云視域下的高校實驗室安全體系構建

陳淑潔， 孫廣福

(溫州大學 國資與實驗室管理處， 浙江 溫州 325035)

0 引 言

高校實驗室是高校進行實驗教學和科學研究的基地，同時也是高校進行科技創新和培養人才的重要基地[1]。隨著我國高等教育的發展，高校的實驗室建設邁上了新臺階，新的科研項目的出現催生了新的科研實驗室和科研設備，實驗室類型越來越多，所涉及的面越來越廣，所承擔的實驗項目逐漸繁重[2]。這些都對實驗室安全工作提出了新的挑戰。近年來，實驗室安全事故時有發生，對師生的人身安全健康、學校的發展乃至公共財產安全構成了威肋。因此，高校實驗室迫切需要一個安全、高效、穩定、智能的實驗室安全體系。實驗室安全體系的構建研究是實驗室相關研究的一個重要部分，也是實驗室管理人員無法避開的話題。隨著信息技術的發展，實驗室安全體系的信息化建設已是實驗室安全體系建設熱點。云技術和大數據的發展將為實驗室安全體系構建帶來更開闊的前景，本文就云視域下的實驗室安全體系建設進行探討。

1 實驗室安全體系構建的研究現狀

實驗室安全早已引起高校管理人員以及相關研究工作者的重視，實驗室安全體系的構建也在越來越多的研究文獻中被提及，通過對相關雜志與實驗室安全研究相關文獻的分析，可發現現有的研究主要集中在以下幾方面：實驗室安全管理制度建設、安全教育、安全風險評估與應急預案、危化品精細化管理等。

實驗室安全管理制度建設是實驗室安全管理工作的前提，研究主要涉及組織機構體系建立[3]、安全責任的分工和落實[4]、實驗室安全管理聯動機制和多部門協作管理[5]、建立安全獎懲機制[6]等。實驗室安全教育是一項長期、重要的工作[7]，研究主要涉及實驗室安全教育的形式如線上線下相結合；安全教育的方式如開設專門的課程進行課堂教學[6]；建立實驗室安全知識自助學習平臺和終端進行自主學習；提高實驗室準入“門檻”，所有進入實驗室人員必須經過安全知識學習且考試合格并持續參與后期學習；建設校園安全文化，通過“安全月”“安全周”等開展宣傳教育活動[8]。實驗室安全風險評估與應急預案研究主要包括實驗室建設的前期方案設計和安全論證；對已有實驗室開展專項安全風險評估，加強隱患整改[9]；科研實驗的科研項目申報程序中增加安全風險評估，審檢實驗場所是否具備相應條件[10]；定期組織相關人員開展實驗室安全事故演練和應急預案處置等。危化品與實驗室安全息息相關，高校危化品具有品種多、數量小、使用頻繁、存放地點多而分散，使用與管理人員流動性大，安全意識、技能、教育水平參差不齊，安全隱患較大等特點[11-12]，研究提出危化品需要專人統一管理[13]、健全學校危化品網絡管理系統、建立危化品全生命周期管理理念，全程跟蹤化學試劑購買、使用情況、保管和轉移、最終處理等[14]。

從現有的實驗室安全研究的分析過程中，對于實驗室安全體系構建的研究，大部分研究是集中在實驗室安全建設的某個方面，對安全體系構建的全貌缺乏思考，很多研究也受所處的部門限制，造成實驗室安全研究只針對部門所面臨的實驗室安全問題，或過于宏觀只是在組織制度層面，缺乏可操作性。隨著信息技術發展，實驗室安全建設和研究中增加了信息化系統建設，但各種信息化系統的建設也往往局限于孤立的信息化建設。為了解決獨立分散的實驗室安全體系，用技術整合所有系統功能成為今后在實驗室安全體系構建的難點，云技術的發展，為我們帶來了新的視域。

2 云視域下的實驗室安全體系構建新思維

大數據的時代背景下，實驗室管理者面臨著紛繁復雜的數據，如何從日常的龐大數據中獲取實驗室安全的管理策略和方法，讓實驗室管理者感到困惑。需要感謝那些計算機科學以及數據科學的專家們，他們發明了數據挖掘、云計算、云存儲等新技術，使得大家可以處理這些數據。作為實驗室安全體系的架構者應該從云的視角去對待所面臨的這個數據時代的挑戰。面對具有Volume(大量)、Variety(多樣)、Value(價值)、Velocity(高速)四大特點的大數據，任何一個封閉的固化的架構都將無法應對。而云計算(cloud computing)是基于互聯網的相關服務的增加、使用和交付模式，通常涉及通過互聯網來提供動態易擴展且經常是虛擬化的資源[15]。云技術服務包括計算和存儲服務兩部分。根據云技術特點和其思維模式，針對實驗室安全體系的架構具備以下四個方面的優勢。

