導(dǎo)語：智慧環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室建設(shè)方式一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，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(wù)量的迅速提升，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室功能已逐漸無法滿足實(shí)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(xué)自主決策，多業(yè)務(wù)綜合集成的環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室已迫在眉睫。文章圍繞著加強(qiáng)環(huán)境監(jiān)測能力建設(shè)的宗旨，結(jié)合目前主流的實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)代化信息技術(shù)和先進(jìn)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(shí)驗(yàn)室進(jìn)行創(chuàng)新，以供參考。

【關(guān)鍵詞】智能環(huán)境監(jiān)測；實(shí)驗(yàn)室建設(shè)；研究

1智能實(shí)驗(yàn)室平臺

智慧實(shí)驗(yàn)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(jìn)出實(shí)驗(yàn)室大樓的工作人員需進(jìn)行身份智能識別，記錄進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的時間，信息，可以采用閘機(jī)或人臉識別等技術(shù)，非工作人員進(jìn)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(xì)的記錄。進(jìn)出具體某個實(shí)驗(yàn)室房間的工作人員也由智能人臉識別的方式進(jìn)行管理，記錄進(jìn)出房間的詳細(xì)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(shí)際工作需要，在系統(tǒng)中規(guī)定工作人員的權(quán)限，并與實(shí)驗(yàn)室房間進(jìn)行關(guān)聯(lián)，達(dá)到精細(xì)化管理的目的。1.1.2規(guī)范管理智慧環(huán)境監(jiān)測實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)可以對進(jìn)出實(shí)驗(yàn)室的人員進(jìn)行掃描識別，如服裝是否符合實(shí)驗(yàn)規(guī)范要求，通常實(shí)驗(yàn)室人員進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時都會換上白色的大褂以保證潔凈性，如果沒有達(dá)到規(guī)范，則進(jìn)行安全預(yù)警。實(shí)驗(yàn)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(fēng)險。1.1.3監(jiān)控管理建立實(shí)驗(yàn)室的全程無死角的監(jiān)控系統(tǒng)，對異常行為進(jìn)行捕捉并預(yù)警，通知相關(guān)的責(zé)任人，如實(shí)驗(yàn)室夜間有人活動，將活動的人臉捕捉并發(fā)送。1.1.4預(yù)警管理系統(tǒng)內(nèi)置了許多規(guī)則，當(dāng)實(shí)驗(yàn)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(yù)警展示并推送到相關(guān)人員進(jìn)行處理或自動觸發(fā)相應(yīng)的裝置進(jìn)行預(yù)處理。例如：對實(shí)驗(yàn)環(huán)境有要求的溫度、濕度預(yù)警，對實(shí)驗(yàn)室雨水進(jìn)行報警；對出現(xiàn)某種危險氣體進(jìn)行預(yù)警；對實(shí)驗(yàn)室通電斷電進(jìn)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(yīng)急通知當(dāng)發(fā)生重大事故時，智慧實(shí)驗(yàn)室有應(yīng)急呼叫功能和求救功能以通知實(shí)驗(yàn)室的人員快速撤離，或?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室的人員提供應(yīng)急呼叫功能。

1.2環(huán)境管理

對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的管理包含了排水，照明，空調(diào)，通風(fēng)和凈化，隔聲等，此處是對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)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(jìn)行實(shí)時上傳，可以用大數(shù)據(jù)的手段進(jìn)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(dāng)工作人員在做實(shí)驗(yàn)分析時，也可通過傳感器將當(dāng)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(shí)驗(yàn)室的能源管理包含了供電，供水和供氣，能在智慧實(shí)驗(yàn)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(dāng)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(jìn)行可視化的管理，掌握實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室及其設(shè)備，耗材，易制毒，易制爆等物品。1）實(shí)驗(yàn)室房間管理每個人員有對應(yīng)房間的訪問權(quán)限，進(jìn)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(yīng)分析的項(xiàng)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(yīng)分析方法、分析方法對應(yīng)的文檔、房間及設(shè)備的使用章程和實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量管理要求、房間的進(jìn)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(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)可以與設(shè)備進(jìn)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(jìn)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(jìn)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。可以管理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，使用功率。在設(shè)備運(yùn)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(dāng)前的數(shù)據(jù)情況進(jìn)行比對，以確保設(shè)備運(yùn)行在一個穩(wěn)定的區(qū)間內(nèi)，當(dāng)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(jìn)行聯(lián)動預(yù)警，并形成相應(yīng)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(hù)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(dāng)檢測到火星時，聯(lián)動觸發(fā)消防措施和預(yù)警。

