智慧實(shí)驗(yàn)室作為智慧校園的重要組成部分，是學(xué)校信息化發(fā)展到一定程度的內(nèi)在訴求?；谛乱淮畔⒓夹g(shù)，從基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件、軟件四要素出發(fā)，搭建了一個(gè)由設(shè)備感知層、智能控制層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、用戶層組成的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，展示了智慧實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的構(gòu)建思路，目的是幫助實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)智慧化、精細(xì)化與規(guī)范化的全時(shí)空管理、全要素管理、全生命周期管理。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是高校課程學(xué)習(xí)的重要組成部分，是學(xué)生獲取、掌握知識(shí)的重要途徑，是深化課堂教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。《教育部關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育? 全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》指出,要“打造適應(yīng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、自主管理、自主服務(wù)需求的智慧課堂、智慧實(shí)驗(yàn)室、智慧校園。大力推動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等現(xiàn)代技術(shù)在教學(xué)和管理中的應(yīng)用”。智慧實(shí)驗(yàn)室作為“智慧校園”的重要組成部分，是學(xué)校信息化發(fā)展到一定程度的內(nèi)在訴求。

一、高校實(shí)驗(yàn)室信息化管理的現(xiàn)狀

在前期建設(shè)過程中，由于大部分的實(shí)驗(yàn)室分布在二級學(xué)院，相關(guān)人員較為關(guān)注實(shí)驗(yàn)教學(xué)硬件設(shè)備購置,忽略對設(shè)備的開放使用、安全管理等方面的建設(shè)，導(dǎo)致在后期使用過程中暴露出了諸多問題。比如：(1)儀器、設(shè)備分布在各個(gè)實(shí)驗(yàn)室，盡管有專人管理，但是缺乏集中統(tǒng)一的管理平臺(tái)，學(xué)校很難快速準(zhǔn)確定位、跟蹤設(shè)備。(2)室內(nèi)照明、設(shè)備供電無法智能化管理，造成資源和能源的浪費(fèi)。(3)溫濕度、有害氣體濃度、顆粒物濃度、煙霧濃度、粉塵濃度、噪聲等指標(biāo)無法實(shí)時(shí)監(jiān)測，對各類潛在的威脅和危險(xiǎn)無法提前預(yù)知并發(fā)出警告。(4)不同院系實(shí)驗(yàn)室之間資源利用分配不協(xié)調(diào), 存在“信息孤島”現(xiàn)象，資源共享難以實(shí)現(xiàn)。(5)實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源分散、優(yōu)秀實(shí)驗(yàn)案例資源缺乏收集和整理，無法共建共享隨著大量開放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展，如何有效解決實(shí)驗(yàn)室的高效運(yùn)行與管理成為實(shí)驗(yàn)室管理中亟待探討研究的問題之一，對實(shí)驗(yàn)室的智慧化、安全化建設(shè)與管理成為領(lǐng)域內(nèi)人士關(guān)注的熱點(diǎn)問題。

二、智慧實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)涵

2008年，IBM公司首席執(zhí)行官彭明盛提出了智慧地球（Smarter Planet）的概念，他認(rèn)為智慧地球的三要素是物聯(lián)化、智能化、互聯(lián)化。智能化的技術(shù)正時(shí)時(shí)刻刻被應(yīng)用到生活的方方面面，如醫(yī)療、交通、電力、教育等，基于此，一系列的智慧化的行業(yè)解決方案很快被衍生出來，其中就包括智慧教育、智慧校園。

為智慧實(shí)驗(yàn)室是以物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為核心，借助新一代信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室的智能化、安全化、可視化管理，資源的互聯(lián)與信息共享，人員的互動(dòng)協(xié)作等全面的智能感知實(shí)驗(yàn)環(huán)境和綜合信息服務(wù)平臺(tái)。智慧實(shí)驗(yàn)室以物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能化控制和移動(dòng)互聯(lián)等信息技術(shù)應(yīng)用為主線，將實(shí)驗(yàn)室中的物理設(shè)施、信息設(shè)施、學(xué)習(xí)生活設(shè)施和科研設(shè)施連接起來，通過感知、物聯(lián)、智能化的方式，達(dá)到智能自動(dòng)化管理和監(jiān)控，保證實(shí)驗(yàn)室的安全，創(chuàng)造一個(gè)綠色環(huán)保、智能舒適的實(shí)驗(yàn)環(huán)境。

智慧實(shí)驗(yàn)室是以現(xiàn)代教育思想與理念為指導(dǎo)，以提高學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，將物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、智能技術(shù)等新一代信息技術(shù)有機(jī)融合于實(shí)驗(yàn)室的管理和教學(xué)過程中，建設(shè)成具有全面感知物理環(huán)境、智能化管理與控制、教學(xué)過程可視化記錄與評價(jià)、資源和信息互聯(lián)共享、師生協(xié)作與互動(dòng)一體化的實(shí)驗(yàn)室學(xué)習(xí)空間和“一站式”服務(wù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的進(jìn)一步精細(xì)化動(dòng)態(tài)化管理、全時(shí)空管理、全要素管理、全生命周期管理。智慧實(shí)驗(yàn)室通過將新一代信息技術(shù)和智能化設(shè)備與實(shí)驗(yàn)室有機(jī)融合，以現(xiàn)代教育思想與理念為指導(dǎo)，基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)構(gòu)建全面感知的物理環(huán)境，基于互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建開放、互動(dòng)、共享的綜合實(shí)驗(yàn)信息服務(wù)平臺(tái)，基于智能控制技術(shù)構(gòu)建可視化、智能化的自動(dòng)化管理和監(jiān)控，基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的可視化采集、傳輸、交互、評價(jià)、應(yīng)用和服務(wù)。

