“双创”智能化自主实验平台建设与运行管理研究

邱敦国，陈 艳，杨琴敏，张影红

（四川大学 实验室及设备管理处，四川 成都 610065）

为了推进大众创业万众创新，加快发展新经济、培育发展新动能、打造发展新引擎，国务院出台了《关于建设大众创业万众创新示范基地的实施意见》，确定了首批28个“双创”示范基地。四川大学作为首批入选的国家“双创”示范基地建设单位，在2018年开始启动“双创”智能化自主实验平台建设，该平台利用“互联网+”、物联网、生物识别、三维可视化仿真、大数据分析与挖掘等先进的信息化技术，建设一批智能化实验室，实现实验室全天候、全空间面向学生开放，为大学生完成自主研发、自主创新提供实验条件，最大限度地发挥高校实验资源在创新创业人才培养中的支撑作用[1-2]。

1 学生自主实验需要解决的问题

高校实验室要面向大学生开放共享，实现学生自主实验，主要存在以下问题。

（1）实验预约问题。高校实验室一般分为教学型实验室和科研型实验室。教学型实验室通常只在学生上实验课时准许进入，而科研型实验室却很少向大学生开放共享。要实现实验室在空闲时段面向学生开放共享，需要在实验前进行实验预约，而如何实现实验室预约，是需要解决的首要问题。

（2）实验室安全问题。要实现实验室全天候、全空间对学生开放，会出现不同专业的学生在一起进行实验，实验人员构成复杂、安全意识参差不齐。少数学生安全意识较差，不按操作规范进行实验，如何保证实验室的安全是需要解决的重大问题。

（3）教师指导管理问题。学生开展的自主研发、自主创新实验，大多是利用课余时间完成，指导教师不可能一直在实验室陪同学生完成自主实验，如何对学生自主实验进行指导管理是需要解决的关键问题。

针对上述三个问题，“双创”智能化自主实验平台通过在实验室安装智能化设备，开发管理系统软件，制定相应的运行管理规程，利用技术手段和管理制度来确保实验室面向大学生开放共享[3-5]。

2 智能化自主实验平台建设

一个平台系统的建设，通常需要进行硬件建设和与之相配套的软件建设，硬件是基础，软件是整个平台系统的核心。在进行平台建设时，除了选择合适的硬件，更重要的是要开发出满足用户需求的软件[6-8]。

“双创”智能化自主实验平台建设内容包含智能化实验室建设、中心管理系统建设、平台综合系统软件建设三部分。

2.1 智能化实验室建设

（1）智能门禁系统。系统支持学生刷一卡通进入实验室。在学生成功预约某一时段的实验时，系统自动赋予学生在该时段开实验室门的权限，学生可以刷卡进入实验室完成自主实验。

（2）智能监控系统。系统在每个实验室安装了多台高清摄像机，指导教师或实验室管理员可通过网络客户端或手机App，远程查看实验室监控视频。

（3）智能电源监测系统。系统可以实现远程开关设备电源，远程查看电源状态，实时监测设备能耗等功能，有效帮助实验室管理员掌握实验室设备使用情况。

（4）智能灯光控制和行人监测系统。系统具有远程查看灯光的开关状态，控制灯光的开关，实现行人进入实验室时自动开灯和离开实验室时自动关灯的功能。

（5）智能温湿度监测系统。系统实时监测实验室的温度和湿度，在实验室温湿度异常时，自动发出报警信息。

（6）智能空调控制系统。系统可以远程查看实验室空调开关状态，实现远程开启空调、关闭空调和设定空调温度等功能。与温湿度监测系统联动，当监测到实验室温度超过设定值后，自动开启空调降温。

（7）智能烟雾与气体监测系统。系统自动监测实验室烟雾和有毒气体浓度，当实验室发生火灾或者出现气体泄漏等情况时，系统自动监测并发出报警信息。

（8）智能报警系统。系统与烟雾和气体监测系统联动，在实验室发生火灾或有毒气体泄漏时，会自动触发楼道内的声光报警器，同时发出报警信息，信息实时上传到中心监控与报警系统和实验室安全员的手机App，使安全人员能第一时间作出应急处理。

（9）网络系统。系统包括各实验大楼到学校信息中心的主干光纤网络，实验大楼到各实验室的光纤网络，实验室内与各智能化设备联通的无线网络。

“双创”智能化自主实验平台网络结构见图1。

图1 “双创”智能化自主实验平台网络结构图

2.2 中心管理系统建设

（1）中心服务器系统。中心服务器系统采用校级云平台服务器，包括 WEB服务器、应用服务器、数据库服务器、文件服务器、App服务器、GIS服务器、网络管理服务器、视频服务器等，所有服务器采用双备份机制，确保任何一台服务器出现故障不会中断系统和丢失数据。

