生物實(shí)驗室設計理念與原則

一．生物實(shí)驗室的設計理念與原則 

1.限度地尊重所在地的生態(tài)環(huán)境，表達對環(huán)境的尊重 ： 生態(tài)理念的實(shí)驗室設計

    在對將要實(shí)施的實(shí)驗室項目充分分析基礎上,對方案構思中將主體建筑作為整體環(huán)境的背景的設計理念，將實(shí)驗室所在建筑包容于環(huán)境之中。要充分的考慮到生物實(shí)驗室周?chē)纳鷳B(tài)設施，樹(shù)木草叢同樣也可以起到環(huán)保隔離及優(yōu)化空氣質(zhì)量的作用。在實(shí)驗室項目的周?chē)ㄗh同期建設生態(tài)環(huán)保項目，花草樹(shù)木在一定程度上也可以起到凈化隔離和優(yōu)化空氣質(zhì)量的作用。例如：雙子葉植物丁香和樟科桂中的天然成分就可殺滅腸道致病菌和化膿性球菌等。

2.生物安全實(shí)驗室要具有前瞻性的設計理念

    生物實(shí)驗室具有下列特點(diǎn)：

    ①相對靈活性：每一個(gè)實(shí)驗室都應有足夠的空間來(lái)放置儀器和設備。劃分出來(lái)的實(shí)驗室工作區域板塊還可以獨立的施展它們各自的用途，以便可以在小區域進(jìn)行實(shí)驗工作而不影響其它實(shí)驗項目，同時(shí)在必要的時(shí)候又可以整合在一起進(jìn)行大規模的實(shí)驗工作。

    ②相對經(jīng)濟性：實(shí)驗室考慮到為防護、工作以及配置方面的效率利用進(jìn)行區域劃分，從而避免了面積和空間的浪費。

    相對實(shí)驗室內部的擴展性：建立在可增添結構的模塊形式和可重復使用的運行系統基礎上的實(shí)驗室系統，能夠在不犧牲一定功能或不影響相關(guān)實(shí)驗室功能的情況之下進(jìn)行必要的收縮和擴張。所以，預留充分的的實(shí)驗室空間是必要的。

    ③性：實(shí)驗室內的區域配置需要是按其潛在的危險程度來(lái)劃分。煙霧防護罩和酸性物質(zhì)以及易燃物質(zhì)的儲存位置和為生物安全倉室分派的空間將被配置在較高危險帶即處于實(shí)驗室后部（遠離出口）。一定的空間和足夠的廢棄物通道將被用來(lái)為較高危險帶形成第二層的防護。每個(gè)實(shí)驗室的低危帶將用來(lái)安排各種干燥臺面活動(dòng)比如放置寫(xiě)字桌、計算機和儀器等。潮濕臺面活動(dòng)則被安置在中危帶。高清視頻監控系統和室內對講通信系統也是實(shí)驗室項目必須的，實(shí)時(shí)監控指揮工作程序也是安全保障之一。對于實(shí)驗室安全區域的合理劃分也是生物安全實(shí)驗室的重要組成部分。

    ④通道的通暢性：實(shí)驗室走道和出入口將提供簡(jiǎn)便有效的行動(dòng)通道以及提供符合國內相關(guān)規范的工作通道。看似簡(jiǎn)單的實(shí)驗室通道同樣是重要部分，工作的流暢性，防火的安全性，突發(fā)事件的救護順暢性就表現在這里。

3.適應生物技術(shù)發(fā)展趨勢

    為確保實(shí)驗室工作人員的安全、防止環(huán)境污染和公共衛生安全是開(kāi)展致病微生物實(shí)驗研究的先決條件。因為實(shí)驗室是造成實(shí)驗工作人員或周?chē)h(huán)境可感染疾病的高危工作區。在設計中，不僅要滿(mǎn)足功能要求，而且必須按照國家標準規范和有關(guān)行業(yè)專(zhuān)業(yè)標準，并借鑒參考國內外生物實(shí)驗室有關(guān)設計標準、及相關(guān)規范，達到微生物和生物醫學(xué)實(shí)驗室安全通用準則。

