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【摘要】近年來，隨著科研要求和分析任務量的迅速提升，現有實驗室功能已逐漸無法滿足實際工作需要，構建一個具有智能感知，信息數據整合與分析，科學自主決策，多業務綜合集成的環境監測實驗室已迫在眉睫。文章圍繞著加強環境監測能力建設的宗旨，結合目前主流的實驗室現代化信息技術和先進的技術檢測設備，借用數據分析和物聯網的平臺，將傳統的實驗室進行創新，以供參考。

【關鍵詞】智能環境監測；實驗室建設；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，環境管理，能源管理，資源管理，智能設備管理以及數據分析中控。

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，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，對臨時出入卡的發放系統也作詳細的記錄。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據庫或是對接來自于LIMS系統的信息。其中，管理者可以根據實際工作需要，在系統中規定工作人員的權限，并與實驗室房間進行關聯，達到精細化管理的目的。1.1.2規范管理智慧環境監測實驗室系統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，如果沒有達到規范，則進行安全預警。實驗室人員在更衣過程中，系統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監控管理建立實驗室的全程無死角的監控系統，對異常行為進行捕捉并預警，通知相關的責任人，如實驗室夜間有人活動，將活動的人臉捕捉并發送。1.1.4預警管理系統內置了許多規則，當實驗室的某些情況觸發到規則的閾值時，系統會將觸發條件的原因預警展示并推送到相關人員進行處理或自動觸發相應的裝置進行預處理。例如：對實驗環境有要求的溫度、濕度預警，對實驗室雨水進行報警；對出現某種危險氣體進行預警；對實驗室通電斷電進行管理。系統自動處理的行為例如自動開啟空氣凈化措施，自動打開消防相關聯動設備。系統自動處理或是人為處理的信息都可以記錄在系統日志中。1.1.5應急通知當發生重大事故時，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環境管理

對實驗室環境的管理包含了排水，照明，空調，通風和凈化，隔聲等，此處是對物聯網技術運用得最多的地方，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。傳感器的數據進行實時上傳，可以用大數據的手段進行分析；傳感器除了報警外，也可與已建成的LIMS系統結合，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據自動代入LIMS系統。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，電的開和關，配氣室里氣體的開和關。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限，進出入房間時有人臉識別。每個房間的每臺設備都有操作規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限許可后可以非常輕松的在物聯網終端查看如房間的設備數量、房間的環境參數情況（溫濕度，氣體等）、房間的設備對應分析方法、分析方法對應的文檔、房間及設備的使用章程和實驗室內部質量管理要求、房間的進出入記錄；這樣對管理人員有管理規定，對操作人員有督促和提醒的作用。2）設備管理在設備硬件條件滿足的情況下，智慧實驗室系統可以與設備進行對接，通過系統提供的自動控制設備控制設備的啟停，也可以設置需要權限的分析人員才能進行啟用和停用。系統可以記錄設備的情況，操作記錄，可以對室內外的設備進行智能追蹤和定位，可以將數據傳給LIMS系統或其他系統，以便其他系統用作分析和評判。可以管理設備的運行狀態，使用功率。在設備運行過程中，智慧設備管理功能用大數據收集設備自身的情況與當前的數據情況進行比對，以確保設備運行在一個穩定的區間內，當有異常時，會提醒相關的人員或是緊急情況下自動斷電。出現設備故障時，可以進行聯動預警，并形成相應的系統日志。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，聯動觸發消防措施和預警。

1.3智能設備管理

因智慧實驗室的感知層有很大部分來源于傳感器，還有一些物聯自動控制裝置，數量眾多，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，這些智能硬件設備工作的狀態和位置，并直觀進行維護和管理。

1.4數據中控管理

數據中控是基于數據分析技術開發的，也是整個系統的智慧控制中樞，通過采集傳感器的數據進行分析比較，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數據的分析統計功能。②統一的中控管理，對實驗室全方位的建設數據進行掌握，其中數據的分析統計功能包含但不限于（也可以按照要求進行定制）：設備的使用率、環境數據趨勢、環境問題異常事件情況和發生的概率、人員進出情況，違規情況統計、資源和能源的使用情況，資源和能源的統計，歷史資源和能源的趨勢分析。數據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，環境情況，預警情況，空氣質量情況等。

1.5系統展現方式

系統采用移動端+PC網頁端的形式來展示。無論移動端還是PC端，系統對各個功能模塊有著嚴格的權限劃分。領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

實驗室通風系統與室內空調系統的通風設計要求不同，主要目的是提供安全、舒適的工作環境，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，同時把室內污染的空氣經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、工作區間分化、與外部環境存在壓差、能獨立運行的工作環境。二噁英類物質在分析過程干擾因素多，準確定性、定量分析的難度大，技術要求高。

3實驗室建筑空調與潔凈系統

實驗室建筑與普通的建筑是有區別的，不同的實驗室對溫度、濕度、壓強、潔凈度等參數有不同的要求，而且不同的實驗室之間的氣流不能交叉污染，實驗區的氣流不能流向辦公區，因此實驗建筑空調系統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系統、集中型空調系統及局部集中型空調系統[1]。

4實驗室氣體管道系統

實驗室氣體的供應不同于一般工廠的要求，首先表現在儀器設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，輸出壓力平穩，氣體的壓力波動可能導致儀器設備沒有辦法正常工作，氣體的不連續供應甚至可能導致儀器設備故障，因此實驗室氣體管路的設計是較為嚴格的。

5實驗室給排水系統

該系統包括實驗給水系統、生活給水系統和消防給水系統。實驗給水系統分為一般實驗用水與實驗用純水，實驗室純水系統屬于單獨的給水系統，生活給水系統和消防給水系統與一般建筑的給水系統一致。

6實驗室純水系統

在當今的實驗室中，水環境作為絕大數實驗室的基本環境，在實驗中占的地位非常重要，水質往往決定了很多實驗結果的真實性、可重復性，實驗室超純水系統生產純度極高的水，可以將水中的導電介質幾乎完全去除，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實際情況商榷。

7實驗室供電系統

實驗室建筑內部有各種類型的實驗室及儀器設備，供電系統除了維持實驗室特定的環境用電外，還要滿足現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的設計，除了要預留足夠的富余電量以滿足未來發展的需要，還需要提供不間斷的穩壓電源，基于實驗室的與眾不同，實驗室建筑的供電系統從電源、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有用電量的2倍。

8結語

本文對智慧環境監測實驗室的建設進行了探討，智慧實驗室的構建提升了分析工作效率并且讓更多的科研創新成為可能性，對原有的實驗室管理模式有質的提升，更加高效的為管理服務，推動科研人才培養與社會服務更高效的發展。本探討以期為智慧環境實驗室的構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：重慶市生態環境監測中心 有機污染物環境化學行為與生態毒理重慶市重點實驗室