移動實驗室及其發展 基礎篇（下）

基礎篇（下）

3 移動特性

移動實驗室實現現場檢測時首先需要運載到現場，工作結束后還需返回。移動過程中，其整體尤其是內部儀器設備會受到環境變化的影響。因此，移動實驗室具有獨特的移動特性（mobile characteristic），即因移動而對檢測、校準或科學實驗等活動影響程度的屬性。移動特性為移動實驗室與固定實驗室最明顯的差異要素。相對于固定實驗室，移動實驗室工作環境多變。因此，移動實驗室及各個功能單元在設計、制造、使用中應考慮振動、沖擊、溫度、濕度、噪音、電磁兼容等移動特性對檢測的影響，在多因素干擾和影響下，保證檢測、校準或科學實驗結果準確可靠。

按照移動實驗室移動特性的不同，可將其分為六大類：環境特性、振動沖擊特性、空間特性、載具特性、安全特性、輔助特性，見圖20。

3.1 環境特性

環境特性包括：環境溫度、太陽輻射、保溫性、濕度、海撥高度及低氣壓、霉菌、鹽霧、砂塵等。

3.1.1 環境溫度

移動實驗室應在以下環境溫度下能正常工作和貯存：

◆工作溫度：-40℃～+40℃；

◆貯存溫度：-40℃～+70℃。

3.1.2 太陽輻射

移動實驗室艙頂外表面應承受溫度為90℃的模擬太陽輻射熱效應；移動實驗室艙體外表面材料應承受穩態長期自然光化學效應。

注：適用于移動實驗室長期在戶外無遮蓋和貯存時，在55℃溫度條件下。

3.1.3 保溫性

自行式、拖掛式移動實驗室在移動低溫環境工作狀態下，應能承受室內外20℃～25℃的溫差。方艙式移動實驗室在移動低溫環境工作狀態下，應能承受室內外55℃的溫差。

3.1.4 濕度

移動實驗室應能在空氣相對濕度95%以下（溫度為25℃）的環境下可正常工作。

3.1.5 海撥高度及低氣壓

移動實驗室應在海撥高度3000米以下能正常工作。

儀器設備應適應不同海撥低氣壓環境條件，至少應保證在氣壓值不高于84kPa環境下能正常工作。

3.1.6 霉菌

移動實驗室應具有抗霉菌能力，同時可有效抑制霉菌生長。

3.1.7 鹽霧

移動實驗室外部涂層及金屬零部件應具有抗鹽霧能力。在鹽霧環境下使用的儀器設備，至少應保證在濃度為（5±0.1）%鹽霧環境中能正常工作。

3.1.8 砂塵

安裝在移動實驗室外部的設備及設施，在吹砂濃度為0.18g/m3環境條件下，應能正常工作。

3.2 振動沖擊特性

移動實驗室應具有良好的防振措施，減弱及消除移動中機械振動產生的影響。移動實驗室實驗艙的振動沖擊特性應符合GB/T 29477的規定。儀器設備的振動沖擊特性應符合GB/T 29476的規定。儀器設備及設施應具有固定裝置、安裝接口及減震措施，以保證移動實驗室移動過程中其自身固定可靠、不發生位移。載具引起的機械振動，不應對移動實驗室造成失效和損壞；方艙式移動實驗室應能承受鐵路運輸時的撞擊和裝卸過程中的跌落沖擊。

3.3 空間特性

3.3.1 密閉性

移動實驗室處于工作狀態時，門窗關閉、放下遮光窗簾，不應有直射光線漏出實驗艙外。方艙式移動實驗室應在達到降雨強度6mm/min，試驗時間為1h后，室內無滲漏水現象。自行式、拖掛式移動實驗室的防雨密封性限值應不小于94分，分值計算按QC/T 476的規定。在實驗艙內、外壓差值為200Pa時，單位容積的泄風量應不大于15m3/h·m3。

3.3.2 通風性

移動實驗室應設置適宜的通風及換氣裝置，保證良好的通風性。根據不同功能移動實驗室的需要，必要時可選擇配備負壓裝置、正壓裝置、排風罩、排風柜、全新風系統等專用通風裝置，以確保不同功能移動實驗室的通風安全。通風裝置應加裝過濾器，并采取有效的減振降噪措施。