4.促進(jìn)最佳的科學(xué)研究能力

    現代化的生物實(shí)驗室強調實(shí)驗人員間的互相交流，特別是學(xué)習交流是實(shí)驗室人員的團隊精神。考慮到研究活動(dòng)活躍性的特點(diǎn)，建筑必須能夠適應技術(shù)、設備、過(guò)程和技能各方面的變化，并能快速和簡(jiǎn)便地做出反應，能夠促進(jìn)研究人員和訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者之間知識的共享與傳遞，從而形成一種互相影響和信息交流的學(xué)術(shù)氛圍。

5.合理使用空間,充分考慮靈活性與可適應性

    在現代化的生物實(shí)驗室的設計中采用統一設計，并劃分出不同安全防護等級單元化模塊，以適合不同工藝要求。這種模塊化布局既吸收國內外CDC先進(jìn)流程，又結合實(shí)際情況使實(shí)驗室布置更具通用性、靈活性，并滿(mǎn)足以后改造可能性。

6.實(shí)驗室內外環(huán)境的人性化處理

    在嚴謹的設計理念指導下，以人性化的設計理念布置室內外環(huán)境，為實(shí)驗室工作人員提供高效的工作場(chǎng)所及環(huán)境舒適的休閑空間是基本的設計理念。

7.生物實(shí)驗室安全和保安工作

    現有實(shí)驗室項目中，大部分實(shí)驗室為二級生物安全防護實(shí)驗室，適用于對工作人員或環(huán)境具有中等潛在危害的微生物的研究工作；部分實(shí)驗區域為生物安全防護實(shí)驗室，適用于主要通過(guò)呼吸途徑使人傳染上嚴重的甚至是致死疾病的致病微生物及其病毒素的研究工作。防止微生物災害，生物安全二級、生物安全實(shí)驗室的設計是重點(diǎn)。例如：實(shí)驗室與周?chē)h(huán)境的隔離區域的劃分，高清視頻監控系統的應用，安保人員的巡視等也是安全保障因素之一。

二. 現代化生物實(shí)驗室工藝設計內容及要求

1.現代化生物實(shí)驗室工藝設計項目書(shū)制定

    現代化生物實(shí)驗室工藝設計項目書(shū)制定包括制定實(shí)驗樓（室）每個(gè)部門(mén)和每個(gè)實(shí)驗室面積和功能要求;制定生物實(shí)驗室每間房的建筑、裝修內容，內墻體處理要求，門(mén)窗要求，環(huán)境控制，電力（照明、室內外通訊及網(wǎng)絡(luò )、高清視頻監控），氣體管道，給排水，空調，消防控制，結構等工藝設計要求；制定每間生物實(shí)驗室所需固定實(shí)驗設備清單。

2.現代化生物實(shí)驗室工藝設計/設備規劃

    現代化生物實(shí)驗室工藝設計/設備規劃包括按照國際生物實(shí)驗室標準及項目工藝任務(wù)書(shū)的要求，完成生物實(shí)驗室基本固定設備規劃、工藝布置圖、典型生物實(shí)驗室放大工藝平面圖、主要立面圖和主要剖面圖；完成生物實(shí)驗室固定設備廠(chǎng)商資料及工程設計數據歸總。

