包含了排水，照明，空調(diào)，通風和凈化，隔聲等，此處是對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運用得最多的地方，涉及到了各類傳感器，例如雨水傳感器，火警傳感器，聲傳感器，溫濕度傳感器，氣體傳感器，紅外傳感器等。傳感器的數(shù)據(jù)進行實時上傳，可以用大數(shù)據(jù)的手段進行分析；傳感器除了報警外，也可與已建成的LIMS系統(tǒng)結(jié)合，當工作人員在做實驗分析時，也可通過傳感器將當前的濕度和溫度數(shù)據(jù)自動代入LIMS系統(tǒng)。1.2.1能源管理實驗室的能源管理包含了供電，供水和供氣，能在智慧實驗室平臺控制水的開和關(guān)，電的開和關(guān)，配氣室里氣體的開和關(guān)。尤其是在供氣的時候，當氣瓶室里的氣體不夠時能自動的切換氣瓶，并觸發(fā)某個氣瓶氣體不足的警告信息給倉管人員。水、電、氣能源皆能進行可視化的管理，掌握實驗室樓宇中用水，用電，用氣情況。1.2.2資源管理資源管理包括實驗室及其設(shè)備，耗材，易制毒，易制爆等物品。1）實驗室房間管理每個人員有對應房間的訪問權(quán)限，進出入房間時有人臉識別。每個房間的每臺設(shè)備都有操作規(guī)范和對應分析的項目。所以在每個房間的人臉識別屏上，管理人員在得到了權(quán)限許可后可以非常輕松的在物聯(lián)網(wǎng)終端查看如房間的設(shè)備數(shù)量、房間的環(huán)境參數(shù)情況（溫濕度，氣體等）、房間的設(shè)備對應分析方法、分析方法對應的文檔、房間及設(shè)備的使用章程和實驗室內(nèi)部質(zhì)量管理要求、房間的進出入記錄；這樣對管理人員有管理規(guī)定，對操作人員有督促和提醒的作用。2）設(shè)備管理在設(shè)備硬件條件滿足的情況下，智慧實驗室系統(tǒng)可以與設(shè)備進行對接，通過系統(tǒng)提供的自動控制設(shè)備控制設(shè)備的啟停，也可以設(shè)置需要權(quán)限的分析人員才能進行啟用和停用。系統(tǒng)可以記錄設(shè)備的情況，操作記錄，可以對室內(nèi)外的設(shè)備進行智能追蹤和定位，可以將數(shù)據(jù)傳給LIMS系統(tǒng)或其他系統(tǒng)，以便其他系統(tǒng)用作分析和評判?？梢怨芾碓O(shè)備的運行狀態(tài)，使用功率。在設(shè)備運行過程中，智慧設(shè)備管理功能用大數(shù)據(jù)收集設(shè)備自身的情況與當前的數(shù)據(jù)情況進行比對，以確保設(shè)備運行在一個穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)，當有異常時，會提醒相關(guān)的人員或是緊急情況下自動斷電。出現(xiàn)設(shè)備故障時，可以進行聯(lián)動預警，并形成相應的系統(tǒng)日志。3）耗材管理可以登記耗材，管理耗材的出入庫記錄，庫存記錄，智能提醒耗材不足，使管理和維護更為直觀。4）易制毒，易制爆管理可以登記易制毒、易制爆的信息，出入庫記錄，庫存記錄，智能提醒不足。對此類資源，系統(tǒng)可專門為其放置氣體檢測器和火星檢測器，當檢測到火星時，聯(lián)動觸發(fā)消防措施和預警。

1.3智能設(shè)備管理

因智慧實驗室的感知層有很大部分來源于傳感器，還有一些物聯(lián)自動控制裝置，數(shù)量眾多，所以單獨為這些傳感器和自動控制裝置做了一個可視化界面管理，在系統(tǒng)界面中，可以分類查看所有傳感器和控制裝置，這些智能硬件設(shè)備工作的狀態(tài)和位置，并直觀進行維護和管理。

1.4數(shù)據(jù)中控管理

數(shù)據(jù)中控是基于數(shù)據(jù)分析技術(shù)開發(fā)的，也是整個系統(tǒng)的智慧控制中樞，通過采集傳感器的數(shù)據(jù)進行分析比較，進行日常事情的處理和異常事件的提醒，此外，它還提供以下功能。①數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計功能。②統(tǒng)一的中控管理，對實驗室全方位的建設(shè)數(shù)據(jù)進行掌握，其中數(shù)據(jù)的分析統(tǒng)計功能包含但不限于（也可以按照要求進行定制）：設(shè)備的使用率、環(huán)境數(shù)據(jù)趨勢、環(huán)境問題異常事件情況和發(fā)生的概率、人員進出情況，違規(guī)情況統(tǒng)計、資源和能源的使用情況，資源和能源的統(tǒng)計，歷史資源和能源的趨勢分析。數(shù)據(jù)中控是對整個實驗室的可視化操作以及全局把控，通過大屏展示的方式可查看當前實驗室的實時情況，包含人員情況，房間情況，環(huán)境情況，預警情況，空氣質(zhì)量情況等。

