高校智慧型重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的構(gòu)建及全生命周期管理實(shí)踐*

劉任嬪，曾令興，金曉英，錢慶榮，陳慶華

（1.福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，福建 福州350007；2.福建省污染控制與資源循環(huán)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350007）

隨著教育部《教育信息化“十三五”規(guī)劃》和《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》工作的部署落實(shí)，“互聯(lián)網(wǎng) +”產(chǎn)品興起了高校智慧校園新熱潮，高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室作為孕育大量創(chuàng)新應(yīng)用成果的科研訓(xùn)練所和釋放科技活力的重要陣地，也將融入現(xiàn)代化元素進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級(jí)，以全新的理念指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)室一體化管理和建設(shè)。相比于儀器設(shè)備數(shù)量迅速的增長速度和管理層次的更高標(biāo)準(zhǔn)要求，傳統(tǒng)的人工靜態(tài)管理模式顯得相對(duì)滯后，常常存在預(yù)約流程繁瑣費(fèi)時(shí)、管理人員緊缺無暇全盤兼顧、數(shù)據(jù)信息孤島、對(duì)外開放共享率低、評(píng)價(jià)方式落后等問題，因此利用“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)承接實(shí)驗(yàn)室形式與信息化時(shí)代要求的橋梁，對(duì)于優(yōu)化高校實(shí)驗(yàn)室資源配置、提升管理技巧、提高服務(wù)水平具有重要意義[1,2]。

現(xiàn)階段，不少高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備管理工作已陸續(xù)走在“互聯(lián)網(wǎng)+”的道路上，如大型儀器設(shè)備網(wǎng)上預(yù)約平臺(tái)的應(yīng)用，開創(chuàng)了開放共享新局面[3,4]。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步提出了實(shí)驗(yàn)室層面的全生命周期管理模式，以福建省污染控制與資源循環(huán)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為例，分享將全生命周期管理概念與信息化技術(shù)有機(jī)結(jié)合的“智慧實(shí)驗(yàn)室”建設(shè)實(shí)踐，從更頂層設(shè)計(jì)的角度來審視探索實(shí)驗(yàn)室各環(huán)節(jié)管理方案，積極助推智慧校園的建設(shè)。

1 “智慧實(shí)驗(yàn)室”全生命周期管理理念

依托于福建師范大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院建設(shè)的福建省污染控制與資源循環(huán)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，擁有涵蓋光譜、色譜、電化學(xué)、熱分析等一系列儀器設(shè)備。近年來在持續(xù)積極建設(shè)下，實(shí)驗(yàn)室儀器數(shù)量、層次、價(jià)值方面均不斷提升，面對(duì)逐年擴(kuò)大的科研隊(duì)伍與儀器數(shù)量，唯有將傳統(tǒng)靜態(tài)管理模式轉(zhuǎn)為動(dòng)態(tài)化管理，才能切實(shí)提高實(shí)驗(yàn)室服務(wù)與管理水平，保障重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的安全、高效和可持續(xù)發(fā)展[5-7]。為了將實(shí)驗(yàn)室管理納入到全生命周期理念的框架下，本實(shí)驗(yàn)室全生命周期管理主要分為三個(gè)階段：前端人員關(guān)口把控、儀器使用過程監(jiān)督、末端數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析；細(xì)分為“實(shí)驗(yàn)室準(zhǔn)入、儀器培訓(xùn)、預(yù)約審批、過程監(jiān)控、時(shí)長統(tǒng)計(jì)、收費(fèi)模塊、門禁系統(tǒng)、耗材管理、報(bào)表分析”等共12個(gè)環(huán)節(jié)，通過鏈條式的信息化管理進(jìn)行各環(huán)節(jié)的動(dòng)態(tài)監(jiān)管和高效流轉(zhuǎn)。借助新一代技術(shù)的支持，一是實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)人員、儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)環(huán)境的互聯(lián)和信息化管理；二是通過各環(huán)節(jié)形成的過程化數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、分析和匯總，讓“資源獲取信息化、設(shè)備管理自動(dòng)化、環(huán)境監(jiān)測實(shí)時(shí)化、實(shí)驗(yàn)管理高效化”[8-9]。

