實驗室籌建方案設計的依據(jù)方案

北京日月馳管理咨詢有限公司文件名稱項目建議書標題第三部分公司介紹版次第1版第0次修訂實驗室籌建方案設計的依據(jù)方案實驗室的建設，無論是新建、擴建、或是改建項目，它不單純是選購合理的儀器設備，還要綜合考慮實驗室的總體規(guī)劃、合理布局和平面設計，以及供電、供水、供氣、通風、空氣凈化、安全措施、環(huán)境保護等基礎設施和基本條件。因此實驗室的建設是一項復雜的系統(tǒng)工程，在現(xiàn)代實驗室里，先進的科學儀器和優(yōu)越完善的實驗室是提升現(xiàn)代化科技水平，促進科研成果增長的必備條件?！耙匀藶楸荆伺c環(huán)境”己成為人們高度關注的課題。本著“安全、環(huán)保、實用、耐久、美觀、經(jīng)濟、卓越、領先”，的規(guī)劃設計理念。規(guī)劃設計主要分為六個方面：平面設計系統(tǒng)、單臺結構功能設計系統(tǒng)、供排水設計系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、特殊氣體配送系統(tǒng)、有害氣體輸出系統(tǒng)等六個方面。我們將根據(jù)6個方面對實驗室進行整體規(guī)劃設計。平面設計系統(tǒng)平面設計我們主要考慮以下幾個方面的因素：1、安全在做平面設計的時候，首先要考慮的因素是就是“安全”，實驗室是最易發(fā)生爆炸、火災、毒氣泄露等的場所。我們在做平面設計的時候，應盡量地要保持實驗室的通風流暢、逃生通道暢通。疏散、撤離、逃生、順暢、無阻，安全通道；一般實驗室門主要向里開，但如設置有爆炸危險的房間，房門應朝外開，房門材質(zhì)最好選擇壓力玻璃。2、人體學完美的設備與科技工作者操作空間范圍的協(xié)調(diào)搭配體現(xiàn)了科學化、人性化的規(guī)劃設計。根據(jù)國際人體工程學的標準，我們做如下的劃分以供參照：（詳見下圖）實驗臺與實驗臺通道劃分標準(通道間隔用L表示)L>500mm時，一邊可站人操作；L>800mm時，一邊可坐人操作；L>1200mm時，一邊可坐人，一邊可站人，中間不可過人;L>1500mm時，兩邊可坐人，中間可過人；L>1800mm時，兩邊可坐人，中間可過人可過儀器天平臺、儀器臺不宜離墻太近，離墻400mm為宜。為了在工作發(fā)生危險時易于疏散，實驗臺間的過道應全部通向走廊。另:實驗室建筑層高宜為3.7米-4.0米為宜，凈高宜為2.7米-2.8米，有潔凈度、壓力梯度、恒溫恒濕等特殊要求的實驗室凈高宜為2.5米-2.7米（不包括吊頂）；實驗室走廊凈寬宜為2.5米-3.0米.普通實驗室雙門寬以1.1米-1.5米(不對稱對開門)為宜,單門寬以0.8米-0.9米為宜。3、專業(yè)學科功能實驗室通常按物理學，無機化學，有機合成化學，生物學來分類。根據(jù)實驗室內(nèi)容、用途和規(guī)模的不同又各有自己的特點，比如基礎教學實驗室，按學科專業(yè)分，多為較簡單的教學實驗對水電氣風等要求較低，而科研機構對實驗室通風、供排水、電控及潔凈都要求較高，但實驗室設計的基本原則都是具有共同性的，以有機化學為例，主要由化學基本實驗室、儀器分析實驗室、潔凈實驗室、電子計算機室、研究室、輔助實驗室、服務供應室等組成。化學基本實驗室，主要是進行容量分析、離子測定、氧化還原等實驗，一般設計的裝備有：實驗臺與洗滌臺；通風柜及管道修檢井；帶試劑架的實驗臺及輔助工作臺，需考慮設在實驗室內(nèi)的研究空間或電腦臺，藥品柜、器皿柜、落地安置的儀器設備、急救器等。