3.現代化生物實(shí)驗室建筑工程設計要求

    現代化生物實(shí)驗室建筑工程設計包括：

    ①總體環(huán)境設計－在對現狀地充分分析基礎上,將建筑作為環(huán)境的背景的設計理念，將單體建筑包容于環(huán)境之中。

    ②建筑工藝設計要求－主要包括生物實(shí)驗室建筑設計、室內裝修材料要求等。

實(shí)驗室基本工作區域的使用面積（ELM）是以保證生物醫學(xué)研究的安全運行而對其所需工作區域尺度的規劃。實(shí)驗室的ELM一般包括有操作臺、實(shí)驗設備（包括儲藏柜）、工作臺、化學(xué)排煙罩以及生物安全柜的長(cháng)度要求。實(shí)驗室設計當前的趨勢已經(jīng)開(kāi)始朝著(zhù)規劃區域空間尺度的方向發(fā)展，而不僅僅限于規劃區域長(cháng)度。這種趨勢是起源于模塊化實(shí)驗室形式的采用。

建筑面積由于包括流通區域、建筑核心區域、墻體以及公共區域的面積，必然在整體上大于特定功能區域的使用面積。

實(shí)驗室建筑的材料應該選擇耐用和易清洗并且防火的類(lèi)型，并且能有助于創(chuàng )造一個(gè)舒適安全的工作環(huán)境。材料設計的關(guān)鍵因素在于易清洗、易維護、防火、易儲藏并且盡量減少毒害傳播。所選材料作穿墻以及樓板處理時(shí)，還必須考慮到保證實(shí)驗室人員的結構安全。

    ③結構設計工藝要求－包括生物實(shí)驗室結構設計、結構負荷要求等。由于振動(dòng)會(huì )干擾到實(shí)驗室的敏感性?xún)x器，設計者們必須考慮適當控制振動(dòng)和將振動(dòng)源的放置遠離敏感性?xún)x器，必須對于建筑結構的振動(dòng)反應做細致分析，為了控制振動(dòng)在實(shí)驗室區域的傳導，工程師在設計前期考慮到結構因素是必要的。實(shí)驗室開(kāi)間的大小（高、寬）設定必須考慮到實(shí)驗室模塊、功能分配、振動(dòng)標準和后期發(fā)展等，寬度應該根據實(shí)驗室模塊的大小有相應變化，既保證靈活性又符合常規門(mén)窗設計，并且形成統一的實(shí)驗室輔助連接的整體。實(shí)驗室模塊內不應設置支柱，以避免妨礙到實(shí)驗室的內部流通和空間使用，結構系統與空調系統應緊密協(xié)調防止互相干擾。

    ④暖通空調設計工藝要求－包括生物實(shí)驗室暖通空間系統設計、空氣過(guò)濾、排氣系統、生物安全柜排氣系統要求。

暖通空調系統必須滿(mǎn)足實(shí)驗室研究要求。除對溫度、濕度需嚴格控制外，需有足夠的通風(fēng)量處理煙塵、異味、空氣中污物，滿(mǎn)足煙罩通風(fēng)以及實(shí)驗室內熱負荷要求。同時(shí)必須充分考慮系統的可靠性并考慮富裕量。不同性質(zhì)區域需保證不同的相對壓力,并要根據相關(guān)標準從長(cháng)遠上考慮節能。實(shí)驗室中間操作罩口NC值不宜超過(guò)50dB，除非設備本身允許外，NC一般不宜超過(guò)60 dB。

暖通空調、水、電、照明設備需根據可有效利用能源的原則進(jìn)行選擇，同時(shí)應易于控制管理。防結露最小保溫厚度需滿(mǎn)足節能標準并參考國內相關(guān)推薦值。建筑圍護材料必須保證工作人員的健康與安全，建議選用環(huán)保節能材料。所有耗能系統及部件要進(jìn)行全程控制管理。

    通過(guò)對實(shí)驗室設備的維護費用的經(jīng)濟分析，選用不同的暖通空調系統。經(jīng)濟分析應有足夠的數據進(jìn)行經(jīng)濟性、能效比的計算。經(jīng)濟分析主要包括工程初投資、能耗、運行費用（后期維護費）、系統可靠性、適應性等方面分析比較。每個(gè)系統的選擇需滿(mǎn)足運行的靈活、可靠、易于維護并預留余量，工程總投資內包含維護費用。生物安全實(shí)驗室的后期維護時(shí)至關(guān)重要的，通風(fēng)系統，凈化系統，排放系統都是微生物因子寄居的溫床，寶豐軒在生物實(shí)驗室運行維護的工作上，也具有豐富的處理經(jīng)驗。

