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生物實驗室的工藝設計
【導讀】 如何引進*的生物實驗室/醫(yī)療建筑設計與規(guī)劃理論和技術，同時將生物實驗室建筑的功能及其文化內涵融合為有機的整體，將是國內生物實驗室設計人員面臨的挑戰(zhàn)。
水準的專業(yè)現(xiàn)代化生物實驗室規(guī)劃與設計對一座成功的現(xiàn)代化實驗設施具有極其重要的意義。生物實驗室設施和設備水平越高、越現(xiàn)代化、生物實驗室等級越高，其意義也越為重大。中國的生物實驗室設施建設正處于向現(xiàn)代化高速發(fā)展的階段，這就要求生物實驗室設施的規(guī)劃與設計者能夠提出既切合實際又具有前瞻性的建筑方案和工藝設計。
一. 現(xiàn)代化生物實驗室設計理念與原則
1. zui大限度地尊重基地環(huán)境，表達對環(huán)境的尊重 - 生態(tài)建筑設計
在對現(xiàn)狀地充分分析基礎上,對方案構思中將建筑作為環(huán)境的背景的設計理念，將單體建筑包容于環(huán)境之中。
2. 前瞻性的設計理念 生物實驗室具有下列特點
●靈活性：每一個實驗室都能有足夠的空間來放置儀器和設備。單獨板塊還可以獨立的控制它們各自的用途，以便在保證不影響相關實驗室的情況下也不必改變模塊配置。
●經濟性：實驗室考慮到為防護、工作以及配置方面的效率利用進行區(qū)域劃分，從而避免了面積和空間的浪費。
●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(tǒng)基礎上的實驗室系統(tǒng)，能夠在不犧牲一定功能或不影響相關實驗室的情況之下進行必要的收縮和擴張。
●安全性：實驗室內的區(qū)域配置需要按其潛在的危險程度來劃分。煙霧防護罩和酸性物質以及易燃物質的儲存位置和為生物安全倉分派的空間將被配置在較高危險帶即處于實驗室后部（遠離出口）。一定的空間和足夠的廢棄物通道將被用來為較高危險帶形成第二層的防護。每個實驗室的低危帶將用來安排各種干燥臺面活動比如放置寫字桌、計算機和儀器等。潮濕臺面活動則被安置在中危帶。
●通暢性：實驗室走道和出入口將提供簡便的行動通道以及提供符合國內相關規(guī)范的相應通道。
3. 適應生物技術發(fā)展趨勢
為確保實驗室人員的安全、防止環(huán)境污染是開展致病微生物實驗研究的先決條件。因為實驗室是造成實驗人員或周圍環(huán)境可感染疾病的高危工作區(qū)。在設計中，不僅要滿足功能要求，而且必須按照國家標準規(guī)范和有關行業(yè)專業(yè)標準，并借鑒參考國內外生物實驗室有關設計標準、及相關規(guī)范，達到微生物和生物醫(yī)學實驗室安全通用準則。
4. 促進*的科學研究能力
現(xiàn)代實驗室強調實驗人員互相交流，特別是學習交流及實驗室人員的團隊精神。考慮到研究活動活躍性的特點，建筑必須能夠適應技術、設備、過程和技能各方面的變化并能快速和簡便地做出反應，能夠促進研究人員和訪問學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術氛圍。
5. 合理使用空間,充分考慮靈活性與可適應性
在現(xiàn)代實驗室的設計中采用統(tǒng)一柱網，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*流程，又結合實際情況使實驗室布置更具通用性、靈活性，并滿足以后改造可能性。
6. 室內外環(huán)境的人性化處理
在*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， 為實驗室工作人員提供的工作場所及環(huán)境舒適休閑空間。
7. 生物實驗室安全和保安
工程中大部分實驗室為二級生物安全防護實驗室，適合于對工作人員或環(huán)境具有中等潛在危害的微生物的研究工作；部分實驗區(qū)域為三級生物安全防護實驗室，適合于主要通過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毒素的研究工作。防止微生物災害，生物安全二級、生物安全三級實驗室的設計是重點。
