现代环境检测中心实验室设计方案

培养高级专门人才、发展科学技术以及提供社会服务是现代实验室的三大职能。实验室是高等学校、科研机构、科学检测机构进行实践教学和从事科学研究、检测

重要场所，在培养创新型人才、发展科学技术和提供服务社会中具有重要的地位和作用，实验室的建设水平直接体现了机构的科学水平和管理水平。

一个现代化的先进实验室不仅仅是拥有现代化的高、精、尖端科学分析仪器，更重要的是要有科学的实验室规划设计布局和先进的实验室管理理念。今天，我就环境监测现代实验室规划设计布局展开一系列的讨论。

针对两个环境监测实验室规划设计布局做一个综述和分析。

一、武汉市环境监测站

武汉市环境监测站目前使用监测实验室是2008年建成投入使用的新实验室，不论其实验室设施水平还是实验室人员素质水平在湖北省内都是名副其实的老大哥级别，在全国范围来说也可谓是名列前茅。其实验室仪器设备装备水平和监测能力水平在这里我不过多累述，仅仅针对其实验室内部规划设计作一个简单的介绍。

武汉市环境监测站和武汉市环保局合用一栋大楼，其监测实验室位于大楼中间的4-6层，实验室楼层间距高度约为4.2米，实验室区域和办公区域共层，以大楼拐角点为区域分界线。实验室布局主要按功能分类，普通化学实验室和仪器实验室楼层上严格分开，无菌实验室采用的二级隔离。格局上不论是普通化学实验室还是仪器分析实验室均采用敞开式实验室设计方式，每层楼均设置有男女更衣间，和单边安全隔离门。实验室气路设计采用的是独立式排风系统，风机置于大楼楼顶，每条通风管道独立控制，换气频率可自我调节，实验室特殊气体均设有专门的气瓶柜以满足实验用气的配送；实验室水路设计分级管道供水和排水，除了日常用水以外，实验室实验用水采用的集中式分级供水，拥有专门的集中制水间，然后按水质级别用管道分别输送到每个实验室，排水上实现了生活用水和实验用水分开排放；电路上实验室内供电电源功率根据用电总负荷设计，设计时留有余量，进户线用三相电源，整个实验室有总闸，各间实验室有分闸，每个实验台都有插座，凡是仪器用电即便是单相，也采用三头插座，零线和地线分开，精密仪器采用的单设地线，以保证仪器稳定运行。实验室内部实验台摆放根据相应功能用陈列式和环绕式相结合，实验台选材上采用的均是全钢结构的实芯理化板，选用面料为环氧树脂高分子材料，仪器台部分在满足承重要求的基础上还考虑了抗外干扰因素，地面材料使用的绿色环氧树脂地板。实验楼还设置了专门的样品运送通道，并配有货运电梯一部，样品传输方便快捷。

优点：实验室布局紧凑，功能齐全，设施完备，由于采用的是敞开式格局，整个实验室布置地清晰明亮，给人一种公平、公正、高效、科学、严谨的实验氛围。整个实验室使用上也较便捷，实验台的选料布置上都经过精心设计，整个实验室通风系统智能高效，最大限度的保证了实验人员的人身安全。

缺点：实验室楼层选择不佳，由于实验室布置在整栋大楼的中间楼层，对于大楼的水气路设计增加了难度，同时由于排气上采用的是独立式排风系统，排气的管道和风机数量众多，安装上带来了很大的麻烦，同时也大大增加了成本。而且由于大楼行政办公和实验区域未按楼层严格分离，所以在实验室的楼层间距上的选择上也带来了不小的困惑：间距过大满足了实验室的净高要求，但对于行政办公来说过于浪费空间，同时在空调的使用上也耗能高；间距太小，满足了行政办公的要求，但又无法满足实验室对楼层间距的要求。最终武汉市环境监测站选择了4.2米的层高，这个高度对于它安装的如此强大的通风系统来说，还是有点勉为其难的。实验室水路设计上，由于实验用水采用的是管道输送，所以一旦主管道某处出现破裂，容易对整个实验室用水造成污染。实验室功能布局上，普通化学实验室和仪器分析室在楼层上严格分开，在实验过程中也带来了一些不便，例如：油份分析的前处理室在四楼，而红外仪器分析在五楼，一个样品的分析需要在楼层之间上下穿梭无疑给分析人员带来了诸多的不便。另外无菌实验室虽然采用了二级隔离，但是没有安装专门的净化空调机组和更衣间，样品分析的准确性可能会受一定影响。

