實驗室在專業上(shàng)涉及到化學、物理學、微生物學、分(fèn)子生物學、生物安全、和感官品評等多個(gè)學科,在功能上又涉及到給水、排水、通風、排(pái)風、強電、弱電(diàn)、空調(diào)、消防、廢氣廢液處理、供氣等複雜的工藝(yì)技術,同時還要考慮到環保、安全、可持續性(xìng)發展等諸多因素,因此是一個複雜的係(xì)統工程。
1、合理定(dìng)位,科學規劃
在構建專業實驗室的流程中,“構(gòu)”的部分至(zhì)關重要,它包(bāo)括了實驗室的定位和規劃,是整(zhěng)個(gè)實驗(yàn)室建設(shè)的基礎和靈魂。 實驗室定位(wèi)是指:實驗室在國際(jì)、國內的定(dìng)位(要達到一個什麽(me)樣的水準);實驗室在行業(係統)內的定位;實驗室在(zài)社會(huì)中的定位(行使政府職能、第三方檢(jiǎn)測(cè)的通用(yòng)實驗室)實驗室在所處地理區域的定位。
實驗(yàn)室規劃包括兩個方麵:一是實驗室建築規劃,二(èr)是實驗室工藝規劃。實驗室建築(zhù)規劃包括建築(zhù)外(wài)觀(guān)、風格、高度、園區布局等;實驗室建設之前,需調查實驗室需求,其(qí)過程包含整個實驗室規劃的過程,因此需要進(jìn)行大量前期調研(yán)工作,既要明晰自身的需求和未來的發展方向,又要廣泛地考察相關單位已建成的實(shí)驗室,學習其(qí)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(zá)的係統工程,即是工(gōng)作環(huán)境的構建,也是對(duì)環(huán)境造就出的工作方式的構建,而不是儀器和家具的簡單組合。
2、實驗室設計應先於土建設計
“構”應先於“建”,隻(zhī)有“構”清(qīng)楚了,才可以開始“建”。構建就是用專業的手段將抽(chōu)象構(gòu)思進行具體實現(xiàn)的過程,包括實驗室設計、安裝(zhuāng)、調試、維護(hù)和升級等。
應明(míng)確意識到,實驗建築是為實驗室建(jiàn)設服務的,是為開(kāi)展實驗活動服(fú)務的。目前,由於許多設計(jì)人員(yuán)對相(xiàng)關實驗室建設標準和規範的(de)學習不夠或認知(zhī)不足,因此很多實驗室在土建設(shè)計階段,沒有充分考慮到實驗室對建築的(de)特殊要求。正確的實驗室建設流程(chéng)是首先考慮實(shí)驗室的功能定位,結合實驗室的(de)工藝要求進行(háng)實驗室的建(jiàn)築設計;對於常規的實驗建築,也可以按照(zhào)通用性良好的尺度現行進行建築設計。這就要求建設單位谘詢對(duì)實驗室設計和建造具有豐富經驗(yàn)的專(zhuān)業機構(gòu)。專業機(jī)構在項目建(jiàn)築設計階(jiē)段的及時(shí)介入(rù),將對實驗建築,尤其(qí)是建(jiàn)築內部實驗室的科學設計起到良好的作用,可避免更多的合規性(xìng)、科學性、適(shì)用性、實用性方麵的(de)問題(tí)。此外,如有可能最(zuì)好邀請建築設計師一起(qǐ)參觀其(qí)他單位(wèi)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(chéng)度地符合(hé)實驗室建設的要求。
比較典型的建(jiàn)築(zhù)設(shè)計問題包括:
1)未(wèi)對實驗室進行(háng)整體的平麵規劃,分(fèn)區過於簡單或不合(hé)理;
2)未考慮實驗區與非實驗(yàn)區分隔的(de)要求,如(rú)垂直交通是(shì)位置、生活與辦公區位置的設置(zhì)無法符合標準規(guī)範要(yào)求的問題;
