实验室管理平台的建设与实践

2021-12-14龙海洋夏彬伟姜永东郭坤勇钱文斌

实验室研究与探索 2021年10期

龙海洋，夏彬伟，姜永东，郭坤勇，钱文斌

（重庆大学a.煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室；b.资源与安全学院，重庆 400030）

0 引言

高校实验室是进行实验教学、科研创新等活动的重要平台［1］，承担着人才培养、科研攻关、文化传播等重要任务，在当前“双一流”建设中，已成为各高校教学与科研建设的重中之重。教育部于2018 年发布的《关于加快建设高水平本科教育全面提高人才培养能力的意见》中明确指出：要“开展智慧课堂、智慧实验室、智慧校园建设，推动互联网、大数据等现代技术在教学和管理中的应用［2］”。

实验室管理涉及日常运行、大型仪器共享、对外开放等，管理平台的建设能够为实验室高效、稳定运行提供保障。当前，基于物联网技术的智慧管理平台已成为高校实验室日常管理的重要工具［3-4］，通过管理平台的建设，实现科研仪器、实验室场地等公共资源的智能化、可视化管理与使用，充分发挥实验室资源在科研攻关、人才培养、社会服务等方面的价值。

1 平台构建目标

煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室于2011年获科技部批准建设，围绕煤矿生产建设中急需解决的关键技术问题，重点开展煤矿灾害动力学与控制领域基础及应用基础研究。实验室拥有大型仪器200 余台套，实现科研仪器的高效共享，是实验室管理的重要工作，同时还面临日常安全监管等诸多难题。实验室创新管理体制，完善运行机制，结合自身日常运行管理、科研仪器使用等情况，已开展了智慧管理平台的相关建设工作，其建设目标如下：

（1）采用模块化设计。以建立一套高效、稳定、开放的信息化管理体系为总体目标，可根据不同需求、不同权限灵活配置。

（2）重点实现大型仪器的开放共享管理。大型仪器作为实验室的战略基础，其开放共享程度、使用效率，关乎科研产出的质与量［5-6］。突破科研仪器课题组制，统筹资源，将大型仪器集中管理，运用信息化手段，实现仪器预约共享；同时，充分利用大数据技术，对使用机时、运行状态等基础数据进行统计分析，提高仪器使用效率。

（3）借助信息化监管手段，助力实验室安全建设。安全重于泰山，要紧绷实验室安全这根弦。在建立完善各项规章制度的基础上，充分运用信息化管理手段，为实验室安全保驾护航［7-8］。

（4）实现日常工作的集中化、流程化管理。实验室作为实验教学、科研创新的主战场，涉及实验场地预约审批，师资信息的维护更新，对外开放管理；同时，还需对科研成果、科研项目等数据进行跟踪统计，以支撑学科评估与实验室考核等重要工作［9-10］。实验室日常工作繁杂，涉及数据量大，时间跨度较长，为此实现集中化、信息化管理，对提高管理效率尤为重要。

2 平台组成与功能

平台基于浏览器/服务器（B/S）的构架模式，运用ASP.NET技术，采用模块化设计手段，来实现集实验室管理、仪器预约、门禁监控等功能于一体的网络化综合管理平台的开发，系统构建如图1 所示。

图1 平台构建

（1）系统设置。管理平台采用基于用户权限的模块化设计，其参数设置决定了管理平台的灵活性、扩展性。包含院系、楼栋、班级等基本信息设置；也包含用户角色设置、用户管理、用户注册与审核等用户参数设置。其中师生信息数据的管理与维护是系统稳定运行的核心。

超级管理员，完成基本信息设置后，可根据实验室实际情况，预设教师、实验管理、项目管理、用房管理等不同角色，并对相关角色可使用的功能进行设置，实现基于角色的权限管理。

（2）资产管理。仪器资产体现了实验室科研建设水平，对其实现全生命周期的集成化、信息化管理，可避免重复购置，促进资源共享［11］。

资产信息化管理包含采购申请与审批，建账入库、资产管理、资产查询、数据报表等功能。资产的后续管理还涉及资产变更、借用、归还、维修、报废等事项。

（3）仪器预约。科研仪器作为高校“双一流”建设的核心支撑，是科研创新、科技攻关的核心动力。然而，由于资源配置不均，传统模式的课题组管理，以及相对落后的人工预约，难以充分发挥大型实验仪器在科研、教学、社会服务的价值［12］。运行信息化手段，开展仪器有偿共享，是高校科研仪器管理的必然选择。

仪器预约模块，结构设计见图2。管理人员在开放管理中对仪器信息、参数功能、注意事项等基础信息进行设置发布。初次开展实验的师生，需先进行操作与安全培训，培训通过后，方可获得实验预约的权限。

图2 仪器预约功能结构

师生登录运行平台，查阅仪器开放状态，填报如图3 所示的预约信息并提交实验方案，进行实验预约。仪器管理教师对实验方案等信息进行审核，即完成实验预约。实验开展后，对相关数据报告，进行归档，并按照收费标准，完成仪器收费管理。

