基于EHS理念的高校化學化工實驗樓籌建設計研究

胡章記，陳紅萍，李妍，陳軍偉

（1.新疆科技學院化學化工學院，新疆巴州 841000；2.邢臺學院化學與化工學院，河北邢臺 054001；3.華北理工大學化學工程學院，河北唐山 063210）

新疆科技學院是由新疆財經大學商務學院轉設的應用型本科院校，化學工程與工藝和輕化工程專業是2019年申報的工科專業，增設這個專業是為了解決南疆地區化工產業快速發展對人才需求，新建化工專業實驗室的建設成為專業發展急需解決的問題。結合當前新疆對化工專業人才的需求和新疆科技學院化工專業人才培養方案，籌備組對化學化工專業實驗樓的建設進行了多次論證。

建設化學化工實驗室是個綜合的系統工程，在追求科學美觀實用前提下，既要考慮供電、給水、排水、送風、排風、凈化、排污等要求，還要考慮對人員和周邊環境的安全性，噪音、異味、視覺環境的舒適性。目前國內高校實驗室在設計建設時常參照《科學實驗室建筑設計規范》、《化學化工實驗室安全管理規范》、《石油化工中心化驗室設計規范》、《常用化學危險品儲存通則》、《建筑設計防火規范》、《建筑給排水設計規范》等[1～3]，但針對高等學校化學化工實驗室設計還沒有的規范文件。由于設計標準的缺乏，危險、難聞、有毒往往是人們對化工實驗室普遍的印象，如何從源頭上控制是化學化工實驗樓設計時最大困難。

EHS是20世紀90年代發展起來的關于環境（Environment）、健康（Health）和安全（Safety）三位一體的管理體系。EHS理念從整體出發將健康、安全與環境納入一體化管理，強調事前預防和風險分析，避免實驗室從源頭上就不合理、不安全、體現“以人為本”的原則，已成為世界上很多高校核心價值觀之一[4～7]。本文根據新疆科技學院化學化工實驗樓籌建過程中與設計方溝通交流并借鑒兄弟院校經驗，采用ESH理念探討了化學化工實驗樓規劃和建設過程中應注意的若干問題，為設計和施工方科學設計和建設規范的化學化工實驗樓提供思路，也為其他高校化工實驗樓的規劃設計建設以及管理使用提供借鑒。

1 化學化工實驗樓規劃設計的理念

針對新疆科技學院化學工程與工藝和輕化工程專業的需要，通過調研國內一些高校化學化工實驗樓現狀，借鑒EHS理念，新疆科技學院化學化工實驗樓規劃設計理念是“科學、安全、環保、經濟、可持續發展”，化學化工學院作為化學化工實驗樓管理和使用主題部門，在廣泛爭取學校領導、教務處設備處等管理部門建議基礎上，結合學校的發展規劃和定位，借鑒國內兄弟高校化學化工實驗樓建設經驗，在各功能實驗室分布、水、電、氣、通風、通訊、安全裝備等方面與設計方進行了廣泛的溝通協商，提出了化工實驗樓建設設計時主要關注的問題。

2 化學化工實驗樓的整體布局規劃

根據新疆科技學院工科樓群的整體建設規劃和南疆氣候特點，基于化學化工實驗樓特殊性，擬建設的化學化工實驗樓位于工科樓群最北側，東西“一”字型朝向，規劃為四層：一層為煤化工實驗室、石油化工實驗室、化工單元操作實驗室、化工實踐實訓室、配電室、更衣間；二層為化工熱力學、化學反應工程、化工仿真、化工制圖、化工過程控制等實驗室；三層為無機實驗室、有機實驗室、精細化工實驗室、化工合成實驗室，科研實驗室；四層為分析實驗室、物理實驗室、檢測實驗室和精密儀器室。