二、黄石市环境监测站

黄石市环境监测站监测实验大楼是2007年建成投入使用的新建实验室，实验楼是作为整栋环保大楼的副楼，中间以门廊相连接，设置有安全隔离门，在功能上实现了办公和实验相分离。

实验楼采用的是单边式结构设计，保证了整个大楼良好的自我通风能力。但实验室内部排风设施较为简单，没有大型的实验室变频换气设备，只有局部的通风橱柜，所以在楼层高度上没有做过多要求，和主楼的楼层高度一致。实验室布局上按功能分类，普通化学试验室和仪器分析实验室严格分开，只是在格局上采用的是分割式（小实验室）。人性化设计上，整个实验楼在个别楼层设置有男女更衣室，在二楼设有专门供采样人员洗澡用的淋浴间，并设有专门的样品运送通道，但没有配备货运电梯。实验室气路设计采用的是局部独立式排风系统，风机置于大楼楼顶，每条通风管道独立控制，实验室特殊气体均设有专门的气瓶柜以满足实验用气的配送；实验室水路设计除了日常用水以管道输送外，实验用水采用的集中制水，瓶装使用，排水上实现了生活用水和实验用水分开排放，电路上实验室内供电电源功率根据用电总负荷设计，整个实验室有总闸，各间实验室有分闸，每个实验台都有插座，但是对三相电源和三头插座的使用不够充分，仪器运行的稳定性存在一定的隐患。实验室内部实验台摆放主要是根据房屋结构靠墙摆放，边台使用较多，而中央台使用较少，空间利用不够充分，且实验台和通风柜内水槽数量和沥水架数量存在一定的欠缺，使用上可能稍有不便。实验台选材上采用的是全钢结构的耐酸碱树脂面板，地面采用的绿色环氧树脂地板。

优点：实验室自我通风性好，布局紧凑，功能较为完善，实验室产品选材上经济使用，能够满足日常使用需要。在人性化设计上考虑的较为周全。

缺点：实验楼与行政楼虽然采用主副楼的方式实现了功能隔离，但是由于共用楼层高度，所以在一些通风设备的安装上存在很大的局限性，而且可能考虑到成本原因，实验室气路设计上考虑比较简单，缺少必要的通风换气设备。电路上对于三相电源的使用考虑不够充分，个别高精密仪器实验室也没有使用单独的接地线，仪器在安全使用上存在一定的隐患。另外由于实验室采用的是分割式布局，所以实验室的透明性，采光性不尽如人意，同时由于单个实验室面积较小，主要实验台主要采用的边台设计，所以在空间利用上存在很大的局限性，而且个别实验室水槽和沥水架的安装数量不够，使用起来不够方便。

综合上述两家环境监测机构监测实验室的优缺点，结合国内其他一些环境监测实验室的设计优点，亮点，我来谈一下我站的环境监测监控中心实验室规划设计布局方案。

本着“安全、环保、科学、实用、耐久、经济、美观、领先”的规划设计理念，此规划设计方案主要分为平面设计系统、单台结构功能设计系统、供排水设计系统、电控系统、气体配送系统、气体排出系统六个方面进行考虑。

一、平面设计系统

1.人体学

完美的设备与实验室工作者操作空间范围的协调搭配体现了科学化、人性化的规划设计。

在做平面设计的时候，首先要考虑的因素就是安全，实验室是最容易发生爆炸、火灾、毒气泄漏等事件的地方，所以在做平面设计的时候，应尽量地要保持实验室的通风流畅、逃生通道畅通。

天平台、仪器台不宜离墙太近，离墙40CM为宜。为了在工作发生危险时易于疏散，实验台过道全部通向走廊。实验室走廊净宽度宜为2.5-3.5米，普通实验室双门宽以1.1-1.5米为宜，单门宽以0.8-0.9米为宜。