图3 仪器预约信息

（4）门禁监控。高校实验室作为科研创新的关键场地，配置有分析测试类、自主研制类等大型仪器，涉及高温、高压、强电、气源等特殊复杂环境；同时，涉及院内外众多师生，人员复杂，流动性大，这对实验室安全建设提出了更高的要求［13］。

智慧管理平台建设，借助现代化管理手段，引入智能门禁以及室内外全方位视频监控技术，将门禁权限与预约管理有机结合，建立预防为主，实现实验过程管控，并做到可全程追溯，为实验室安全运行保驾护航。

（5）同屏传输。高校实验室涉及的科研仪器种类多，不同的仪器操作规范、步骤截然不同。为更好地实现过程管控，实现问题溯源，在完善的视频基础上，引入同屏传输系统，将仪器操作界面实时传输至运行管理中心，实现对实验操作过程的实时监视、记录。

（6）实验室管理。实验室管理主要包含实验室开放、实验队伍、科研成果、日常运行等管理。智慧管理平台的建设，在不断完善管理制度的基础上，借助信息化手段，切实推进实验室管理的制度化、规范化、信息化，确保实验室安全稳定运行，提升教学科研服务水平与效率［14］。

（7）智能终端。通过信息门户网页，实现智慧平台的访问、管理、维护等操作，同时开发移动客户端，实现远程移动办公。手机客户端包含门禁管理、实验预约与审批、信息查询等功能。

设置专门的运行监控中心，配备12 个液晶显示屏，实现集中管控。同时，各实验室设置终端电子显示课牌，同步显示仪器信息、预约状态、实验室开放、日常动态等信息（见图4）。

图4 实验室管理中心

3 平台建设成效

国家重点实验室于2018 年逐步开展智慧实验室建设工作，仪器共享、实验室开放、日常管理等方面均效果显著。

（1）大型仪器共享能力提升，科研支撑成果丰硕。学校切实推进大型仪器共享，是落实科技创新驱动发展，支撑“双一流”建设的重要举措［15］。通过智慧管理平台的建设，在仪器共享方面，统筹资源配置，通过仪器在线预约功能，实现“透明化”管理，简化了预约流程，提升了仪器共享效率。

2018～2020 年期间，在学校大型仪器考核中，高温高压三轴岩石实验机等仪器，先后获得15 个“优秀机组”称号，支撑实验人员开展实验教改3 项。同时按照有偿共享的原则，在支撑校内科研攻关的同时，先后为武汉大学、四川大学等科研院提供科研服务，3 年累积共享收费约60 余万元，为仪器的运行维护提供了强有力的经费保障。

（2）实验室开放力度加大，人才培养作用显著。通过智慧实验室平台的建设，对外开放质量、服务水平显著提升，实验室已成为学校对外开放的首选平台，越来越多的青少年、企事业学者走进实验室，切实履行了国家重点实验室对外开放的职责。

2018～2020 年期间，支撑院内外学生开展SRTP、国创、竞赛等项目60 余项，已承担重庆市青少年雏鹰计划4 项，连续3 年承担全国青少年高校科学营活动。

（3）运行效率明显提高，安全管理体系逐步完善。国家重点实验室年度报告等考评材料，涉及科研项目、文章、成果等众多支撑数据，通过科研成果等管理系统的建设，大大提高了日常管理效率。

基于实验预约的门禁管理模式，保障了实验室的安全运行。学生实验预约成功后，方可凭校园卡在预约时段进入实验室开展实验研究。在不断完善安全管理机制的基础上，仪器预约、智能门禁、视频监控与同屏传输四位一体建设，保障实验室安全、有序运行，为实验室安全保驾护航。

4 平台进一步建设的思考

（1）制定建设目标，确保高效有序开展。高校实验室管理平台有教学型、科研型、综合服务型等之分，建设重点各有千秋。教学型实验室重点在于以学生为中心的课前选课、课中管控、课后考核归档等功能的实现；科研型实验室则偏重于大型仪器的开放共享，实现在线预约审批、实验过程管控、实验后运行归档、实验收费等流程化高效管理［16］。同时工科、理科、医学等不同类型实验室的差异性显著，智慧实验室管理平台的建设，务必明确目标与功能，方可有序开展。

（2）学校统筹建设，提高建设效益。在“双一流”建设背景下，高校借助物联网技术，相继开展智慧校园、智慧实验室等信息化平台建设。然而，智慧管理平台需与资产处、教务处、信息中心等部门实现数据共享，方可更好地实现智慧化、信息化管理；另一方面，高校实验室众多，分属不同学院，所以从学校层面出发，共同开展校、院两级构架模式的智慧管理平台建设，统筹全校资源，全面提升教学质量、管理服务水平、完善仪器共享体系。

（3）运用平台大数据优势，助力实验室建设。借助管理平台的数据分析与统计功能，实时掌握科研仪器使用情况、实验室运行状态等信息，为后期仪器装备购置、实验室建设与开放等提供数据支撑。