2.1 化學化工實驗房間位置要求

實驗房間位置要求主要考慮科學、實用、方便、美觀、通風流暢、進出順暢、疏散逃生無阻等方面的因素。1）把用途接近實驗室設置在一起，防止不同性質的實驗室相互干擾，并節約投資。例如：把無機有機化學實驗室集中設置在一起，以便于通風、排污措施的集中設置以及一些輔助儀器的共同利用，將分析物化實驗室設置在一起，便于大型精密儀器如氣相色譜、液相色譜等有溫度、濕度和潔凈要求實驗室集中布置在一起，便于集中布置空調設施；2）輔助實驗室如天平室、高溫室、樣品處理室等應就近布置在常用的實驗室旁邊，工程管網較多的實驗室組合在一起，便于敷設、管理和檢修；3）實驗室結構具有通用性，滿足學校的長遠發展，實驗樓內通道順暢，防止危急情況發生時出現通道堵塞現象；4）較高或較笨重的儀器設備，如大型化工實訓設備和準生產線，以及產生振動的設備，從承重、防震動干擾和運輸安裝等因素考慮設置在一樓；5）精密儀器如紅外、紫外、電化學測定儀等防潮防水，容易被腐蝕性氣體侵蝕，考慮到上方不宜布置有排水的房間和南疆的氣候特點放到高層；6）精密儀器室、天平室、試劑暫存室、試劑配制室、配電室要避免陽光直射。

2.2 開間進深和層高

開間為建筑物自然間寬度，進深為建筑物縱深長度，開間進深太大，使用效率降低；太小則通道過于狹小，實驗環境的安全性無法保證。1）化工樓的開間擬設置為8～9m，進深為9～10m；2）化學化工實驗樓需要給供給系統預留一定量的頂部空間，高度比普通建筑要高，首層擬定為4.5～5 m，其他層控制在4～4.5m。

3 化學化工實驗樓各系統設計時注意事項

3.1 通風

在化學化工實驗過程中，經常會用到各種有氣味的、有腐蝕的、有毒或易爆的試劑，這些試劑揮發的有害氣體不僅會對實驗人員的健康和安全產生極大的危害，也影響精密儀器的正常使用，做好通風設計能有效地消除各種有害氣體，改善實驗環境，保障師生身心健康。兄弟院校實驗樓通風的經驗和教訓告誡我們，實驗室通風效果不好和噪聲較大是化學化工實驗樓最大的困擾。

實驗樓通風要考慮六個方面：1）通風系統有自然通風和機械排風，根據南疆氣候特點盡可能利用自然通風，機械排風擬采用頂通風設計；2）有機實驗室和無機實驗室需要比一般實驗室更強的通風系統，尤其有機實驗室，還需要增加桌面通風罩和防爆柜等；3）化工樓風機擬建在樓頂并設置排風吸收裝置，排風系統的管線布局較為復雜，所用的管道大而長，數量多，既要考慮室內的布局合理，又要不影響外墻的美觀，還要注意風管穿過樓頂后的防水處理；4）為保證排放的氣體對大氣沒有污染，在通風系統的末端，添加有害氣體吸附裝置；5）要特別注意風機噪音對室內的影響，應考慮變頻控制技術，根據通風柜的使用量、通風主管道壓力變化自動調節風機的轉速，達到降低噪聲和節能目的；6）為了避免出現室內負壓過大、門窗開啟困難的問題，應考慮合理補風。

3.2 給排水

實驗樓給排水指供水、排水、純水及消防用水等各類水系統，要選取合理的管道走向和預留，盡量考慮步入式管道井，為后期維修創造條件。1）高校實驗室內部空間中擺設實驗臺較多，給排水點位較多，每個實驗室供水管路設置開關，室內總閥門應設在易操作的顯著位置；2）排水系統應采用耐酸堿腐蝕的材料，實驗室給水管道和排水管道，應沿墻、柱、管道井、通風柜內襯板等部位布置；3）基礎實驗室設置室內、外消防給水系統，自動噴水滅火系統，大空間智能型水炮噴水滅火系統；4）化學樓的下水管路設計獨立回路，不與衛生間等其它下水道連通。排水系統將實驗室污水與生活污水、雨水分開，實驗室污水進入污水處理池，應進行必要的處理，符合國家排放標準后，方可排入城市污水管網；5）用水較多的實驗室跑水的事故常有發生，地漏的設計不可忽視，同時為了防止下水管中異味的溢出，應采用防臭地漏；6）天平室、配電室和精密儀器室上方不要有給排水點和地漏。