2、实验室功能分类

根据监测监控中心实验室检测分析功能的不同，主要将实验室分为五类：普通化学实验室、物理监测实验室、仪器分析实验室、洁净实验室（无菌实验室）和辅助实验室。

普通化学实验室，主要是进行容量分析、离子测定、氧化还原等实验，一般设计的装备有：实验台、洗涤台、通风柜、万向排气罩及管道检修井；带试剂架的实验台及辅助工作台，另外还需设置药品柜、器皿柜、落地安置的仪器设备、急救器等。

物理监测实验室，主要是进行物理性监测分析实验，比如：噪声分析、辐射监测分析、恶臭分析等实验，一般设计的装备有：实验台与洗涤台，通风柜、万向排气罩及管道检修井等。仪器分析实验室主要设置各种大型精密分析仪器，同时也包括普通小型分析仪器等，一般设计的装备有：仪器台、实验台、通风柜、电脑台、气瓶柜、洗涤台、器皿柜、药品柜、急救器、万向排气罩、原子吸收罩等。仪器分析实验室根据需要设置样品前处理室，一般有洗涤台、实验台、通风柜等设备同普通化学实验室类似。

洁净实验室主要是通过人为的手段，应用洁净技术实现控制室内空气中尘埃、含菌浓度、温湿度与压力、以达到所要求的洁净度、温湿度和气流速度等环境参数。洁净室一般实施两级隔离，一级隔离通过生物安全柜、负压隔离器、正压防护服、手套、眼罩等实现；二级隔离通过实验室的建筑、空调净化和电器控制系统来实现。一般实验室装备有：超净工作台、生物安全柜、边台或不锈钢操作台、洗涤台等。

辅助实验室主要有天平室、高温室、纯水室、气瓶室、贮藏室、等。天平室，分析天平是化学实验室必备的常用仪器，高精度天平对环境有一定要求，主要是气流和风速的影响，天平室应靠近普通化学试验室，以方便使用，但不宜与高温室和有较强电磁干扰的房间相邻。高精度微量天平宜设在较低楼层。天平室内不得设置洗涤台或任何管道穿过室内，以免管道渗漏影响天平的维护和使用。高温室，高温炉和恒温箱是常备设备，一般放置在高温工作台上，大型恒温箱须落地放置为宜，高温炉和恒温箱需分开放置。纯水室，主要设计的实验装备有：边台和洗涤台。实验室多使用去离子水、水量大且能保证水质，地面需设置地漏。气瓶室，实验室用气除不燃气体（氮气、二氧化碳）、惰性气体（氩气、氦气等）外，其他具有高压、剧毒、氧化分解、爆炸等危险性气体，例如易燃气体氦气、一氧化碳，助燃气体氧气等原则上不宜进入实验室，可以通过管子接到各实验室内。

3.平面布局方案

平面布局依据上海同设设计院提供的大楼整体平面结构，本着科学、实用、美观、领先的设计思路进行整体规划布局。

二、单台结构功能设计系统

实验室专用基础配套装备主要分三大部分：A.实验台部分；B.仪器台部分；C.功能柜部分。

A.实验台部分

1.根据监控中心实验室设计功能，主要涉及三类实验台：物理实验台（物理监测实验）；化学实验台；生物实验台（主要用于净化无菌实验）

三类实验台的基箱部分宜采用钢木制材质，其中侧板、门面板采用钢制材质，其它采用木质材质。实验台台面部分根据防酸防碱等具体要求采用实芯理化板和贴面板相结合。

B.仪器台部分

仪器台对承重性、稳定性、抗外干扰、电控要求很高，气体配送严格、安全、可靠、方便、易管理；承重最好达到500Kg以上，用于仪器分析实验室。主要类别有标准仪器台、光谱仪器台、色谱仪器台、显微镜台、连体仪器台、天平台、高温仪器台等。