儀器分析實驗室，主要設置各種大型精密分析儀器，同時也包括普通小型分析儀等，一般設計的裝備有：儀器臺、實驗臺、通風柜、天平臺、電腦臺、氣瓶柜、洗滌臺、器皿柜、藥品柜、急救器、萬向排氣罩、原子吸收罩等。以下列出各類儀器分析實驗室的要求，以供參考。各類儀器分析實驗室要求表實驗室名稱所屬各室的要求氣相色譜分析室主要是對容易轉化為氣態(tài)而不分解的液態(tài)有機化合物及氣態(tài)樣品的分析。儀器設備主要有氣相色譜儀，具有計算機控制系統(tǒng)及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，自動化程度很高，對有機化合物具有高效的分離能力，所用載氣主要有：H2、N2、Ar、He、CO2等。但對高沸點化合物，難揮發(fā)的及熱不穩(wěn)定的化合物、離子化合物、高聚物的分離卻無能為力。要求局部排風及避免陽光直射在儀器上，避免影響電路系統(tǒng)正常工作的電場及磁場存在，一般設計：儀器臺（應離墻以便儀器維修）、萬向排氣罩、電腦臺（一般在儀器臺旁配置）、邊臺、洗滌臺、試劑柜等。液相色譜分析室主要體現(xiàn)在高效率分離，對復雜的有機化合物分離制取純凈化合物，定量分析和定性分析，儀器設備主要有：高效液相色譜儀，適宜于高沸點化合物、難揮發(fā)化合物、熱不穩(wěn)定化合物、離子化合物、高聚物等，彌補氣相色譜儀的不足。環(huán)境和實驗室基礎裝備設計要求與氣相色諳室相近。質(zhì)譜分析室主要是對純有機物的定性分析，實現(xiàn)對有機化合物的分子量、分子式、分子結構的測定，分析樣品可以是氣體、液體、固體，主要設備有質(zhì)譜儀、氣-質(zhì)聯(lián)用儀。質(zhì)譜儀是利用電磁學的原理，使物質(zhì)的離子按照基特征的質(zhì)荷比（即質(zhì)量m與電荷e之比—m/e）來進行分離并進行質(zhì)譜分析的儀器，缺點是對復雜有機混合物的分離無能為力。氣相色譜分離效率高，定量分析簡便的特點，結合質(zhì)譜儀靈敏度高，定性分析能力強的特點，兩種儀器聯(lián)用為氣-質(zhì)聯(lián)用儀?？梢匀￠L補短，提高分析質(zhì)量和效率。質(zhì)譜儀可能有汞蒸汽逸出，要考慮局部排風。光譜分析室主要是根據(jù)物質(zhì)對光具有吸收、散射的物理特征及發(fā)射光的物理特性，在分析化學領域建立化學分析。主要的儀器是原子發(fā)射光譜儀、原子吸收光譜儀，分光光度計、原子熒光光譜儀、熒光分光光度計、X射線熒光儀、紅外光光譜儀、電感耦合等離子體（LCP）光譜儀、拉曼光譜儀等。實驗室應盡量遠離化學實驗室、以防止酸、堿、腐蝕性氣體等對儀器的損害，遠離輻射源；室內(nèi)應有防塵、防震、防潮等措施。儀器臺與窗、墻之間要有一定距離，便于對儀器的調(diào)試和檢修。應設計局部排風。使用原子吸收罩排風較為適宜。以上實驗室，根據(jù)實際需要可設置樣品處理室，一般有洗滌臺、實驗臺、通風柜等設備，同化學實驗室類似。潔凈實驗室主要是通過人為的手段，應用潔凈技術實現(xiàn)控制室內(nèi)空氣中塵埃、含菌濃度、溫濕度與壓力、以達到所要求的潔凈度、溫濕度和氣流速度等環(huán)境參數(shù)?？諝鉂崈舳仁侵笣崈艨諝猸h(huán)境中空氣含塵量程度，空氣潔凈度的級別以含塵濃度劃分。潔凈度是指每升空氣中所含粒徑≥0.5um的塵粒的總顆粒。我國空氣潔凈等級標準分為：100級、1000級、10000級、100000級。國際標準則劃分為：1級、2級、3級、4級、5級。潔凈室的組及其相互關系如圖所示：

