5G时代医学院共享实验室设计

5G时代医学院共享实验室设计

2018年中央经济工作会议确定要加强新型基础设施建设,包括5G、人工智能、物联网、工业互联网等,新基建快速发展同时也推动着5G的建设与布局。5G新基建结合大数据应用和云平台支撑的背景,将物联网技术应用于医学共享实验室的管理中,加速了科研平台万物互联的脚步,将实验室监测与管理变得更加便捷、高效。

一、医学实验室现状

1.1 建设现状

传统医学研究实验室的建设模式多为分散模式,不具备科学性与前瞻性,实验室的发展也缺乏强有力的专业学科支持,学科较为单一,缺少各学科交叉与渗透的前期规划,不利于科研创新及全方位延伸发展。

美国SEEA协会对实验室的灵活性能进行了八个等级的划分: 分为三大类:1-3级为底座系统,3-6级为半灵活系统,6-8级为完全灵活系统[1]。

图1 实验室灵活性等级划分
图1 实验室灵活性等级划分

实验室的灵活性应当以整体建筑的视角看待,而不是局限于某一实验室。智慧实验室的概念不仅涉及平面布局的改变,必要时可以通过在实验台上添加或减少功能模块来满足功能的实现[2]。

1.2 管理现状

传统医学实验室设备资源老化严重,设备信息的及时性及共享性较差。现有的实验室管理体制不适合当代实验室快速发展的状况,严重制约了医学研究的发展。

传统实验室管理体制下的医学实验室,各个学科的实验室一直处于相对封闭的状态。人员仅使用本科室的实验仪器设备,不对外提供协作和服务,没有共享的机制,造成仪器使用效率不高。

二、未来医学实验室发展趋势

2019年6月4日,国务院办公厅发布了《关于印发深化医药卫生体制改革2019年重点工作任务的通知》,到2021年底,针对重大需求,在主要疾病领域和临床专科统筹引导建设分中心;构建体制化、机制化的转化推广体系,打造一批规范化、标准化、规模化的健康医疗大数据平台、生物样本库和信息库,搭建国际一流的临床研究公共服务平台。

三、共享实验室建设方案

3.1 设计目的

医学研究中心的规划基于众多共享平台之上,包括生物学研究平台、化学研究平台、物理学研究平台、公共共享平台等,将医学研究中心科研平台做统一布局规划,有效地进行资源整合,建立共享平台机制。以临床应用为导向,集聚医学创新资源,优化组织模式,实现从临床到基础、再从基础到临床的有效转化。

3.2 设计依据

《科研建筑设计标准》JGJ 91-2019;

《生物安全实验室建筑技术规范》(GB50346-2011);

《建筑设计防火规范》(GB50016-2014)(2018版);

《实验动物设施建筑技术规划》GB50447-2008;

《实验动物环境及设施》GB14925-2010;

3.3 布局方案

医学研究中心拟规划为七层,布局以“安全、高效、环保、节能”为原则。一层为库共享平台以及公共设施用房。二层设置医学物理学研究平台,有抗震、防辐射要求的仪器设置在该楼层;三层设置为学术交流平台,包括接待、文化展示、开放办公以及外来专家办公和会议交流等;四层设置为公共共享平台,位于楼层中部位置,方便上下实验楼层互动,缩短实验路径;五层设置为生物医学研究平台,污染较小,靠近动物实验楼层;六层为医学化学研究平台,污染性较大,靠近顶层,利于工程管网设置;七层环境相对安静,作为动物房共享平台。

图2 医学院共享实验室楼层划分
图2 医学院共享实验室楼层划分

3.4 基础设施建设

基于需求的不确定性和未来课题的更迭性,建设初期按照可兼容拓展的方案实施。以水电气风等实验室必备机电系统为核心,拓展模块化的功能服务系统,根据不同的末端需求选择功能服务系统,硬件搭建随着课题快速重组,通过物联网系统实现软硬件结合和自动化管理,实现实验数据溯源、环境风险可控、园区仪器共享和大数据AI智能。

图3 模块化实验室空间效果展示
图3 模块化实验室空间效果展示
图4 共享实验室智能化管理硬件拓扑图
图4 共享实验室智能化管理硬件拓扑图

3.5 共享实验室管理平台解决方案

平台的开发的基础是模块封装、一体化设计,以实现系统的实用性与安全性、可扩展性与适应性、易用性及可维护性。

图5 共享实验室服务管理平台系统架构图
图5 共享实验室服务管理平台系统架构图

3.6 数据云平台

“互联网+5G”时代的到来,使得信息技术发展迅速,多种现代化技术广泛用于医学领域,极大程度上推动了医学的信息化、数字化,大数据平台的搭建进程也在不断加速。[3]

在共享实验室中引入大数据平台,采集数据进行计算分析,用于科研成果的预测、评估、转化,同时打通与建设、交通、物流等服务行业信息孤岛状态,进行全流程的安全高效管理。

四、展望

医学科研实验室作为人才培养的重要基地,为众多医务科研人员、医学研究教师、学生的课题研究提供了重要保障。实验室建设的前瞻性结合管理理念的科学性及管理模式的可行性,是实验室效能发挥到最大的保障,是医疗水平、科研水平、教学水平的重要保证,也是培养医教研高素质人才的重要前提。

该文已在《电子工程学院学报》刊登
电子工程学院学报

参考文献:

[1] sefa10-2013.Adaptable Laboratory Furniture Systems Recomended Practices[S].

[2] Miguel Avanzini. What is a SMART lab? and What type of spaces make up a SMART Lab?[J]. Moving Science, 2021.

[3] 杨林朋.医院科研大数据统计分析平台构建研究[J].统计与管理,2020(4):28-31.

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