實驗動物設施自動控制系統的應用問題及對策

蒙少鵬

(北京科實同利環境工程技術有限公司，北京 102208)

實驗動物設施作為科學研究、安全評價、產品檢驗檢測等的科學實驗平臺，涵蓋生命科學、生物醫藥、教育教學等各個領域［1］，自動控制系統作為實驗動物設施眾多建造專業之中的一個子專業，集成了硬件和軟件技術，涉及傳感技術、變頻傳動技術、信息通訊技術、計算機技術等，充分體現了現代工業自動化、樓宇自動化的大部分特性。雖然自動控制系統的建造費用只占整個實驗動物設施建造費用的15%左右，但其擔負著實驗動物設施按照預定目標運行的重要使命，是實驗動物設施中的核心部分。盡管大多數實驗動物設施的使用單位和使用者都意識到自動控制系統的重要性及其帶來的好處，而且大多數的實驗動物設施都設置了自動控制系統，但在實際使用過程中經常出現自動控制系統失效和參數達不到預定目標的現象，甚至出現放棄使用自動控制系統而改用人工手動控制的現象，結果是自動控制系統在實驗動物設施的生命周期內沒有體現出應有的價值，造成資源的浪費。本文針對實驗動物設施在規劃、設計、建造過程中常見的與自動控制系統有關的問題進行分析和探討，并提出相應的對策，主要從以下幾個方面進行闡述。

1 法規標準存在的問題

我國現行的與實驗動物設施工程設計、工程建造、工程驗收有關的規范性文件主要有《實驗動物環境及設施》(GB4925-2010)［2］、《實驗動物設施建筑技術規范》(GB50447-2008)［3］、《實驗動物機構質量和能力的通用要求》(GB/T27416-2014)［4］以及與建筑專業、給排水專業、通風空調專業、電氣專業相關的法規及標準，其中《實驗動物 環境及設施》、《實驗動物設施建筑技術規范》、《實驗動物機構 質量和能力的通用要求》是針對實驗動物設施編制的規范性文件，是實驗動物設施規劃、設計、建造必須遵循的基礎性文件，同時也是實驗動物設施認證認可的主要評價依據。

《實驗動物環境及設施》對實驗動物設施的環境指標作出了規定，然而卻沒有對自動控制系統作出要求和規定;《實驗動物設施建筑技術規范》和《實驗動物機構質量和能力的通用要求》對實驗動物設施的自動控制部分作出一些規定與說明，例如《實驗動物設施建筑技術規范》的7.3條僅對風機、電加熱的報警、運行順序、連鎖、操作(自動和手動)作簡單的描述;《實驗動物機構質量和能力的通用要求》的5.2.9條也僅是對報警及數據存儲作了簡單的要求，至于什么條件報警、怎么樣的數據存儲格式才符合要求均沒有說明;上述法規及標準對實驗動物設施自動控制系統的作用、組成、架構、功能、設備的選擇要求等均沒有相關規定，結果造成這部規范性文件對實驗動物設施自動控制系統的規劃、設計、建造缺乏具體可操作的指導作用。

2 建設單位存在的問題

實驗動物設施的建設單位主要從事科學研究、安全評價、產品檢驗檢測、生物制品生產等工作的科學研究機構、高等院校、事業單位和企業等，使用人多數為這些領域的科研、生產人員，由于專業的差異，他們在實驗動物設施的規劃階段對自動控制系統所提出的要求主要表現在最終狀態，如溫度、濕度、壓力梯度的數值及范圍，至于過程如何實現、產品選擇有什么要求，他們認識或了解的深度和廣度還處于概念性的范疇。雖然建設單位在實驗動物設施規劃、設計、建造、使用與運行的過程中都配置一些專業人員，但實驗動物設施是集生物安全防護、空氣凈化、建筑、給排水、通風空調、電氣、高溫高壓設備等多學科多專業于一體的特殊建筑體，建設單位很難做到每個專業都配置相應的人員，加上自動控制專業在整個實驗動物設施建造費用中所占的比例較小，導致自動控制專業不被建設單位引起足夠的重視，甚至被忽略。