基于上述全過程一體化管理的理念，本實(shí)驗(yàn)室與相關(guān)軟件公司開發(fā)了一套符合自身實(shí)踐和發(fā)展需求的“智慧實(shí)驗(yàn)室”綜合信息平臺(tái)，即全生命周期管理理念與“互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云平臺(tái)”等技術(shù)的結(jié)合，通過“互聯(lián)層—物聯(lián)層—應(yīng)用層”體系應(yīng)用，連接門禁、監(jiān)控、溫濕度檢測等智能終端設(shè)備，由這些模塊貫穿重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室全生命周期管理的各個(gè)環(huán)節(jié)，完成實(shí)驗(yàn)室中人和物、硬件和軟件的無縫對(duì)接，從而實(shí)現(xiàn)全程可追溯的一體化管理和數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)[10-12]。在實(shí)際操作過程中，“智慧實(shí)驗(yàn)室”最大化考慮到使用的便捷性，需求用戶和管理人員可通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)APP進(jìn)行遠(yuǎn)程查看預(yù)約和管控開放過程?！爸腔蹖?shí)驗(yàn)室”全生命周期管理各階段流程如圖1所示。

2 “智慧實(shí)驗(yàn)室”前端管理

智慧實(shí)驗(yàn)室的前端管理主要包括資源發(fā)布、用戶管理、儀器培訓(xùn)、信譽(yù)記錄四個(gè)部分，目的在于提供重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的綜合信息資源，搭建公開透明、規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)室平臺(tái)；嚴(yán)把人員關(guān)口，對(duì)人員進(jìn)行用戶管理及進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前的安全培訓(xùn)與使用培訓(xùn)。

2.1 資源發(fā)布

提供包含重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)態(tài)新聞、規(guī)章制度、管理辦法、開放要求等綜合信息資源，保障所有進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的人員對(duì)基本的安全規(guī)則、管理制度了解和掌握。并介紹實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的型號(hào)規(guī)格、功能用途、開放要求、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，方便用戶跨時(shí)間和空間區(qū)域了解實(shí)驗(yàn)室開放情況。

2.2 用戶管理

將用戶設(shè)定為三大類角色：管理員、儀器審核員、測試人員[13]。

⑴ 管理人員：即重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的日常管理教師，根據(jù)權(quán)限不同細(xì)分為超級(jí)管理員、監(jiān)控管理員、控制機(jī)管理員，負(fù)責(zé)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境安全及設(shè)備、人員信息等各類數(shù)據(jù)的維護(hù)、監(jiān)控管理等。

⑵ 儀器審核員：分管各儀器的實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員、負(fù)責(zé)教師，擁有對(duì)儀器預(yù)約申請(qǐng)的審核權(quán)限及實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的儀器維護(hù)。

⑶ 測試人員：即儀器使用用戶，結(jié)合本單位實(shí)際情況，分為院內(nèi)、校內(nèi)、和校外用戶三類，使用用戶向管理員提供單位、姓名、學(xué)號(hào)、電話、導(dǎo)師等信息用于注冊(cè)賬戶，便于后續(xù)的預(yù)約、解鎖等操作。

2.3 儀器培訓(xùn)