3)未(wèi)設計風井,或(huò)者(zhě)風井的(de)位置、大小(xiǎo)、數量(liàng)不能(néng)滿足要求;
4)未(wèi)充分考慮對通風空調要求(qiú)高的專(zhuān)業實驗室的建設要求,如負壓生物安(ān)全實驗 室、PCR實驗室、SPF動物房等對建築層高、進深、開(kāi)間、柱網等要求;
5)未考慮(lǜ)特(tè)殊室內環(huán)境參數的(de)要求,如恒溫恒濕室實(shí)驗室對建築的要求等;
6)未考(kǎo)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(wèi)考慮儀器布置(zhì)的要求。
3、實驗室設計(jì)與承(chéng)建單(dān)位的選擇(zé)
實驗(yàn)室設計與承建單位應選擇國內具有豐富經驗和一定實力的(de)企業,必須嚴格考察其(qí)設計、研發、生(shēng)產和(hé)施工(gōng)能力以(yǐ)及資質條件,最(zuì)好實地考察其已完工的項目和公司所在地。設計單位的設計人員應專業全麵、經驗豐(fēng)富、認真負(fù)責、隊伍穩定。承建單位最好在實驗室所在地已承擔過建設(shè)項目,這樣比較熟悉當地情況。此外,由於我國地域(yù)遼(liáo)闊,南北方差異(yì)較大,因此應考慮便於施(shī)工和後續的維護的問題。設計圖紙完成後,最好請第三方(fāng)機構和權威專家進行詳細審核,以避免出現不合理的(de)設計和重(chóng)大缺陷。在施工工程中,應要求對方(fāng)配備一名富有實際經驗的項目經理,這樣有利於進度控製、資源調配、溝通協調。
4、實驗室平麵布局的設(shè)計
實驗室平麵設計是實驗室設(shè)計(jì)的基礎,是決定實驗室功能設置和功能區布局是否科學合理的關(guān)鍵,是決定每個實驗室是否符合法律法規和標準規範要求的前提(tí)。隻有(yǒu)按照功(gōng)能(néng)分區和工作流程(chéng)的需求做好相應的平麵布局規劃才能確保後續的水、電、風等專業的設計,可謂牽一發(fā)而動全身(shēn)。因此平麵布局設計階(jiē)段應盡可(kě)能地詳細考慮(lǜ)工作和發展(zhǎn)的需求,合理配置空(kōng)間,盡量優化整合。除了(le)布局的優化和儀器設備的擺放位置的設計外,還應充分考慮到人員流動與物品流動的方向是(shì)否(fǒu)符合工作要求。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(lóu)層;氣瓶室應(yīng)盡量與氣相色譜儀、氣質(zhì)聯用儀等(děng)儀器在同一樓層;盡量按功能需求,保證單層麵積(jī)最(zuì)優化,以避免樓層麵積過多或過少;通常,每一層(céng)都要設置消洗室、樣品室等輔助(zhù)用室,以合理利用空間(jiān)優(yōu)化實驗流程。
5、實驗室(shì)配電係(xì)統
實(shí)驗室的配(pèi)電係統是根據實(shí)驗(yàn)儀器(qì)和設備的具體要求,經過專業的設計人員綜合(hé)多方麵因素設計完成的,與普通建(jiàn)築有很大區(qū)別。因為實驗室儀器設備對電路的(de)要求比(bǐ)較複雜(zá),並不是通常人們所認為的那(nà)樣,隻要滿(mǎn)足最大電壓和最大功率的要求(qiú)就可以了。事實上有很多儀器設備對電(diàn)路都有特殊(shū)的要(yào)求(例如靜電(diàn)接地、斷電保護、等電位連接等)。對配電係統(tǒng)的設計(jì),不但要(yào)考慮現有的儀器設(shè)備情況,同時也要考慮實(shí)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(diàn)路(lù)維護等問題。為了保證(zhèng)電力的可靠保障,還應考(kǎo)慮不間斷(duàn)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以滿(mǎn)足未(wèi)來的發展所需。