3.3.3 空氣質量

移動實驗室室內空氣質量應符合GB/T 27630的規定。內裝飾材料有害物質限量應符合GB/T 29474的規定。

3.3.4 電磁屏蔽性

移動實驗室應具備良好的電磁屏蔽特性。移動實驗室無線電騷擾特性及其限值應符合GB 14023、GB 18655的規定。儀器設備電磁兼容的抗擾度、發射限值應符合GB/T 29476的規定。

3.3.5 噪聲

移動實驗室移動時噪聲應符合以下要求：

◆自行式移動實驗室室外噪聲限值應符合GB 1495中表1的限值要求；

◆移動實驗室室內噪聲宜不大于68dB（A），不得影響工作人員身體健康；

◆對于特殊要求的移動實驗室，正常工作時，噪音應符合實驗環境需求。

3.3.6 人類工效學

移動實驗室的工作系統設計應符合GB/T 16251的規定。移動實驗室應配置實驗人員專用座椅，座椅可移動、可旋轉、可升降，符合人類工效學，不用時可方便固定在實驗艙相應位置，相關技術要求應符合GB/T 14774的規定。

3.4 載具特性

載具應具備足夠的動力，比功率應大于等于10.0kW/t，最大爬坡度應大于等于30%。載具應具備良好的側翻穩定性，側傾穩定角應不小于30°。載具應具備良好的平順性，平順性值Leq應小于等于115 （dB），平順性值計算按QC/T 474的規定。載具污染物排放應符合國家環保的有關規定。載具應能適應四級及以上公路。

3.5 安全特性

移動實驗室的安全管理規范應符合GB/T 29472的規定。移動實驗室應設置帶明確醒目標識的有害廢棄物收集和處理裝置，有害廢棄物貯存安全防護應符合GB/T 29478的規定。儀器設備的安全性應符合GB/T 29476的規定。內裝飾材料的阻燃性應符合GB/T 29474的規定。移動實驗室應設計有應急出口，洞口面積應能通過一個長軸500mm，短軸（旋轉軸）330mm的橢圓體。移動實驗室應安裝滅火器及煙霧報警器，以保障車內人員及設備安全。移動實驗室應配備接地裝置，當環境溫度為15℃～35℃，相對濕度為45%～75%時，其電氣回路各回路對地及相互間的冷態絕緣電阻值應不小于2MΩ。儀器不工作時，要求接地裝置與拖地的接地鏈條連接，而儀器工作時，要求接地裝置與外接電源零線或接地釬相連，同時應設置防靜電接地。移動實驗室應配備適宜的防雷裝置，以保障在野外作業的安全。

3.6 輔助特性

3.6.1 供水特性

移動實驗室應配備給排水設施或接口，凈、廢水收集裝置。配備排空裝置，必要時應具有保溫、防凍功能，保障在野外實驗活動的供水需求。

3.6.2 供配電性

移動實驗室應配備三套電源系統或接口，包括外接市電、UPS供電、發電機供電三種方式，其功率應能滿足實驗設備正常使用時的供電需求。并在沒有外接市電的情況下，可通過車載發電機或UPS進行不低于4小時的持續穩定供電。移動實驗室應具有應急照明裝置。移動實驗室的配電系統應采用集中控制配電箱，具有穩壓、短路、斷路、過載、過壓、欠壓、漏電等保護功能，應設置電源總開關，各路供電應有單獨控制開關，分別控制。

3.6.3 供氣特性

移動實驗室應根據需要配備易于更換和維護的氣瓶柜和緊固裝置，并配備各相應的管路和接口，氣瓶安裝應具有抗振措施，保障在野外工作的氣體使用需求。

3.6.4 可保障性

移動實驗室應盡可能采用標準化、通用化的零部件，并配備必要工具及備件。移動實驗室應根據實驗活動需要，配備試驗樣品、藥品臨時存放的冷藏及冷凍保存裝置，保障在野外實驗活動的正常進行。儀器設備應具有故障報警、自動診斷功能，并配備必要工具及備件，保障儀器設備在現場維修后，快速恢復到工作狀態。