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室儀器繁多，尤其是精密儀器操作復(fù)雜，而每學(xué)期根據(jù)不同科研需求，學(xué)生用戶流動(dòng)性大，有限的集中培訓(xùn)次數(shù)往往達(dá)不到理想的培訓(xùn)目的，因此可通過“智慧實(shí)驗(yàn)室”線上線下結(jié)合的模式進(jìn)行儀器培訓(xùn)。“智慧實(shí)驗(yàn)室”客戶端提供線上自主學(xué)習(xí)頁面，管理人員不定期將儀器操作手冊(cè)、注意事項(xiàng)等實(shí)驗(yàn)科研素材轉(zhuǎn)化為數(shù)字資源，以及將示范實(shí)驗(yàn)、規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作過程錄成視頻并上傳，供使用用戶在線瀏覽、下載學(xué)習(xí)。根據(jù)儀器設(shè)備的貴重、精密和安全系數(shù)程度，學(xué)生對(duì)某臺(tái)設(shè)備首次預(yù)約時(shí)可選擇“網(wǎng)上培訓(xùn)”及“現(xiàn)場培訓(xùn)”[14]。對(duì)簡單易操作、不易損壞的設(shè)備，學(xué)生在線即可完成考核并開始預(yù)約；對(duì)精密貴重、安全性要求較高的設(shè)備，必須選擇“現(xiàn)場培訓(xùn)”，儀器負(fù)責(zé)人定期在設(shè)備頁面發(fā)布培訓(xùn)時(shí)間、地點(diǎn)公告及報(bào)名表，測試人員提交報(bào)名表并及時(shí)參加現(xiàn)場培訓(xùn)，通過考核后，管理員可在系統(tǒng)中為其點(diǎn)擊“考試通過，準(zhǔn)予申請(qǐng)預(yù)約”。

2.4 信譽(yù)記錄

為避免個(gè)別用戶的不良實(shí)驗(yàn)習(xí)慣（如長時(shí)間預(yù)約占位浪費(fèi)實(shí)驗(yàn)室資源、離開實(shí)驗(yàn)室未關(guān)門、預(yù)約樣品數(shù)與實(shí)際測試數(shù)不符等），保障“智慧實(shí)驗(yàn)室”的有序進(jìn)行，增加了信譽(yù)記錄模塊。當(dāng)被管理員發(fā)現(xiàn)并在系統(tǒng)登記不良實(shí)驗(yàn)記錄累計(jì)三次以上者，將無法進(jìn)行正常預(yù)約與操作。

通過賬戶注冊(cè)、儀器培訓(xùn)且信譽(yù)良好的用戶即可在網(wǎng)頁或客戶端進(jìn)一步查看儀器預(yù)約情況，空白時(shí)間段供自由選擇預(yù)約，填寫樣品成分、個(gè)數(shù)、測試條件后提交的預(yù)約信息將被發(fā)送至各儀器審核員[15]。

3 “智慧實(shí)驗(yàn)室”過程管理

本著“以人為本”的服務(wù)理念，“智慧實(shí)驗(yàn)室”系統(tǒng)可及時(shí)響應(yīng)師生對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備空閑時(shí)段的開放要求，方便測試人員自主解鎖門禁與上機(jī)操作；同時(shí)嚴(yán)控過程環(huán)節(jié)，方便管理人員遠(yuǎn)程管控，保障實(shí)驗(yàn)室、儀器設(shè)備、操作者的安全。

3.1 儀器設(shè)備審核

在傳統(tǒng)的儀器使用審批環(huán)節(jié)，管理人員需根據(jù)預(yù)約者登記的紙質(zhì)化材料進(jìn)行編排，耗時(shí)低效，且預(yù)約者往往無法在第一時(shí)間明確設(shè)備可使用時(shí)間。“智慧實(shí)驗(yàn)室”的使用解決了這一日?；ぷ鞯姆爆崳诰€預(yù)約、分級(jí)審核作為“智慧實(shí)驗(yàn)室”的一項(xiàng)基本功能，可使學(xué)生自主靈活地提前安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間。儀器審核員可一目了然地瀏覽所負(fù)責(zé)設(shè)備的可預(yù)約時(shí)間段、預(yù)約人姓名、導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)、樣品成分、預(yù)估測試時(shí)間等信息，審核通過后反饋信息將自動(dòng)在第一時(shí)間發(fā)給申請(qǐng)用戶。