（2）中心监控与报警系统。中心监控与报警系统通过大屏幕实时显示各实验室的运行状态，包括实验室各智能化设备的数据信息与监控视频。在实验室出现报警信息时，显示大屏会实时弹出报警信息，并自动显示该实验室的监控视频，中心值守人员可以实时查看监控视频，并能在第一时间作出应急处理。

2.3 平台综合系统软件建设

（1）平台综合系统软件。平台综合系统软件包括自主实验管理系统、实验室安全准入系统、实验室安全监测与报警系统、实验二次排课系统、智能化设备运行管控系统、大数据统计分析系统、智能化三维展示系统和统一门户网站系统等。平台综合系统软件采用B/S架构，所有软件部署在云平台服务器，用户通过登录平台网站，输入用户名与密码登录系统。

（2）手机App软件。用户通过输入用户名与密码登录手机App软件，可以实时查询各类通知信息，了解各类申请所处流程，快速审核各类任务，查看实验室监控视频，远程监测与控制实验室各类智能设备。

3 智能化自主实验平台运行管理

3.1 数据完善

（1）实验室信息库完善。实验室信息库包括实验室房间信息库和实验室设备信息库。实验室房间信息库需要与学校公房信息库进行对接，获取实验室房间所在的楼栋、楼层、房间号、房间面积、房间负责人、房间安全负责人等信息。实验室设备信息库需要和学校设备信息库进行对接，获取实验室的各种设备信息。

（2）人员信息库完善。人员信息库包括教师信息库和学生信息库。教师信息库需要与学校人事信息系统对接，获取学校教师的工号、姓名、性别、职称、工作类别、所属单位、联系方式等信息。学生信息库需要和学校学生信息系统对接，获取学生的学号、姓名、性别、年级、专业、学院等信息。

（3）实验排课信息库完善。实验排课信息库需要与学校教务信息系统进行对接，获取学生理论课程排课信息和实验课排课信息。

（4）实验室安全准入信息库完善。实验室安全准入信息库分为通识类、电器安全类、化学安全类、生物安全类、医学安全类、仪器安全类、放射安全类等不同课程。需要完成各课程的文字教材、视频教材和试题库等内容。

3.2 角色定义与权限分配

系统定义了学生、教师、实验室管理员、实验室安全员、实验室管理领导等多个角色，对不同的角色，分配了不同的权限。

3.3 学生自主实验

（1）安全准入。学生进行自主实验的前提是完成实验室对应的安全课程学习和考试，只有考试合格的学生才有资格进行自主实验申请[9-11]。

（2）实验申请。学生进行自主实验前需要先将自主实验方案提交给指导教师审核，指导教师审核通过后，学生根据实验室开放情况，在线申请实验室，申请审核通过后才能进行自主实验。

（3）自主实验。学生自主实验申请成功后，只需在预约实验时间范围内刷一卡通就可以进入实验室进行自主实验，指导教师无须亲自到现场指导。学生在实验过程中遇到困难与问题，可以远程与指导教师进行语音或视频通话，指导教师通过远程方式帮助学生解决问题。在自主实验过程中，如果发生安全事故，学生可以按求救按钮发出报警信息，实验室安全人员能够第一时间收到报警信息，并调取实验室监控视频，远程指导学生进行安全处置。学生自主实验流程如图2所示。

图2 自主实验流程

3.4 相关规章制度建设

为了能更好地促进“双创”智能化自主实验平台的建设与运行管理，目前，已制定了一个基于“双创”智能化自主实验平台的管理文件《大学生“双创”智能化自主实验室建设及运行管理办法（试行）》。

4 结语

“双创”智能化自主实验平台建立起了一种智能化、开放式、协同式、高效率的全校实验室管理机制，实现了实验室的开放与共享，使学生能够根据自己的设想，提出自主实验方案，完成自主实验。

系统以先进性、专业性、创意性为建设理念，以全面提高大学生创新精神和实践能力为宗旨，以高校优质实验教学资源为基础，以创新创业人才培养为主线，利用先进的信息化技术，营造一个以学生为主体，高度互动、虚实结合、过程可视的全天候智能化自主实验平台，并探索形成与之配套的管理体制及运行机制，为学生创新创业提供了坚实的实验条件保障，有效提高了实验室的安全性和使用效率。同时建立了可复制的“双创”智能化自主实验平台及运行管理机制，为全国实验教学创新改革提供了应用示范。