潔凈室一般實施兩級隔離，一級隔離通過生物安全柜、負壓隔離器、正壓防護服、手套、眼罩等實現(xiàn)；二級隔離通過實驗室的建筑、空調(diào)凈化和電氣控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。但由于凈化空調(diào)需要風量小為了安全起見，風量都按大的估算，一般都要超過規(guī)范規(guī)定，物別是百級以上，冷熱負荷在要求不是很嚴格的情況可能估算，現(xiàn)在專門有凈化空調(diào)機組，可以直接利用。二級~四級生物安全實驗室應實施兩級隔離。一般實驗室裝備有:超凈工作臺、生物安全柜、邊臺或不銹鋼操作臺、洗滌臺等。以PRC實驗室為例（PCR即聚合酶鏈式反應），是分子生物學研究和實驗的常規(guī)方法，也是生物學、醫(yī)學臨床等領域廣泛應用的實驗技術。其特點是能將微量的DNA大幅增加，實驗室通常分為四個區(qū)域，即：試劑儲存和準備區(qū)、標本制備區(qū)、擴增反應混合物配制和擴增區(qū)、擴增產(chǎn)物分析區(qū)（如使用全自動分析儀，區(qū)域可適當合并）。進入各個區(qū)域必須嚴格按照單一方向進行，不同的工作區(qū)域使用不同的工作服（例如不同的顏色）。工作人員離開時，不得將工作服帶出。試劑儲存和準備室（標本制備區(qū)），儀器主要配置有：冷凍離心機、生物安全柜、冰箱、可移動紫外燈、全自動力核酸蛋白純化儀、專用工作服和工作鞋等。擴增反應混合物配制和擴增區(qū)配置有：冰箱、高速離心機、超凈工作臺、PCR儀（要求負壓狀態(tài)）、可移動紫外燈、微量加樣器、核酸擴增儀等。擴增產(chǎn)物分析區(qū)主要配置有：移液器、振蕩器、超凈工作臺、毛細管電泳儀、冰箱、離心機、微量加樣器、可移動紫外燈等。PCR實驗室設計方案如下圖所示：電子計算機室和研究室，電子計算機與我們的生活最為密切，主要考慮空調(diào)散熱、電源電壓等問題。配置的裝備主要是帶鍵盤儀器臺。研究所主要是供研究人員辦公的地方，對我們實驗室裝備要求較低，在此不多作講解。輔助實驗室：主要有天平室、高溫室、純水室、氣瓶室、貯藏室、溶液配制室、暗室等。天平室，分析天平是化學實驗室必備的常用儀器，高精度天平對環(huán)境有一定要求，主要是氣流和風速的影響，天平室應靠近化學實驗室，以方便使用，但不宜與高溫室和有較強電磁干擾的房間相鄰。高精度微量天平宜設在底層。天平室內(nèi)不得設置洗滌臺或任何管道穿過窒內(nèi)，以免管道滲漏影響天平的維護和使用。高溫室，高溫爐和恒溫箱是常備設備，一般放置在高溫工作臺上，但特大型的恒溫箱須落地安置為宜，高溫爐秘恒溫箱須分開放置。純水室，主要是設計的實驗裝備有；邊臺和洗滌臺?，F(xiàn)代實驗室多使用去離子水、水量大且能保證水質(zhì)。地面需設地漏。氣瓶室，實驗室用氣除不燃氣體（氮氣、二氧化碳）、惰性氣體（氬氣、氦氣等）外，其他氣體具有高壓、劇毒、氧化分解、爆炸等危險性氣體，例如易燃氣體氫氣、一氧化碳；劇毒氣體為氟氣、氯氣；助燃氣體為氧氣等，這些氣體不得進行實驗室。可以通過管子接到各實驗室內(nèi)。溶液配制室，用于配制各種標準溶液和不同濃度的溶液。在允許的條件下，可由兩個房間組成，其一設有天平臺。另一間作配制試劑和存放試劑之用，一般應配置：通風柜、實驗臺、試劑柜。服務供應部分，為基本實驗室和輔助實驗室服務的場所，如高壓鍋室和水電氣輔助室等。