三、智慧實(shí)驗(yàn)室的系統(tǒng)架構(gòu)模型

在對智慧實(shí)驗(yàn)室內(nèi)涵分析的基礎(chǔ)上，秉承模塊化設(shè)計(jì)理念，筆者認(rèn)為在基礎(chǔ)硬件設(shè)施上，可將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等信息技術(shù)與實(shí)驗(yàn)室的基礎(chǔ)設(shè)備和應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)融合，從基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、硬件、軟件四要素出發(fā)，搭建一個(gè)由設(shè)備感知層、智能控制層、網(wǎng)絡(luò)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、用戶層組成的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)（如圖1所示）。

（一）設(shè)備感知層

利用各種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和智能感應(yīng)技術(shù)，通過 IC 卡、二維條碼、射頻標(biāo)簽、攝像機(jī)、各類傳感器等自動(dòng)標(biāo)識(shí)，實(shí)時(shí)獲取各種監(jiān)測信息，實(shí)現(xiàn)對實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的全面感知、設(shè)備的識(shí)別及信息的采集等，并可以依據(jù)采集的大數(shù)據(jù)智能預(yù)測一般規(guī)律和發(fā)展趨勢。實(shí)驗(yàn)室設(shè)備感知層的設(shè)備主要包括門禁系統(tǒng)、多媒體設(shè)備、照明系統(tǒng) RFID 標(biāo)簽、二維碼、攝像頭、空調(diào)與新風(fēng)系統(tǒng)、各類傳感器（二氧化碳濃度傳感器、有害氣體濃度傳感器、水浸傳感器、溫濕度傳感器、光敏傳感器）等。如：利用低頻和高頻的RFID設(shè)備進(jìn)行門禁管理、刷卡考勤、設(shè)備盤點(diǎn)與統(tǒng)計(jì)等，利用攝像頭和智能錄播設(shè)備實(shí)現(xiàn)無感知考勤、實(shí)驗(yàn)教學(xué)全過程視頻采集及實(shí)驗(yàn)室安全監(jiān)控等功能。

（二）智能控制層

智能控制單元是智慧實(shí)驗(yàn)室管理系統(tǒng)的核心支撐系統(tǒng)，具備精準(zhǔn)控制、智能信息處理、智能信息反饋和智能控制決策等功能，是實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的控制和執(zhí)行終端，能夠執(zhí)行各種管理指令，從而使實(shí)驗(yàn)室達(dá)到系統(tǒng)化的智能運(yùn)行管理。智能控制層主要包含三種類型設(shè)備：智能電源控制系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室智能中控系統(tǒng)、多媒體智能控制系統(tǒng)。

（三）網(wǎng)絡(luò)層

網(wǎng)絡(luò)層相當(dāng)于人體的中樞神經(jīng)，實(shí)現(xiàn)人與人、設(shè)備與設(shè)備、人與設(shè)備之間全面的互聯(lián)互通，承載智慧實(shí)驗(yàn)室所有的軟件平臺(tái)、硬件設(shè)備、基礎(chǔ)設(shè)施、人等信息之間的傳輸，為師生提供可靠、穩(wěn)定的泛在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和持續(xù)的服務(wù)會(huì)話及感知數(shù)據(jù)的接入和傳輸。網(wǎng)絡(luò)層所涉及的網(wǎng)絡(luò)有有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)等，各網(wǎng)絡(luò)之間協(xié)調(diào)工作，使信息空間與物理空間能夠無縫對接、全面聯(lián)通。

（四）服務(wù)層

為消除各學(xué)院及各應(yīng)用系統(tǒng)之間的“信息孤島” 現(xiàn)象 , 利用云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘等技術(shù)為基礎(chǔ)，深度整合數(shù)據(jù)資源，統(tǒng)一信息管理，建立一個(gè)統(tǒng)一的、共享的、標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)融合綜合服務(wù)平臺(tái)。主要包括統(tǒng)一身份認(rèn)證、云計(jì)算與云存儲(chǔ)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺(tái)、虛擬化桌面、直播和錄播、大數(shù)據(jù)挖掘、服務(wù)器集群等基礎(chǔ)服務(wù)，為實(shí)驗(yàn)室的數(shù)據(jù)融合和服務(wù)融合奠定基礎(chǔ)。

（五）業(yè)務(wù)應(yīng)用層和用戶層

業(yè)務(wù)應(yīng)用層旨在構(gòu)建一個(gè)多服務(wù)綜合管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)、資源管理、環(huán)境監(jiān)控等諸多應(yīng)用，使得它們集成于統(tǒng)一的管理平臺(tái)之上，形成開放的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，并為實(shí)驗(yàn)室評估、實(shí)驗(yàn)室建設(shè)及實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量管理等方面的決策提供數(shù)據(jù)支持。在實(shí)際建設(shè)過程中，可以根據(jù)學(xué)校的實(shí)際需求，以“業(yè)務(wù)支撐平臺(tái)”為基礎(chǔ)，靈活搭配豐富多樣的拓展應(yīng)用模塊，最大限度滿足學(xué)校、學(xué)院、實(shí)驗(yàn)中心、教師和學(xué)生等使用方和管理方的需求，LIMS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)工作智能化、規(guī)范化、信息化管理，把管理工作從粗放式向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變，從而達(dá)到減少資源浪費(fèi)的目的。