二. 現(xiàn)代化生物實驗室工藝設計內容及要求
1. 現(xiàn)代化生物實驗室工藝設計任務書制定
現(xiàn)代化生物實驗室工藝設計任務書制定包括制定實驗樓每個部門和每個實驗室面積和功能要求;制定生物實驗室每間房的建筑、裝修內容，門窗要求，環(huán)境控制，電力（照明、通訊及網絡），氣體管道，給排水，空調，消防控制，結構等工藝設計要求；制定每間生物實驗室所需固定實驗設備清單。
2. 現(xiàn)代化生物實驗室工藝設計/設備規(guī)劃
現(xiàn)代化生物實驗室工藝設計/設備規(guī)劃包括按照生物實驗室標準及項目工藝任務書的要求，完成生物實驗室固定設備規(guī)劃、工藝布置圖、典型生物實驗室放大工藝平面圖、主要立面圖和主要剖面圖；完成生物實驗室固定設備廠商資料及工程設計數(shù)據(jù)歸總。
3. 現(xiàn)代化生物實驗室建筑工程設計要求 現(xiàn)代化生物實驗室建筑工程設計包括
●基地環(huán)境設計－在對現(xiàn)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。
●建筑工藝設計要求－主要包括生物實驗室建筑設計、室內裝修材料要求等。
實驗室基本工作區(qū)域尺度（ELM）是以保證生物醫(yī)學研究的安全運行而對其所需工作區(qū)域尺度的規(guī)劃。實驗室的ELM一般包括有操作臺、實驗設備（包括儲藏柜）、工作臺、化學排煙罩以及生物安全柜的長度要求。實驗室設計當前的趨勢已經開始朝著規(guī)劃區(qū)域空間尺度的方向發(fā)展，而不僅于規(guī)劃區(qū)域長度。這種趨勢是起源于模塊化實驗室形式的采用。 建筑面積由于包括流通區(qū)域、建筑核心區(qū)域、墻體以及公共區(qū)域的面積，必然在整體上大于特定功能區(qū)域的使用面積。參考根據(jù)AIA使用面積與建筑面積的換算方式，實驗室（包括內部流通和功能分配區(qū)域）面積的基本換算系數(shù)在1.7至2.2之間。換算出的工程總面積在實際規(guī)劃時還需要做相應調整。
實驗室建筑的材料應該選擇耐用和易清洗的類型，并且能有助于創(chuàng)造一個舒適安全的工作環(huán)境。材料設計的關鍵因素在于易清洗、易維護、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，還必須考慮到保證實驗室人員的安全。
●結構設計工藝要求－包括生物實驗室結構設計、結構負荷要求等。由于振動會干擾到實驗室的敏感性儀器，設計者們必須考慮適當控制振動和將振動源的放置遠離敏感性儀器，必須對于建筑結構的振動反應做細致分析，為了控制振動在實驗室區(qū)域的傳導，工程師在設計前期需要考慮一些結構因素。
實驗室開間的大小（高、寬）設定必須考慮到實驗室模塊、功能分配、振動標準和后期發(fā)展等，寬度應該根據(jù)實驗室模塊的大小有相應變化，既保證靈活性又符合常規(guī)門窗設計，并且形成統(tǒng)一的實驗室輔助連接的整體。實驗室模塊內不應設置柱，以避免妨礙到實驗室的內部流通和空間使用，結構系統(tǒng)與空調系統(tǒng)應緊密協(xié)調防止互相干擾。
●暖通空調設計工藝要求－包括生物實驗室暖通空間系統(tǒng)設計、空氣過濾、排氣系統(tǒng)、生物安全柜排氣系統(tǒng)要求。
暖通空調系統(tǒng)必須滿足實驗室研究要求。除對溫度、濕度需嚴格控制外，需有足夠的通風量處理煙塵、異味、空氣中污物，滿足煙罩通風以及實驗室內熱負荷要求。同時必須充分考慮系統(tǒng)的可靠性并考慮富裕量。不同性質區(qū)域需保證不同的相對壓力,并要根據(jù)相關標準從長遠上考慮節(jié)能。實驗室中間操作罩口NCzui大值不宜超過50dB，除非設備本身允許外，NC一般不宜超過60 dB。 暖通空調、水、電、照明設備需根據(jù)可有效利用能源的原則進行選擇，同時應易于控制管理。防結露zui小保溫厚度需滿足節(jié)能標準并參考國內相關推薦值。建筑圍護材料必須保證居住者的健康與安全，建議選用環(huán)保節(jié)能材料。所有耗能系統(tǒng)及部件要進行全程控制管理，是否采用熱回收應進行相應的比較評價。
