现代化智能实验室平台建设概述与设计

严烨 惠卫甲 杨雯 樊璐 吕名蕊 张艳

摘 要：随着检验检测产业的不断深化，对技术能力和管理要求提出更高的标准，传统实验室的运行模式已跟不上产业发展的节奏。需依靠信息化技术和工业产品的“两化融合”带动实验室运行水平的提升，保障检验过程可追溯、质量可控制和数据准确性。进一步提升管理效率，优化业务管理、资源管控和安全提升。本文对现代化智能实验室的现状进行了概述，对国内标准体系进行了探讨，提出了智能化实验室平台的设计模型，为检验检测行业发展提供参考。

关键词：检验检测，智能化，实验室平台

DOI编码：10.3969/j.issn.1002-5944.2023.19.031

基金项目：本文受陕西省创新能力支撑计划项目“食品安全检验检测共享平台”（项目编号：2023-CX-PT-39）资助。

Overview and Design of Modern Intelligent Laboratory Construction

YAN Ye1* HUI Wei-jia1 YANG Wen1 FAN Lu1 LYU Ming-rui1 ZHANG Yan2

（1. Xian Wukong Testing Technology Co.， Ltd.； 2. Fuping Inspection and Research Center）

Abstract： With the development of the inspection and testing industry， higher standards are set for technical capabilities and management requirements， which means traditional operation mode of laboratories can no longer keep up with the pace of industrial development. We need to rely on the integration of information technology and industrial products to drive the improvement of laboratory operation level， ensuring the traceability of inspection processes， quality control， and data accuracy. We will further improve management efficiency， optimize business management， control resources， and enhance security. This paper provides an overview of the current situation of modern intelligent laboratories， explores the domestic standards system， and proposes a design model for an intelligent laboratory platform， providing reference for the development of the inspection and testing industry.

Keywords： inspection and testing， intellectualization， laboratory platform

0 引 言

近年來，检测行业呈现快速发展势头，实验室规模逐渐扩增，但传统的劳动密集型工作模式和效率难以满足检测市场的发展需求[1-3]，对于智能检测装备要求更高，对于机构内部的管理也提出了更高的标准，怎样有效促进实验室高效运行成为行业共同探讨的话题[4-5]。信息技术近年来逐步应用到检测行业中，集合利用信息化方式，攻克智能检测基础共性技术，使检测装备精准、可靠、智能、集成发展，令实验室管理流程化、自动化，提高了质量和安全管理的工作效率和效果，促进了检测行业的有序发展[6-9]。

信息化产业和智能制造的发展推动实验室智能化不断迈上新台阶，实验室平台的不断探索和技术的不断深化，让智能实验室管理的成熟度迅速提升。本文对检测实验室行业现状进行分析，对目前智能实验室建设涉及的技术进行探讨，对国内智能实验室建设建标情况进行说明，对智能实验室设计提出参考概念，为实验室智能平台发展提供参考。

1 实验室管理现状

据认监委统计，截至2022年底，我国获得资质认定的各类检验检测机构共有52，769家，同比增加820家，增长率1.58%。全年实现营业收入共4275.84亿元，同比增长4.54%。全年向社会出具检验检测报告共6.5亿份，共有从业人员154.16万人，拥有各类仪器设备957.54万台套，全部仪器设备资产原值4744.75亿元，检验检测机构实验室面积10，423.51万平方米。整体来看，检验检测机构增长速率放缓，但绝对数量还在不断增加中。随着市场活力的恢复，检验检测市场会不断向好发展。目前国内实验室类型多样，多数伴随制造业的发展而兴起，检验检测作为辅助支撑产业，其发展状况一直受到多方关注。

食品检验检测实验室作为具有代表性的专业性实验室，工作类型覆盖物理性能试验、化学试验、微生物试验、毒理试验和生物分子试验等，种类多样且复杂。食品实验室检测人员占比往往达到机构运行总人数的20%～50%，实验室内人员密集，不易管理，安全意识参差不齐，更需要智能化手段进行管理。

一方面，检测流程环节较多，需要提升更高的效率和对外展示度。内外管理环节包括采样过程、送样过程、检测过程、质量管理、试剂耗材领用、报告打印发放等一系列过程。这些环节串联形成闭环，需要借助更智能的工具和手段来整合。另一方面，实验室安全运行需要重视，包括对实验室温度、水路、危害因子、有毒有害气体等的监控十分有必要。而实现以上运行管理目标的方式就是实现实验室内外的智能建设，提升实验室感知、分析、控制、决策能力和水平，实时掌控实验室运转情况。

检测行业依托的信息化技术蓬勃发展，已经不局限于软件的开发。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》中，多次提到对物联网及其相关产业的发展要求和重点，推动传感器、网络切片、高精度定位等技术创新。将实验设备、试剂耗材、环境监测、门禁控制、消防控制、安防报警、视频监控等物理模块，同先进的实验室信息化管理系统（LIMS）相结合，实现智能控制，即实验室的智慧化、安全化和可视化系统管理，使实验室管理更加科学规范，充分有效保障实验室的系统运行。

智能实验室就是应用硬件集成、信息采集和通信技术，通过信息管理等系统对实验室活动进行智能化管理的实验室[10]。智能化是在应用网络[11-13]、大数据[14]、人工智能[15]、云计算[16]、生物识别[17]、物联网[18]等核心技术的支撑下，体现具有完全或部分自助能动性的，可满足实验室不同需求的机械、软件或平台属性。其目的是通过智能设备的发展和一定组织规范引导，使智能实验室这个概念落地并有序、实用的发展。

