生物實驗室的設計理念與原則

一.生物實驗室的設計理念與原則 

1.限度地尊重所在地的生態環境,表達對環境的尊重 : 生態理念的實驗室設計

在對將要實施的實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境的背景的設計理念,將實驗室所在建筑包容于環境之中。要充分的考慮到生物實驗室周圍的生態設施,樹木草叢同樣也可以起到環保隔離及優化空氣質量的作用。在實驗室項目的周圍,建議同期建設生態環保項目,花草樹木也可以起到凈化隔離和優化空氣質量的作用。例如:雙子葉植物丁香和樟科桂中的成分就可殺滅腸道致病菌和化膿性球菌等。

2.生物安全實驗室要具有前瞻性的設計理念

生物實驗室具有下列特點:

①相對靈活性:每一個實驗室都應有足夠的空間來放置儀器和設備。劃分出來的實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行實驗工作而不影響其它實驗項目,同時在必要的時候又可以整合在一起進行大規模的實驗工作。

②相對經濟性: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域劃分,從而避免了面積和空間的浪費。

相對實驗室內部的擴展性: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驗室系統,能夠在不犧牲功能或不影響相關實驗室功能的情況之下進行必要的收縮和擴張。所以,預留充分的的實驗室空間是必要的。

③性:實驗室內的區域配置需要是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室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)?？臻g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。高清視頻監控系統和室內對講通信系統也是實驗室項目必須的,實時監控指揮工作程序也是安全保障之一。對于實驗室安全區域的合理劃分也是生物安全實驗室的重要組成部分。

④通道的通暢性:實驗室走道和出入口將提供簡便有效的行動通道以及提供符合國內相關規范的工作通道?？此坪唵蔚膶嶒炇彝ǖ劳瑯邮侵匾糠?工作的流暢性,防火的安全性,突發事件的救護順暢性就表現在這里。

3.適應生物技術發展趨勢

為確保實驗室工作人員的安全、防止環境污染和公共衛生安全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工作人員或周圍環境可感染疾病的高危工作區。在設計中,不僅要滿足功能要求,而且必須按照國家標準規范和有關行業專業標準,并借鑒參考國內外生物實驗室有關設計標準、及相關規范,達到微生物和生物醫學實驗室安全通用準則。

4.促進的科學研究能力

現代化的生物實驗室強調實驗人員間的互相交流,特別是學習交流是實驗室人員的團隊精神?？紤]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

在現代化的生物實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.實驗室內外環境的人性化處理

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境,為實驗室工作人員提供的工作場所及環境舒適的休閑空間是基本的設計理念。

7.生物實驗室安全和保安工作

現有實驗室項目中,大部分實驗室為二級生物安全防護實驗室,適用于對工作人員或環境具有中等潛在危害的微生物的研究工作;部分實驗區域為生物安全防護實驗室,適用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、生物安全實驗室。例如:實驗室與周圍環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. 現代化生物實驗室工藝設計內容及要求

1.現代化生物實驗室工藝設計項目書制定

現代化生物實驗室工藝設計項目書制定包括制定實驗樓(室)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,內墻體處理要求,門窗要求,環境控制,電力(照明、室內外通訊及網絡、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;制定每間生物實驗室所需固定實驗設備清單。

2.現代化生物實驗室工藝設計/設備規劃

現代化生物實驗室工藝設計/設備規劃包括按照生物實驗室標準及項目工藝任務書的要求,完成生物實驗室基本固定設備規劃、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據歸總。

3.現代化生物實驗室建筑工程設計要求

現代化生物實驗室建筑工程設計包括:

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

②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。

實驗室基本工作區域的使用面積(ELM)是以保證生物醫學研究的安全運行而對其所需工作區域尺度的規劃。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劃區域空間尺度的方向發展,而規劃區域長度。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。

實驗室建筑的材料應該選擇耐用和易清洗并且防火的類型,并且能有助于創造一個舒適安全的工作環境。材料設計的關鍵因素在于易清洗、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,還必須考慮到保證實驗室人員的結構安全。

③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域的傳導,工程師在設計前期考慮到結構因素是必要的。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、振動標準和后期發展等,寬度應該根據實驗室模塊的大小有相應變化,既保證靈活性又符合常規門窗設計,并且形成統一的實驗室輔助連接的整體。實驗室模塊內不應設置支柱,以避免妨礙到實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調防止互相干擾。

④暖通空調設計工藝要求-包括生物實驗室暖通空間系統設計、空氣過濾、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的可靠性并考慮富裕量。不同性質區域需保證不同的相對壓力,并要根據相關標準從長遠上考慮節能。實驗室中間操作罩口NC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。防結露保溫厚度需滿足節能標準并參考國內相關推薦值。建筑圍護材料必須保證工作人員的健康與安全,建議選用環保節能材料。所有耗能系統及部件要進行全程控制管理。

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。經濟分析應有足夠的數據進行經濟性、能效比的計算。經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。每個系統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。生物安全實驗室的后期維護時至關重要的,通風系統,凈化系統,排放系統都是微生物因子寄居的溫床,寶豐軒在生物實驗室運行維護的工作上,也具有豐富的處理經驗。

⑤給排水工藝設計要求-包括實驗樓給排水系統設計、設備要求。

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

污、廢水系統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。科研生產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。

⑥強弱電設計要求-包括生物實驗室電力系統設計、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-主要指生物實驗室消防系統設計要求。

實驗室建筑防火的特殊要求應按照當地相關規范考慮實驗室區域的設置和按照實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、自動噴淋系統、防火信號系統、風管煙氣檢測系統、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生器具、工作臺面、化學煙罩及生物安全柜、實驗設備要求。

⑧生物實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危險降低。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量。因此,設計者們需要根據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。

⑨環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、固態廢料的管理與回收、氣體散發等做出嚴格控制。