此外對於某些特殊的區域,如氣瓶間則應采用防爆(bào)電器元件以確保無安全隱患。牆上的插座應充分考(kǎo)慮需求,例如樣品室應留足冰箱的插座、前處理室應預備離心機的插座、門口應預留(liú)自(zì)動鞋套機的插座(zuò)、走(zǒu)廊(láng)兩側也應考慮到分布一些插座。
6、實驗室弱(ruò)電係統
實驗室的弱電係統主要包括電話、監控、門禁、網絡等,弱電係統有一個特點即預置後不可變更,因此不(bú)能(néng)像強電線路(lù)一樣可以根據(jù)所(suǒ)需任意更改(gǎi)。例如,網絡接口應與(yǔ)牆插並(bìng)列,高(gāo)度應恰好高過實驗台(tái),這樣方便日後使用。儀器室應預留足夠多的(de)網絡接口,不要采用地插形式而應(yīng)預留足夠(gòu)長的線頭以方便儀器台安裝時連(lián)接到台麵(miàn)網絡接口。走廊如果很長,可(kě)以(yǐ)在遠端預留電話線,方便工作時接打電(diàn)話,無菌室內外由於隔音效果(guǒ)較好,應預設對講(jiǎng)電話,便於溝通。門禁係統應設在每層(céng)實驗室的主入(rù)口處或其他需(xū)要控製出入的地方(fāng)。關(guān)鍵設施設備應留有通訊接口,以便根據需要實現智能化(huà)管理。
7、實驗室空調係統
實驗室空調係統(tǒng)的設(shè)計,應考慮實驗室使用率的(de)問題。通常,宜采用可靈活使用的形式(shì),以利於節(jiē)約(yuē)能耗。不相容環境的通風空調係統不得(dé)混合設置,以免發生交(jiāo)叉汙染或氣體混合後發生爆炸燃(rán)燒等更大危害的情況。
空(kōng)調係統不僅僅是控製實驗室(shì)的溫濕度,同時還(hái)應實驗室通風係統(tǒng)配(pèi)合,才能真正有效地保證實驗室的溫濕度和房間壓差(chà),令(lìng)人員(yuán)和精密儀器有一個良好的(de)工作環境。實驗室所在的整棟大樓(lóu)若采用中央空調則一(yī)定要能夠進行分區域、分時段(duàn)的模塊式管理,以避免加班時因不能正常使用空調而影響儀器的檢測(cè)性能。中央空調管線的布局(jú)應結合實驗(yàn)室通排(pái)風管道的設計,避免施工的時候交錯重疊,影響層高。極端天氣(qì)情況下(xià),應能(néng)確(què)保樣品室、氣瓶室、超低溫冰箱室、精密儀器室、不間斷電源室等對溫(wēn)度要求高的區域保持24小時的恒定溫度調(diào)節。
8、實驗室消防係統
實驗室是一個特殊環境,對消防的要求相對(duì)於普通的辦(bàn)公樓來說要(yào)高很(hěn)多。要根據實驗(yàn)室的具體情(qíng)況(設備投資及工藝特點、實驗工藝(yì)要求(qiú)、儲存樣品和試劑的種類、實(shí)驗室建築(zhù)物的特點等),采用不同的消防措施來保障實驗(yàn)室的消防安全。如對於(yú)精(jīng)密儀器室和(hé)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淋裝置,而(ér)應采用氣體滅火裝置,以(yǐ)避免自動噴淋裝置(zhì)損壞儀器設備或破壞(huài)潔淨(jìng)環境。
9、實驗室給排水係統
排水係統的管道應耐酸(suān)堿腐蝕及有機試劑對材質的融解,應采用PPR或其他材質,而不能(néng)用普通的PVC管材,同時也要根據汙水的性質(zhì)、流量、排放規律並結合室外排水條件而確定方案。由於大型(xíng)實驗室下(xià)水管道複雜(zá),應(yīng)采取必要措施避免管道堵塞滲漏,如養成良好的用水習慣、放置濾網、設置(zhì)存水彎、彎頭采用(yòng)45°角(jiǎo)連接等。集(jí)中供(gòng)水係統由於成本較高,水質不穩定,因此不推薦使用。為了避免二次汙染,可采用感應式水龍頭,缺點是容易壞。為了美觀,熱水器可采用內置式的即熱(rè)式電熱水器。