4 移動實驗室主要技術要求

4.1 載具

載具是將移動實驗室運送到檢測現場的必不可少的運載工具，它使得移動實驗室現場檢測得以實現。陸地上使用的移動實驗室用載具安全、環保性能應符合國家強制性檢驗標準的要求，其外廓尺寸、軸荷及質量限值應滿足道路車輛的要求。載具制造商應提供載具的使用說明書、改裝手冊。

環境適應性方面，移動實驗室載具應在環境溫度-40℃～+45℃、空氣相對濕度95%以下、海拔高度5000米以下、三級及其以上公路行駛和工作環境下能夠正常運行。作為自行式載具，在不配裝獨立發電機時，除車輛自身所需電量外應有冗余，設計上，應留有方便取電的接口。在規定使用環境條件下，載具的首次故障里程不得小于5000km，平均故障間隔里程不得小于4500km。維護保養方面，維修的部件應做到可接近性好，拆裝簡便、檢查測試容易，各種保養和修理所需的作業工時少。載具根據移動實驗室檢測條件及檢測儀器的需要，可增加車速限制系統，應有足夠的空間安裝取力器、水泵、油泵、氣泵等設備。載具使用的平衡支腿應反應迅速、靈敏，伸縮自如，不得有卡滯現象，方便可靠。載具的出廠檢驗應符合相應技術規范要求，使用過程中應定期檢查與保養，保證可靠性，延長使用壽命。

4.2 實驗艙

移動實驗室的實驗艙是移動實驗室的重要組成部分，他是檢測人員的具體工作地點，并為檢測人員、儀器設備及檢測工作提供穩定可靠的檢測環境。

實驗艙設計應確保環境溫度在-40℃～+40℃、空氣相對濕度：95%以下（環境溫度為25℃）環境下確保艙內正常工作，并能在四級及其以上公路行駛；實驗艙在適度強度進行沖擊性試驗后應能正常工作。實驗艙工作壽命應不小于10個日歷年，并且平均故障里程不小于3000Km，并具備良好的維修性。實驗艙應具備良好的保溫性能。在密閉性方面，實驗艙處于工作狀態，門窗關閉，放下遮光窗簾，不應有直射光線漏出艙外。雨淋試驗后，實驗艙的頂蓬和側壁不應有滲漏現象，門、窗、孔口處不應有漏水現象。同時實驗艙應具備良好的電磁屏蔽性能，并符合國家相關規定。實驗艙結構根據功能需要，宜采用“三區域，兩隔離”的設計結構，在艙體內通過設計兩道隔離屏障，實現輔助設備區、實驗作業區、數據處理區的相對獨立，以滿足實驗艙的各個功能子系統的展開，各區內的布置設計還應符合人機工效學原理。實驗艙應根據需要設置合理數量的門、窗及孔口，均應保證啟閉靈活、工作可靠。所有門鎖必須開關靈活，并且從艙外鎖閉時，不用工具能從艙內將艙門打開。實驗艙宜設置進艙和上艙頂輔助設施。實驗艙應配備必要的支撐平衡裝置，其精度可保證實驗艙在實驗作業過程中的相對平衡。實驗艙內應設置合理的工作照明及應急照明燈具，以保證工作需求。實驗艙應設計有效的接地裝置和防雷裝置，以保證儀器設備和艙體在野外作業的安全。儀器不工作時，要求接地裝置與拖地的接地鏈條連接，而儀器工作時，要求接地裝置與外接電源地線或接地釬相連，同時應設置防靜電接地。根據不同功能實驗艙的要求，實驗艙可配備相關的專用設施及相應的櫥柜系統，櫥柜系統應采用減震措施。

4.3 儀器設備

移動實驗室的儀器設備為出具檢測數據的直接載體，在移動實驗室的檢測中發揮重要的作用。移動實驗室的儀器設備檢測的精密度和精確度應確保不低于或高于固定實驗室，所以其本身環境適應性要求應該提高，以適應多變的移動實驗室檢測環境。

