淺談實驗科研建筑工藝規劃設計思路及要點

傅尊金

(南京拓展科技有限公司，江蘇 南京 210000)

多數建筑設計院業務范圍為工業與民用建筑中的住宅設計、辦公樓設計、城市商鋪設計、生產車間設計、市政公用建筑設計等，很少有機會涉及到專業科研實驗室(樓)的規劃設計業務。實驗室(樓)的規劃設計在行業中屬于專業化程度較高的小眾行業專項設計，有相關從業經驗的設計院和專業工藝設計師屈指可數。若要做好一個優秀的，滿足各項規范并且符合建設單位使用要求的科研實驗建筑需參考以下步驟。

1 設計任務書索要階段

設計院接到設計指令后需要第一時間要與建設單位(本文特指實驗室使用單位)索要《設計任務書》與《實驗設備需求一覽表》。

《設計任務書》是本項目建筑設計綱領性文件，應當包含項目設計規模要求、建筑風格確立、實現的功能需求、建筑紅線范圍、項目造價控制、執行的行業或國家標準等提出的指導性意見，需要嚴格遵照執行。

《實驗設備需求一覽表》統計有各功能分區內實驗設備的具體尺寸、重量、電功率、氣源需求、通風排氣等基本信息，為科研建筑后期的結構承重、空間需求、水電設計、通風空調、實驗安全等提供了堅實的一手資料。

2 格局劃分方案的確定

根據《設計任務書》及規劃建筑紅線要求，規劃出建筑物外輪廓線，確定好建筑層數、柱網尺寸、垂直通道大致位置、每一層功能定位、室內格局分布形式(單廊式、兩段式、三段式、回廊式等)、每層建筑層高和建筑總層高。

四種形式的室內格局分布形式屬中間走廊的兩段式格局方案最優，應優先考慮選用。由于室內格局選型與建筑的外形尺寸相關，規劃時可根據表1的特點合理選擇。

表1 各型式格局分布方案特點對比表

科研建筑每層合理層高宜為4.2～4.5m(梁底高度宜為3.6～3.9m)；完成面實驗室凈高宜不低于2.7m；有潔凈度、壓力梯度、恒溫恒濕等特殊要求的實驗室凈高宜不低于2.4mm。宜在有特殊環境要求實驗室的頂部設置技術夾層或設備層，設備層高度不宜低于1.8m。

3 功能分區劃分的原則

將《設計任務書》的內容仔細研讀后畫出每一層的功能分區“氣泡圖”。

科研建筑內實驗室工藝平面設計不同于一般工業與民用工程建設，必須以實驗標準化操作流程(SOP)為依據，從樣品接收與保存、試劑耗材儲存與取用、樣品的處理與準備、樣品測試與分析、廢棄物的處理與再回收，如上流程都必須進行合理設計與規劃。

一般科研建筑實驗室平面布置設計遵循以下原則。

(1)按科室分配實驗室所在樓層，不同科室的實驗室盡量分開布置，便于實驗室分區管理與權限設置。

(2)同類實驗室盡可能布置在同一區域，不僅方便實驗資源的共享，通風系統、空調系統集中配置，其他輔助功能間也可以共用，節約建筑面積，實驗室產生的污染也可以集中收集、集中處理。

比如理化實驗室，有通風及廢氣處理需求的實驗室集中設置在實驗樓頂層，便于實驗室廢氣通過風管井排風管道送至屋頂集中處理；微生物實驗室布局時應注意將生物安全實驗室和無菌室分開設置，保證生物安全有效管控，防止交叉污染。

(3)有集中供氣需求的實驗室分布在一起。比如有儀器氣源需要的實驗室集中布置，可縮短氣體管路總長度，加快氣體管路鋪設進度，減少管路泄露風險，便于日常維護和檢修，有利于問題排查與解決。

(4)部分實驗室需避開振動源、放射源和噪聲源，為實驗的順利進行提供一個相對舒適的環境，實驗室面積則根據工藝流程方案決定的實驗裝置數量和規模進行選擇，既要有足夠的空間又要避免浪費。

(5)應根據實驗室設備特點考慮功能間的朝向。如采光性能好的一面可用作對光照度要求較高的精細操作，較差的一面可用作避光儀器實驗室建設、暗室、試劑存儲等功能間。對實驗室溫濕度穩定性要求較高的實驗室也要重點考慮。

(6)遵循實驗室與公共區分開原則。數據處理中心、衛生間區域與實驗區通過門禁嚴格分開，非實驗人員不允許進入未被授權的實驗室區域。保證實驗區的有效管控，保障實驗人員工作秩序及實驗安全。

具體到每一層實驗室平面布局，設置為公共功能區(如衛生間、電梯廳、樓梯間等)、數據處理區(如數據處理室、研討室等)、更衣區(如男女更衣間)、樣本周轉區、輔助功能區(如試劑室、危化品室、氣瓶間、高溫室、天平室、制樣室等)、樣品前處理、儀器分析區(如氣相、液相、紅外、ICP-MS等)、消洗區、廢物暫存區、樣品垂直通道(貨梯)、污物垂直通道(污梯)等。

