基于物聯(lián)網(wǎng)的土木工程實(shí)驗(yàn)室管理模式研究

長(zhǎng)沙學(xué)院 黃立浦 朱 純

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展及行業(yè)人才需求，土木建筑類專業(yè)逐漸成為了高校熱門(mén)專業(yè)之一，選擇該類專業(yè)的學(xué)生也在成倍地增長(zhǎng)。那么如何滿足建筑行業(yè)人才需求，培養(yǎng)出符合建筑行業(yè)工作要求的實(shí)踐型學(xué)生成為高校土木建筑類專業(yè)教學(xué)中需要重視的問(wèn)題和難題。而為了充分解決這些問(wèn)題和難題，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和發(fā)展成為重中之重的工作。應(yīng)將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)用到土木工程實(shí)驗(yàn)室管理中，對(duì)實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)室人員、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)環(huán)境條件等進(jìn)行管理，充分實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室智能、高效管理。

一、物聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)狀和發(fā)展

物聯(lián)網(wǎng)(Internet of Things)指的是將無(wú)處不在的末端設(shè)備和設(shè)施，包括具備“內(nèi)在智能”的傳感器、視頻監(jiān)控系統(tǒng)等、和“外在智能”的，如貼上RFID 的各種資產(chǎn)、攜帶無(wú)線終端的個(gè)人與車輛等“智能化物件或動(dòng)物”或“智能塵埃”，通過(guò)各種無(wú)線、有線的長(zhǎng)距離和短距離通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通（M2M)、應(yīng)用大集成以及基于云計(jì)算的SaaS 營(yíng)運(yùn)等模式，在內(nèi)網(wǎng)（Intranet）、專網(wǎng)（Extranet）和互聯(lián)網(wǎng)（Internet）環(huán)境下，采用適當(dāng)?shù)男畔踩Ｕ蠙C(jī)制，提供安全可控乃至個(gè)性化的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)、定位追溯、領(lǐng)導(dǎo)桌面（集中展示的Cockpit Dashboard)等管理和服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)“萬(wàn)物”的“管、控、營(yíng)”一體化。

近幾年，物聯(lián)網(wǎng)是在互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，把物品相互之間通過(guò)射頻識(shí)別RFID 等信息傳感設(shè)備，按照約定的協(xié)議，與互聯(lián)網(wǎng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)物品智能化識(shí)別和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。由此，物聯(lián)網(wǎng)的核心和基礎(chǔ)依然是互聯(lián)網(wǎng)，在此基礎(chǔ)上不斷演變和發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)，將其用在物體和物體之間連接上，并實(shí)現(xiàn)相互之間的信息交換和通信。

二、實(shí)驗(yàn)室管理的現(xiàn)狀和不足

為了便于學(xué)校統(tǒng)一化管理，實(shí)驗(yàn)室會(huì)根據(jù)要求建立實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)臺(tái)賬，對(duì)儀器設(shè)備貼標(biāo)簽等，但主要是采用人工建立實(shí)驗(yàn)室資產(chǎn)臺(tái)賬，人工清點(diǎn)儀器設(shè)備，人工控制低值易耗品購(gòu)置，人工貼紙質(zhì)標(biāo)簽，實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境人工控制等，這樣不僅增加了實(shí)驗(yàn)室管理人員的負(fù)擔(dān)，而且管理效率不高，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)錯(cuò)誤率高，數(shù)據(jù)信息更新不及時(shí)等問(wèn)題。

1.實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備管理現(xiàn)狀。儀器設(shè)備管理主要是通過(guò)紙質(zhì)標(biāo)簽來(lái)實(shí)現(xiàn)標(biāo)記，它信息量小，在干燥、濕冷環(huán)境下容易脫落、損壞。另外儀器設(shè)備的使用和借調(diào)都還是通過(guò)手工紙質(zhì)登記的方式，造成儀器設(shè)備狀態(tài)更新不及時(shí)，利用率降低。并且由于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的不斷擴(kuò)大，儀器設(shè)備熟練逐漸增加，實(shí)驗(yàn)室管理人員經(jīng)常需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力來(lái)清點(diǎn)儀器設(shè)備的位置、狀態(tài)、數(shù)量等信息。

