实验室信息管理系统在环境监测领域中的应用分析

范莹莹

（广州市生态环境局增城环境监测站，广东 广州 511300）

引 言

随着经济社会的发展，人民群众对生态环境质量的期盼越来越高，生态环境保护意识越来越强烈，对环境监测工作提出的各项要求也在不断提高。传统的环境监测管理模式正面临着前所未有的压力和挑战，已无法满足环境监测日常工作的要求，亟需通过信息化手段，乘借大数据的东风，建设一套全方位、多层次、广覆盖的信息化管理系统，以实现环境监测工作的管理规范化和运作现代化。实验室信息管理系统（Laboratory Information Management System，以下简称LIMS）便应运而生。实验室信息管理系统通过网络技术、数据存储技术、数据快速处理技术等现代科技手段，将人员、仪器、试剂、耗材、方法、环境、文件等影响分析数据的质量要素充分联动起来，串联起监测任务下达、点位确定、数据采集、数据传输、数据处理、报告审核、结果发布等各个环节，组成一个完备的实验室综合信息管理体系，既能满足生态环境保护、环境监测的日常管理要求，又能保证实验室分析数据的高效性、有效性，较好地促进了整个环境监测质量控制体系的高效运转。

实验室信息管理系统在国外推行较早，应用领域也较广。随着我国信息技术的快速发展，实验室信息管理系统也逐步参与到我国各个领域的实验室管理中，包括环境监测领域。在2000年后，国内部分实力较强的环境监测部门开始探究LIMS在环境监测领域的建设和试运营。例如，厦门市环境监测中心站和上海市环境监测中心分别自2004年和2006年开始建设LIMS，并逐步应用到环境监测日常工作中[1-2]。2010年后，我省多个环境监测部门也陆陆续续投入到了LIMS的建设中，部分站点还取得了良好的运行效果。例如，东莞市环境监测站率先在全省建立起首个环境监测领域的LIMS项目，也是全国第一个监测业务管理和数据管理都在同一系统进行的LIMS项目[3]。深圳市环境监测中心站于2015年投入运行的实验室管理系统具有信息化程度高、实用性强的特点[4]。

1 传统手工模式存在的问题

1.1 样品管理存在的问题

采用手工方式进行样品的采集、接收、分发、流转、存储，是现行环境监测领域多数基层实验室的通用做法。其存在的问题主要有：人工手写采样信息容易遗漏，分发样品容易出错，字迹不清晰容易混淆样品。样品流转的各个阶段缺少有效的监控手段，可能出现漏采、漏检、漏登记的情况。

1.2 数据采集、处理及报告出具周期长、效率低

首先，传统的手工填写原始记录表、人工计算（借助计算器或者Excel等软件计算）出实验结果，手动录入实验数据和手动编写报告等操作，需要大量的人力，耗时长，导致检验分析周期较长，不能适应当下快速监测的要求。其次，手动输入和计算的出错率不可控，给报告的复核、审批增加了难度。

1.3 实验室管理事务繁琐

实验室的管理是环境监测工作的重要组成部分。实验室的管理涉及很多方面，包括人员、样品、仪器设备、试剂耗材、标准物、受控文件、监测报告等。传统的人工管理模式需要耗费大量的人力物力，这与当前环境监测任务越来越重，环境监测系统人手紧缺的现状相悖，不利于环境监测事业的发展。

2 LIMS在环境监测中的应用优势

2.1 全链条的项目管理

LIMS从监测任务下达开始，就对项目进行全链条的自动管理和自动监控。样品编码由系统自动生成，加密保护，防止点位信息及质控样信息泄露。标签机打印出样品编码，避免出现字迹不清的现象。系统向各采样人员、分析人员、报告审核人员自动分发工作任务和工作通知，确保工作任务及时下达。各个监测任务的具体进度，都可以在系统上直接查看到，超时未采样、超时未检测、超时未出结果，系统都会自动提醒相关工作人员，大大降低了漏采、漏检、漏登记等情况，提升了环境监测项目管理的严密性。