1.5系統(tǒng)展現(xiàn)方式

系統(tǒng)采用移動端+PC網(wǎng)頁端的形式來展示。無論移動端還是PC端，系統(tǒng)對各個功能模塊有著嚴格的權(quán)限劃分。領(lǐng)導視圖和普通工作人員視圖是不一致的。

2實驗室通風系統(tǒng)

實驗室通風系統(tǒng)與室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的通風設(shè)計要求不同，主要目的是提供安全、舒適的工作環(huán)境，減少人員暴露在危險空氣下，通風主要是解決實驗人員的身體健康和勞動保護問題。全面通風是對整個房間進行通風換氣，用送入室內(nèi)的新鮮空氣把房間里的有害氣體濃度稀釋到標準允許范圍內(nèi)，同時把室內(nèi)污染的空氣經(jīng)過凈化處理后排到室外大氣中。二噁英實驗室需要滿足恒溫、恒濕、超凈、工作區(qū)間分化、與外部環(huán)境存在壓差、能獨立運行的工作環(huán)境。二噁英類物質(zhì)在分析過程干擾因素多，準確定性、定量分析的難度大，技術(shù)要求高。

3實驗室建筑空調(diào)與潔凈系統(tǒng)

實驗室建筑與普通的建筑是有區(qū)別的，不同的實驗室對溫度、濕度、壓強、潔凈度等參數(shù)有不同的要求，而且不同的實驗室之間的氣流不能交叉污染，實驗區(qū)的氣流不能流向辦公區(qū)，因此實驗建筑空調(diào)系統(tǒng)的要求比普通建筑的要求復雜很多，按布置方式不同可分為分散型空調(diào)系統(tǒng)、集中型空調(diào)系統(tǒng)及局部集中型空調(diào)系統(tǒng)[1]。

4實驗室氣體管道系統(tǒng)

實驗室氣體的供應不同于一般工廠的要求，首先表現(xiàn)在儀器設(shè)備對氣體的純度要求較高，一般工作氣體要求達到99.999%以上，其次氣體的供應連續(xù)，輸出壓力平穩(wěn)，氣體的壓力波動可能導致儀器設(shè)備沒有辦法正常工作，氣體的不連續(xù)供應甚至可能導致儀器設(shè)備故障，因此實驗室氣體管路的設(shè)計是較為嚴格的。

5實驗室給排水系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括實驗給水系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)。實驗給水系統(tǒng)分為一般實驗用水與實驗用純水，實驗室純水系統(tǒng)屬于單獨的給水系統(tǒng)，生活給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)與一般建筑的給水系統(tǒng)一致。

6實驗室純水系統(tǒng)

在當今的實驗室中，水環(huán)境作為絕大數(shù)實驗室的基本環(huán)境，在實驗中占的地位非常重要，水質(zhì)往往決定了很多實驗結(jié)果的真實性、可重復性，實驗室超純水系統(tǒng)生產(chǎn)純度極高的水，可以將水中的導電介質(zhì)幾乎完全去除，同時把不離解的氣體、膠體以及有機物（包括細菌）也去除至很低程度，但使用中央供水還是局部供水還需根據(jù)實際情況商榷。

7實驗室供電系統(tǒng)

實驗室建筑內(nèi)部有各種類型的實驗室及儀器設(shè)備，供電系統(tǒng)除了維持實驗室特定的環(huán)境用電外，還要滿足現(xiàn)有及未來增加的各種儀器的特殊用電要求，對于離心機、層析冷柜、低溫冰箱帶壓縮機之類的儀器，它們的電機啟動所需要的電流往往是工作電流的數(shù)倍，在啟動瞬間往往會影響該線路的電壓波動，如果接在該線路上所用的大功率儀器較多，就會引起儀器工作不正常。所以，對實驗建筑供電系統(tǒng)的設(shè)計，除了要預留足夠的富余電量以滿足未來發(fā)展的需要，還需要提供不間斷的穩(wěn)壓電源，基于實驗室的與眾不同，實驗室建筑的供電系統(tǒng)從電源、線路、照明、安全等各方面都有其獨特性，實驗建筑的用電量通常是現(xiàn)有用電量的2倍。

8結(jié)語

本文對智慧環(huán)境監(jiān)測實驗室的建設(shè)進行了探討，智慧實驗室的構(gòu)建提升了分析工作效率并且讓更多的科研創(chuàng)新成為可能性，對原有的實驗室管理模式有質(zhì)的提升，更加高效的為管理服務，推動科研人才培養(yǎng)與社會服務更高效的發(fā)展。本探討以期為智慧環(huán)境實驗室的構(gòu)建與管理提供一定的參考。

參考文獻

[1]牛麗.高校智慧實驗室綜合管理平臺建設(shè)研究[J].計算機時代，2021（10）：122-124+127.22

作者：喻航 皮寧寧 劉海立 龔立 單位：重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心 有機污染物環(huán)境化學行為與生態(tài)毒理重慶市重點實驗室