2.低值易耗品管理現(xiàn)狀。作為工科專業(yè)的土木工程實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)課程開(kāi)設(shè)較多。實(shí)驗(yàn)室的低值易耗品種類多、價(jià)格便宜、消耗較大并且消耗速度快，導(dǎo)致低值易耗品的管理難度增強(qiáng)。

應(yīng)用先進(jìn)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的監(jiān)控和管理已在各個(gè)單位大量的投入使用，如何有效的利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)土木工程實(shí)驗(yàn)室管理，構(gòu)建最優(yōu)的管理模式值得深入研究和探討。下面從實(shí)驗(yàn)室調(diào)度、儀器設(shè)備管理、低值易耗品管理、實(shí)驗(yàn)環(huán)境管理和安防管理四個(gè)方面進(jìn)行研究討論。

1.實(shí)驗(yàn)室調(diào)度。實(shí)驗(yàn)室比較多，供土木工程專業(yè)學(xué)生調(diào)度使用，需提供前臺(tái)預(yù)錄的軟件系統(tǒng)，統(tǒng)一調(diào)配實(shí)驗(yàn)室，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生班級(jí)使用實(shí)驗(yàn)室時(shí)段，學(xué)生班級(jí)也可以利用空余的實(shí)驗(yàn)室，自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)使用實(shí)驗(yàn)室，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的充分利用。當(dāng)然學(xué)生自行參與實(shí)驗(yàn)室的使用，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的安全性尤為重要，當(dāng)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有關(guān)門(mén)或者實(shí)驗(yàn)設(shè)備沒(méi)有關(guān)閉的情況下，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，應(yīng)用遠(yuǎn)程監(jiān)控與自動(dòng)禁閉系統(tǒng)，通過(guò)遠(yuǎn)程管理，自動(dòng)關(guān)閉相關(guān)實(shí)驗(yàn)設(shè)備資源。

2.實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備管理。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，特別是電子標(biāo)簽等硬件設(shè)備不斷發(fā)展，可以在校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上充分利用射頻識(shí)別技術(shù)等技術(shù)，隨時(shí)隨地地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的管理。在實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備上貼上存儲(chǔ)有對(duì)應(yīng)的儀器設(shè)備所有屬性信息的電子標(biāo)簽，包括名稱、類型、價(jià)格、出廠日期、商家、說(shuō)明書(shū)等信息。利用讀寫(xiě)器通過(guò)射頻識(shí)別技術(shù)讀取儀器設(shè)備的信息，并通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或者WIFI 進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸至管理服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)儀器設(shè)備智能化管理。

3.低值易耗品管理。結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的低值易耗品管理，可以實(shí)現(xiàn)低值易耗品自動(dòng)分類管理，智能入庫(kù)和出庫(kù)，自動(dòng)生成數(shù)據(jù)表方便查閱。甚至一些需要放置在特殊環(huán)境下的低值易耗品，可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)，使低值易耗品保存完好。根據(jù)管理中心的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，進(jìn)行所需低值易耗品購(gòu)置，對(duì)于現(xiàn)今的低值易耗品還是完全依賴手工分類、手工入庫(kù)登記、手工出庫(kù)登記，這樣操作不僅降低了實(shí)驗(yàn)室管理人員的工作效率，而且記錄也不夠清晰明了，不方便及時(shí)的修改增加、刪減的數(shù)據(jù)信息，也不方便查閱。

3.實(shí)驗(yàn)環(huán)境管理現(xiàn)狀。對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和儀器設(shè)備運(yùn)行需在固定溫度和濕度范圍內(nèi)，人工控制不及時(shí)，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和儀器設(shè)備都將造成一定程度的影響。