移動實驗室用儀器設備應配備兩種或以上不同類型電壓的電源接口或轉換適配器，使用自配電源供電的儀器設備續航能力不應低于4h。儀器設備有供水、供氣、數據傳輸等輸入輸出要求的，其輸入、輸出接口應與實驗艙接口相匹配，或提供符合移動實驗室通用設計要求轉換適配器。儀器設備應安裝牢固可靠，非固定安裝的儀器設備應配備專用包裝或其它保護裝置，必要時應對整機或部件進行隔震或緩沖設計，或采用相應等級的減震裝置。儀器設備在移動時或移動后恢復時間不應超出固定恢復時間，儀器設備在移動中和移動后產生的附加影響量應能完全消除或減小到儀器設備的最大允許誤差范圍內。儀器設備應具有防電擊的警告標識，對于有紫外輻射或加熱器件的儀器設備，還應有防紫外輻射和防燙傷危險的警告標識。若儀器設備需要清洗或消毒處理，則該處理方法不得導致直接的危險、電氣危險或因腐蝕原因或使保證安全的結構件強度減低的其他原因導致的危險。如果儀器設備正常使用時，液體可能會灑落到設備中，則設備在設計上應當確保不會發生危險。

4.4 支持系統

移動實驗室除了載具、實驗艙和儀器設備外，還有相關設施為檢測環境提供保障，如供電系統、溫濕度控制系統、通風系統、供排水系統、內部裝飾材料、信息系統等，其技術要求如下。

4.4.1 供電系統

供電系統是移動實驗室的能量來源，是移動實驗室正常運作的重要保障。供電系統包括電源系統和配電系統，移動實驗室應配備三套電源系統或接口，包括外接市電、UPS供電、發電機供電三種方式，功率應能滿足實驗設備正常使用時的供電需求。并在沒有外接市電的情況下，可通過車載發電機或UPS進行不低于4小時的持續穩定供電。應采用集中控制的配電箱，具有穩壓、短路、斷路、過載、過壓、欠壓、漏電等保護功能，各路供電應有單獨控制開關，分別控制。配電系統應設置電源總開關，電氣元器件之間及電氣元器件與艙體之間的聯接應牢固可靠，防止遭受機械損傷或腐蝕。各類電源線及信號線宜采用走線槽布線，線槽應整齊、美觀、耐用。根據專業實驗艙的需要，應配置合理數量的交流插座、直流插座，并標明相應的標識。

4.4.2 溫濕度控制系統

在移動實驗室環境的控制方面，溫濕度控制是非常基本和重要的一個環節，因此對控制系統的要求也是非常嚴格的。移動實驗室溫濕度控制系統應在-45℃～+55℃，相對濕度在10%～95%之間正常工作。系統應能承受壽命周期內的振動條件并正常工作。系統隨移動實驗室經受3000km三級路面行駛試驗后，工作正常。系統正常工作后，工作區噪音應不大于50dB，特殊實驗區域噪音應滿足實驗工作要求。設備電氣強度不應有閃絡或擊穿發生。系統應具備良好的防水、水排空、防霉、防塵、防砂性能，以保障多變的工作環境下正常工作。溫濕度控制系統應具備合適的控制方式，并具備良好的精度和顯示系統。

4.4.3 通風系統

為確保空氣的潔凈度和氧氣含量適于檢測人員的正常工作，移動實驗室內應設置完善的通風換氣系統。移動實驗室應設置適量的通風口，滿足實驗用通風要求，宜設置開啟式安全頂窗，該安全頂窗具有強制通風功能，并可作為應急出口使用。在作為應急出口開啟后，應保證移動實驗室內外進出通道的暢通。通風系統應加裝過濾器，并采取有效的減振降噪措施。根據不同需要，必要時可選擇配備負壓裝置、正壓裝置、排風罩、排風柜、全新風系統等專用通風裝置，以確保不同功能的移動實驗室的通風安全。

