生物安全實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)計(jì)

張捍東，佘萬(wàn)根

（安徽省醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230000）

生物安全實(shí)驗(yàn)室安全設(shè)計(jì)

張捍東，佘萬(wàn)根

（安徽省醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，安徽 合肥 230000）

針對(duì)生物安全實(shí)驗(yàn)室的安全要求及運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管控，結(jié)合具體P3生物安全實(shí)驗(yàn)室工程案例，從設(shè)計(jì)角度對(duì)P3生物安全實(shí)驗(yàn)室的選址、平面布局、凈化空調(diào)及控制的安全要求進(jìn)行流程原理性闡述，以利工程施工人員提高對(duì)設(shè)計(jì)圖紙理解能力，使實(shí)驗(yàn)室研究人員更安全的操作運(yùn)行。

生物安全防護(hù)；生物因子；氣溶膠；負(fù)壓控制

目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國(guó)家對(duì)科學(xué)研發(fā)投入的加大，我國(guó)高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)速度加快。目前已有30多家P3級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室獲CNAS認(rèn)可驗(yàn)收，還有近10多家P3正在建設(shè)審批，同時(shí)有數(shù)個(gè)P4級(jí)別實(shí)驗(yàn)室正在規(guī)劃建設(shè)。隨著各級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)運(yùn)行，尤其是P3、P4高級(jí)別的生物安全實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)運(yùn)行，相應(yīng)的生物安全實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)的安全措施更顯重要。本文結(jié)合筆者參與某個(gè)國(guó)家級(jí)P3實(shí)驗(yàn)室改造設(shè)計(jì)經(jīng)歷，主要總結(jié)P3級(jí)別實(shí)驗(yàn)室的安全設(shè)計(jì)的要點(diǎn)。

生物安全實(shí)驗(yàn)室(biosafety laboratory)或稱生物安全防護(hù)實(shí)驗(yàn)室(biosafety containmentfor laboratories)，是通過防護(hù)屏障和管理措施，控制被操作的有害生物因子，避免有害生物因子的危害，達(dá)到安全要求的生物實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室。生物安全實(shí)驗(yàn)室是研究病毒、細(xì)菌等各種致病因子的特殊建筑物。

《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》（GB19489-2008）將實(shí)驗(yàn)室按照對(duì)所操作生物因子采取的防護(hù)措施分為一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)和四級(jí)，四級(jí)防護(hù)水平最高。

三級(jí)：適用于操作能夠引起人類或者動(dòng)物嚴(yán)重疾病，比較容易直接或者間接在人與人、動(dòng)物與人、動(dòng)物與動(dòng)物間傳播的微生物。

生物安全實(shí)驗(yàn)室的分級(jí)中，三級(jí)和四級(jí)屬于高級(jí)別生物安全實(shí)驗(yàn)室，即簡(jiǎn)稱的P3、P4實(shí)驗(yàn)室。

BSL3實(shí)驗(yàn)室是專門處理本地或外來的病原體且這些病原體可能會(huì)借由吸入而導(dǎo)致嚴(yán)重的或潛在的致命疾病。這些病原體包括各種細(xì)菌、寄生蟲和病毒可能導(dǎo)致人類嚴(yán)重的致命性疾病，但目前已經(jīng)有治療法，包含鼠疫、高致病性禽流感、狂犬病毒、SARS、黃熱病毒、結(jié)核桿菌、炭疽桿菌、鸚鵡熱衣原體、西尼羅河病毒、委內(nèi)瑞拉馬腦炎病毒、傷寒桿菌等。該級(jí)別適用于臨床、診斷、教學(xué)、科研、或生產(chǎn)藥物設(shè)施。

潔凈度級(jí)別：7～8級(jí)；

換氣次數(shù)：10～15(次/h)全新風(fēng)；

與由室內(nèi)向外方向上相鄰相通房間的壓差：-15～-25(Pa)；

溫度：20℃～26℃；

相對(duì)濕度：30%～60%；

最低照度：500lx。

三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室開始設(shè)計(jì)前應(yīng)由建設(shè)單位完成項(xiàng)目立項(xiàng)及選址審批，可行性研究審查及報(bào)批，項(xiàng)目環(huán)境評(píng)價(jià)等工作，根據(jù)項(xiàng)目選址及環(huán)境評(píng)價(jià)要求開始項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)。

