實驗室在專(zhuān)業上涉及到化學、物理學、微生物學、分子生物學、生(shēng)物安(ān)全、和感官品評等多個學(xué)科,在功能上又涉及到給水、排水、通風、排風、強電、弱電、空調、消防、廢氣廢(fèi)液處理、供氣等複雜的工藝技(jì)術,同時還要考慮(lǜ)到環保、安全(quán)、可持續性發展等諸多因素,因此是一個複雜的係統工程。
1、合理定位,科學規劃
在構建專業實驗室的流程中,“構”的部(bù)分至關重要,它包括了實驗室的(de)定位(wèi)和規劃,是整個實驗室建設的基礎和靈魂(hún)。 實驗室定位是指:實驗室在(zài)國際(jì)、國內的定位(wèi)(要達到一個什麽(me)樣的水準);實驗(yàn)室在行業(係統)內的(de)定(dìng)位;實(shí)驗室在社會中的(de)定位(行使(shǐ)政府職能、第三方檢測的(de)通用實驗室)實驗室在所處地理區域的定位。
實驗室規劃包括(kuò)兩個方麵:一是實驗室建築規劃,二是實驗室工藝規劃。實驗室建築規(guī)劃包括建築外觀、風格、高度、園區布局等(děng);實驗室建設之前(qián),需調查實驗室需(xū)求,其過程包含整個實(shí)驗室規劃的過程(chéng),因此需(xū)要進行大量前期(qī)調研工作,既要明晰(xī)自(zì)身的需求和未來的發(fā)展方向,又要廣泛地考察相關單位已建成的實驗室,學習其經驗和教訓(xùn)。
此外,還應該從理念上充分認識到專業實驗室建(jiàn)設是一個複雜的係統工程(chéng),即是工作環境的構建,也是對(duì)環境造就出的工作方式的(de)構建,而不是儀器和家具的簡(jiǎn)單組合(hé)。
2、實驗室設計應先於土(tǔ)建設計
“構”應先(xiān)於“建”,隻有“構”清楚了,才可以開(kāi)始“建”。構建(jiàn)就是(shì)用專業的手段將抽象構思進行具體實現的過程,包括實驗室設計、安裝、調試、維護和升級等。
應明確意識到,實驗建築(zhù)是為實驗室建設服務的,是為開展實驗活動服務(wù)的。目前,由(yóu)於許多設計人員對相關實驗室建(jiàn)設標準和規範(fàn)的學習不夠或認知不(bú)足,因此很多實驗室在土建設計階段,沒有充分考慮到實驗室對建築的特殊要求。正確的實驗(yàn)室建設流程是(shì)首先考慮實驗室的功能定位,結合實驗室的(de)工藝要求進行實驗室的(de)建築設計(jì);對於常規的(de)實驗建築(zhù),也可以按照(zhào)通用性良(liáng)好的尺度(dù)現(xiàn)行進行建築(zhù)設(shè)計。這就要求建設單位谘詢對實驗室設計和建造具有豐富經驗的專業機構。專業機構在項目建築設計階段(duàn)的及時介入,將對實(shí)驗建築,尤其是建築(zhù)內部實驗室的科(kē)學設計起到(dào)良好的作用,可避免更多的合規性、科學性、適用性、實用性方麵的問題。此外,如有可(kě)能最好邀請建(jiàn)築設計師一起參觀其他單位的實驗(yàn)室以加深其認(rèn)識,這將有利於建築設計能夠更大程度地符合實驗室建設的要求。
比較典型(xíng)的建築設(shè)計問題包括:
1)未對實驗室進行整體的平麵規劃,分區過於簡單或不合理;
2)未考慮實驗區與非實驗區分隔的要求(qiú),如垂直交通是(shì)位置、生活與辦公(gōng)區位置的設置無法符合標(biāo)準規範要求的問題;
3)未設計風井,或(huò)者風井的位置、大小、數量不能(néng)滿足要求(qiú);
4)未充分考慮對通風空調要求高的專業實驗室的建設要求,如負壓生物(wù)安全實驗 室、PCR實驗室、SPF動物房等對建築層高、進深、開間、柱網等要求;