3.3 供電

實驗樓供電有強電和弱電：實驗室照明、儀器設備、空調和風機等供電為強電；門禁、監控、通信、電話、網絡等系統設計為弱電。1）實驗臺、通風柜及其他實驗區域應有足夠數量的三相電和單相電插座，每個房間設置單獨的配電箱，加裝漏電保護裝置；2）根據用途測算每個房間的用電量，對大功率設備或有特殊要求的設備應單獨供電并設置接地系統，大型儀器安全配電也需要加裝漏電保護裝置；3）實驗室的烘箱、冰箱、恒溫箱等設備應有專用供電電源，確保實驗結束時仍能運轉；4）為便于使用和維修，實驗室的供電管線排布走向應清楚，對于特定儀器及化工仿真實驗室應采取UPS、雙路供電設計,避免在突然斷電的情況下對儀器造成不必要的損壞；5）盛放化學試劑和鋼瓶等有爆炸危險的場所應設防爆燈具；6）實驗室所有用電儀器，均應有安全接地措施，同時設計防雷防干擾保護；7）用電量的設計要有一定的前瞻性，預留富余量以備將來的發展所需。

3.4 供氣

化工實驗室需要氫氣、乙炔等易燃易爆的鋼瓶氣，供氣設計安全尤為重要。1）氣瓶室應設置在使用鋼瓶氣房間旁邊，氣瓶室必須采取專業的通風和防爆措施，氣路系統要有泄露報警、緊急切斷和強排風等裝置；2）氣瓶室要帶有帶過濾裝置的通氣孔，使空氣流通順暢，保持清潔。

3.5 電訊

實驗室已經進入智能化時代，“全生命周期管理”采用物聯網、AI、云計算、VR等技術，從實驗室概念到建設、運營管理等全生命周期進行數字化智慧管理，保證實驗室建設質量、運行質量，增強了環境和生態友好，促使實驗室不斷增值。1）每個實驗室應預留電話和網絡接口；2）實驗樓設置監控系統和實驗室管理系統。

3.6 安全與應急設施

化學化工實驗樓要預防火災、爆炸、灼傷、中毒等事故，安全與應急考慮六方面。1）實驗樓設置三個出入口，兩個步行梯，一部貨運電梯，主出入口要保持足夠的寬度，方便進出和應急疏散；2）實驗室的門向外開啟，門上設置觀察窗，便于安全巡視觀察，大房間設雙開門，走廊及樓梯要寬敞；3）實驗樓配備煙感報警器,與火警系統相連,配有聲光報警，設置配備滅火器、滅火毯、沙箱等設施空間；4）通用實驗室設置緊急噴淋系統和應急洗眼器，一旦化學試劑被濺入眼睛，可使用洗眼器對眼睛進行沖洗，若化學試劑大面積的濺到頭部、臉部或者身上，應及時用緊急噴淋系統進行淋洗，可及時去除大部分污染物，保障學生的人身安全；5）通用實驗室試驗臺用島型、半島型布局在實驗室中央或兩側，主通道、兩個中央臺間距不小于1.5m，邊臺走道間距不小于1.3m，方便進出及逃生疏散；6）實驗室的地面應防滑、耐酸、耐堿、耐油、防靜電，實驗臺面應耐酸性、耐高溫、耐沖擊、耐刻劃。

3.7 試劑庫

按照消防安全要求，危險化學品試劑庫不能設在樓內，應設計在遠離實驗樓和過往人群少的地方，專門規劃修建危險化學品倉庫，設專人管理。倉庫門應設雙鎖，外設防盜門窗。易燃易爆試劑、易制毒試劑、腐蝕性試劑、實驗用后化學試劑,劇毒化學藥品要在試劑庫獨立存放和保管，將實驗樓發生實驗事故的概率降至最低。

4 結語

高校實驗室建設與管理水平能夠反映大學的辦學水平，是高校軟實力的象征，建設高水平的實驗室是當今高校建設與發展的目標之一。高校化學化工實驗樓的規劃設計是一項復雜的系統工程，要綜合考慮實驗室的總體規劃和平面設計、實驗室布局、強弱電、給排水、通風、供氣、供暖、安全裝備及環境保護等多方面，在目前國內高校化學化工實驗室設計建設時，缺乏明確的設計標準及規范情況下，新疆科技學院以EHS理念指導化學化工實驗樓設計，需求方和設計方共同協作，為實驗樓的使用做足前期工作，符合綠色實驗室安全、健康、環保、節能理念，對促進建設高水平大學具有重大的戰略意義。