三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)除依據(jù)一般建筑工程常規(guī)性規(guī)范外，主要依據(jù)《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》及《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》。

由于P3實(shí)驗(yàn)室事故感染率主要由氣溶膠擴(kuò)散引起，且氣溶膠具有易生性、易散性并且人不易察覺。因此在P3生物實(shí)驗(yàn)室內(nèi)必須采取嚴(yán)格的隔離預(yù)防措施，應(yīng)明確劃分輔助工作區(qū)和防護(hù)區(qū)。P3生物實(shí)驗(yàn)室應(yīng)在建筑物中自成隔離區(qū)或?yàn)楠?dú)立建筑物。

P3生物安全實(shí)驗(yàn)室平面布局應(yīng)分區(qū)明確，流程簡(jiǎn)潔，人物流避免交叉污染。目前P3生物安全實(shí)驗(yàn)室布局主要為“三區(qū)二通道”、“三區(qū)一通道”兩種形式。三區(qū)分別指：污染防護(hù)區(qū)、半污染防護(hù)區(qū)、清潔輔助區(qū)。考慮P3級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)投資及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用均較高，目前國(guó)際及國(guó)內(nèi)建設(shè)及運(yùn)營(yíng)的P3級(jí)實(shí)驗(yàn)室大部分均只設(shè)置2～3個(gè)主實(shí)驗(yàn)室，且布局在主實(shí)驗(yàn)樓內(nèi)，布置形式基本采用“三區(qū)一通道”。

實(shí)驗(yàn)室清潔輔助工作區(qū)包括監(jiān)控室、清潔衣物更換間以及物料儲(chǔ)藏處理。

污染防護(hù)區(qū)指核心工作間。

半污染防護(hù)區(qū)包括防護(hù)服更換間、淋浴間、緩沖間及核心工作間緩沖間、內(nèi)準(zhǔn)備間。

以下為某P3實(shí)驗(yàn)室的平面布置圖。

P3平面布置圖

P3實(shí)驗(yàn)室人流物流應(yīng)按照可靠的流程路線，并經(jīng)嚴(yán)格的操作規(guī)程執(zhí)行。如投資及條件許可，采用人流物流獨(dú)立的兩通道布置更利于避免交叉污染。

人員進(jìn)入時(shí)，經(jīng)過一更和淋浴至二更穿上內(nèi)層和外層防護(hù)服，佩戴雙層手套、N95或N99口罩以及呼吸過濾機(jī)，人員離開前在二更中按程序脫下防護(hù)服淋浴，防護(hù)服的穿、脫應(yīng)依照程序規(guī)范進(jìn)行。

實(shí)驗(yàn)室的物品及物料、動(dòng)物等進(jìn)出應(yīng)經(jīng)清潔、凈化或消毒滅菌處理。

在實(shí)驗(yàn)室防護(hù)區(qū)內(nèi)設(shè)置專用的雙扉生物安全型高壓蒸汽滅菌器及具備凈化、消毒功能傳遞窗。不能高壓滅菌的物品應(yīng)有其他消毒滅菌措施。需高壓滅菌的物品經(jīng)雙扉生物安全型高壓蒸汽滅菌器進(jìn)出，其他物品經(jīng)傳遞窗進(jìn)出。

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的所有物品在徹底消毒之前嚴(yán)禁帶出BSL3，實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的廢物和動(dòng)物尸體等必須從雙榧高壓鍋經(jīng)120℃以上30min以上滅菌后運(yùn)出實(shí)驗(yàn)室。