4 功能分區的合理分布

將確定好的“氣泡圖”各功能分區合理的分布于各樓層。

各實驗室功能間使用墻體分割時避免將建筑結構柱設置于房間的中間位置。特別注意防火疏散距離及疏散門開啟方向。相關建筑材料防火等級的選擇應滿足最新建筑防火設計規范相關要求。

理化實驗區按規范設置緊急沖淋裝置，每一套裝置保護半徑為15m。生物安全實驗區及有輻射危險區域應設置相關警示標志及限制未授權人員進入等安全措施。

部分實驗室按其特殊實驗要求，如建筑層高、房屋開間、防電磁屏蔽、防輕微振動、溫濕度精度、潔凈度等有較高的要求。需要根據實際需求調整建筑的軸線間距、位置朝向、周邊環境等相關措施。

5 配合建設單位開展科研實驗室功能布局規劃設計專家評審工作

專家組成員一般由建設單位負責組織聘請。有的可能是國家及行業規范參與制定的專家；有的可能是精通實驗室實際使用和操作方面的專家；有的可能是前沿科技領域的專家，是未來科學技術發展方向的領路人，他們代表著行業的最高水準與權威，提出的修改意見是非常寶貴和實用的。

科研建筑設計由于其專業性和針對性非常強，不但需要滿足國家相關規范、行業規范，還需要滿足行業內約定俗成的做法和行業共識。行業內專家培訓授課時達成的某項行業共識，雖無規范可循，但符合科學精神，也是最前沿的科學成果，應當被貫徹執行。

例如高致病性病毒PCR檢測實驗室，原規范要求PCR實驗室的壓差必須設計為遞減壓差，且相鄰主功能間壓差要保持10Pa。即如果“二區”設計為-20Pa，“三區”應當設計為-30Pa。疾控中心最新的設計要求更改為“二區”與“三區”(樣本制備區與擴增分析區)的壓差要求設計為負壓平壓差，即如果“二區”設計為-20Pa，“三區”也應當設計為-20Pa。理由是“二區”為高致病病毒樣本制備間，需要對可能為陽性的樣本進行滅活和核酸提取操作。該實驗室的生物安全等級為“加強型二級生物安全實驗室”，需要采取三級防護措施，屬于高風險實驗室，實驗室中的樣本如果處理不當，極易可能通過氣溶膠分布于實驗室的空氣中。如果“三區”相較“二區”為負壓差，被污染的“二區”空氣會進入到“三區”，而造成操作人員感染的風險。為既能保證生物安全又要保證實驗數據的準確性，需要將“二區”與“三區”設計為負壓平壓差，如表2所示。

6 實驗設備及家具的布置

實驗設備及家具布置對于實驗室建筑、結構等專業設計極其重要。它關系到實驗室開間的調整、局部承重加固、用電負荷計算、排風管井設置、不適宜噴淋區域的位置及面積(大型貴重儀器設備區、生物安全實驗區等)、需要局部通高(兩層通高)的范圍和面積、防爆區的設置，墻體與頂面預留孔洞設置、屋頂設備擺放位置局部加固等。

表2 PCR實驗室各功能間暖通參數設置

實驗設備及家具定位需滿足設備使用要求及人體工程學設計要求，滿足相關國家規范及行業規范要求。

平面方案經建設單位簽字確認后方可交予各專業進行設計點位布置與確認。如不同的實驗設備所需的插座數量和規格型號不盡相同。哪些地方需要三相電、獨立接地、電話網絡、設備排風、工藝配氣等都需要一一確認。相關點位必須“上圖”后再次經建設單位簽字確認。

7 科研實驗室色彩的選擇與搭配

總體說來黑與白的搭配可展示大方、現代并強化了高雅和莊重，是永不過時的經典百搭模式；灰與藍則能感受到和諧、平靜與優雅的工作氛圍；墨綠與灰白則凸顯了清新脫俗的氣質，體現了現代摩登時尚的風格。顏色的搭配不需拘泥于某種特定的色彩搭配模式，也可根據建設單位的喜好適當跳色處理。色彩設計的和諧可以讓整體科研實驗室看起來既簡潔、明亮，還會給實驗操作人員帶來舒適、輕松和愉悅的心理體驗，提高科研實驗工作效率。

8 施工圖完成

所有專業溝通洽商后完成施工圖設計，交出一份完美的設計施工方案。

9 結 語

綜上所述，設計人員在進行科研建筑規劃設計過程中，必須時刻保持與建設單位充分溝通交流。科研實驗室是使用人員的實驗室，它的建設是為開展不同實驗功能需求提供合格的實驗環境而服務的，是沒有辦法套用一個固定模板來完成整套施工圖紙的設計工作。筆者認為如果能重復借鑒以上設計思路與流程，一定可以做出符合建設單位使用需求的優秀的科研建筑工藝方案設計。