5)未考慮特殊室內環境參數(shù)的要求,如恒(héng)溫恒濕室實驗室對建築的要求等(děng);
6)未考慮(lǜ)建築呼吸性的要求,無法適應未來實(shí)驗室的改建或升級要求;
7)未考慮儀器布置的要求。
3、實驗室(shì)設計與承建單位的(de)選擇
實驗室設計與承建單(dān)位應選擇國內具有豐富經驗(yàn)和一定實力的企業,必須嚴格考察其設計(jì)、研發、生(shēng)產和施工能(néng)力以及資質(zhì)條件,最好(hǎo)實地考(kǎo)察(chá)其已完工的項目和公司所在地。設(shè)計單位的設計人員應專業全麵、經驗豐富、認真負責、隊伍穩定。承建單位(wèi)最好(hǎo)在實驗室所在地已承擔過建設項目,這樣比較熟悉當地情況。此外,由於我國(guó)地域遼闊,南北方差異較大,因此應考慮便(biàn)於施工和後續的維護的問(wèn)題。設計圖紙完成後,最好請第三(sān)方機構和權威專家進行詳細審核,以(yǐ)避免出現不合理的設計和重大缺陷。在施(shī)工工程中,應要求對方配備一名富有實際(jì)經驗的項目(mù)經理,這樣有利於進度控製、資(zī)源調配、溝通(tōng)協調。
4、實驗室平麵布局的設計
實驗室平麵設計是實驗室設(shè)計的基礎,是決定實驗室功能(néng)設置和功(gōng)能區(qū)布局是否(fǒu)科學合(hé)理的關鍵,是(shì)決定(dìng)每個實驗室是否符合法律法規和(hé)標準規範要求的前(qián)提。隻(zhī)有按照功能分區和工作流程的需(xū)求做好(hǎo)相應的平麵布局規劃才能(néng)確保後(hòu)續的水、電、風等專業的設(shè)計,可(kě)謂牽一發而動全身。因此平麵布局設計階段應盡可能(néng)地詳細考慮工作和發展(zhǎn)的需求,合理配置(zhì)空間,盡(jìn)量優化整(zhěng)合。除了布局的優化和儀器設備的擺放位置的設計外,還應充分考慮到(dào)人(rén)員流動與物品流動的(de)方向是否符合工(gōng)作要求。例(lì)如,為了避免(miǎn)實驗人員頻繁跑動,前處理室應該和儀器室在同一樓層;氣瓶室應盡量與氣相色譜儀、氣質聯用儀等儀器(qì)在同一樓層;盡量按功能需求,保證單層麵積最優化,以(yǐ)避免樓(lóu)層麵積過多或過少(shǎo);通常,每一層都要設置消洗室、樣品室等輔助(zhù)用室,以(yǐ)合理利(lì)用空間優化實驗流程。
5、實驗室配電係統
實驗室(shì)的配電係統(tǒng)是根據實驗儀器和設備(bèi)的具體要求,經過專業的設計人員綜合多方麵因素設計完成的,與普通建築有很大區別。因為實驗室儀器設備對電路的要求比較(jiào)複(fù)雜,並不是通常(cháng)人們所認為的(de)那樣,隻要滿足最大電壓和最大功率的要求就可以了(le)。事實上有(yǒu)很多儀器設備對電路都有特殊(shū)的要求(例如(rú)靜電接地、斷電保(bǎo)護、等電(diàn)位連接等)。對配電(diàn)係統的設(shè)計,不但要考慮現有的儀器設備情況,同時也要考慮實驗室幾年的發展規劃,充分考慮配電係統的預留問題及日後的電路(lù)維護等問題。為了保證電力的可靠保障,還應考(kǎo)慮不間斷電源或雙線路設計,不間斷電源的容量應符合實際所需並保證一定可擴增區間(jiān)以滿足未來的發展所需。
此外對(duì)於某些特殊的區域,如(rú)氣瓶間(jiān)則應(yīng)采用防爆(bào)電器元件以(yǐ)確保無安全隱患。牆上的插(chā)座應充分考慮需求,例如樣品室應留(liú)足冰箱的插座、前處理室(shì)應預備離心機的插座、門口應預留自動鞋套機的(de)插座、走廊兩側也應考慮到分布一些(xiē)插座。
