張捍東，佘萬根

（安徽省醫(yī)藥設(shè)計院，安徽 合肥 230000）

生物安全實驗室安全設(shè)計

張捍東，佘萬根

（安徽省醫(yī)藥設(shè)計院，安徽 合肥 230000）

針對生物安全實驗室的安全要求及運行風(fēng)險管控，結(jié)合具體P3生物安全實驗室工程案例，從設(shè)計角度對P3生物安全實驗室的選址、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設(shè)計圖紙理解能力，使實驗室研究人員更安全的操作運行。

生物安全防護(hù)；生物因子；氣溶膠；負(fù)壓控制

目前，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展及國家對科學(xué)研發(fā)投入的加大，我國高級別生物安全實驗室建設(shè)速度加快。目前已有30多家P3級別生物安全實驗室獲CNAS認(rèn)可驗收，還有近10多家P3正在建設(shè)審批，同時有數(shù)個P4級別實驗室正在規(guī)劃建設(shè)。隨著各級別生物安全實驗室的建設(shè)運行，尤其是P3、P4高級別的生物安全實驗室的建設(shè)運行，相應(yīng)的生物安全實驗室的設(shè)計的安全措施更顯重要。本文結(jié)合筆者參與某個國家級P3實驗室改造設(shè)計經(jīng)歷，主要總結(jié)P3級別實驗室的安全設(shè)計的要點。

生物安全實驗室(biosafety laboratory)或稱生物安全防護(hù)實驗室(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驗室和動物實驗室。生物安全實驗室是研究病毒、細(xì)菌等各種致病因子的特殊建筑物。

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

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

生物安全實驗室的分級中，三級和四級屬于高級別生物安全實驗室，即簡稱的P3、P4實驗室。

BSL3實驗室是專門處理本地或外來的病原體且這些病原體可能會借由吸入而導(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。

潔凈度級別：7～8級；

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℃；

相對濕度：30%～60%；

最低照度：500lx。

三級生物安全實驗室開始設(shè)計前應(yīng)由建設(shè)單位完成項目立項及選址審批，可行性研究審查及報批，項目環(huán)境評價等工作，根據(jù)項目選址及環(huán)境評價要求開始項目工程設(shè)計。

三級生物安全實驗室設(shè)計除依據(jù)一般建筑工程常規(guī)性規(guī)范外，主要依據(jù)《實驗室生物安全通用要求》及《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》。

由于P3實驗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生物實驗室內(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生物實驗室應(yīng)在建筑物中自成隔離區(qū)或為獨立建筑物。

P3生物安全實驗室平面布局應(yīng)分區(qū)明確，流程簡潔，人物流避免交叉污染。目前P3生物安全實驗室布局主要為“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)?？紤]P3級生物安全實驗室建設(shè)投資及運營費用均較高，目前國際及國內(nèi)建設(shè)及運營的P3級實驗室大部分均只設(shè)置2～3個主實驗室，且布局在主實驗樓內(nèi)，布置形式基本采用“三區(qū)一通道”。

實驗室清潔輔助工作區(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實驗室的平面布置圖。

P3平面布置圖

P3實驗室人流物流應(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，采用人流物流獨立的兩通道布置更利于避免交叉污染。

人員進(jìn)入時，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。

實驗室的物品及物料、動物等進(jìn)出應(yīng)經(jīng)清潔、凈化或消毒滅菌處理。

在實驗室防護(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)入實驗室的所有物品在徹底消毒之前嚴(yán)禁帶出BSL3，實驗產(chǎn)生的廢物和動物尸體等必須從雙榧高壓鍋經(jīng)120℃以上30min以上滅菌后運出實驗室。

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實驗室的人物流路線圖。

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，對圍護(hù)結(jié)構(gòu)氣密性要求越高，初投資和運行費用增加；但如果負(fù)壓越小，致病生物因子氣溶膠外泄風(fēng)險加大，增加實驗室安全隱患。因此整個P3實驗室壓力梯度需要綜合平衡?！秾嶒炇疑锇踩ㄓ靡蟆丰槍诵姆雷o(hù)區(qū)規(guī)定如下：動物飼養(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驗室的動物飼養(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。

實驗室污染半污染防護(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)每級級差負(fù)壓值取-10Pa～-15Pa為適宜。

下圖為某P3實驗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實驗室工作根據(jù)實驗需要需連續(xù)24h工作，當(dāng)P3實驗室設(shè)置在其他建筑中，P3實驗室空調(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，P3實驗室空調(diào)負(fù)荷及運行時間不匹配；如P3實驗室獨立設(shè)置，由于空調(diào)負(fù)荷較小，P3實驗室采用單獨風(fēng)冷熱泵機(jī)組供冷供熱比較合理?？紤]P3實驗室的安全及連續(xù)運行，冷熱源機(jī)組宜設(shè)置備用。