2.2 全流程的数据自动化

LIMS可以实现环境监测数据的采集、计算、修约、单位换算、超标判定、结果异常自检、汇总、储存及报告的制作、审核、签发全流程自动化推送。将分析仪器连接到LIMS，仪器分析的数据便可自动上传到系统中。一方面可以降低实验人员抄录数据的工作量，另一方面也避免了因人工抄写产生的错误和偏差。与此同时，LIMS会自动保存上传的数据以及相关的谱图文件，确保环境监测数据的可溯源性。采集后的数据自动推送到原始记录表中，并根据预先维护好的公式自动完成监测结果的计算和修约。得到监测结果后，还可以根据需要，自动进行超标判定、同位点历史数据对比、质控评价等操作，及时发现异常数据。最后，监测结果推送到预先设计好的报告模板中，经过三级审核，最终实现报告的签发。自动化的采集、计算和推送，大大压缩了各个流程的时间，实现了环境监测业务的高效运转。

2.3 全方位的资源管理

LIMS提供包括人员、样品、仪器设备、试剂耗材、标准物质、受控文件、监测报告模板等全方位的资源管理服务。这对减轻环境监测人员的日常工作起到较大作用，使环境监测人员从繁杂重复的管理服务中解脱出来，有更多的时间进行环境监测业务工作和环境质量的分析工作。

2.3.1 LIMS的人员管理

从事环境监测的工作人员是需要持证上岗的，并且需要定期参加业务培训。LIMS除了可以对工作人员的档案信息进行管理外，还可对工作人员的上岗证持证情况进行管理，并根据上岗证的项目范围对监测人员的工作项目进行合理分配和授权。另外，可实现对实验室人员培训记录的管理、查询和统计。

2.3.2 LIMS的仪器设备管理

建立仪器设备管理台账，记录仪器设备的各方面信息，包括但不限于仪器名称、仪器型号、出厂编号、生产日期、设备的使用情况、生产厂家、经销商、维修维护单位、存放地点、设备使用人、仪器说明书、固定资产编号、主要用途等基本信息，实现对仪器设备的精细化管理。

建立仪器使用档案，从仪器的验收调试、日常使用、周期检定、损坏程度、故障修理、日常维护保养、期间核查、使用人变更、存放位置变更、报废情况等进行全过程留痕监督管理，提高仪器的正常运行效率。通过上传仪器使用手册、作业指导书、仪器检定证书、期间核查报告、仪器更换零配件报告等资料信息到系统中，完善对仪器的全方位管理。

实现仪器设备的维修维护记录管理，LIMS系统可进行仪器设备的维护周期设置和维护保养到期提醒，以便工作人员能按时实施设备维护保养计划，为环保监测工作正常开展提供设备保障。

2.3.3 LIMS的试剂、耗材、标准物质等物资管理

LIMS可实现试剂药品、仪器耗材及标准物质的实时管理，涵盖申报计划、审批、采购、入库、领用、分发等各个环节。一方面，对库存中的物资进行全面的属性管理，包括试剂耗材的物理和化学属性，如化学分子式、密度、出厂编号、等级、数量、购买日期、单价、生产日期、有效期、生产单位、用途等，还有保存条件，使用安全须知、使用说明书等。另一方面，系统能够实现试剂耗材等物资的库存监控，建立试剂耗材的领用记录，包括：领用日期、领用人、领用数量、领用部门、用途等信息。入库时，系统能自动增加库存；领用时，系统则会自动扣除库存，库存降低到设定值时，系统会提醒采购员进行采购。物资临期或过期时，会发出临期或过期提醒，从而实现库存的自动更新管理。

另外，LIMS还具有多种查询和统计汇总功能，可以进行科学的分类查询和多维度的统计，方便采购员直观地了解到相关物资的消耗量，从而快速制定合理的采购计划。

2.3.4 LIMS的文件管理

LIMS对环境监测机构的质量体系文件（包括但不限于：监测标准、技术文件、质量手册、程序文件、作业指导书、原始记录表格、监测报告模板等）进行分类管理，实现对文件的编制、复核、审批、发布实施、修改、废止等全过程的管理控制，提升文件管理的规范性和全面性。同时，快速查询、实时调阅等功能提高了环境监测工作人员的工作效率。

LIMS通过建立环境监测标准文件库，对监测能力范围内的所有环境监测标准文件（包括水、气、土壤、噪声、微生物、辐射类监测项目的国家标准、行业标准、地方标准等）进行静态维护和动态管理，提前精确录入监测标准代码、标准名称、分析项目、计算公式、修约规则、检出限、单位、仪器、试剂、耗材等，确保相关监测方法在系统中能自动传输到结果录入和报告输出界面，实现对监测结果的快速评价和监测报告的自动生成。

