物联网技术在高校化学实验室管理中的应用

宋明+徐玮玮+王扬+庄文昌

摘 要：该文基于分析目前高校化学类实验室管理问题现状的基础上，介绍了目前物联网技术在具体实验室管理中的应用，通过大型仪器设备、普通设备、特种压力容器、试剂等智能管理，结合门禁和监控系统的介绍，为实验室未来的管理提供新的思路。

关键词：物联网 高校化学实验室 管理

中图分类号：G647 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）07（c）-0180-02

随着我国高等教育的普及和不断发展，各学科与专业的不断拓展，特别是由于理工科专业如化工、化学、材料等与产业具有较好的衔接性，几乎大部分高校都开有化学、化工相关专业。专业的人才培养离不开专业的实验室，而化学实验室是所有高校实验室中最危险、最复杂、管理最困难、最需要专业管理的一类实验室。正是因为这样的情况，管理稍有放松，就容易出现爆炸、火灾、有毒气体释放等情况，造成人员伤亡和财产损失，跟学生的家庭、指导教师、学校带来一系列的严重影响和伤害。因此，加强实验室的管理，通过多渠道和现代手段的支持，无疑对于提升管理水平和效果起到举足轻重的作用。

1 高校化学实验室管理工作面临的问题与现状分析

据部分文献报道统计，目前我国高校实验室增速明显，实验室数量已经超过16000多个，固定资产亦超过250亿元，拥有超过90万多台套的仪器设备[1]。随着高校“双一流”建设，可以预想，更多重点实验室、工程技术中心、创新平台将大量申报和增长，作为我国科研创新、学生创业、企业创造的源泉。如前文所述，化学实验室承担了大部分化学相关专业学生的实验教学和教师科研，涉及较多有毒、易燃易爆、危险品、压力容器的大量使用，目前主要面临以下难于解决好的问题。

1.1 以人为主的管理模式

目前高校的实验室，基本离不开人为主的管理模式，定期对实验室安全和卫生进行各种检查，但由于实验室太多，性质也不尽相同，很难做到每天对实验室进行查看。此外，只有使用的师生更清楚实验室所进行的实验和使用试剂、气体情况。然而大部分教师很难做到对学生实验的全程陪同，大部分实验室的情况基本处于导师定期指导博士、博士带硕士、硕士带本科的实验状态，安全和管理自然也就由学生一个角色所决定。学生的安全意识可想而知，大部分本科学生甚至未经过专业的安全培训就进入实验室开展科研工作，一旦带其实验的硕士、博士自身未具备安全意识，整个学生的角色根本无法保证实验室的安全。同时，由于实验室人员流动性、实验条件差异、实验试剂和所需药品的区别，不同学生直接对于他人的实验并非完全了解，也很难进行相互监控，一旦其中某一个学生出现“安全短板”，整个实验室的安全便无从谈起。因此，完全以人为主的管理模式，很难保证高校实验室，特别是化学实验室的安全。

1.2 管理队伍差异化

目前本科高校，教学型实验室一般配有专门的实验员进行管理，科研型的实验室一般配有兼职的安全员进行监督和定期检查，然而不同的高校，管理队伍差异较大。以本校为例，大部分实验员为硕士学历，部分为本科，虽然是化学相关专业毕业，然而对于具体化学实验的过程、试剂的分类管理、压力容器的有效监管缺少专业化的知识储备，需要进行专业化的培训。其他高校很多实验室人员也存在参差不齐的现象，而高学历的实验员很难安心作为实验员，造成人员流动过大，管理衔接困难。对于科研型的实验室，安全员很难每天蹲守实验室，监控每一个实验过程，定期的检查很难完全避免事故的发生。

1.3 安全管理机制落后

大部分的高校实验室，都备有各种安全管理制度、试剂分类管理制度、特种设备安全制度等一系列規章制度，但同样由于安全管理部门太多，往往存在管理松懈、相互推诿的现象，管理体制自然流于形式。同时，由于不同学院、专业情况差异较大，学校检查部门人员基本是外行，检查很难点中要害，往往关注卫生的表面，忽视安全的内在，检查结果造成使用师生的反感，整改不够及时有效，形成“重检查、轻整改”的现状。