C.功能柜部门

功能柜的主要作用是服务和储存，重要功能部分涉及安全、环保问题。功能柜按目前主流设计主要有全木和钢木两种，根据具体需要可以分别选择。

按储存功能的不同，基本可以把功能柜按划分如下：

一般性能药品柜、挥发性药品储存柜、防辐射药品柜、易燃品储存柜、文件资料柜、更衣柜、培养柜、标本柜、仪器柜、纯碱柜、硫酸柜、无菌柜。

三、供排水设计系统

供排水设计系统主要是为前期实验室建筑设计服务。为建筑设计院提供实验台上下水点。按照用水和排水性质的不同，将监测监控中心实验大楼的供排水系统分为实验供排水和日常供排水两类，供排水管道各自独立。其中，实验室供水在水嘴的配备上分别配备急流水嘴和缓流水嘴，单联水嘴为急流水嘴，单配PP水槽（MBc-032），双联水嘴为缓流水嘴，单配PP水槽（MBc-029）；日常用水供水水嘴配备规格参照民用建筑生活用水管道配件规格。实验室排水则通过实验室废水排放系统排入负一层实验废水处理站，综合处理后排入城市管网；日常用水的废水排放则直接排入城镇生活污水管网。

四、电控系统

监测监控中心实验室用电主要包括照明电和动力电两大部分。动力电主要用于各类仪器设备用电、电梯、空调等的电力供应。实验室供电系统也是实验室最基本的条件之一。实验室区域所有实验室以及自动监控中心、要求兼有交流、直流电源，以及单相、三相两种电源插座，并常有稳压要求。仪器分析实验室还要求有防电磁干扰，接地和电磁屏蔽。电源插座有：10A、13A、16A、20A。漏电保护开关、过载保护开关等。电源插座应远离水盆和煤气、氢气等喷嘴口，并不影响实验台仪器的放置和操作位置。线槽主要为多功能钢线槽（主要用于试剂架）和PVC线槽（主要用于边台和中央台台面上）。

五、特殊气体配送系统

监测监控中心实验室用气主要有不燃气体（氮气、二氧化碳）、惰性气体（氩气、氦气等）、易燃气体（氢气、一氧化碳）、助燃气体（氧气）组成。除不燃气体、惰性气体外其他气体不进入实验室，通过输气管接到各实验室内。一般气相色谱室配置氦气、氮气。气质联用室配置了氦气、氢气、氧气。氢气管线上的连接管件都要连接后焊接，严禁有泄漏的可能。所有的管线在安装完毕后一定要做气密性试验，并在使用前要先除油。由于管道细小，管间距小，安装过程中可依据现场情况进行调整，保证间距不小于45mm，气瓶装瓶时，易燃易爆与惰性气体同柜，杜绝两种易燃气体同瓶装一柜。

六、气体输出系统

实验室内存在许多不利于人体健康的化学物质污染源，特别是有害气体，将其排除非常重要。但与此同时，能源往往会被大量的消耗，因而实验室的通风控制系统的要求渐高，从早期的定风量式，双稳态式，变风量式系统，到最新的适应性控制系统-既安全，又符合节能的需要。所以，我认为，监测监控中心实验室的最新观念就是将整个实验室当作是一台排烟柜，有效的控制各种进排气，根据实验室风量、风压、换气频率的要求严格计算，并配以适应性控制系统，达到既安全又经济的效果。与此同时，根据适应性控制系统要求，对排气管道的布设，数量严格计算之后，充分考虑楼层高度的预留问题，以最合理的楼层间距设计来实现实验室排风设施的架设和空间有效利用的双赢局面。实验室通常排风设备主要有：通风柜、原子吸收罩、万向排气罩、吸顶式排气罩、台上式排气罩等。

风量的计算：

根据面风速来确定排风量（面风速的一般取值为0.3-0.5m3/h）

计算公式：G= S * V * h * μ

           = L * H * 3600 * μ

其中 G：排风量

     S：操作窗开启面积

     V：面风速

     h：时间（小时）

     L：通风柜长度

     H：操作窗开启高度

     μ：安全系数（1.1-1.2）

中央台上用排风罩排风量的计算同通风柜排风量的计算方法。

原子吸收罩排风量的计算：

根据罩口风速来确定排风量（罩口风速一般取值：1-2m3/h）

计算公式：G= π * R * V * 3600 * μ

其中 G：排风量

     R：罩口半径

     V：罩口风速

     μ：安全系数（1.1-1.2）

整体通风排风量计算：

计算公式：G= V * n * h = G= L * W * H * n * h

其中 G：排风量

     V：房间体积

     n：换气次数

     h：时间（1小时）