技术导航 | 厘清实验室设计原则 彻底把住建设源头关

小代君说

      实验室设计是根据实验室能力建设需求，探索适用的试验方法，选择试验设备、工艺布局、试验材料，构建满足要求的试验环境，并持续优化的过程。是实现实验室建设的重要环节，是实验室建设的蓝图、实施标准和依据，是技术创新、思维创新、方法创新的创造性过程，是实验室各项创新的龙头。设计输入主要包括要形成的实验室能力的要求及各类约束条件，设计输出主要包括试验的具体方法思路、设备技术指标、材料种类及性能、实验室建筑物施工图纸以及相关服务内容的具体指标。实验室设计关乎实验室建设成败，关乎实验室运行的安全性、经济性，关乎未来发展的可持续性。厘清实验室设计基本原则，为实验室设计提供基本准绳，更好的优化设计方案，严把源头关，确保实验室高质高效发展。

坚持以功能需求为导向的思维

     实现实验室功能需求是实验室设计的出发点和和落脚点，必须紧紧围绕需要实现的功能，设计基础设施、环境保障措施，选择试验方法、仪器设备以及原材料。设计多套方案，择优使用。

     基础设施设计。建筑物的高度、宽度、面积大小、承载载荷等应满足实验仪器设备及样件的物理尺寸和质量的需要，满足试验活动及维修保养所需的有效空间。供电、供水、供气应根据所有设备的额定需求乘以适合的同时启动系数，并留有一定余量。供电系统尽量采用双路供电，并配备应急供电系统。配备一定载荷的起重设备。根据重大特殊设备要求预先设计安装基础。

     环境保障设计。依据试验方法要求的温度、湿度、洁净度、光照度、噪声、防磁、防震、防静电、新风补风等要求，选择实现环境条件的工艺方案和设备。

    设备选择设计。根据选定的主要试验方法，选择性能满足要求、可靠性高、国内容易采购的设备，或多国、多厂家可以生产供应的产品，尽量避免选择只有一国或一家企业生产的设备。

     试验方法选择。选择简单、科学、安全、有效的试验方法，选择容易操作、原材料容易获得、耗材少、费用低的试验方法。

     配套设施设计。要考虑一定面积的样件样品存放室、供气间、设备间、图书室、资料室、水房、机房、控制室等。

坚持合规性安全性的底线原则

      法律法规是调节社会各阶层利益的准绳，是社会各组织人员活动的红线和底线；技术规范标准是长期不断探索的经验积累和总结，甚至是血的教训换来的。实验室设计必须坚持。

      坚守合法合规。实验室设计要考虑所在地区的规划，考虑机场、特殊区域（如文物保护区域）要求。遵守人防工程对面积、防空防核、特殊供电及通风的要求。遵守消防通道、应急救援通道、消防栓设置、消防专用管路的相关要求。遵守国家指定采购目录产品、采购程序和渠道的要求。遵守环保要求，设计危废物处理工艺，选择适合的设备设施。对高级别生物实验室，按照要求进行细菌储藏、人员安全防护设计。根据某些特殊规划，进行实验室建筑物特殊色彩、外形、空间、绿化设计。

      安全性设计。工艺设计应当确保设备布局合理、疏密有度，利于突发事件或紧急情况的逃离。应进行避免设备设施误操作设计，确保人员安全。考虑易燃易爆区域的防范，对于锅炉房、粉尘集结区、化学实验室、危险化学品的储存室进行通风补风、防爆、泄爆的特殊结构设计。考虑特殊救生通道、断电等特殊情况下的应急措施。设置布局合理的自救设备设施，如洗眼器的选型及安放区域选择。选用合适的实时图像监控系统、红外监控系统、烟火报警系统、自动喷淋系统。

注重维修性拓展性的发展思路

     可维修性是实验室高效运行的重要条件，是实验室设计必须考虑的重要因素。拓展性是实验室适应未来发展需要，预留发展接口和空间的能力。设计过程中，试验空间尽量模块化，在某一定面积（如30平方）范围内提供上下水、配电、供气、新风接口，尽量采取开间设计，为以后根据需求进行封闭隔离留有余地。设计公共线路管廊或管道夹层，将上下水管道、通风公共管道、强电弱电线路均集中在公共管廊或管道夹层内，便于维修、改造和升级。设备、设施设计要防止相互干扰和干涉。设备布置合理，便于移动维修，便于计量校准。建筑物承载能力、供水、供电、供气能力要保持适当的裕度设计。楼宇管理采用集成化、智能化、自动化设计，便于故障的识别报警和自动处置。

贯彻人性化标准化的建设理念

      以人为本的思想必须贯彻实验室设计全过程，在确保安全、健康的同时，注重工作人员的体验感、舒适感，如楼梯台阶应为25厘米左右，坚决杜绝高台阶出现。实验室空间大小、房屋高低、色彩、形状应满足人的感官和视觉需要。试验台具、桌椅更加符合人机工效要求。试验区、工作区、生活区有效隔离。样件接受区、待验区、检验合格区、检验不合格待处理区应标识明晰。设计齐全的生活配套设施设备，设计一定面积和数量的餐厅、办公室、会议室、值班室、更衣室、浴室、文体活动室等场所，布置数量满足要求、位置科学合理的停车位（库）。

      标准化是提高实验室维修性、可靠性、可操作性和降低运行成本的重要举措。设计过程中，应尽量考虑门窗、走廊、出入口、台阶的标准化，在设备、配件、材料选择上尽量标准化、通用化、大众化。选择节能、环保和可循环利用的建筑材料。 

坚持经济性前瞻性的良性循环

     我国仍处于社会主义初级阶段，人均GDP仍然不高，国家和单位经费并不宽裕。在实验室设计过程中，应当坚持经济性和适当前瞻性相结合的原则。在实验室设计过程中，应注重功能性、适用性，量力而行，坚决杜绝理想化、纯学术化的高指标倾向，杜绝互相攀比的不良倾向。例如实验室环境温度波动在5℃范围满足要求，非要建成温度波动为1℃范围的实验室，建设成本将增加数倍。实验室的核心是能力，不是花里胡哨的杂耍把戏，可以适当考虑实验室的展示功能，但绝不能把实验室设计成参观、装门面花瓶道具。

      实验室费用包括建设费用、运行维护费用和升级改造费，是全周期费用。设计时应以较低的全寿命周期费用为准则综合比较，整体衡量建设成本、使用过程中运行成本以及各种突发因素可能造成的应对成本。例如变风量通风系统尽管建设成本高于定风量通风系统，但前者耗能仅为后者的2/3，数年内节约的电力费用即可收回投资成本。实验室设计要贯彻发展理念，社会经济和科学技术高速发展，新技术、新材料、新方法不断涌现。设计应考虑增加新设备、更换新设备所需空间。应从发展的角度，战略的眼光，设计目标应具备未来5-10年的前瞻性。

      实验室设计原则是设计实验室应当遵循的基本准则，影响贯穿实验室全寿命过程。望实验室从业者，特别是管理者，重视实验室设计准则的制定和完善，从源头把控实验室质量和可持续发展。