当前高校实验室普遍面临三大痛点：一是设备智慧化程度低，资金投入不足导致设备更新缓慢，多数实验装置仍依赖传统手动操作，与工业4.0背景下的智能化生产需求脱节，难以培养学生的数字化操作能力；二是数据孤岛严重，设备分布分散、缺乏集中管控平台，60%以上的高校存在设备共享壁垒，资源利用率低下，学校很难快速准确定位、跟踪设备。管理人员深陷繁琐的人工登记与调度工作；三是安全机制不健全，部分高校实验室涉及危险品、高温灼烧等安全风险较高的实验项目，实验室安全设施、制度不健全，各项环境指标未能实现统一监测，火、电气、盗等各类潜在危险的警告系统尚不完善，预警提醒能力不足等问题普遍存在。

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教育部《教育信息化2.0行动计划》《教育现代化2035》等政策明确要求构建智能实验室管理体系，推动高校实验室向智慧化、信息化方向发展。《中国智慧教育白皮书》和启动国家教育数字化战略行动2.0（2025年）》《人工智能赋能教育高质量发展行动方案（2025-2027年）中亦提到要打造未来课堂。探索“师—生—机”三元协同的课堂新模式，将人工智能、大数据、虚拟仿真等有机融入教学过程。
在教育数字化转型与“新工科”建设的大背景下，北京欧倍尔智慧实验室建设方案应运而生，它融合了物联网、AI大模型、数字孪生、边缘计算等先进技术，旨在为高校实验教学构建“能感知、会预警、可交互、善分析”的下一代实验空间，实现从“人控”到“智控”的关键转型。
 

—— 建设内容——

通过环境智能化改造、构建数智化实验教学资源、搭载实验室综合管理平台，打造三位一体的智慧实验室整体化解决方案。
 

一、实验室综合管理平台：实现一体化管控
该平台的核心优势在于其能够整合和优化教学资源。打造线上线下培训过程过程的有机融合，提供涵盖实验室管理平台、完善课程培训体系、实验室远程设备为一体的内容。实验室基础管理系统涵盖六大功能模块:
1、实验室基础管理系统
2、实验室预约及准入管理
3、实验室智能管控系统
4、数据集成与可视化系统
5、数字孪生实验室、
6、智慧实验室小程序
 

 
1、实验室基础管理系统
涵盖基础信息管理模块和设备管理模块。基础信息管理模块通过构建三级架构管理体系实现实验室信息的分级管控与高效协同。形成“学校-二级单位-实验室”三级联动的管理闭环。设备管理模块可根据实际应用场景，创建不同的角色及岗位并赋予不同管理权限，此模块对实验室智能设备的基础信息进行维护及管理，包括智慧监控摄像头、独立式感烟火灾探测报警器、安消智能摄像机等。通过系统跟智能硬件进行对接，实现设备管理及智能远程管控。
 

2、实验室预约及准入管理
实验室预约可在电脑端或手机端进行，实现时段化预约管理，支持按30分钟及以上为单位的天预约/周预约申请，可预约到实验室及设备上，并且可以自动识别重叠预约请求并提示用户调整学员预约实验室后，相关实验室负责人会收到预约审核提醒，待审核通过后，学员会收到审核结果通知，可通过管理端进行查看操作。
同时线上预习、虚拟仿真、智能准入三个环节环环相扣。完成线上学习和虚拟仿真后，需进行考核，内容涵盖实验室安全的方方面面，题型包括判断题、问答题等，要求正确率达到100%。通过考核的学生，其准入信息自动同步至实验室智能门禁系统。学生可在手机端自主预约实验时段，预约成功后，校园卡或人脸信息被授权进入对应实验室。只有通过准入且预约成功者，才能在规定时段刷脸进入。
 

 
3、实验室智能管控系统
实时搜集实验室中的温度传感数据，若数据超出预设的安全阈值或出现异常波动，系统会立即触发预警机制，通过播放预警音效、手机短信或专用应用程序向管理人员发送实时警报信息。
集成实验室监控画面，教师也可以进行远程指导语音对话，实时掌握实验操作动态并及时纠正不规范行为，系统同时记录所有互动过程以备后续追溯。
 

4、数据集成与可视化系统
打破了实验室数据分散、监控孤立的传统模式，让设备、使用、环境等信息从“碎片化”转向“一体化”呈现，既契合了实验室数字化管理的趋势，也为管理决策（比如设备调配、资源优化）提供了实时数据支撑。
 

 
5、数字孪生实验室（可选择重点实验室作为试点）
选择学院某间重点实验室试点的数字孪生建设，将围绕“物理空间复刻+实时数据联动+智能监测管理”三大核心展开：数字孪生系统的“虚拟漫游”功能、数字孪生系统的“驾驶舱”模块、设备参数打造实验教学的“虚拟预习场景”。
可以先选取某个实验室为试点的数字孪生建设，可形成可复制的“实验室智慧管理方案”，为学校后续其他实验室的智能化升级提供经验与模板。
 