2.1 跨界融合

實驗室安全體系的各個子系統的發展，形成不同數據類型、不同應用程序和不同管理類型的并存，使跨界融合成為實驗室安全體系一體化建構的難題。云視域帶來了跨界融合的思維。云計算的虛擬化技術可以對不同基礎設施資源進行虛擬化管理和整合，并在此基礎上提供統一的計算服務和存儲服務，通過虛擬技術融合不同的應用服務形成統一軟件服務平臺。這種使不同資源、應用、服務交叉跨越必然會引起實驗室安全體系架構的新思維。只有具備這種跨界融合的思維，才會使實驗室安全工作跨越管理部門之間的邊界，突破原有的部門藩籬，形成綜合管理的機制，創造出實驗室安全管理新的價值。

2.2 互聯互通

根據聯通主義理論的觀點[16]，開放聯通的關鍵思想就是“互聯互通”，強調網絡中的任何事物都處于一種動態連接的狀態，而非靜止的狀態，即處于一種互聯互通的狀態，實驗室安全體系各元素的相互聯通是非常重要的。云視域下帶來了大聯通概念，環境與資源、環境與人之間、資源與人、使用者與管理者連接使聯通變為常態。比如，使用者、實驗室、實驗設備用品、管理者在統一平臺的信息聯通，才能彰顯實驗室安全體系的生命力。否則，各要素的封閉將會使實驗室安全管理體系淪為各要素的“堆砌物”而不是有機體。

2.3 開放參與

云視域下的系統無論從參與方式還是參與對象變得更加多樣、便利和靈活。從原來自上而下的控制型集中參與轉變為自下而上的分布型參與方式，這一轉變不僅突破地域、時空的限制，在參與途徑的多樣化和參與載體的虛擬化，如利用PC端Web訪問、手機端頁面訪問、手機APP訪問、微信訪問、微博訪問等交流互動工具參加整個實驗室安全管理系統使用和管理，并且通過豐富的交互空間和手段，使校外的組織和經濟實體的信息與人員能夠進入實驗室安全管理體系所構建的信息和資源流通平臺，使實驗室安全管理體系更具活力和成長性。

2.4 多元協作

互聯網的一個重要作用就是匯聚豐富的資源、調配不同的力量形成互動紐帶，幫助用戶便捷、快速、多元地展開協作活動。而云視域下的體系構建思維正是利用了互聯網的這個特點，打破了實驗室安全體系構建僅僅局限于某一高校內部的思路，使實驗室安全體系構建插上多元協作的翅膀。利用互聯網的各種資源和不同角色使體系構建成為社會協同的成果。多元協作不僅是高校內部各個職能部門在實驗室安全體系構建中的協作，還包括：高等教育管理部門、實驗室管理協會、實驗室研究媒體、實驗設備供應商、實驗耗材供應商、實驗室廢棄物處理部門。公有云的出現使這些機構的協同成為可能，一個開放式的基于云的實驗室安全管理體系構建成為可能。

從上述特征來看，正是云所帶來這種革命性思維方式才可能為實驗室安全體系發展、變革、創新提供了廣闊空間并注入新活力。高校需要一個開放、動態、具有自我完善的實驗室安全體系，但是形成這樣的一個實驗室安全體系，就需要打破現有的建設思維，云計算和大數據的發展恰恰給了這樣一個契機。

3 云視域下的實驗室安全體系模型

云視域下的實驗室安全體系的構建不是空中樓閣，他是基于高校實驗室安全管理各個子系統的信息化改造而成，基于實驗室安全管理各元素的信息化智能化升級的現狀。經過多年信息技術建設完善了傳統實驗室安全管理模式，讓師生共同參與實驗室安全管理[17]，也更加有利于規范師生的安全行為，提高師生的安全意識[18]。學校在建設實驗室信息化建設過程中，應通過云管理平臺來整合與實驗室管理相關的各個信息系統，使我們有了一個更新的認識和新的構想。通過私有云的建設，整合高校實驗室安全體系的相關平臺系統，并與統一身份認證系統和實驗教學管理系統相融合，形成一個統一的高校實驗室安全體系，再通過公有云的建設把校外資源如媒體、廠商、兄弟院校、行政資源整合，形成具有經濟價值和可持續發展的實驗室安全體系，突破單一高校、單一管理部門的局限。具體架構見圖1。

圖1 實驗室安全體系云架構

云視域下的實驗室安全架構建設主要包括私有云平臺和公有云平臺的建設，兩者的建設主體和使用者范圍有所不同，但是兩者是相互融合、相互補充，在有些時刻功能可以相互滲透。兩個平臺都是基于云的基本架構，具有相對獨立的功能和運行機制。如下分別解釋兩個平臺的基本功能結構。

3.1 實驗室安全體系的私有云平臺

實驗室安全體系的私有云平臺通過虛擬化技術把校內的基礎設施包括：主機、存儲、網絡及其他資源整合，并在此基礎上提供數據存儲服務、計算服務、負載管理及備份服務，形成基礎設施即服務IaaS結構。在基礎設施之上提供統一平臺服務PaaS，包括統一身份認證、訪問控制、報表數據挖掘和工作流服務。這兩個層面的服務應該是跨越實驗室安全體系的功能，是基于學校整體的云服務架構和學校的大數據中心結合，提供全校信息化建設的基礎服務功能。應用層面的軟件即服務SaaS是針對實驗室安全運行相關的信息化應用程序，這里主要在現有實驗室安全信息化子系統建設的基礎上進行整合融入云管理平臺，包括：實驗室安全教育系統、實驗室視頻監控系統、實驗室預約管理系統、實驗室危化品管理系統等。

(1) 實驗室安全教育系統。 實驗室安全培訓與考試系統建設，是高校實驗室發展到一定規模的客觀要求，是高校實驗室社會服務功能提升、科學研究功能日益拓展和深化的必然要求[19]。基于云的實驗室安全教育系統具備在線學習、在線練習和在線考試的功能；學習終端的形式也是多元化的，支持PC端Web訪問、手機端頁面訪問、手機APP訪問等，使學習便利化和泛在化；學習內容形式豐富程度進一步提升，虛擬仿真技術開始向安全學習內容滲透，仿真動畫、虛擬場景、模擬操練等更加真實生動的學習方式已經提升了實驗室安全教育的趣味性和實用性；安全教育系統的管理也向多層次靈活性方面發展，基于統一的身份認證和訪問控制平臺，學校、學院、學科層面都可以不同身份和不同權限進行精準有效的管理，使實驗室安全教育有的放矢，差異化管理。

(2) 實驗室視頻監控系統。 傳統的實驗室管理中無法體現痕跡化管理，任何一個實驗室都在產生不同的信息，這些信息及數據不僅變得復雜而且量大；人工操作這些數據，工作效率低下，很容易出現數據錯誤現象[9]。這些問題在云平臺支持下的智能實驗室安全管理系統中就能夠得到很好的解決，特別是實驗室在線視頻實時監控系統的應用，實現了在網絡系統上的音視頻信號的傳輸和共享。在線視頻實時監控系統在云平臺的統一管理下與實驗室門禁系統、實驗室預警系統、實驗室管理終端相結合，其功能也已經從原先的監控記錄功能向智能聯動、巡視、預警、回放等功能擴展。實現對學生實驗行為的智能跟蹤，對特定實驗場所的視頻巡視，通過智能視頻分析系統對預設安全隱患進行預警，預設條件實施事件回放追蹤，為實現實驗室無人值守、實驗室全過程安全管理提供支持。

(3) 實驗室預約管理系統。 實驗室安全管理最重要的是對實驗室使用人員的管理，實驗室預約管理系統是今后實驗室安全管理體系里重要一環。在云平臺中實驗室預約管理系統已經和智能門禁系統、在線視頻監控系統結合，能夠跟蹤每位實驗室使用人員的軌跡和行為，結合實驗室預約管理系統的實驗室信息和實驗項目信息，使實驗室預約管理系統成為實驗室安全隱患預警和實驗室危化品管理的基礎系統。實驗室安全管理員可以根據實驗室、實驗項目、使用人員的具體情況設立巡視熱點，杜絕安全隱患。