通過對實驗室設備的維護費用的經濟分析，選用不同的暖通空調系統(tǒng)。經濟分析應有足夠的數(shù)據(jù)進行經濟性、能效比的全面計算。經濟分析主要包括工程初投資、能耗、運行費用、系統(tǒng)可靠性、適應性等方面分析比較。每個系統(tǒng)的選擇需滿足運行的靈活、可靠、易于維護并預留余量，工程總投資內包含維護費用。
●給排水工藝設計要求－包括實驗樓給排水系統(tǒng)設計、設備要求。 給排水系統(tǒng)應與實驗室模塊相符合，排水系統(tǒng)應設計靈活，并預留部分設施以保證實驗室的可靠和持續(xù)運行，盡量避免在實驗室區(qū)域做穿墻處理。 污、廢水系統(tǒng)應設置生活污水與生產廢水分流排水管網，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?？蒲猩a廢水采取局部處理經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。
地面雨水經雨水管道有組織的匯集用流槽卵石層過濾后儲存回用，余量及洪水就近排入明渠。
●強弱電設計要求－包括生物實驗室電力系統(tǒng)設計、室配電系統(tǒng)設計、照明設計、智能化系統(tǒng)設計、保安系統(tǒng)設計、通訊系統(tǒng)設計要求。
●消防工藝設計要求－主要指生物實驗室消防系統(tǒng)設計要求。
實驗室建筑防火的特殊要求應按照當?shù)叵嚓P規(guī)范考慮實驗室區(qū)域的設置和按照實驗室建筑放火規(guī)范采用符合防火等級的防火材料、設置防火閥、自動噴淋系統(tǒng)、防火信號系統(tǒng)、風管煙氣檢測系統(tǒng)、室內消火栓和消防泵等消防設施。
生物實驗室用家具及設備要求包括衛(wèi)生器具、工作臺面、化學煙罩及生物安全柜、實驗設備要求。
●生物實驗室安全工藝設計要求－主要包括常規(guī)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zui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能夠體現(xiàn)出來。雖然健康安全的方針與工程技術的要求許多內容可以統(tǒng)一起來，但是仍不可能含概所有的因素。因此建議讓健康安全專家成為建筑設計團隊的一部分。
設計的所有實驗室必須保證放射性物質安全可靠的存放。放射性物質的容量和類型取決于實驗室研究功能的類型和數(shù)量。因此，設計者們需要根據(jù)實驗室的功能要求來決定供使用和處理放射性物質的必要區(qū)域。所有實驗室必須設有相應的普通級別的廢棄放射性物質存放容器。每個實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。
●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驗室建筑中工作人員、訪問學者和周圍設施的健康運行和建筑學術氛圍的維護十分重要。因此，需對實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。
4. BSL3生物實驗室、動物實驗室規(guī)劃、工藝設計/設備規(guī)劃及工程設計要求－主要是完成BSL3生物實驗室、動物實驗室平面工藝布置圖、立面圖和剖面圖設計；完成P3生物實驗室、動物實驗室工程設計要求和說明。
生物安全三級實驗室必須設置凈化設備（推薦采用高壓滅菌器）。高壓滅菌器區(qū)應滿足相應要求。生物安全三級實驗室的真空系統(tǒng)必須設置保護性過濾器。當生物安全三級實驗室的氣流與設計不相符時應有圖像和聲音報警結合實際情況考慮人員安全及材料的選用設置過濾器。排風夾帶有蒸汽，排風所帶的過濾器必須設置相應的過濾器（0.2微米濾水過濾器或等同）過濾器安裝：必須滿足相應特殊的測試要求。
三. 現(xiàn)代化生物實驗室建筑設計實例
1. 中國疾病預防控制中心 設計理念：
●zui大限度的尊重基地自然環(huán)境，保護環(huán)境
●前瞻性的設計理念
●模塊化的生物實驗室的設計
●靈活性與可發(fā)展性