人流路線：換鞋→一更（脫工作服）→淋浴→二更（穿防護(hù)服）→內(nèi)準(zhǔn)備間→緩沖→BSL-3及ABSL-3核心工作間。

物流路線：清潔處理→傳遞窗或雙扉高壓蒸汽滅菌器→內(nèi)準(zhǔn)備間→傳遞窗→BSL-3及ABSL-3核心工作間。

以下為某P3實(shí)驗(yàn)室的人物流路線圖。

人物流路線圖

采用壓差控制為控制致病生物因子氣溶膠外泄主要方法。負(fù)壓越大，對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性要求越高，初投資和運(yùn)行費(fèi)用增加；但如果負(fù)壓越小，致病生物因子氣溶膠外泄風(fēng)險(xiǎn)加大，增加實(shí)驗(yàn)室安全隱患。因此整個(gè)P3實(shí)驗(yàn)室壓力梯度需要綜合平衡。《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》針對(duì)核心防護(hù)區(qū)規(guī)定如下：動(dòng)物飼養(yǎng)間的氣壓與室外大氣壓的壓差值應(yīng)不小于60Pa，與相鄰區(qū)域的壓差應(yīng)不小于15Pa。不能有效利用安全隔離裝置操作常規(guī)量經(jīng)空氣傳播致病性生物因子的實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)物飼養(yǎng)間的氣壓與室外大氣壓的壓差值應(yīng)不小于80Pa，與相鄰區(qū)域的壓差應(yīng)不小于25Pa。

實(shí)驗(yàn)室污染半污染防護(hù)區(qū)均需負(fù)壓控制，外圍區(qū)域與核心防護(hù)區(qū)之間設(shè)置緩沖間，緩沖間連鎖控制。

其他半污染防護(hù)區(qū)每級(jí)級(jí)差負(fù)壓值取-10Pa～-15Pa為適宜。

下圖為某P3實(shí)驗(yàn)室的壓差取值及壓差梯度設(shè)置。

3.5.1 空調(diào)冷熱源類型

P3實(shí)驗(yàn)室工作根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要需連續(xù)24h工作，當(dāng)P3實(shí)驗(yàn)室設(shè)置在其他建筑中，P3實(shí)驗(yàn)室空調(diào)負(fù)荷占比大樓負(fù)荷較小，如冷熱源接自大樓中央空調(diào)系統(tǒng)時(shí)，P3實(shí)驗(yàn)室空調(diào)負(fù)荷及運(yùn)行時(shí)間不匹配；如P3實(shí)驗(yàn)室獨(dú)立設(shè)置，由于空調(diào)負(fù)荷較小，P3實(shí)驗(yàn)室采用單獨(dú)風(fēng)冷熱泵機(jī)組供冷供熱比較合理。考慮P3實(shí)驗(yàn)室的安全及連續(xù)運(yùn)行，冷熱源機(jī)組宜設(shè)置備用。

壓差及凈化級(jí)別平面圖

3.5.2 潔凈度和換氣次數(shù)確定

P3實(shí)驗(yàn)室屬生物潔凈室范疇，潔凈度指標(biāo)對(duì)塵埃數(shù)及細(xì)菌數(shù)均有要求，參照《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》，凈化級(jí)別7～8級(jí)，取定主實(shí)驗(yàn)室和內(nèi)準(zhǔn)備、二更、淋浴為7級(jí)，一更取8級(jí)。

換氣次數(shù)按凈化級(jí)別計(jì)算，7級(jí)按不小于15次/h，8級(jí)按不小于12次/h。目前P3實(shí)驗(yàn)室配置的生物安全柜排風(fēng)量約在1500m3/h～1800m3/h，由于主實(shí)驗(yàn)室相對(duì)體積較小，按15次/h換氣次數(shù)計(jì)算凈化送風(fēng)量占比生物安全柜排風(fēng)量較小，為保證P3主實(shí)驗(yàn)室壓力穩(wěn)定，主實(shí)驗(yàn)室凈化送風(fēng)量應(yīng)按生物安全柜排風(fēng)量的1.5倍增大送風(fēng)量，當(dāng)排風(fēng)柜工作時(shí)，可減少對(duì)P3主實(shí)驗(yàn)室空氣的擾動(dòng)。

3.5.3 風(fēng)口布置及氣流組織

P3生物安全實(shí)驗(yàn)室凈化空調(diào)系統(tǒng)采用全新風(fēng)直流系統(tǒng)。室外新風(fēng)經(jīng)初效、中效、高效過濾器過濾后，送至各實(shí)驗(yàn)室及功能間，初效、中效過濾器設(shè)置在凈化機(jī)組內(nèi)，高效過濾器設(shè)置在末端送風(fēng)口。

實(shí)驗(yàn)室及各功能間送風(fēng)管設(shè)置定風(fēng)量閥控制穩(wěn)定送風(fēng)量。

實(shí)驗(yàn)室防護(hù)區(qū)房間應(yīng)根據(jù)污染源位置合理布置送風(fēng)口和排風(fēng)口，形成定向氣流；氣流由低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)向高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)流動(dòng)；送風(fēng)口排風(fēng)口氣流應(yīng)不影響室內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)備（如：II級(jí)生物安全柜）的正常功能。