2023年中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》，其中指出建设数字化中国是数字时代推进中国式现代化的重要引擎，是构筑国家竞争新优势的有力支撑。提出到2025年，基本形成横向打通、纵向贯通、协调有力的一体化推进格局，数字中国建设取得重要进展。推动数字技术和实体经济深度融合，在农业、工业、金融、教育、医疗、交通、能源等重点领域，加快数字技术创新应用。

检验检验行业作为人民生产生活中必不可少的一个环节，其数据的社会价值和经济分析作用不容忽视。随着检验检测行业对信息化、智能化的接受程度不断增长，实验室会在智能化建设发展的引导下规范、高效的发展[19-21]。

2 国内智能实验室建设标准体系

GB/T 40343-2021《智能实验室 信息管理系统功能要求》规定了实验室信息化管理系统的功能模型、核心功能要求、通信功能要求和系统管理功能要求，介绍了智能实验室信息管理系统的扩展功能[22]。RB/T 028-2020《实验室信息管理系统管理规范》规定了实验室信息管理系统的管理策划、建设、运行、维护、退役等管理要求。重点在于对系统全生命周期的管理规范[23]。RB/T 029-2020《检测实验室信息管理系统建设指南》提出了检测实验室信息化系统建设中的项目启动、需求分析、系统设计、系统构建、系统实施、系统运维和系统更新方面的指南内容。内容涉及部分资源管理需求，如系统应提供监测、控制和记录环境条件的功能[24]。GB/T 39555-2020《智能实验室 仪器设备 气候、环境试验设备的数据接口》规定了智能实验室用气候、环境实验设备与系统通信的数据接口的术语和定义、数据定义、数据类型和数据结构等[25]。GB/T 39556-2020《智能实验室 仪器设备 通信要求》规定了智能实验室仪器设备与上层系统通信的总体要求、网络通信模型和命令格式等[26]。GB/T 33711-2017《移动实验室 信息传输系统通用技术规范》规定了移动实验室信息传输系统的术语和定义、分类和框架、要求及试验方法。对于远程数据传输模型的建设有一定的参考意义[27]。DB33/T 893.1-2013《临床实验室信息系统 第1部分：基本功能规范》、DB33/T 893.2-2013《临床实验室信息系统 第2部分：数据传输与交换》及DB33/T 893.3-2013《临床实验室信息系统 第3部分：工作流程规范》针对临床试验信息系统系列做出要求[28-30]。

从相关标准的查询结果来看，近些年对于智能化实验室建设标准的研究和制定逐渐增加，在不同领域和方向都有所探讨，检测行业的多样化促使不同标准对实验室智能化模块内容和要求存在较大差异。

3 实验室智能化建设体系设计

根据检验检测实验室的特性，将智能建设应用于五个阶段：采样阶段、业务受理阶段、检验检测阶段、报告阶段，以及日常实验室安全监控。分别对每个阶段应连接的终端类别、终端性能要求和连接方式提出指导，为检验检测实验室的智能建设指引方向。

基于物联网技术的实验室以信息智能为核心目标，围绕信息采集智能化、信息处理智能化、信息显示与推送智能化全面展开。智能终端的选择、信息采集智能化是智慧实验室的关键环节，智慧实验室中的信息采集智能化设备具有自组网、自诊断、自修复、不间断运行高稳定性和高可靠性特点，能够对实验室中的信息自动实时采集、分析与挖掘，减少信息采集中的人力投入，提高数据采集的准确性和可靠性[31-32]。信息处理智能化依靠云计算的强大处理能力，對信息进行分析、处理，为决策提供有力的数据保障。

将目前最适合的软件和信息化技术应用到实验室规划和建设过程中来，结合智能终端和设备，实现实验室一定程度上的智能预警、管理和控制。智能化建设的目的是梳理和规范实验室内外部管理、提高检测效率、增强数据准确性、稳固实验室安全。引导检验检测实验室向流畅、智能管理的方向发展，提高实验室内部管理效率，增强实验室运行安全意识，减少和避免实验室隐患问题的发生，使检验检测工作高效、准确、可追溯。

智能实验室框架概念如图1所示，布局如图2所示，模式数据控制和展示如图3所示。

4 结 语

上游技术支持，下游市场认同。一方面是在于法规上的完善，引导智能实验室建设合理、合法和规范。另一方面在于市场习惯的养成，培养市场在报告电子化、真实性和溯源性上更加快速、准确。

智能实验室的基础支持在于智能制造和信息技术的发展。智能制造一方面解决目前人工参与程度比较高的部分工作，另一方面提供依靠软件技术不能解决的新思路。软件技术的作用在于集成，整体把控流程，收集数据、解析数据和应用数据结果。

目前完全针对实验室智能设备制造的企业屈指可数，国外仪器设备厂商重在基于自身专利技术的扩展，同时设定较高的技术壁垒，除非从法规上要求，不然只能从面上解决设备连接的问题；国内近些年检测智能设备有所发展，但应用性还需探讨，比如全自动微生物检测装置，每次进样有限，整体效率有待提升，单台设备较为昂贵，推广性不是很强；又如专业性较高的全自动核酸检测实验室，造价高，不易推广，且需要大量的业务进行持续性的支撑。

政府规范和客户需求是智能实验室可以发展的着力点，人为因素的减少可以提高流程的规范性和数据的可靠性，成熟的模式有利于监管的执行，智能的检测流程和报告进度一目了然。检测本身没有秘密，检测过程质量控制才是应该重点关注的内容。

综上所述，智能实验室是检验检测行业发展的趋势，是随着硬件和软件技术发展而产生的不可逆的方向。任何一个新事物的产生会经历由混乱到秩序化的过程，这个过程需要有专业的组织去引导和探索，同时需要有一定的法规进行规范和约束。

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作者简介

严烨，通信作者，硕士，高级工程师，研究方向为质量检测与实验室建设。

（责任编辑：袁文静）