由于缺少自動控制專業人員，實驗動物設施在規劃階段的技術咨詢、可行性研究、風險評估等難以形成完整的、符合實驗動物工作實際要求的可用于設計、建造、運行階段的指導性文件。因此，在指導文件不完備的時，建設單位往往把希望寄托于實驗動物設施的設計單位和建造施工單位。

3 項目設計存在的問題

設計單位進行工程設計的依據主要有國家頒發的法規及標準、行業標準，建設單位提供的設計委托書、實地勘察記錄文件等。除此之外，設計單位通常通過與建設單位的技術溝通活動來獲取建設單位的設計意圖，設計單位在此基礎上依靠各專業設計工程師的技術水平和工作經驗開展工程設計活動。

與設計單位經常設計的大型建筑體或建筑群相比，實驗動物設施可謂小型建筑甚至是微型建筑，多數設計單位承接實驗動物設施的設計任務是從經濟的角度出發，實驗動物設施涵蓋的專業類型、專業數量、復雜程度很少考慮;對于按完成的設計任務量計取勞動報酬的工程師而言，他們不會過多地考慮實驗動物設施的功能、作用，照搬規范及標準、快速完成設計任務成了他們工作中的一種常態;另一方面，設計單位的設計工程師主要以工程設計為主，工程建造過程中的實踐經驗較少，從當前行業的情況觀察，參與工程建造過程的設備選型、安裝、調試、驗證工作的自動控制專業設計工程師鳳毛麟角，大多數自動控制專業設計工程師對自己的設計作品在建造過程中的產品選型、程序編寫、現場調試、最終狀態不得而知。

法規及標準不健全、設計委托書缺乏指導意義、技術溝通活動達不到實際需求、設計單位重視程度不夠、設計工程師的設計能力及利益驅動下的責任心缺失等多個隱患，造成實驗動物設施設計圖紙隱含了諸多問題，其中自動控制系統最為明顯，設計說明不詳細、參數不具體、圖紙設計深度不夠等問題常見，類似“自動控制系統由專業單位深化設計”的設計圖紙層出不窮。例如:國內某著名建筑科學研究院為北京某心理研究所設計的屏障環境實驗動物設施，其對自動控制系統的設計僅設計了組合式空調機組、排風機組的控制位點圖，同時在設計說明作如下描述:

風冷熱泵式空調機組自帶控制系統和保護裝置，冷熱媒體采用水。機組自控程序應包括溫度和濕度調節，保護程序應包括過熱保護、無風保護和消防聯動保護。

系統運行時，應先開送風機，再開排風機;關閉進，先關排風機，再關送風機。

電加熱器后設超溫保護開關，溫度過高時，切斷電加熱主回路，停止加熱。

電加熱器設無風聯鎖保護，當送風機停時，聯鎖停電加熱。

70度防火閥關斷時，聯鎖停相應機組送排風機。

從以上圖紙設計說明及整套圖紙上看該設計對自動控制系統的作用、組成、架構、功能、設備選擇要求、設備安裝位置、線路敷設要求、數據顯示、數據記錄格式、數據存儲方法、報警方式及其記錄都沒有體現，其設計深度與實驗動物設施的認證要求存在很大差距，對實驗動物設施功能的符合性、工程造價、工程建造工期造成了很大的影響。

4 建造施工存在的問題

工程建造施工是實驗動物設施由設計圖紙形成實體、實現使用功能的一個重要階段［5］，自動控制系統將在這個階段完成設備的選型、采購、安裝、程序編寫、調試、驗證等環節，其中選型、采購對實驗動物設施自動控制系統的品質、符合性影響很大，也是最容易產生問題的環節。