10、實驗室集中供氣(qì)係統
實驗室的很多設備的運行都需要各種(zhǒng)各樣的氣體供應,集中供氣作為一(yī)種設計方案得到廣泛使(shǐ)用,特別是在用氣量大、用氣集中的實驗室,集中供氣的價(jià)值(zhí)會得以充(chōng)分體現(xiàn)。氣瓶室的(de)安全(quán)性必須得到保障,必須采用防爆門、泄爆窗、氣體泄漏感應報警裝置、所有電器電(diàn)路均應采用防爆型的、還應(yīng)考慮防雷、防靜電以及空調設備。
11、實驗室(shì)通排風係統(tǒng)
實驗室通排風係統是整個實(shí)驗室設計和建設過程中規模最大、影響(xiǎng)最廣泛的係統之一。通(tōng)排(pái)風係統完善與否,直(zhí)接對實驗室環境、實驗人員的身體健康、實驗設備(bèi)的運行維護等方麵產生重要影響。
通排風係統完善的實驗室,應該是(shì)環境和諧(xié)、安全、健康的工作場所。實驗室噪音(yīn)、房間的換氣次數、壓差、通風櫃有毒(dú)氣體(tǐ)殘留等都是值得關注(zhù)的問題。另外,樣品室和試劑室也(yě)應考慮有通排(pái)風(fēng)設備,以免樣品帶來的異(yì)味影響環境;一個現代(dài)化的實驗室,應設計新風係統;新風口(包括空調送風口)的位置應避免冷熱空氣(qì)直接吹響操作者,更要注意的是,應(yīng)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能充分滿足工作所(suǒ)需,主要涉及到台麵材質、櫃(guì)體(tǐ)結構與材(cái)質、顏色搭(dā)配等要素。例如前處理室應采用耐酸(suān)堿的陶瓷板台麵、儀器室應采用理化(huà)板台麵等。實驗櫃體的結構主要分為(wéi)鋼木、全木、全鋼三種,實驗台的支架又可分為(wéi)C形、回形,應根據各個單位的需求而定。每個房(fáng)間實驗(yàn)台的布局、種類、數量也(yě)要充分考量(liàng),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,還有一些細節也應考慮,例如操作人員位及電腦位合理的(de)配(pèi)置,以避免將來(lái)使用的不便。
13、實驗室室內(nèi)裝修細節
實驗室的天(tiān)花應采用小方格的扣板形式(shì),而不應采用大塊(kuài)的整體結構,這(zhè)樣便於(yú)施工和後期維護。為了便於參觀檢查,參觀走廊兩側或大(dà)型儀器(qì)室可采用落地玻璃幕牆設計,這樣(yàng)更加通透明亮,便於管理,缺點是不能在牆根預留插座,同時門的穩定性較(jiào)差,造價也較高。實驗室若要(yào)達(dá)到最佳的視覺效(xiào)果,配色也是一個(gè)考慮的方麵。搭配(pèi)合理的櫃體、台麵、地麵、天花會凸顯其卓爾不凡(fán)的高端(duān)特征,令參觀者過目不忘,令(lìng)使用者身(shēn)心愉悅。
14、涉及到的常用標準規範(fàn)
GB19489-2008《實驗室 生物安全通用要(yào)求》
GB50346-2011《生物安全實驗室建築規範》
建標127《疾(jí)控中心實(shí)驗室建設標準》
GB 50881-2013《疾病預防控製中(zhōng)心建築技術規範》
GB 50447-2008《實驗動物設(shè)施建築技術(shù)規範》
GB 27416-2014《實驗動物機構 質量和能力的通用要求》
JGT497-2016《排風高效過濾裝置》
GB/T3325-2008《金屬家具(jù)通用技術條件》
GB50019-2003《采暖通風與空氣調節設計規範