4.4.4 供排水系統

為保障實驗正常進行，移動實驗室需要裝備實驗用水、清洗用水供給及污水排出等一系列供排水系統。供水水源應不受污染，若實驗用水與公用水的水源不一，應分別注明。供水量應能滿足實驗室不少于4小時正常工作的供給。根據不同功能實驗艙的需要，選擇配備給排水裝置。宜配備凈水箱和污水箱，均配有水位顯示報警系統。凈水箱頂部設有加水口，污水箱底部設有排水口連接防腐蝕排污水管和排水閥，提供有延長管線，可根據需要進行廢液排放。宜配備標準市政水管快速接口和專用加水槍，以及30m以上延長輸水管。宜配備試管沖刷手槍、緊急洗眼裝置，必要時設置緊急淋洗裝置。宜配備排空裝置，必要時應具有保溫、防凍功能。

4.4.5 內部裝飾材料

移動實驗室內部裝飾材料是保障內部實驗環境穩定的重要元素，可直接影響到實驗設備的工作性能和檢測結果的準確性。移動實驗室內部裝飾使用的材料多種多樣，可根據應用、裝飾部位和材質對裝飾材料進行分類。在選擇上，除考慮到固定實驗室用裝飾材料所具備的通用技術要求外，還應考慮移動實驗室多變的工作環境，所以材料性能（尤其是耐高低溫、抗菌、防霉、抗鹽霧）方面應滿足特殊的要求。

材料外觀應整潔，表面光滑平整、無壓痕、無凸凹不平、無劃傷、無邊緣卷起、無皺褶、無缺肉等現象。正面帶保護膜材料，保護膜粘貼平整無劃傷，揭開無殘留保護膜和膠痕；背部帶膠層材料膠層涂布應均勻，薄厚一致，不得有缺漏處，背紙完整無劃傷，揭開無殘留背紙。地板等部位采用的液體澆注材料應無色差，質地均勻，無油、水、異物；澆注固化后表面平整、光滑，顏色均勻，無氣泡、氣孔、異物、起層等缺陷。材料展開后，色度應均勻一致，無深淺色度不均現象。材料安裝或粘貼后，表面從任何方向觀察，其色度應均勻一致，無深淺不均現象。

材料應具有抑制細菌、霉菌等微生物營養體或繁殖體作用，霉菌的生產等級應為0-2級。材料涂層或保護層在鹽霧環境中具有有效保護性。試件在暴露時間為96h的鹽霧下，不允許有鍍層脫落、腐蝕等影響使用功能及使用壽命的性能退化及變質。

4.4.6 信息系統

信息化方面，移動實驗室宜根據需求設置自控系統、通信傳輸系統、信息管理系統、辦公自動化系統、安全預警系統、火災自動報警系統等綜合智能化系統。信息傳輸系統應裝備必要的遠程通訊設施或預留接口。

信息傳輸系統包括內部傳輸、近程傳輸、遠程傳輸等多種形式。類似設備之間、設備與服務器之間的內部數據傳輸，有無線和有線兩種方式，建議采用有線連接為主，高端產品可采用中控（無線）系統。主要進行數據接收、發送、分析、處理、打印等工作。要求之間的協議接口要一致。類似實驗室與周圍外部現場工作使用的設備之間的近程信息傳輸包含無線和有線等方式。主要傳送數據、語音或圖像。可在實驗室內部接收、采集數據并進行處理。

遠程信息傳輸主要對實驗數據、圖像、聲音進行遠程傳送和接收。可采用微波接力、衛星等方式。目前，利用現有專網和公網直接接入實現比較經濟。

無論哪種傳輸形式，信息傳輸的設備都應適應車載環境和多變的移動實驗室工作環境，同時考慮電磁兼容性、電源適應性、噪音等因素的影響。

5 移動實驗室設計原則及基本要求

移動實驗室的設計環節非常重要，它是移動實驗室生產的前期工作環節，它的適用性、科學性會對生產造成直接影響，如果設計科學合理，后續的工作可以說事半功倍。移動實驗室整體的設計要求非常嚴格，應遵循一定的設計原則并滿足相關技術要求。