P3生物安全實(shí)驗(yàn)室各功能間采用直流排風(fēng)，排風(fēng)空氣只能通過HEPA過濾器過濾后接至室外排放。室外排放口應(yīng)設(shè)置在主導(dǎo)風(fēng)的下風(fēng)向（相對(duì)于進(jìn)風(fēng)口），與進(jìn)風(fēng)口的直線距離應(yīng)大于12m，應(yīng)至少高出本實(shí)驗(yàn)室所在建筑的頂部2m。

應(yīng)可以在原位對(duì)排風(fēng)HEPA過濾器進(jìn)行消毒滅菌和檢漏，這一點(diǎn)尤其重要。在原位對(duì)排風(fēng)HEPA過濾器進(jìn)行消毒滅菌和檢漏，要求設(shè)計(jì)人員在布置排風(fēng)管道時(shí)應(yīng)考慮滿足操作的足夠空間。

功能間排風(fēng)管設(shè)置變風(fēng)量閥控制調(diào)節(jié)壓差，生物安全柜排風(fēng)管設(shè)置定風(fēng)量閥。送風(fēng)和排風(fēng)管道的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝生物型密閉閥，必要時(shí)可完全關(guān)閉。

為保證實(shí)驗(yàn)室安全負(fù)壓運(yùn)行，排風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)置備用風(fēng)機(jī)，并需實(shí)行無縫切換控制。

送風(fēng)排風(fēng)管道及閥件需耐腐蝕、抗老化，送風(fēng)管宜使用不銹鋼材料，排風(fēng)管應(yīng)采用不銹鋼板材焊接。

自動(dòng)控制是P3生物實(shí)驗(yàn)室建成后是否能正常工作的關(guān)鍵。P3生物實(shí)驗(yàn)室弱電系統(tǒng)一般應(yīng)包括門禁系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、報(bào)警系統(tǒng)及空調(diào)通風(fēng)控制系統(tǒng)。

門禁系統(tǒng)：進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的門設(shè)置門禁，只有獲得授權(quán)的人員才能進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室。必要時(shí)，應(yīng)同時(shí)設(shè)置限制進(jìn)入核心工作間的連鎖機(jī)制。

監(jiān)控系統(tǒng)：實(shí)驗(yàn)室的關(guān)鍵部位及功能間設(shè)置監(jiān)控；生物安全柜、負(fù)壓通風(fēng)籠架的運(yùn)行狀態(tài)、故障狀態(tài)應(yīng)進(jìn)行監(jiān)控；高壓滅菌器采用BACnet/IP通訊協(xié)議傳數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

通風(fēng)系統(tǒng)連鎖控制：?jiǎn)?dòng)實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)先啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)，后啟動(dòng)實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)；關(guān)停時(shí)，應(yīng)先關(guān)閉實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)及密閉閥，后關(guān)實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)及密閉閥。

壓力梯度及負(fù)壓控制：生物安全實(shí)驗(yàn)室的送風(fēng)管道安裝有定風(fēng)量閥，排風(fēng)管道上安裝有變風(fēng)量閥，生物安全實(shí)驗(yàn)室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備開啟對(duì)實(shí)驗(yàn)室壓力產(chǎn)生波動(dòng)，此時(shí)應(yīng)連鎖調(diào)節(jié)排風(fēng)系統(tǒng)的變風(fēng)量閥，以保證送排風(fēng)比及房間壓力梯度；壓差控制方法采用余風(fēng)量控制。

消毒工況控制：在送風(fēng)、排風(fēng)管道上設(shè)置電動(dòng)密閉閥，當(dāng)需要對(duì)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行消毒時(shí)，關(guān)閉密閉閥。

