一、生物安全實驗室的工藝設計
(一)引言國際水準的專業第四代生物實驗室規劃與設計對一座成功的現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代化高速發展的階段,這就要求生物實驗室設施的規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。
如何引進國際前沿生物實驗室/醫療建筑設計與規劃理論和技術,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。
(二)第四代生物實驗室設計理念與原則
1. 很大限度地尊重基地環境,表達對環境的尊重 -??生態建筑設計在對現狀地充分分析基礎上,對方案構思中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. 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。●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范的相應通道。
為確保實驗室人員的安全、防止環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。
現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。
在現代實驗室的設計中采用統一柱網,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。
在新的設計理念指導下,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高效的工作場所及環境舒適休閑空間。
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。
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。
生物實驗室工藝設計/設備規劃包括按照國際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。
● 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尺度(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,而不僅僅限于規劃區域長度。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。參考根據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域)面積的基本換算系數在1.7至2.2之間。換算出的工程總面積在實際規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、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。
●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。防結露小的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居住者的健康與安全,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,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。經濟分析應有足夠的數據進行經濟性、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。
● 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,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。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。
●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放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。
●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至很小。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。
●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。
4. BSL3生物實驗室、動物實驗室規劃、工藝設計/設備規劃及工程設計要求
-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)。高壓滅菌器區應滿足相應要求。生物安全三級實驗室的真空系統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高效過濾器。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)高效過濾器安裝:必須滿足相應特殊的測試要求。
●靈活性與可發展性
疾控中心實驗室(又稱生物安全實驗室)。它是一個設施齊全,功能完備,智能化程度較高,有高度的安全保護措施的新醫療建筑。從其進出的人、材、物都要滿足生物安全標準的要求,排出的空氣(氣體)、水(液體)、廢棄物和垃圾都要達到勞動保護和環境保護要求。實驗室的試驗品和產成品要嚴格登記備案,要有專門的庫房和車輛,庫房要與實驗室連成一體,車輛要專車專用,并且達到生物安全標準的要求。
疾控中心實驗室不同于其他醫療工程。其區別在于,不僅要求防止環境因素對實驗室的污染和實驗之間的交叉污染,同時還要防止實驗過程中所使用的生物危害和潛在生物危害不致向周圍環境釋放造成污染。
(14)備用:電源、通訊、控制設施。
生物危害的根源是病原微生物,其危害程度的大小取決于病原性微生物的種屬、形態、抗原、變異等特性以及人體的免疫防御功能。病原性微生物形成生物危害的致病作用,取決于病原性微生物的毒力、侵襲力、數量和侵入部位。
(3)浮塵 這類氣溶膠大都是已經被污染的粒屑,絨毛,皮膚屑,短纖維,灰燼,粉塵,塵團等。
液體操作、接種操作、瓊脂培養、深層培養、離心分離、注射操作、塞蓋操作,以及使用的器械、工具和器皿等。
(三)、設計方案
自上所述,疾控中心實驗室的建設是一個分工極細、專業極強、施工技術極高的生物醫療工程。設計中還要注意到:
(1)征求使用者和操作者的意見,確定工藝流程圖;(6)確定實驗室的預警、關閉、自救和逃生方案;
c.固體廢料 固體廢料的處理方法有:蒸汽滅菌方法、氣體熏蒸方法、液體浸泡方法、輻射滅菌方法、焚燒處理方法等。
(3)根據病原性微生物的生物危害和致病特點,要合理匹配實驗室房間和凈化設施,每個實驗項目與凈化設施要自成系統,而且操作中的傳遞距離要很近,建議是在凈化設施內傳遞,這樣凈化設備可以制造成群組性的,傳遞停留處設有氣閘倉,而且每個實驗階段的凈化設備要獨立房間自成系統,房間之間用氣閘倉連接,防止環境污染。不同的實驗項目,采取不同的潔凈技術手段。如放射性元素的實驗室凈化,就區別于其它的實驗室凈化。在制造凈化設備時,在結構上要安裝防射線穿透的材料,根據放射性元素的慣性和擴散原理,采用霧化離心技術,并且根據放射性元素的衰變期來決定排放控制方法和時間。在制造凈化設備時,可以安裝機械手和電視監控系統。疾控中心實驗室要有高水平的自動化控制系統和安全報警系統,有的房間要設立平衡壓力的值班風機,要害房間要安裝緊急關閉系統和自救逃生系統,確保疾控中心實驗室的安全使用。
(四)、實驗動物的環境和設施的技術要求
1 主題內容與適用范圍
本標準規定了術語、建筑設施、設施分類、設施區的設置、飼育區環境要求、本標準適用于北京地區新建和改建實驗動物建筑用。
GB 3096 城市區域環境噪聲標準
以隔離器為主及其他 附屬裝置成的飼育系統,工作人員不直接接觸動物。
4.2.3屏障與亞屏障系統應設置雙路照 明節律性控制裝置。
5.4隔離器系統:飼育無菌和悉生動物。
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