1.3智能設(shè)備管理

因智慧實(shí)驗(yàn)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(dú)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(jìn)行維護(hù)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(jìn)行分析比較，進(jìn)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(shí)驗(yàn)室全方位的建設(shè)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(shí)驗(yàn)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(dāng)前實(shí)驗(yàn)室的實(shí)時情況，包含人員情況，房間情況，環(huán)境情況，預(yù)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(yán)格的權(quán)限劃分。領(lǐng)導(dǎo)視圖和普通工作人員視圖是不一致的。

2實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)與室內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)的通風(fēng)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(fēng)主要是解決實(shí)驗(yàn)人員的身體健康和勞動保護(hù)問題。全面通風(fēng)是對整個房間進(jìn)行通風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)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(dú)立運(yùn)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(zhǔn)確定性、定量分析的難度大，技術(shù)要求高。

3實(shí)驗(yàn)室建筑空調(diào)與潔凈系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室建筑與普通的建筑是有區(qū)別的，不同的實(shí)驗(yàn)室對溫度、濕度、壓強(qiáng)、潔凈度等參數(shù)有不同的要求，而且不同的實(shí)驗(yàn)室之間的氣流不能交叉污染，實(shí)驗(yàn)區(qū)的氣流不能流向辦公區(qū)，因此實(shí)驗(yàn)建筑空調(diào)系統(tǒng)的要求比普通建筑的要求復(fù)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(shí)驗(yàn)室氣體管道系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室氣體的供應(yīng)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(dá)到99.999%以上，其次氣體的供應(yīng)連續(xù)，輸出壓力平穩(wěn)，氣體的壓力波動可能導(dǎo)致儀器設(shè)備沒有辦法正常工作，氣體的不連續(xù)供應(yīng)甚至可能導(dǎo)致儀器設(shè)備故障，因此實(shí)驗(yàn)室氣體管路的設(shè)計是較為嚴(yán)格的。

5實(shí)驗(yàn)室給排水系統(tǒng)

該系統(tǒng)包括實(shí)驗(yàn)給水系統(tǒng)、生活給水系統(tǒng)和消防給水系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)給水系統(tǒng)分為一般實(shí)驗(yàn)用水與實(shí)驗(yàn)用純水，實(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)屬于單獨(dú)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(shí)驗(yàn)室純水系統(tǒng)

在當(dāng)今的實(shí)驗(yàn)室中，水環(huán)境作為絕大數(shù)實(shí)驗(yàn)室的基本環(huán)境，在實(shí)驗(yàn)中占的地位非常重要，水質(zhì)往往決定了很多實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性、可重復(fù)性，實(shí)驗(yàn)室超純水系統(tǒng)生產(chǎn)純度極高的水，可以將水中的導(dǎo)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(jī)物（包括細(xì)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(shí)際情況商榷。

7實(shí)驗(yàn)室供電系統(tǒng)

實(shí)驗(yàn)室建筑內(nèi)部有各種類型的實(shí)驗(yàn)室及儀器設(shè)備，供電系統(tǒng)除了維持實(shí)驗(yàn)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(jī)、層析冷柜、低溫冰箱帶壓縮機(jī)之類的儀器，它們的電機(jī)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(shí)驗(yàn)建筑供電系統(tǒng)的設(shè)計，除了要預(yù)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(shí)驗(yàn)室的與眾不同，實(shí)驗(yàn)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(dú)特性，實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室的建設(shè)進(jìn)行了探討，智慧實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室管理模式有質(zhì)的提升，更加高效的為管理服務(wù)，推動科研人才培養(yǎng)與社會服務(wù)更高效的發(fā)展。本探討以期為智慧環(huán)境實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建與管理提供一定的參考。

參考文獻(xiàn)

[1]牛麗.高校智慧實(shí)驗(yàn)室綜合管理平臺建設(shè)研究[J].計算機(jī)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(jī)污染物環(huán)境化學(xué)行為與生態(tài)毒理重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室