報(bào)警系統(tǒng)：①過濾器堵塞監(jiān)視及報(bào)警：對(duì)于粗效、中效、高效過濾器，通過檢測(cè)過濾器兩側(cè)壓差，超過設(shè)定值時(shí)報(bào)警；②實(shí)驗(yàn)室工作狀態(tài)文字顯示及聲光報(bào)警裝置：在生物安全實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員方便看到的地方及實(shí)驗(yàn)室外設(shè)置參數(shù)報(bào)警，重要參數(shù)報(bào)警應(yīng)為聲光報(bào)警，一般參數(shù)報(bào)警為光報(bào)警。重要參數(shù)報(bào)警為：主實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)正壓、主實(shí)驗(yàn)室出現(xiàn)超低負(fù)壓，主實(shí)驗(yàn)室與準(zhǔn)備間壓力梯度持續(xù)喪失、停電、火災(zāi)、備用風(fēng)機(jī)切換失敗；核心實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)置緊急報(bào)警按鈕，在緊急情況下，可及時(shí)向控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號(hào)，以便控制系統(tǒng)優(yōu)先應(yīng)急響應(yīng)。

生物安全實(shí)驗(yàn)室竣工，按正常程序驗(yàn)收后，必須經(jīng)過國(guó)家授權(quán)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)的檢測(cè)。檢測(cè)的內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)室漏風(fēng)率、功能間負(fù)壓值、氣流流向、氣流速度、換氣次數(shù)、高效過濾器檢漏、潔凈度級(jí)別等。

項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)收合格后，由中國(guó)合格評(píng)定國(guó)家認(rèn)可委員會(huì)組織相關(guān)專家進(jìn)行全面驗(yàn)收，驗(yàn)收之后才能根據(jù)所批準(zhǔn)的研究范圍掛牌運(yùn)行。

實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行必須遵循《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》進(jìn)行。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室工作的研究人員都必須經(jīng)過嚴(yán)格的培訓(xùn)，通過考核取得上崗許可，并且實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行都時(shí)刻處于有資質(zhì)的管理人員的監(jiān)管之下，政府部門亦會(huì)定期就實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行進(jìn)行考核和檢查。

[1]GB19489-2008，實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求[S].

[2]GB50346-2011，生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范[S].

當(dāng)前我國(guó)許多地區(qū)污染嚴(yán)重，耕地面積大幅減少。據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)環(huán)境的污染中建筑業(yè)占40%，如我國(guó)2013年度在施建筑面積約113億m2，需要磚砌圍墻約400萬(wàn)m3，開采礦山資源400萬(wàn)m3，產(chǎn)生建筑垃圾污染土地26.1hm2，費(fèi)用100億元。傳統(tǒng)的建筑工地圍墻大多采用磚砌筑，均為一次性投入，不可周轉(zhuǎn)，成本過高，大量消耗礦產(chǎn)資源和土地資源，產(chǎn)生的建筑垃圾是永久性的污染環(huán)境。

工具式墩、板組合圍墻每延長(zhǎng)米使用量建材約需0.59m3，磚砌圍墻每延長(zhǎng)米建材使用量約需0.764m3。按照需要做5次圍墻計(jì)算，磚砌圍墻建材用量為3.82m3；按照需要做5次工具式墩、板組合圍墻計(jì)算，每延長(zhǎng)米建材使用量為0.59m3。由此可以看出，在同樣周期內(nèi)，磚砌圍墻建材用量是工具式墩、板組合圍墻的近8倍。

本圍墻的使用周轉(zhuǎn)年限可達(dá)15年。可使現(xiàn)有需要開采礦產(chǎn)資源時(shí)間15年延長(zhǎng)120年；15年內(nèi)減少污染土地266.7hm2。

本研究項(xiàng)目經(jīng)對(duì)建筑垃圾的成分分析、性能分析，對(duì)輕質(zhì)混凝土板配合比的優(yōu)選、構(gòu)造設(shè)計(jì)的優(yōu)選、制作，以及對(duì)組合圍墻的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、配件的標(biāo)準(zhǔn)化、施工工藝等，做了系統(tǒng)性研究與驗(yàn)證，并在一些商業(yè)、物流等工程應(yīng)用，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，為我國(guó)充分利用建筑垃圾開辟了一條新的途徑，提供了一項(xiàng)可靠的技術(shù)。同時(shí)，該項(xiàng)技術(shù)具有很大的拓展性和適用性，將為我國(guó)建設(shè)環(huán)境友好型社會(huì)做出較大貢獻(xiàn)，應(yīng)用前景十分廣闊。

TU244.5

A

1007-7359（2016）05-0251-04

10.16330/j.cnki.1007-7359.2016.05.090

張捍東，安徽省醫(yī)藥設(shè)計(jì)院，高級(jí)工程師，副總工程師