4.實(shí)驗(yàn)室安全防護(hù)管理現(xiàn)狀。隨著實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、發(fā)展，實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備數(shù)量和質(zhì)量都有了很大的提高，為了保障實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的安全，建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)陌卜来胧┮彩潜匦璧?。雖然現(xiàn)在通過(guò)校園網(wǎng)絡(luò)很多樓道都投入了資金建立安防，安裝攝像頭進(jìn)行監(jiān)控，然后將數(shù)據(jù)傳送給中控室。但是中控室的人員有限無(wú)法一直堅(jiān)守查看，即便計(jì)算機(jī)錄制下來(lái)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，也會(huì)由于硬件資源不足，定期進(jìn)行攝像數(shù)據(jù)清理，無(wú)法達(dá)到真正的安防效果。

三、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在土木工程實(shí)驗(yàn)室管理中的運(yùn)用

對(duì)物品貼上存儲(chǔ)相應(yīng)信息的電子標(biāo)簽，對(duì)物品類型進(jìn)行分類，分別放置存儲(chǔ)容器內(nèi)，通過(guò)讀寫(xiě)器掃描存儲(chǔ)容器上的電子標(biāo)簽信息，可直接找到相應(yīng)的低值易耗品，并可將出入庫(kù)信息自動(dòng)發(fā)送至管理服務(wù)器，充分實(shí)現(xiàn)低值易耗智能化管理，避免浪費(fèi)和欠缺。

4.實(shí)驗(yàn)環(huán)境管理。土木工程實(shí)驗(yàn)室有土力學(xué)實(shí)驗(yàn)分室、建筑材料實(shí)驗(yàn)分室、結(jié)構(gòu)工程實(shí)驗(yàn)分室、測(cè)量實(shí)驗(yàn)分室、力學(xué)實(shí)驗(yàn)分室，每個(gè)實(shí)驗(yàn)分室都會(huì)根據(jù)課程需要開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。普通的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟直接進(jìn)行操作，但是有一些對(duì)溫度、濕度等實(shí)驗(yàn)環(huán)境要求比較高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，就需要通過(guò)控制實(shí)驗(yàn)環(huán)境來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)今對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的控制主要是人工進(jìn)行，例如瀝青混合料配比設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)需要嚴(yán)格控制環(huán)境溫度，但是人工控制不僅增加了實(shí)驗(yàn)教師的工作量，而且實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)度不高，達(dá)不到實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)的要求。那么就可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)中的溫度傳感器、濕度傳感器等進(jìn)行感應(yīng)，利用ZIGBEE、WIFI 等技術(shù)傳輸有效數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，達(dá)到實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)的要求。

5.安全防護(hù)管理。通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的傳感器、RFID 技術(shù)，對(duì)儀器設(shè)備安裝電子標(biāo)簽，在門(mén)口安裝門(mén)禁，對(duì)未經(jīng)允許搬動(dòng)儀器設(shè)備進(jìn)出的，通過(guò)門(mén)口的讀取器讀取儀器設(shè)備電子標(biāo)簽的信息并傳輸?shù)胶笈_(tái)數(shù)據(jù)管理中心，并連接警報(bào)裝置，這樣可以及時(shí)提醒實(shí)驗(yàn)室管理人員儀器設(shè)備的動(dòng)態(tài)信息，保護(hù)儀器設(shè)備的安全。

土木工程實(shí)驗(yàn)室作為科研、教學(xué)的重要場(chǎng)地，實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的不斷擴(kuò)大，儀器設(shè)備數(shù)量不斷增加，實(shí)驗(yàn)室管理智能化管理顯得尤為重要。利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將它運(yùn)用到土木工程實(shí)驗(yàn)室中，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室的智能化管理，提高了管理效率，減輕了工作負(fù)擔(dān)，減少了工作誤差，保障了實(shí)驗(yàn)室安全，充分適應(yīng)了時(shí)代的發(fā)展，為實(shí)驗(yàn)室管理注入了新活力，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室管理的現(xiàn)代化。

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