3.2 智能門禁

“智慧實(shí)驗(yàn)室”在智能終端設(shè)備按需配套，已實(shí)現(xiàn)與門禁系統(tǒng)、電腦鎖屏系統(tǒng)等物聯(lián)網(wǎng)智能終端結(jié)合，通過審批的實(shí)驗(yàn)申請(qǐng)，用戶按預(yù)約時(shí)間在手機(jī)APP上點(diǎn)擊“開門”“實(shí)驗(yàn)開始”，即可打開實(shí)驗(yàn)室門和解鎖電腦鎖屏，代替了傳統(tǒng)的鑰匙開門模式，更加便捷高效。

3.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控與溫濕度監(jiān)測

“智慧實(shí)驗(yàn)室”連接實(shí)驗(yàn)室視頻監(jiān)控系統(tǒng)，管理員通過手機(jī)終端可遠(yuǎn)程調(diào)看實(shí)驗(yàn)室，隨時(shí)掌握實(shí)驗(yàn)室門鎖開關(guān)狀態(tài)及儀器運(yùn)行情況，對(duì)違規(guī)操作人員可及時(shí)制止，確保人員、實(shí)驗(yàn)環(huán)境、設(shè)備安全管理流程不出現(xiàn)盲點(diǎn)和漏洞，最大程度地規(guī)避實(shí)驗(yàn)室中人的不安全行為與物的不安全狀態(tài)[16]。此外，大型精密儀器的使用與維護(hù)對(duì)環(huán)境的溫濕度條件要求嚴(yán)苛，盡管實(shí)驗(yàn)室已安裝了除濕機(jī)、空調(diào)和濕度計(jì)，但儀器管理人員仍然無法跨空間實(shí)時(shí)查看?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展讓溫濕度從單純的記錄擴(kuò)展到互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測與控制功能，采用自動(dòng)化控制，“智慧實(shí)驗(yàn)室”融合在線溫濕度檢測系統(tǒng)，把各間的溫濕度監(jiān)控點(diǎn)統(tǒng)一聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控，儀器管理員無論是在現(xiàn)場還是其他區(qū)域都可登錄系統(tǒng)實(shí)時(shí)查看溫濕度數(shù)據(jù)，為實(shí)驗(yàn)室穩(wěn)定的大環(huán)境提供保障。

4 “智慧實(shí)驗(yàn)室”末端管理

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室管理環(huán)節(jié)至用戶離開實(shí)驗(yàn)室即為結(jié)束，而新時(shí)代下更高要求的實(shí)驗(yàn)室管理建設(shè)不僅需要覆蓋儀器設(shè)備使用過程的監(jiān)督業(yè)務(wù)，同時(shí)也需要縱向貫通各環(huán)節(jié)的信息化工作，嚴(yán)守末端節(jié)點(diǎn)，做好數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析工作。

4.1 系統(tǒng)計(jì)費(fèi)與實(shí)驗(yàn)文檔上傳

重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室堅(jiān)持收支平衡的非盈利基本原則，對(duì)大型儀器實(shí)行有償使用模式，實(shí)現(xiàn)專管公用，目的在于將服務(wù)收入用于支付儀器配件維修及耗材更換、培訓(xùn)差旅、學(xué)生助理補(bǔ)貼等日常開支。根據(jù)使用用戶的性質(zhì)不同，收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)分為院內(nèi)、校內(nèi)、校外三種；根據(jù)儀器設(shè)備用途與測試條件不同，又分為按時(shí)計(jì)費(fèi)與按樣計(jì)費(fèi)兩種。在“智慧實(shí)驗(yàn)室”終端中，計(jì)費(fèi)功能的實(shí)現(xiàn)依托于團(tuán)隊(duì)賬號(hào)管理，在創(chuàng)建個(gè)人賬號(hào)時(shí)根據(jù)其導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)為單位進(jìn)行分組，各團(tuán)隊(duì)預(yù)先充值測試經(jīng)費(fèi)，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，計(jì)費(fèi)模塊的時(shí)間控制程序會(huì)自動(dòng)記錄并計(jì)算用戶所使用的實(shí)驗(yàn)時(shí)間段及費(fèi)用情況，由系統(tǒng)自動(dòng)扣除。此外，通過“智慧實(shí)驗(yàn)室”APP，實(shí)驗(yàn)者在完成實(shí)驗(yàn)后，在手機(jī)上點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)結(jié)束”，選擇“上傳實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)”，隨即實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)文檔將被上傳至云端個(gè)人賬戶中，可隨時(shí)隨地下載，避免用光盤刻錄讀取的麻煩[17]。