在實際的建造施工過程中，實驗動物設施的自動控制系統除了少數建造施工企業是自己完成的，多數情況下，實驗動物設施的自動控制系統被分包給專業自動化公司。不管是采取哪種實施方法，企業都以追求經濟利益為目的。當設計圖紙不完善，自動控制系統選型依據模糊不清、工程監理不嚴格等情況下，建造施工企業通常會采取達到驗收即可的態度，不論是自己實施還是分包實施，選型和采購都是以最小代價獲取最大利潤為出發點，而設備在長期運行過程中的穩定性、可靠性不是主要考慮因素。另一方面，專業的自動化公司作為各種各樣的自動控制系統的集成供應商，他們對自動控制產品的性能了解較多，但對各種自動控制系統作用了解的深度有限，對于工藝性較高、采用閉環過程控制量較多的實驗動物設施自動控制系統缺乏足夠的了解，同時受經濟利益影響，采用低端的不適用于大量閉環過程控制的控制器、簡易的單片機控制板等。在天津某醫學研究所的實驗動物設施建造過程中由于設計不完善，施工單位出于經濟利益采用簡易的單片機控制板，結果造成自動控制系統經常性通訊中斷、數據記錄不連續不完整、溫度濕度控制精度差的現象。

設備選型不當是硬傷，更換或更改都會造成經濟損失;由于程序編寫、調試、驗證可以在試運行或運行期間進行修改，因而程序編寫、調試、驗證不是影響實驗動物設施的自動控制系統質量的主要原因，但是程序編寫錯誤、調試方案不當、驗證不到位等等經常會造成設備損壞。

5 改進的對策及措施

隨著實驗動物設施建設的數量、規模不斷擴大，如何規避實驗動物設施自動控制系統在規劃、設計、建造、運行過程中出現的問題，除了完善法律法規、規范工程設計、加強工程建造管理的同時，還應在以下幾個方面進行改進:

5.1 完善法律法規

對不合時宜的規范標準進行修訂，廣泛征集行業內各專業技術人員的意見，開展公開、公正的、各專業技術人員積極參與的規范標準修訂活動，避免少數人、非專業人員制訂專業的規范標準。

5.2 加強實驗動物設施建設單位人員培訓力度

監管部門、行業協會加強實驗動物設施建設單位人員培訓力度，定期開展包括自動控制在內的各專業技術培訓，增強建設單位管理人員對自動控制系統的管理能力;建設單位在人力資源不足時，可以通過實例考察調研、聘請專業機構進行技術咨詢，使自動控制系統在實驗動物設施的設計、建造施工、驗證等各個階段得到合理、正確的實施，確保實驗動物設施自動控制系統安全、可靠。

5.3 監管部門加大實驗動物設施建造施工前審查

監管部門加大實驗動物設施建造施工前包括自動控制等各個專業圖紙的審查，規范工程設計與施工，確保實驗動物設施的符合性。

5.4 建立健全實驗動物設施良好自動控制系統驗證體系

可以通過參考、借鑒國際制藥工程協會的GAMP?5(良好自動化生產實踐指南第五版)建立一套符合實驗動物設施實際要求的良好自動控制系統驗證體系。

［1］許鐘麟.潔凈室及其受控環境設計［M］.北京，化學工業出版社，2008.03.

［2］中華人民共和國住房和城鄉建行部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.實驗動物 環境及設施(GB14925-2010)［S］.北京，中國標準出版社，2011.02.

［3］中華人民共和國住房和城鄉建行部，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.實驗動物設施建筑技術規范(GB50447-2008)［S］.北京，中國建筑工業出版社，2008.08.

［4］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會.實驗動物機構 質量和能力的通用要求(GB50447-2014)［S］.北京，中國建筑工業出版社，2014.09.

［5］丁士昭，逄宗展.機電工程管理與實務［M］.北京，中國建筑工業出版社，2014.04.