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数字可视化智慧实验室建设方案(上篇)


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供稿:龙金福

制图:陈妍杏、柯柳红

编辑:伍思茵














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policy introduction

政策解读

习近平总书记强调,没有信息化就没有现代化。

加快数字化发展、建设数字中国,是顺应新发展阶段形势变化、抢抓信息革命机遇、构筑国家竞争新优势、加快建成社会主义现代化强国的内在要求,是贯彻新发展理念、推动高质量发展的战略举措,是推动构建新发展格局、建设现代化经济体系的必由之路。

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VR漫游


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2016.12《“十三五”国家信息化规划》

作出了建设网络强国、数字中国、智慧社会的战略决策

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2021.12《“十四五”国家信息化规划》

推动营造开放、健康安全的数字生态,加快数字中国建设进程

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2023.03《数字中国建设整体布局规划》

全面发展数字中国建设,整体提升应用基础设施水平

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实验室建设运营面临的挑战


高质量地建设各类实验室,科学地规划和设计实验室项目为强化国家战略科技力量保驾护航,是广大实验室建设行业从业者义不容辞的职责。

实验室的设计相较于普通设计更具挑战性,其特点包括专业领域广泛、环境特殊、流程复杂以及对安全要求严格

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专业众多

包括:建筑、结构、平面规划、装饰、电气、给排水、通风、空调、供气、纯水、智能化、环保.....

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环境特殊

如:防腐要求、防放射要求、温湿度要求、负压环境要求.....

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业务流程复杂

实验项目的接收与管理、质量控制与质量保证、实验报告的编写与审阅、实验方法的开发与改进、样品管理、项目的(沟通、订单、采用、立项、伦理审查、合同签署)......

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安全影响因素多

物理性危险、化学性危险、人为行为性危险、环境危险、管理危险.....



其中,实验室安全的重要性不容忽视,它关乎到实验教学、科学研究和社会服务的顺利进行。实验室不仅是人财物相对集中的地方,同时也是易燃易爆品、剧毒药品、放射性物品等安全隐患较多的地方。

实验室安全影响因素包括以下三个部分:

实验环境

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危险源


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业务与数据

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然而,在实验室正式运行过程中,我们面临着诸多挑战,如人员配置、设备管理、仪器设备难追溯、环境泄漏风险以及相关安全制度的不明确等。这些问题如果处理不当,很可能导致实验室安全事故的发生。

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运营平台界面


因此,借助物联网技术为核心,结合新一代信息技术的智慧实验室,能实现实验室的智能化、安全化和可视化管理。通过资源的互联与信息共享,人员之间的互动协作等,构建一个全面的智能感知实验环境和综合运维数字服务平台

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智慧实验室的系统架构



在基础硬件设施上,将物联网、云计算、大数据、移动互联等信息技术与实验室的基础设备和应用系统进行有机融合,从基础设施、网络环境、硬件、软件四要素出发,搭建一个由设备感知层、智能控制层、网络层、服务层、业务应用层、用户层组成的系统体系结构


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系统集成


基于BIM技术,采用物联网整体架构利用云服务,将建筑运维过程中的各个系统(如自控、能耗、空间、定位、环境等)、设备以BIM模型为载体统一整合。实时展示实现人、设备与建筑之间的互联互通

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运营平台界面


同时结合数据分析、性能分析与模型分析,为建筑提供一个综合性的BIM运维平台,从而更好的发挥建筑的功能与作用。

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平台具有结构BIM机电可视化,并且能实现电脑端与手机APP同时管理等的亮点。

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结构模型

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建筑模型

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设备模型

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数据模型

在实验室设计与建设过程中,安全问题是需要优先考虑的关键因素。这意味着数据安全、人员安全、环境安全、设备安全、物资安全、冷链安全等方面均需要着重考虑。


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数据安全


在数据安全方面,形成三网物理隔离,专网专用。

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其中,办公网络主要承载OA、办公类、检测业务类系统。

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实验室内网主要承载LIMS、实验数据存储、实验耗材管理等实验管理系统。

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智能化专网主要承载楼宇自控、视频、门禁、消防、仪器状态等实时监控系统。

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人员安全


实验室中潜伏着许多危险因素,包括水、电、火、地震、暴风雨等自然灾害,以及实验室中使用的危险化学品(易燃、易爆品、剧毒品、致癌物质、腐蚀品和放射物质等)。

据统计,80%以上的实验室事故与人为差错有关

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通过对实验室环境进行实时监测确保环境安全从而为科研人员安全提供保障。包括以下几个方面:

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实验室门口的智慧门牌显示室内环境安全指数

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进入实验室需刷脸认证,控制进入权限

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实验过程中,全场景控制屏实时监测实验室环境状态、气体泄漏状态。若出现实验室有毒气体泄漏,通过探测器采集联动排风系统换气同时现场智慧门牌报警

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报警信息通过电话、移动端多形式推送至管理人员/维修人员。维修人员第一时间到场维修,保障实验室人员安全。


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环境安全


通过对微生物实验室/动物房的压差、温湿度、新风、净化空调实时监测与控制,保障实验环境安全。包括以下几个方面:

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实时监测动物房实验室温度、湿度、氨气、氧气环境,氨气监测传感器采集。

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氨气检测异常后现场智慧门牌报警并联动排风系统

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报警信息通过电话、移动端多形式推送至管理人员/维修人员

4


维修人员第一时间到场维修,保证动物房实验室环境安全。


此外,利用气流模拟测试平台对项目的重点或难点--气流组织部分进行可建性模拟。

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气流组织模拟


气流模拟测试平台还可以对实验室中的设备运行进行模拟。

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负压细胞室-超净工作台单迹线效果,显示超净工作带-安全运行

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负压细胞室-房间空气单迹线效果,显示房间气流--稳定


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设备安全

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在设备管理上,提供基于RFID的隔空交互解决方案,实现随时随地获取可用的设备信息

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支持设备一键盘点减少繁琐的手动盘点工作

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实现设备摆放位置精准定位快速查找所处位置


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冷链安全

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通过智能感知实验室各类实验环境和设备(如:冰箱,超低温冰箱,恒温恒湿试验箱,培养箱,冷冻箱等运行情况,实现24小时不间断监控设备温湿度数据,并实时上传数据。

仪器温度异常或超过阈值时现场智慧门牌报警,报警信息通过电话、移动端多形式推送至管理人员/维修人员


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用电安全


使用智能断路器,包含了小型断路器、电气火灾监控系统、智能照明模块、多功能仪表、电表、互感器及自复式光欠压保护,并将其应用到智能能耗监测平台中。

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运营平台界面


平台能实时监测每个配电回路电源质量电源参数精细化每台设备能耗计量;实现远程控制及时间控制;远程切断不正常电源;分析用电设备的健康状况;接入能耗管理系统;支持手机APP及PC端管理等功能,实现智慧安全用电管理

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