4.2 耗材庫存管理

隨著儀器使用年限的增長，所需更換的配件耗材也不斷增加，多樣化功能用途、規(guī)格型號(hào)的耗材采購與使用情況追蹤是實(shí)驗(yàn)室管理員不可避免的問題，因此“智慧實(shí)驗(yàn)室”增加了耗材配件管理模塊，出庫入庫均可回溯，包括采購日期、價(jià)格、規(guī)格型號(hào)、用途、采購數(shù)量、庫存數(shù)量等，便于管理員將已有庫存信息化，并設(shè)置庫存警戒線對(duì)耗材余量自動(dòng)預(yù)警，從而及時(shí)進(jìn)行日常耗材采購。

4.3 儀器報(bào)表統(tǒng)計(jì)

一直以來，為加強(qiáng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)發(fā)展和管理監(jiān)督，省科技、教育管理部門需要根據(jù)各重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室報(bào)送的紙質(zhì)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總和統(tǒng)計(jì)分析。然而這種紙質(zhì)數(shù)據(jù)信息的報(bào)送對(duì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行了解存在相對(duì)的滯后性；另一方面，面對(duì)大量的實(shí)驗(yàn)記錄簿、登記報(bào)表，實(shí)驗(yàn)室管理人員在統(tǒng)計(jì)各類儀器使用時(shí)長、測試數(shù)目的工作相當(dāng)繁重且誤差較大。借助“智慧實(shí)驗(yàn)室”系統(tǒng)，可自動(dòng)采集以上環(huán)節(jié)生成的數(shù)據(jù)，每臺(tái)儀器使用時(shí)長、產(chǎn)生費(fèi)用情況、門禁操作日志等，并以圖表或?qū)С鰣?bào)表形式展示，便于取得全面的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，“讓數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、靠數(shù)據(jù)管理”，為高校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)發(fā)展提供更加實(shí)時(shí)、更加動(dòng)態(tài)的信息數(shù)據(jù)資料。

圖4 “智慧實(shí)驗(yàn)室”報(bào)表統(tǒng)計(jì)界面

5 結(jié)語

科技創(chuàng)新正改變著當(dāng)下的工作和生活模式，“互聯(lián)網(wǎng)+”的過程可視為高校實(shí)驗(yàn)室管理工作和信息化工作雙重轉(zhuǎn)型升級(jí)的過程，可以讓我們站在更高的空間、以更廣的視角，審視思考實(shí)驗(yàn)室管理?；谌芷诠芾砝砟畹摹爸腔蹖?shí)驗(yàn)室”，是在新科技浪潮下運(yùn)用現(xiàn)代化技術(shù)開啟的實(shí)驗(yàn)管理模式創(chuàng)新，它結(jié)合監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，以云平臺(tái)和物聯(lián)網(wǎng)為依托，以電腦、手機(jī)數(shù)據(jù)端為窗口，實(shí)現(xiàn)高效、實(shí)用、靈活的自主學(xué)習(xí)、自主預(yù)約、自主服務(wù)，有效提升了開放服務(wù)規(guī)范化水平、實(shí)驗(yàn)室管理效率及各維度的可持續(xù)發(fā)展。目前“智慧實(shí)驗(yàn)室”已在本實(shí)驗(yàn)室經(jīng)過兩年的試運(yùn)行，其管理模式的科學(xué)性和高效性得到了實(shí)踐證明，該信息平臺(tái)和管理機(jī)制正在逐漸向其他實(shí)驗(yàn)室分享推廣，以推進(jìn)高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朝著智慧化之路不斷前行！