5.1 設計原則

在設計上，移動實驗室應滿足用戶要求，遵循安全性、環保性、可靠性、維修性和通用性的原則。具體內容為移動實驗室設計時應充分識別在使用、移動、儲存等過程中的不安全因素，并進行有效控制；應充分考慮在生產和使用過程中的環保要求；應進行可靠性設計、可靠性驗證和可靠性試驗；組成移動實驗室零部件、設備應具備可維修特性，易損件便于維修更換；零部件設計在滿足功能前提下優先選用成熟結構，最大限度實現零部件的通用互換要求。

5.2 基本要求

除遵循上述設計原則外，移動實驗室的設計還應滿足以下幾方面的基本要求：

環境適應性方面，設計時應充分識別移動實驗室使用地區的氣候環境條件（如溫度、濕度、氣壓、風速等），保證移動實驗室能正常作業；對于陸地上使用的移動實驗室，應充分識別移動實驗室使用地區的道路環境條件（如高速路、城市路、鄉村、山路、港口等），選擇相應的移動方式及載具。

安全防護方面，移動實驗室的設計應保證對生物、化學、輻射和物理等危險源的防護水平控制在經過評估的可接受程度，為關聯空間提供安全的工作環境及防止危害環境，應評估實驗所需樣本、試劑和機密資料等被偷盜和被不正當使用的風險，并采取相應的防護措施。移動實驗室內應設有危險品防護和警示系統。

可靠性方面，在規定的使用條件下工作，移動實驗室的成套裝置一般故障的平均故障里程不小于3000km。通過規定的可靠性行駛試驗后，移動實驗室的所有實驗儀器及設備應能正常使用，不得出現影響移動功能和實驗功能的故障。

標識方面，移動實驗室應裝有銘牌及警示性標識，包括實驗室功能、區域管理、指引、危險品防護、警示、禁止提示、說明等。供電線路應有明顯標識區別。

5.3 模塊化設計

所謂模塊化即以具有獨立功能的標準功能單元為基礎，綜合通用化、系列化、組合化特點，解決移動實驗室系統快速應變的標準化形式。

相比固定實驗室，移動實驗室的工作空間有限，為提高空間利用率，使移動實驗室的功能最大化，可將移動實驗室的各個功能單元設計成一個個標準化的功能模塊，再根據工作需要選擇性組裝，達到完整的移動實驗室功能效果。

模塊可定義為具有獨立功能的硬、軟件標準功能單元，可通過不同形式接口與其他單元組成產品，且可分、可合、可互換。而模塊化就是以模塊為基礎，綜合通用化、系列化、組合化特點，解決產品系統快速應變的標準化形式。實施移動實驗室模塊化應有利于移動實驗室的技術發展，符合用戶要求；有利于縮短研制周期，增加產品系列，提高質量，降低成本，快速應對市場變化；有利于產品升級，提高性能，延長使用壽命；有利于提高維修性和減少壽命周期費用；應減少或消除對環境的不利影響，方便再利用、升級和產品廢棄后的拆卸、回收和處理。

移動實驗室主要模塊組成包括：載具、實驗艙、儀器設備、實驗設施、輔助系統模塊。圖21為實驗艙模塊，圖22為工作臺模塊，圖23為儀器模塊。

人類工效學（ergonomics）也稱人因學（study of human factors）是研究人和系統中其他要素之間相互作用的學科；將理論、原則、數據和方法應用于設計來優化人類生活質量以及整體系統績效的專業。

移動實驗室作業空間有限，并需要移動到現場工作，所以在工作空間及設備安裝布局與固定實驗室有明顯區別。為了保證移動實驗室在使用過程中能夠高效安全工作，不對人體及心理造成影響和傷害，在設計過程中應重點融入人機工效學設計理念，使人-機-環境相協調，使工作更有效、安全、舒適。移動實驗室人機工效學設計所提供的工作環境，應能促進有效的作業程序、工作方式及人員的安全與健康，并盡可能減少導致人的能力降低和錯誤增加的因素。其設計應使得對操作者在操作負荷、準確性、時間、心理加工以及通信等方面的要求不超出其能力范圍。同時在時間、費用與性能的相互權衡中盡量減少對人員及其訓練的要求。