(4) 實驗室危化品管理系統。目前多數危險品信息化管理也只體現在采購環節，未能實時反映危險源的狀態、數量以及師生的安全行為[7]。實驗室危化品的全生命周期管理是危險品信息化管理的新方向，全流程的在線精準監控是危險品信息化管理的新常態。和公有云的商務平臺連接，學校實驗用化學品及管制藥品的購買、存儲使用、廢棄物回收處理環節都將受到監控和可追溯。購買的用戶需求信息和供應商產品信息對接，購買學院工作人員與業務管理部門審核，支付與發票生成到報銷環節，這一完整過程都將在系統在線完成。在存儲使用環節，教師收貨登記形成個人臺賬、不同教師化學品在線調劑、危化品使用過程在線登記，都處在系統流程的約束中。廢棄物儲存、回收、處理過程均在標準流程和在線記錄監控中。實驗室危化品管理系統的發展為實驗室扎好了安全的籬笆，杜絕了危化品管理漏洞可能導致的危化品環境污染和人身侵蝕事件。

3.2 實驗室安全體系的公有云平臺

實驗室安全體系的公有云平臺基礎設施即服務IaaS層和平臺即服務PaaS層與學校的私有云結構互補，形成數據聯通和資源共享，公有云的應用服務層主要建設：實驗室設備與耗材交易系統、實驗室危化品交易處理系統、實驗室安全評估決策系統、實驗室安全信息管理系統。這些系統的建設使公有云平臺引入不同高校實驗室管理部門、實驗室設備耗材供應商、實驗室安全主管部門、實驗室研究部門、危化品管理和處置廠商，使實驗室安全的全社會利益鏈在實驗室安全公有云平臺中找到自己的角色，使實驗室安全體系建設成為多方協作的共同事業。

(1) 實驗室設備與耗材交易系統。 實驗室設備與耗材是實驗室管理和運營過程中具有商業價值的一塊。實驗室設備與耗材交易系統的建設是實驗室安全公有云建設的組成部分。與校內私有云平臺的實驗設備耗材管理系統相連接，形成實驗設備和耗材的需求信息，廠商的接入形成實驗室設備和耗材的供應信息，兩者的結合形成具有商業價值的體系為實驗室安全公有云平臺建設和可持續發展提供動力。

(2) 實驗室安全信息管理系統。 實驗室安全信息管理系統作為實驗室安全信息的一個集合體，她應該包括實驗室安全規范、實驗室安全的政策、實驗室安全相關的制度、實驗室安全相關案例、實驗室安全研究的最新成果。把她作為公有云建設的一個系統，使她和所有接入的高校私有云結合，成為實驗室安全信息的集散地，吸引高校、實驗室管理單位、教師、實驗員、相關廠商的加入，發揮實驗室安全信息的潛在價值。

(3) 實驗室安全評估決策系統。實驗室安全評估決策系統是以高校實驗室管理相關信息為基礎，包括：實驗室安全教育、實驗室視頻監控、實驗室各種危險品存放和處理等信息，在這些信息的基礎上形成實驗室安全評估的方案，并通過與高校實驗室安全私有云的聯通，形成評估行為和安全決策行為。如通過實驗室安全的視頻分析，確定實驗室視頻監控所獲得信息的安全隱患等級形成反饋和決策回到高校實驗室管理部門，獲取實驗室安全在線巡查現狀。

(4) 實驗室危化品交易處理系統。 實驗室危化品交易處理系統是把所有的實驗室危化品從交易到處理納入全程監管，系統不僅與高校的實驗室危化品管理平臺、危化品供應處理商還有政府環保部門的監管審批平臺相聯通。形成危化品全生命周期的在線記錄，確保把危化品潛在的危害降到最低點。系統挖掘危化品生產和處理的商業價值的同時使過程陽光化，使危化品處理可持續與可控。

4 結語與展望

實驗室安全體系云架構的實現為實驗室安全體系建設提供了有力保障。也解決了困擾高校實驗室安全體系建設過程碰到的嚴格制度程序和便利服務效率兩者矛盾問題。解決實驗室安全信息化子系統相對獨立而且分散、功能重疊的問題。對于一個高校而言，一個完善統一的信息系統無論從建設和還是運營的成本都過于龐大，所以未來基于云技術的完整實驗室安全體系的構建，集合社會各種力量，使建設和長期維持更新成為可能。一個開放、動態、具有自我完善的實驗室安全體系是我們需要的，云技術給實驗室安全體系構建帶來的新思維值得我們進一步的研究與探討。

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