    ⑤給排水工藝設計要求－包括實(shí)驗樓給排水系統設計、設備要求。

    給排水系統應與實(shí)驗室模塊相符合，排水系統應設計靈活安全，并預留部分設施以保證實(shí)驗室的可靠和持續運行，盡量避免在實(shí)驗室區域做穿墻處理。

    污、廢水系統應設置生活污水與生產(chǎn)廢水分流排水管網(wǎng)，生活污水處理達到中水回用標準后備用，再回用于綠化及水景補水。科研生產(chǎn)廢水采取局部處理經(jīng)消毒后與集中處理相結合的方式。對被毒菌污染廢水及放射性廢水，就近設置失活及衰減 處理裝置，嚴格控制，處理合格后排放。地面雨水經(jīng)雨水管道有組織的匯集用流槽卵石層過(guò)濾后儲存回用，余量及洪水就近排入明渠。

    ⑥強弱電設計要求－包括生物實(shí)驗室電力系統設計、室配電系統設計、照明設計、智能化系統設計、保安系統設計、通訊系統設計要求。

    ⑦消防工藝設計要求－主要指生物實(shí)驗室消防系統設計要求。

    實(shí)驗室建筑防火的特殊要求應按照當地相關(guān)規范考慮實(shí)驗室區域的設置和按照實(shí)驗室建筑防火規范采用符合防火等級的防火材料、設置防火閥、自動(dòng)噴淋系統、防火信號系統、風(fēng)管煙氣檢測系統、室內消火栓和消防泵等消防設施。生物實(shí)驗室用家具及設備要求包括衛生器具、工作臺面、化學(xué)煙罩及生物安全柜、實(shí)驗設備要求。

    ⑧生物實(shí)驗室安全工藝設計要求－主要包括常規安全工藝設計、輻射安全工藝設計要求。

    安全健康的指導方針要求建筑盡可能在工程上對工作人員的安全保護形成有效控制，從而將工作間潛在的職業(yè)危險降至最低。這些指導方針還必須與工程師提交的具體建筑設計文件內容相適應，以便安全保護在建筑施工時(shí)能夠體現出來(lái)。雖然健康安全的方針與工程技術(shù)的要求許多內容可以統一起來(lái)，但是仍不可能含概所有的因素。因此建議讓健康安全專(zhuān)家成為建筑設計團隊的一部分。

    設計的所有實(shí)驗室必須保證放射性物質(zhì)安全可靠的存放。放射性物質(zhì)的容量和類(lèi)型取決于實(shí)驗室研究功能的類(lèi)型和數量。因此，設計者們需要根據實(shí)驗室的功能要求來(lái)決定供使用和處理放射性物質(zhì)的必要區域。所有實(shí)驗室必須設有相應的普通級別的廢棄放射性物質(zhì)存放容器。每個(gè)實(shí)驗室廢料的存放位置必須標準化以便于緊急防護人員在火災或意外情況下迅速采取措施。

    ⑨環(huán)境保護工藝設計要求－主要包括污水污物處理、噪音防護、輻射防護、生物安全防護要求。

    注意環(huán)境保護和適當處理廢料對于保證實(shí)驗室建筑中工作人員、訪(fǎng)問(wèn)學(xué)者和周?chē)O施的健康運行和建筑學(xué)術(shù)氛圍的維護十分重要。因此，需對實(shí)驗室的有害建筑材料、有害廢料儲備與處理、分散儲備設施、廢液排放、固態(tài)廢料的管理與回收、氣體散發(fā)等做出嚴格控制。