6、實驗室弱電係統
實驗室的弱電係統主要包括電話、監控、門禁、網絡等,弱電係統有一個(gè)特點即預置後不(bú)可(kě)變更,因此不能像強電線路一樣可以根(gēn)據所(suǒ)需(xū)任(rèn)意(yì)更改。例如,網絡接(jiē)口應(yīng)與牆插並列,高度應恰好(hǎo)高過實驗台,這樣方便日後使用。儀器室應預留足夠多的網絡接口,不要采用地插形式而應預留足夠長的線頭以(yǐ)方便儀器台安裝時連接到台麵(miàn)網(wǎng)絡接口(kǒu)。走廊如果很長,可以(yǐ)在遠(yuǎn)端預留電話線,方便工作時接(jiē)打電話,無菌室內外由於隔音效果較好,應預(yù)設(shè)對(duì)講電話,便於溝通(tōng)。門禁係(xì)統應設在(zài)每層實驗室的(de)主入口處或其他(tā)需要控製出入的地方。關鍵設施設備應留有通訊接口(kǒu),以便根據需要實現(xiàn)智能化管理。
7、實驗室空調(diào)係統
實驗室空調係統的設計(jì),應考慮實驗室使用率(lǜ)的問題。通常(cháng),宜采用可靈活使用的形式,以利於節約能耗。不相容環境的通風空調係統不得混合(hé)設置,以免發生交叉汙染或氣體混合後發生爆炸燃燒等更(gèng)大危害的情況。
空調係統不僅僅是控製實驗(yàn)室的溫濕度,同時還應實驗室通風係(xì)統(tǒng)配合(hé),才能真正有效地保證實驗室的溫濕度和房間(jiān)壓差,令人員和精密儀器有一個良好的工作(zuò)環境。實(shí)驗室所在的整棟大(dà)樓若采用中央空(kōng)調則一定要能夠(gòu)進行分區域、分時段的模塊式(shì)管理,以避免加(jiā)班時因不能正常使(shǐ)用空調而影響儀器的檢測性(xìng)能。中央空調管線(xiàn)的(de)布局應結合實驗室通排風管道的設計,避免施工的時(shí)候交錯重疊,影響層高。極端天氣情況下,應能確保(bǎo)樣品室、氣瓶室、超低溫冰(bīng)箱室、精(jīng)密(mì)儀器(qì)室、不間斷電源室等對溫度要求高的(de)區域保持24小時的恒定溫度調節。
8、實驗室(shì)消防(fáng)係統
實驗室是一個特殊環(huán)境,對消防的要求相對(duì)於普(pǔ)通的辦公樓(lóu)來說要高(gāo)很(hěn)多。要根據(jù)實(shí)驗室的具(jù)體情況(設備投資及工藝(yì)特點、實驗工藝要求(qiú)、儲存樣品和(hé)試劑的種類、實驗室建築物的特點等),采用(yòng)不同的消防措施來保障實驗室的(de)消防安全(quán)。如對於精(jīng)密儀器室和無菌室、配電室、不間斷電源室而言,其消防就不能采用自動噴(pēn)淋裝置,而(ér)應采用氣體滅火裝置,以避免自動噴淋裝置損壞儀器設備(bèi)或破壞潔淨環境。
9、實驗室給排水係統(tǒng)
排水係統(tǒng)的管(guǎn)道應耐酸堿腐(fǔ)蝕及有(yǒu)機試(shì)劑對材質的融解,應采用(yòng)PPR或其他材質,而不能用普通(tōng)的(de)PVC管材,同時也要根據汙水的性質、流量、排放規律並結合室(shì)外排水條件而確定方案。由於(yú)大型實驗室下水管道(dào)複雜,應采(cǎi)取必要措施避免(miǎn)管道堵塞滲(shèn)漏(lòu),如養成良好的用水習慣、放置濾網、設置存水(shuǐ)彎、彎頭采用45°角連接等。集中供水係統由於成本較高(gāo),水質不穩定,因此不推薦使用。為了避免二次(cì)汙染,可采用感應式(shì)水龍頭,缺點是容易壞。為(wéi)了美(měi)觀,熱水器可采用內置式的即(jí)熱(rè)式電熱水器。