3 LIMS在环境监测领域进一步推广需要关注的问题

3.1 LIMS开发建设费用和运营成本较高

建设LIMS需要购置专属的软件系统，增加移动终端设备、服务器等基础设施投入，邀请应用、运营工程师进驻等，导致LIMS项目的开发建设费用较高，预算动辄超过百万，日常维护经费也不低。例如，青岛市环境监测中心站的 LIMS 系统项目开发投入在 150 万元以上，投入使用后每年的运行维护费用约为项目开发投入的 25%左右[5]。较高的开发费用和运营成本让国内多数基层环境监测站望而却步，这严重制约了LIMS在环境监测领域的进一步推广应用。

3.2 LIMS的建设、维护、升级工作量较大

首先，LIMS搭建初期，需要进行全面的静态数据维护，定制监测任务流程，设计原始记录报表，手工录入各种分析方法、点位信息、监测频次、仪器信息、试剂信息等，调试计算公式，制定修约条件，设定质控条件，设置报告模板等等，工作量较大。LIMS建设期间，需要传统手工模式和LIMS信息化模式双轨同步运行，增加了环境监测工作人员的工作量；其次，LIMS系统的搭建并不是一蹴而就的，而是在不断的调试中逐渐打磨的，磨合期间的工作量难以预测；再次，环境监测的工作任务并不是一成不变的，监测任务和监测要求都会发生变化，监测规范也会与时俱进，监测方法也在不断更新，所以LIMS在应用过程中，需要不断更新、升级，每次升级又将带来很大的工作量。如果前期开发预留的升级空间较少，后期的维护和升级更是难度倍增。

3.3 环境监测工作人员对传统模式的依赖阻碍了LIMS的推广和应用

LIMS系统的应用可以说是一场环境监测领域的技术变革。部分环境监测工作人员工作思维固化，对传统工作模式依赖程度大，面对全新的系统、全新的管理流程、全新的操作方式以及倍增的系统建设和调试工作量，一时难以适应，易产生抵触情绪。对设备、系统、软件的掌握水平有限，难以接受LIMS带来的管理模式和工作方式的变革。

3.4 不同环境监测部门各自开发LIMS，易产生系统间差异，导致数据共享受限

目前，LIMS的建设属于各环境监测单位的自发行为，缺少系统的指导和监督管理，各个建设单位根据自己的业务、需求及预算，寻找合适的开发单位进行功能研发和系统搭建，存在各自为战的情况。打造出来的LIMS各有千秋，易产生系统间差异，导致数据共享受限。

4 拓展LIMS在环境监测领域应用深度和广度的建议

4.1 统筹谋划，示范带动，推广典型

要进一步拓展LIMS在环境监测领域的应用深度和广度，就必须做好统筹谋划。一是在建设单位内部要做好统筹谋划，从顶层设计出发，统筹各方资源、人力、物力，合理安排时间，做好模块、功能、流程等的设计，稳步推进进度；二是在区域内做好统筹谋划，加强引导和监督，避免各自为战，加强建设单位间的交流和互动，引入融通机制。采取示范带动、推广典型的方式，避免低水平重复建设，降低探索成本，提高研发效率和使用率。

4.2 深入调研，科学预判，预留空间

各LIMS建设单位在开展LIMS项目前，必须进行深入的调研和充分的论证，做好事前的开发规划，择优选择建设方案，科学预判，预留技术改进空间和连接端口等。开发过程中要根据实际应用情况，适时做出合理调整，确保项目顺利实施。

4.3 更新观念，强化培训，加强交流

环境监测从业人员要不断更新观念，主动适应环境监测业务信息化的新要求，接受大数据时代的新挑战，积极参加LIMS知识技能的业务培训及行业交流，提升LIMS的应用操作水平。

5 结论

将实验室信息管理系统应用到环境监测的业务运转和日常管理中，可以解决传统手工模式的各种问题，实现项目管理的规范化、数据传输的自动化、资源管理的专业化，大大提高了环境监测业务的运转速度和整体管理水平，值得进一步推广和应用。