2 物联网技术在高校化学实验室管理中的应用

物联网（Internet of Things）[2]，其基本定义为：通过射频识别（RFID）、全球定位系统（GPRS）红外感应器等信息传感设备，根据约定的协议，通过互联网与任何现实中的物体进行连接，实现信息的交换和通信，进而达到对物体的智能化识别、定位、跟踪、监控与管理的一种网络。物联网的应用也陆续与高校实验室管理相结合，如徐州地区中国矿业大学的物联网（感知矿山）研究中心等相关基于物联网实验室/中心的成立，推进物联网在实验室的广泛应用。其具体应用主要包括。

2.1 门禁系统

门禁系统是最早物联网在实验室的应用之一，通过专门的门禁卡（这个门禁卡本质为RFID射频识别技术的标签）使用，不同的管理人员培养不同的门禁权限，通过设定门禁控制实验室门的开启，同时可以监控使用人情况，进出人员情况，使用时间等信息。通过门禁系统的使用，可以方便的通过远程电脑，控制实验室的使用，提高管理效率。

2.2 大型仪器智能管理

大型精密仪器价格较高，维修困难，通过物联网技术可以提高管理效果。Zigbee是一种局域网协议，其基于国际规定，通过短距离、低功耗的无线传输，实现对大型仪器的管理[3]。通过红外检测器，实现对非法闯入人员、非法移动检测设备、门窗非法入内、火灾烟雾、湿度温度等情况的监控和报警，并及时反馈到管理人员手机等移动设备上，提高反馈和应对的时间和效率。

2.3 普通设备智能管理

普通小型设备的管理也陆续与物联网对接，通过与门禁系统结合，只有有权限的人员可以进入实验，每台设备配备刷卡端，只有使用RFID标签，才能启用和启动本设备，对于设备的移动设定更高权限，一旦触动系统，将通过和监控系统结合，实时反馈给管理人员，达到远程管理和控制的目的。

2.4 特种压力容器智能管理

特种压力容器本身内部压力高、使用条件苛刻，操作及管理不当，极易发生爆炸、泄漏、火灾、中毒等安全事故，造成严重的人身伤亡和财产损失。本校与相关企业合作，采用简单的DTU模块，通过气体探头及控制器，完成基于 GPRS 的 Internet 接入功能，不但能收发短信息，还能拨打预存在监控中心中的指定电话号码，实现气体泄露情况下，第一时间反馈直接管理人员并及时处理，以避免安全事故的产生。

2.5 试剂分类智能管理

化学试剂的分类管理和废液废渣的处理一直是化学类实验室管理的难点，通过设立物联网试剂柜，不同试剂分类存放，刷卡入库出库，不同权限的人员可以取得不同危险登记的药品，同时记录入库出库人信息，库存实时状态等信息，配合门禁和视频系统，实现对试剂的分类管理与监控，同时结合废液处理站，对废液废弃物进行管理和处理。

3 结语

基于目前我国高校实验室特别是化学实验室陆续增多的现状和管理的困难，该文分析了目前高校化学实验室管理面临的主要问题，在此基础上，介绍了物联网应用于高校化学实验室的基本情况，包括门禁系统、监控系统、大型仪器智能管理、普通设备智能管理、特种压力容器智能管理、试剂分类智能管理等，为未来物联网在实验室的具体应用和高校化学类实验室的管理提供了思路。

参考文献

[1] 王刚，王强.实验室管理现状与存在问题的探讨[J].农产品加工（学刊），2013（17）：57-59.

[2] 钟建国.基于物联网的实验室管理模式的研究[J].教育教学论坛，2017，3（10）：14-15.

[3] 陈仁安，郑新旺，庄凤彬.基于物联网的高校大型仪器设备智能管理系统研究[J].实验技术与管理，2017，34（4）：268-271.