4、實驗室工作人員總人數(shù)5、儀器設備布局6、工作程序、流程專業(yè)設計單臺結構功能設計系統(tǒng)不同專業(yè)采用不同實驗室專用基礎配套裝備，系列產(chǎn)品共分五大部分：A、實驗臺部分；B、儀器臺部分；C、功能柜部分；D、儀器設備部分；E、輸出系統(tǒng)部分；A、實驗臺部分1、實驗臺的分類：①實驗臺按實驗室的功能劃分為：物理實驗臺（主要用于電子、電工、物理實驗）；化學實驗臺（主要用于有機、無機化學實驗）；生物實驗臺（主要用于凈化無菌實驗，如簡易解剖臺、不銹鋼操作臺等）；②按結構劃款式分為：MM（由鋼制支撐架、基箱、臺面、試劑架、連接件、輔件組成）MR（基箱、臺面、試劑架、連接件、輔件組成）。③按用途可分為：中央實驗臺、邊臺實驗臺、洗滌實驗臺、試劑架、基箱、實驗凳。2、基箱的分類：基箱按材質(zhì)可分為：鋼木制基箱、鋁木制基箱、全木制基箱。按制作工藝分為：鋼制歐式基箱（即門面板與側板連接）、鋼制美式基箱（即門面板裝嵌在基箱內(nèi)）。按款式可分為：活動式基箱、落地式基箱、懸掛式基箱。其中活動式基箱、懸掛式基箱用于MM款。落地式基箱用于MR款。3、臺面的分類：在整個實驗室基礎裝備銷售中，臺面占總報價1/3的份額，臺面的作用可見一斑。按實驗臺的功能作用可分為：化學實驗臺面：防強酸、強堿、耐高溫；耐98%的濃硫酸；表面材質(zhì)為酚醛樹脂板；物理實驗臺面：防靜電、耐溫、抗滑、穩(wěn)定強；耐28%的硫酸，表面材質(zhì)為防火板；生物實驗臺面：防水、防止細菌密度強；表面材質(zhì)為不銹鋼板。按照臺面材質(zhì)可分為貼面板和實芯板。常用的幾種貼面板列表如下：實芯板分為：環(huán)氧樹脂板、大理石（花崗巖）、陶瓷等。環(huán)氧樹脂是高分子材料，耐高溫（380℃），具有優(yōu)良的抗化學腐蝕性能，可修復及復原；大理石一般用于高溫臺、天平臺等，耐高溫，但運輸過程中較容易損壞；陶瓷價格比較昂貴，在國內(nèi)用得比較少。B、儀器臺部分承重性、穩(wěn)定性、抗外干擾、電控要求很高，氣體配送嚴格、安全、可靠、方便、易管理；承重：500Kg以上。主要用于儀器分析實驗室，如光譜、色譜、原子分析實驗室等。產(chǎn)品主要有：標準儀器臺、光譜儀器臺、色譜儀器臺、顯微鏡臺、連體儀器臺、天平臺、電腦臺、高溫儀器臺、教學臺功能柜部分：C、功能柜部分分兩部分服務、儲存，重要功能部分涉及安全、環(huán)保問題；有全木和鋼木之分；試劑、藥劑、揮發(fā)性藥品、輻射性藥品、劇毒品、易燃培養(yǎng)等儲存功能基本分十三種：1、一般性能藥品柜；2、揮發(fā)性藥品儲存柜；3、染劑專用柜；4、防輻射藥品柜；5、易燃品儲存柜（防火柜）；6、文件柜（資料柜）；7、更衣柜（剎菌更衣柜）；8、培養(yǎng)柜；9、標本柜；10、儀器柜；11、純堿柜；12、硫酸柜；13、無菌柜。D、儀器設備部分1、通風柜；2、生物安全柜；3、超凈工作臺；4、器皿清洗機（全自動）5、劇毒品安全儲存柜；6、智能密集柜；7、解剖臺；8、取材臺；9、感應功能柜。10、揮發(fā)性藥品柜；E、有害氣體輸出部分。三、供排水設計系統(tǒng)供排水設計系統(tǒng)主要是為前期實驗室建筑設計服務。為建筑設計院提供實驗臺上下水水點。水嘴分為急流水嘴和緩流水嘴,單聯(lián)水嘴(MBs-016)為急流水嘴。一般搭配PP水槽（MBc-032）。雙聯(lián)水嘴（MBs-02）為緩流水嘴，一般搭配PP水槽（MBc-029）規(guī)格為。在默認情況下我們一般給客戶配置雙聯(lián)水嘴。三聯(lián)水嘴（MBc-01）為一急兩緩水嘴。一般搭配PP水槽（MBc-029）。