6、智慧实验室小程序
用户可通过小程序随时查看实验室资源信息、远程监控画面等内容，在线提交资源预约申请，实时跟踪审批进度等。此外，小程序支持消息通知功能，及时推送预约审批结果、消息通知等内容。界面设计简洁易用，操作流程便捷，极大提升了用户使用体验与管理效率。
 

 
二、环境智能化改造：构建安全感知中枢
1、智能门禁与准入
采用融合深度学习算法的门禁一体机，支持刷脸、指纹、刷卡、二维码等多模态核验，还可以与实验室安全培训考核系统联动，未通过安全考试的人员无法进入，确保“持证准入”。系统可记录人员出入情况，为安全追溯提供依据。
 

 
2、全维度环境监测
在高校实验室安装环境传感器，监测实验室的温度、湿度、气体等环境参数，可实时有效采集数据，通过与设定的安全值进行比对，及时预警并提醒实验室管理员。例如，当发现实验室温度过高、湿度过大或气体泄漏等异常情况时，环境监测系统可以通过警报装置进行声光报警，以引起实验室管理员的注意。
 

 
3、AI监控与行为分析
基于AI智能分析网关部署的专属算法体系，对实验室人、物、环境、操作进行全方位实时检测与识别，覆盖专业操作、人员行为、安全管理三大维度，共30多项核心算法（可根据实验室专业需求定制扩展）。
系统识别到异常事件后，立即启动分级、多端、可配置的预警机制，确保异常情况第一时间被发现、干预。基于专业搭建的实验知识库、教学资源库，结合AI识别的异常类型/实验节点，实现“异常即推送、节点即指导”的个性化资源推送，将“被动提醒”升级为“主动指导”，落地因材施教的教学理念。
融合计算机视觉、深度学习、姿态识别、知识图谱、时序建模技术，打造多维度、全自动、高精度、可追溯的实验操作考评平台，替代人工评价，实现实验教学的精准化、客观化评价。
系统自动对实验室AI监控数据、实验操作数据、预警数据、评价数据进行结构化汇总、多维度分析、可视化展示，为实验室管理、教学优化、设施升级提供科学数据支撑。
 

 
三、数智化实验教学资源：构建全周期育人生态
通过创新的Al教学支持系统，以智能化手段覆盖了教学的全过程，包括课前、课中和课后三个阶段。AI赋能教学全流程，学生可自主进行学习探索，机器人助教随时陪伴指导，形成师-生-机三元互动学习系统，便于因材施教。
 

 
1、理论课程预习阶段
理论课程预习阶段包含：全景云上实验室、实验室安全资源、实验基础知识、仿真实验、AI助教
 

2、实验实操阶段
智慧巡检机器人通过先进的图像识别、传感器技术等，对实验设备和环境进行实时监控，一旦发现异常情况，如超温、超压等，能够立即进行报警，并将信息推送至相关负责老师。其次，机器人智能设备还可以收集实验数据，辅助实验老师进行实验指导。通过视频指导、人机交互问答等方式，为学生提供更加直观、高效的学习体验。
 

3、报告批改阶段
以学生实验全流程为核心，拆分“实验前线上准备”与“实验后线下完善”两大阶段。实验报告云端评价系统实现实验教学智能化，给教师提供最智能的辅助工具。实现学生操作闭环化，为学生打造最流畅的学习体验。实现实验教学管理简单化。教学质量可监测、可优化，实现精准教学改⾰。评分标准统⼀，AI模型分析评价反馈，进行参与⼈次统计及分数段统计，⽣成评价报告，做到因材施教。

 
4、综合素质评价阶段
构建知识图谱-问题图谱-能力图谱三位一体的图谱分析体系，通过图谱展示知识点之间的层次结构和关联路径，帮助学生系统理解课程内容，为进一步的AI应用提供服务。
支持在线设置综合素质评分表，根据奖惩或考试成绩,结合AI行为数据分析自动计算得分。
收集和分析学生的学习数据，包括预习、课堂参与、实验表现等。基于出勤、回答问题、线上的随堂作业、汇报、互动提问、案例分析、期末笔试等数据生成教学效果画像，帮助教师了解每个学生的学习状况和进步。
 

 
设备利用率从传统模式的提升，预约与审批时间缩短；安全巡检从人工升级为实时监测，隐患处置响应时间缩短至5分钟；管理人员工作量减少，从繁琐的登记、调度中解放，聚焦教学支持。实现“环境-行为-设备”的全维度安全管控，安全隐患排查覆盖率提高；形成“规范-执行-监督-整改”的闭环管理，完全满足教育部实验室安全检查要求。