10、實驗室集(jí)中供氣係統(tǒng)
實驗室的很多設備的(de)運行都需要各(gè)種各(gè)樣的氣體供應,集中供(gòng)氣(qì)作為一種設計方案得到廣泛使用,特別是在用氣量大、用氣集中的實驗室,集中供氣的價值會得以充分體現。氣瓶室的安全性(xìng)必須得到(dào)保障,必須采用防爆門(mén)、泄爆窗、氣體泄漏感應報警裝置、所有電器電路(lù)均應(yīng)采用防爆型(xíng)的、還應考慮防雷、防靜(jìng)電以及空調設備。
11、實驗室通排(pái)風係統
實驗室通排風係統是整(zhěng)個實(shí)驗室設計和建設過程中規(guī)模(mó)最(zuì)大、影響最(zuì)廣泛的係統之一。通排風係統完(wán)善與否,直接對實驗室環境、實驗人員的身體健康、實(shí)驗設備的運(yùn)行維護等方麵產(chǎn)生重要影響。
通排風係(xì)統完善的實驗(yàn)室,應該是環境和諧、安全、健康的工作場所。實驗室噪音、房間(jiān)的換(huàn)氣次數、壓(yā)差、通風櫃有毒氣體(tǐ)殘留等都是值得關(guān)注的問題。另外,樣品室(shì)和試劑室也應考慮有通排(pái)風設備(bèi),以免樣(yàng)品帶來的異味影響環境;一個現代化的實驗(yàn)室,應設計新風係統;新風口(包括空調送風口)的位(wèi)置應避免冷熱空氣直接吹響操作者(zhě),更(gèng)要注意的是,應避免其對生物安全櫃、通風櫃和排風罩等局部排風裝置的吸入氣流產生橫向幹擾。
12、實驗室家具的選擇
實驗室家具的選擇首先應考慮(lǜ)能充(chōng)分滿足工作所需,主要涉(shè)及到台麵材質、櫃體結構(gòu)與材質、顏色搭配等要素。例如前處理室應采(cǎi)用耐酸堿的陶瓷板台麵、儀器室應采(cǎi)用理化板台麵等。實驗櫃體的結構主要(yào)分為(wéi)鋼木、全木、全鋼三種,實驗台的支架又可(kě)分為C形、回形,應根據各個單位的需求而定。每個房間實驗台的布局、種(zhǒng)類、數量(liàng)也要充分考量,邊台、中央台、高櫃、吊櫃等應搭配得當,避免造成日後工作的不便。此外(wài),還有一(yī)些細節也應考(kǎo)慮,例如操作人員位及電(diàn)腦位合理(lǐ)的配置,以避免將來使用的不便(biàn)。
13、實(shí)驗室(shì)室內(nèi)裝(zhuāng)修細節
實驗室的天花應采用小方格的扣板形式,而不應采用大塊的整體結構,這樣便於(yú)施工和後(hòu)期維護。為了便於參觀檢查,參觀走廊兩側或大型儀器室可(kě)采用落地玻璃幕(mù)牆設計,這樣更加通透明亮,便於管理,缺點是不能在牆根預(yù)留插(chā)座,同時(shí)門的穩定性較差,造價也較高。實驗(yàn)室若要達到最佳的視覺效果,配色也(yě)是一個考慮的方(fāng)麵。搭配合理的櫃體、台麵、地麵、天花(huā)會(huì)凸(tū)顯其卓爾不凡的高端特征,令參觀者過目不忘,令使用者身心愉悅。
14、涉及到的常用標準規範
GB19489-2008《實驗室(shì) 生物安全通用要求》
GB50346-2011《生物安全實驗室建築規範》
建標127《疾控中心實驗室建設標準(zhǔn)》
GB 50881-2013《疾病預防控製中心建築技術規範》
GB 50447-2008《實驗動物設施建築技術規範》
GB 27416-2014《實驗動物(wù)機構 質量和能(néng)力(lì)的通用要求》
JGT497-2016《排風(fēng)高效過濾裝置》
GB/T3325-2008《金屬家具(jù)通用技術條件》
GB50019-2003《采(cǎi)暖通風與(yǔ)空氣調節設計規範