大水槽（MBc-031）、通風柜的杯槽（MBc-028）。四、電控系統(tǒng)實驗室用電主要包括照明電和動力電兩大部分。動力電主要用于各類儀器設備用電、電梯、空調(diào)等的電力供應。實驗室供電系統(tǒng)也是實驗室最基本的條件之一。電源插座有：10A、13A、16A、20A；漏電保護開關、過載保護開關等。電源插座應遠離水盆和煤氣、氫氣等噴嘴口，并不影響實驗臺儀器的放置和操作位置。線槽主要多功能鋼線槽(主要用于試劑架上)和PVC線槽配西班牙插座(主要用于邊臺和中央臺臺面上)。五、特殊氣體配送系統(tǒng)實驗室用氣主要有不燃氣體（氮氣、二氧化碳）、惰性氣體（氬氣、氦氣等）、易燃氣體（氫氣、一氧化碳）；劇毒氣體(氟氣、氯氣)；助燃氣體（氧氣）組成。除不燃氣體、惰性氣體外其它氣體不得進行實驗室?？梢酝ㄟ^輸氣管接到各實驗室內(nèi)。一般氣相室配置氦氣（He）、氮氣（N2）。氣質(zhì)聯(lián)用室配置了氮氣、氫氣、氧氣。氫氣管線上的連接管件都要連接后焊接，嚴禁有泄漏的可能。所有的管線在安裝完畢后一定要做氣密性實驗，并在使用前要先除油。由于管道細小，管間距小，安裝過程中可依據(jù)現(xiàn)場情況進行調(diào)整，保證間距不小于45mm，氣瓶裝瓶時，易燃易爆與惰性氣體同柜，杜絕兩種易燃氣體同瓶裝一柜。六、有害氣體輸出系統(tǒng)實驗室內(nèi)往往存在許多不利于人體健康的化學物質(zhì)污染源，特別是有害氣體，將其排除非常重要。但與此同時，能源往往會被大量的消耗，因而實驗室的通風控制系統(tǒng)的要求漸高，從早期CV（定風量），2-State（雙穩(wěn)態(tài)式），VAV（變風量）系統(tǒng)，到最新的適應性控制系統(tǒng)——既安全，又要符合節(jié)約能源的需要?？傊?，實驗室的最新觀念就是將整個實驗室當作是一臺排煙柜，如何有效的控制各種進排氣，達到既安全又經(jīng)濟的效果是至關重要的。實驗室常用排風設備主要有：通風柜、原子吸收罩、萬向排氣罩、吸頂式排氣罩、臺上式排氣罩等。其中通風柜最為常見。通風柜是安全處理有害、有毒氣體或蒸汽的通風設備，作用是用來捕捉、密封和轉移污染物以及有害化學氣體，防止逃逸到實驗室內(nèi)，這樣通過吸入工作區(qū)域的污染物，使其遠離操作者，來達到吸入接觸的最小化。通風柜內(nèi)的氣流是通過排風機將實驗室內(nèi)的空氣吸進通風柜，將通風柜內(nèi)污染的氣體稀釋并通過排風系統(tǒng)排到戶外后，可以達到低濃度擴散；萬向抽氣罩是進行局部通風的首選：安裝簡單、定位靈活，通風性能良好，能有效保護實驗室工作人員的人身安全；原子吸收罩主要適用于各類大型精密儀器，要求定位安裝，有設定的通風性能參數(shù)，也是整體實驗室規(guī)劃中必須考慮的因素之一；排氣罩主要適用于化學實驗室，在解決這類實驗室的整體通風要求中，它是必不可少的裝備之一。軸流風機適用于風壓小、適用于管路短的通風系統(tǒng)（一般10米以內(nèi)，否則易造成抽不動）；離心風機適用于管路長的通風系統(tǒng)（一般10m以外，否則易造成噪音大）。風機的材質(zhì)：一般分為玻璃鋼、PP、PVC、鐵皮等，其中玻璃鋼較多。風機的型號的選擇，是根據(jù)風量和風壓來選擇的。1、風量的計算方法：根據(jù)面風速來確定排風量（面風速的一般取值為：0.3~0.5m/s）計算公式：G=S?V?h?μ=L?H?V?3600?μ其中G：排風量、S：操作窗開啟面積、V：面風速、h:時間（1小時）、L: