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現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室的工藝設(shè)計(jì)
【導(dǎo)讀】 如何引進(jìn)*的生物實(shí)驗(yàn)室/醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)與規(guī)劃理論和技術(shù)，同時(shí)將生物實(shí)驗(yàn)室建筑的功能及其文化內(nèi)涵融合為有機(jī)的整體，將是國(guó)內(nèi)生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)。
水準(zhǔn)的專業(yè)現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃與設(shè)計(jì)對(duì)一座成功的現(xiàn)代化實(shí)驗(yàn)設(shè)施具有極其重要的意義。生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)施和設(shè)備水平越高、越現(xiàn)代化、生物實(shí)驗(yàn)室等級(jí)越高，其意義也越為重大。中國(guó)的生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)施建設(shè)正處于向現(xiàn)代化高速發(fā)展的階段，這就要求生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)施的規(guī)劃與設(shè)計(jì)者能夠提出既切合實(shí)際又具有前瞻性的建筑方案和工藝設(shè)計(jì)。
如何引進(jìn)*的生物實(shí)驗(yàn)室/醫(yī)療建筑設(shè)計(jì)與規(guī)劃理論和技術(shù)，同時(shí)將生物實(shí)驗(yàn)室建筑的功能及其文化內(nèi)涵融合為有機(jī)的整體，將是國(guó)內(nèi)生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)人員面臨的挑戰(zhàn)。
一. 現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)理念與原則
1. zui大限度地尊重基地環(huán)境，表達(dá)對(duì)環(huán)境的尊重 - 生態(tài)建筑設(shè)計(jì)
在對(duì)現(xiàn)狀地充分分析基礎(chǔ)上,對(duì)方案構(gòu)思中將建筑作為環(huán)境的背景的設(shè)計(jì)理念，將單體建筑包容于環(huán)境之中。
2. 前瞻性的設(shè)計(jì)理念 生物實(shí)驗(yàn)室具有下列特點(diǎn)：
●靈活性：每一個(gè)實(shí)驗(yàn)室都能有足夠的空間來放置儀器和設(shè)備。單獨(dú)板塊還可以獨(dú)立的控制它們各自的用途，以便在保證不影響相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的情況下也不必改變模塊配置。
●經(jīng)濟(jì)性：實(shí)驗(yàn)室考慮到為防護(hù)、工作以及配置方面的效率利用進(jìn)行區(qū)域劃分，從而避免了面積和空間的浪費(fèi)。
●擴(kuò)展性：建立在可增添結(jié)構(gòu)的模塊形式和可重復(fù)使用的運(yùn)行系統(tǒng)基礎(chǔ)上的實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)，能夠在不犧牲一定功能或不影響相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的情況之下進(jìn)行必要的收縮和擴(kuò)張。
●安全性：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的區(qū)域配置需要按其潛在的危險(xiǎn)程度來劃分。煙霧防護(hù)罩和酸性物質(zhì)以及易燃物質(zhì)的儲(chǔ)存位置和為生物安全倉分派的空間將被配置在較高危險(xiǎn)帶即處于實(shí)驗(yàn)室后部（遠(yuǎn)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(xiǎn)帶形成第二層的防護(hù)。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室的低危帶將用來安排各種干燥臺(tái)面活動(dòng)比如放置寫字桌、計(jì)算機(jī)和儀器等。潮濕臺(tái)面活動(dòng)則被安置在中危帶。
通暢性：實(shí)驗(yàn)室走道和出入口將提供簡(jiǎn)便的行動(dòng)通道以及提供符合國(guó)內(nèi)相關(guān)規(guī)范的相應(yīng)通道。
3. 適應(yīng)生物技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)
為確保實(shí)驗(yàn)室人員的安全、防止環(huán)境污染是開展致病微生物實(shí)驗(yàn)研究的先決條件。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室是造成實(shí)驗(yàn)人員或周圍環(huán)境可感染疾病的高危工作區(qū)。在設(shè)計(jì)中，不僅要滿足功能要求，而且必須按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和有關(guān)行業(yè)專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并借鑒參考國(guó)內(nèi)外生物實(shí)驗(yàn)室有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、及相關(guān)規(guī)范，達(dá)到微生物和生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室安全通用準(zhǔn)則。
4. 促進(jìn)*的科學(xué)研究能力
現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)人員互相交流，特別是學(xué)習(xí)交流及實(shí)驗(yàn)室人員的團(tuán)隊(duì)精神?？紤]到研究活動(dòng)活躍性的特點(diǎn)，建筑必須能夠適應(yīng)技術(shù)、設(shè)備、過程和技能各方面的變化并能快速和簡(jiǎn)便地做出反應(yīng)，能夠促進(jìn)研究人員和訪問學(xué)者之間知識(shí)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(yīng)性
在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中采用統(tǒng)一柱網(wǎng)，并劃分出不同安全防護(hù)等級(jí)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(guó)內(nèi)外CDC*流程，又結(jié)合實(shí)際情況使實(shí)驗(yàn)室布置更具通用性、靈活性，并滿足以后改造可能性。
6. 室內(nèi)外環(huán)境的人性化處理
在*的設(shè)計(jì)理念指導(dǎo)下，以人性化的設(shè)計(jì)理念布置室內(nèi)外環(huán)境， 為實(shí)驗(yàn)室工作人員提供的工作場(chǎng)所及環(huán)境舒適休閑空間。
7. 生物實(shí)驗(yàn)室安全和保安
工程中大部分實(shí)驗(yàn)室為二級(jí)生物安全防護(hù)實(shí)驗(yàn)室，適合于對(duì)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(yàn)區(qū)域?yàn)槿?jí)生物安全防護(hù)實(shí)驗(yàn)室，適合于主要通過呼吸途徑使人傳染上嚴(yán)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(zāi)害，生物安全二級(jí)、生物安全三級(jí)實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。
二. 現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求
1. 現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書制定
現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)任務(wù)書制定包括制定實(shí)驗(yàn)樓每個(gè)部門和每個(gè)實(shí)驗(yàn)室面積和功能要求;制定生物實(shí)驗(yàn)室每間房的建筑、裝修內(nèi)容，門窗要求，環(huán)境控制，電力（照明、通訊及網(wǎng)絡(luò)），氣體管道，給排水，空調(diào)，消防控制，結(jié)構(gòu)等工藝設(shè)計(jì)要求；制定每間生物實(shí)驗(yàn)室所需固定實(shí)驗(yàn)設(shè)備清單。
2. 現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)/設(shè)備規(guī)劃
現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)計(jì)/設(shè)備規(guī)劃包括按照生物實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)及項(xiàng)目工藝任務(wù)書的要求，完成生物實(shí)驗(yàn)室固定設(shè)備規(guī)劃、工藝布置圖、典型生物實(shí)驗(yàn)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(yàn)室固定設(shè)備廠商資料及工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)歸總。
3. 現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室建筑工程設(shè)計(jì)要求 現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室建筑工程設(shè)計(jì)包括：
●基地環(huán)境設(shè)計(jì)－在對(duì)現(xiàn)狀地充分分析基礎(chǔ)上,將建筑作為環(huán)境的背景的設(shè)計(jì)理念，將單體建筑包容于環(huán)境之中。
●建筑工藝設(shè)計(jì)要求－主要包括生物實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)、室內(nèi)裝修材料要求等。
實(shí)驗(yàn)室基本工作區(qū)域尺度（ELM）是以保證生物醫(yī)學(xué)研究的安全運(yùn)行而對(duì)其所需工作區(qū)域尺度的規(guī)劃。實(shí)驗(yàn)室的ELM一般包括有操作臺(tái)、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（包括儲(chǔ)藏柜）、工作臺(tái)、化學(xué)排煙罩以及生物安全柜的長(zhǎng)度要求。實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)當(dāng)前的趨勢(shì)已經(jīng)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(zhǎng)度。這種趨勢(shì)是起源于模塊化實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室（包括內(nèi)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(shí)際規(guī)劃時(shí)還需要做相應(yīng)調(diào)整。
實(shí)驗(yàn)室建筑的材料應(yīng)該選擇耐用和易清洗的類型，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(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素在于易清洗、易維護(hù)、易儲(chǔ)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(yàn)室人員的安全。
●結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝要求－包括生物實(shí)驗(yàn)室結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)負(fù)荷要求等。由于振動(dòng)會(huì)干擾到實(shí)驗(yàn)室的敏感性儀器，設(shè)計(jì)者們必須考慮適當(dāng)控制振動(dòng)和將振動(dòng)源的放置遠(yuǎn)離敏感性儀器，必須對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)做細(xì)致分析，為了控制振動(dòng)在實(shí)驗(yàn)室區(qū)域的傳導(dǎo)，工程師在設(shè)計(jì)前期需要考慮一些結(jié)構(gòu)因素。
實(shí)驗(yàn)室開間的大?。ǜ摺挘┰O(shè)定必須考慮到實(shí)驗(yàn)室模塊、功能分配、振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)和后期發(fā)展等，寬度應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)室模塊的大小有相應(yīng)變化，既保證靈活性又符合常規(guī)門窗設(shè)計(jì)，并且形成統(tǒng)一的實(shí)驗(yàn)室輔助連接的整體。實(shí)驗(yàn)室模塊內(nèi)不應(yīng)設(shè)置柱，以避免妨礙到實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)部流通和空間使用，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)與空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)緊密協(xié)調(diào)防止互相干擾。
●暖通空調(diào)設(shè)計(jì)工藝要求－包括生物實(shí)驗(yàn)室暖通空間系統(tǒng)設(shè)計(jì)、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(diào)系統(tǒng)必須滿足實(shí)驗(yàn)室研究要求。除對(duì)溫度、濕度需嚴(yán)格控制外，需有足夠的通風(fēng)量處理煙塵、異味、空氣中污物，滿足煙罩通風(fēng)以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)熱負(fù)荷要求。同時(shí)必須充分考慮系統(tǒng)的可靠性并考慮富裕量。不同性質(zhì)區(qū)域需保證不同的相對(duì)壓力,并要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)從長(zhǎng)遠(yuǎn)上考慮節(jié)能。實(shí)驗(yàn)室中間操作罩口NCzui大值不宜超過50dB，除非設(shè)備本身允許外，NC一般不宜超過60 dB。 暖通空調(diào)、水、電、照明設(shè)備需根據(jù)可有效利用能源的原則進(jìn)行選擇，同時(shí)應(yīng)易于控制管理。防結(jié)露zui小保溫厚度需滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)并參考國(guó)內(nèi)相關(guān)推薦值。建筑圍護(hù)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(jìn)行全程控制管理，是否采用熱回收應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的比較評(píng)價(jià)。
通過對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備的維護(hù)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)分析，選用不同的暖通空調(diào)系統(tǒng)。經(jīng)濟(jì)分析應(yīng)有足夠的數(shù)據(jù)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性、能效比的全面計(jì)算。經(jīng)濟(jì)分析主要包括工程初投資、能耗、運(yùn)行費(fèi)用、系統(tǒng)可靠性、適應(yīng)性等方面分析比較。每個(gè)系統(tǒng)的選擇需滿足運(yùn)行的靈活、可靠、易于維護(hù)并預(yù)留余量，工程總投資內(nèi)包含維護(hù)費(fèi)用。
●給排水工藝設(shè)計(jì)要求－包括實(shí)驗(yàn)樓給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備要求。 給排水系統(tǒng)應(yīng)與實(shí)驗(yàn)室模塊相符合，排水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)靈活，并預(yù)留部分設(shè)施以保證實(shí)驗(yàn)室的可靠和持續(xù)運(yùn)行，盡量避免在實(shí)驗(yàn)室區(qū)域做穿墻處理。 污、廢水系統(tǒng)應(yīng)設(shè)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(dá)到中水回用標(biāo)準(zhǔn)后備用，再回用于綠化及水景補(bǔ)水?？蒲猩a(chǎn)廢水采取局部處理經(jīng)消毒后與集中處理相結(jié)合的方式。對(duì)被毒菌污染廢水及放射性廢水，就近設(shè)置失活及衰減 處理裝置，嚴(yán)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濾后儲(chǔ)存回用，余量及洪水就近排入明渠。
●強(qiáng)弱電設(shè)計(jì)要求－包括生物實(shí)驗(yàn)室電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)、室配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)、照明設(shè)計(jì)、智能化系統(tǒng)設(shè)計(jì)、保安系統(tǒng)設(shè)計(jì)、通訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
●消防工藝設(shè)計(jì)要求－主要指生物實(shí)驗(yàn)室消防系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。
實(shí)驗(yàn)室建筑防火的特殊要求應(yīng)按照當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)規(guī)范考慮實(shí)驗(yàn)室區(qū)域的設(shè)置和按照實(shí)驗(yàn)室建筑放火規(guī)范采用符合防火等級(jí)的防火材料、設(shè)置防火閥、自動(dòng)噴淋系統(tǒng)、防火信號(hào)系統(tǒng)、風(fēng)管煙氣檢測(cè)系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓和消防泵等消防設(shè)施。
生物實(shí)驗(yàn)室用家具及設(shè)備要求包括衛(wèi)生器具、工作臺(tái)面、化學(xué)煙罩及生物安全柜、實(shí)驗(yàn)設(shè)備要求。
●生物實(shí)驗(yàn)室安全工藝設(shè)計(jì)要求－主要包括常規(guī)安全工藝設(shè)計(jì)、輻射安全工藝設(shè)計(jì)要求。 安全健康的指導(dǎo)方針要求建筑盡可能在工程上對(duì)工作人員的安全保護(hù)形成有效控制，從而將工作間潛在的職業(yè)危險(xiǎn)降至zui低。這些指導(dǎo)方針還必須與工程師提交的具體建筑設(shè)計(jì)文件內(nèi)容相適應(yīng)，以便安全保護(hù)在建筑施工時(shí)能夠體現(xiàn)出來。雖然健康安全的方針與工程技術(shù)的要求許多內(nèi)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(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的一部分。
設(shè)計(jì)的所有實(shí)驗(yàn)室必須保證放射性物質(zhì)安全可靠的存放。放射性物質(zhì)的容量和類型取決于實(shí)驗(yàn)室研究功能的類型和數(shù)量。因此，設(shè)計(jì)者們需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的功能要求來決定供使用和處理放射性物質(zhì)的必要區(qū)域。所有實(shí)驗(yàn)室必須設(shè)有相應(yīng)的普通級(jí)別的廢棄放射性物質(zhì)存放容器。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室廢料的存放位置必須標(biāo)準(zhǔn)化以便于緊急防護(hù)人員在火災(zāi)或意外情況下迅速采取措施。
●環(huán)境保護(hù)工藝設(shè)計(jì)要求－主要包括污水污物處理、噪音防護(hù)、輻射防護(hù)、生物安全防護(hù)要求。
注意環(huán)境保護(hù)和適當(dāng)處理廢料對(duì)于保證實(shí)驗(yàn)室建筑中工作人員、訪問學(xué)者和周圍設(shè)施的健康運(yùn)行和建筑學(xué)術(shù)氛圍的維護(hù)十分重要。因此，需對(duì)實(shí)驗(yàn)室的有害建筑材料、有害廢料儲(chǔ)備與處理、分散儲(chǔ)備設(shè)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(yán)格控制。
4. BSL3生物實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室規(guī)劃、工藝設(shè)計(jì)/設(shè)備規(guī)劃及工程設(shè)計(jì)要求－主要是完成BSL3生物實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室平面工藝布置圖、立面圖和剖面圖設(shè)計(jì)；完成P3生物實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室工程設(shè)計(jì)要求和說明。
生物安全三級(jí)實(shí)驗(yàn)室必須設(shè)置凈化設(shè)備（推薦采用高壓滅菌器）。高壓滅菌器區(qū)應(yīng)滿足相應(yīng)要求。生物安全三級(jí)實(shí)驗(yàn)室的真空系統(tǒng)必須設(shè)置保護(hù)性過濾器。當(dāng)生物安全三級(jí)實(shí)驗(yàn)室的氣流與設(shè)計(jì)不相符時(shí)應(yīng)有圖像和聲音報(bào)警結(jié)合實(shí)際情況考慮人員安全及材料的選用設(shè)置過濾器。排風(fēng)夾帶有蒸汽，排風(fēng)所帶的過濾器必須設(shè)置相應(yīng)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(yīng)特殊的測(cè)試要求。
三. 現(xiàn)代化生物實(shí)驗(yàn)室建筑設(shè)計(jì)
實(shí)例 1. 中國(guó)疾病預(yù)防控制中心 設(shè)計(jì)理念：
●zui大限度的尊重基地自然環(huán)境，保護(hù)環(huán)境
●前瞻性的設(shè)計(jì)理念
●模塊化的生物實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)
●靈活性與可發(fā)展性