壓差及凈化級別平面圖

3.5.2 潔凈度和換氣次數(shù)確定

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

換氣次數(shù)按凈化級別計算，7級按不小于15次/h，8級按不小于12次/h。目前P3實驗室配置的生物安全柜排風(fēng)量約在1500m3/h～1800m3/h，由于主實驗室相對體積較小，按15次/h換氣次數(shù)計算凈化送風(fēng)量占比生物安全柜排風(fēng)量較小，為保證P3主實驗室壓力穩(wěn)定，主實驗室凈化送風(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，可減少對P3主實驗室空氣的擾動。

3.5.3 風(fēng)口布置及氣流組織

P3生物安全實驗室凈化空調(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，送至各實驗室及功能間，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。

實驗室及各功能間送風(fēng)管設(shè)置定風(fēng)量閥控制穩(wěn)定送風(fēng)量。

實驗室防護(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)險區(qū)向高風(fēng)險區(qū)流動；送風(fēng)口排風(fēng)口氣流應(yīng)不影響室內(nèi)實驗設(shè)備（如：II級生物安全柜）的正常功能。

P3生物安全實驗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)至少高出本實驗室所在建筑的頂部2m。

應(yīng)可以在原位對排風(fēng)HEPA過濾器進(jìn)行消毒滅菌和檢漏，這一點尤其重要。在原位對排風(fēng)HEPA過濾器進(jìn)行消毒滅菌和檢漏，要求設(shè)計人員在布置排風(fēng)管道時應(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)點安裝生物型密閉閥，必要時可完全關(guān)閉。

為保證實驗室安全負(fù)壓運行，排風(fēng)機(jī)應(yīng)設(shè)置備用風(fēng)機(jī)，并需實行無縫切換控制。

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。

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

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

監(jiān)控系統(tǒng)：實驗室的關(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：啟動實驗室通風(fēng)系統(tǒng)時，應(yīng)先啟動實驗室排風(fēng)，后啟動實驗室送風(fēng)；關(guān)停時，應(yīng)先關(guān)閉實驗室送風(fēng)及密閉閥，后關(guān)實驗室排風(fēng)及密閉閥。

壓力梯度及負(fù)壓控制：生物安全實驗室的送風(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，生物安全實驗室內(nèi)排風(fēng)設(shè)備開啟對實驗室壓力產(chǎn)生波動，此時應(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)置電動密閉閥，當(dāng)需要對實驗室進(jìn)行消毒時，關(guān)閉密閉閥。

報警系統(tǒng)：①過濾器堵塞監(jiān)視及報警：對于粗效、中效、高效過濾器，通過檢測過濾器兩側(cè)壓差，超過設(shè)定值時報警；②實驗室工作狀態(tài)文字顯示及聲光報警裝置：在生物安全實驗室內(nèi)人員方便看到的地方及實驗室外設(shè)置參數(shù)報警，重要參數(shù)報警應(yīng)為聲光報警，一般參數(shù)報警為光報警。重要參數(shù)報警為：主實驗室出現(xiàn)正壓、主實驗室出現(xiàn)超低負(fù)壓，主實驗室與準(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??；核心實驗室內(nèi)設(shè)置緊急報警按鈕，在緊急情況下，可及時向控制系統(tǒng)發(fā)出控制信號，以便控制系統(tǒng)優(yōu)先應(yīng)急響應(yīng)。

生物安全實驗室竣工，按正常程序驗收后，必須經(jīng)過國家授權(quán)的檢測機(jī)構(gòu)的檢測。檢測的內(nèi)容包括實驗室漏風(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、潔凈度級別等。

項目經(jīng)驗收合格后，由中國合格評定國家認(rèn)可委員會組織相關(guān)專家進(jìn)行全面驗收，驗收之后才能根據(jù)所批準(zhǔn)的研究范圍掛牌運行。

實驗室運行必須遵循《實驗室生物安全通用要求》進(jìn)行。進(jìn)入實驗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，并且實驗室的運行都時刻處于有資質(zhì)的管理人員的監(jiān)管之下，政府部門亦會定期就實驗室的運行進(jìn)行考核和檢查。

[1]GB19489-2008，實驗室生物安全通用要求[S].

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

當(dāng)前我國許多地區(qū)污染嚴(yán)重，耕地面積大幅減少。據(jù)統(tǒng)計，對環(huán)境的污染中建筑業(yè)占40%，如我國2013年度在施建筑面積約113億m2，需要磚砌圍墻約400萬m3，開采礦山資源400萬m3，產(chǎn)生建筑垃圾污染土地26.1hm2，費用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、板組合圍墻每延長米使用量建材約需0.59m3，磚砌圍墻每延長米建材使用量約需0.764m3。按照需要做5次圍墻計算，磚砌圍墻建材用量為3.82m3；按照需要做5次工具式墩、板組合圍墻計算，每延長米建材使用量為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)資源時間15年延長120年；15年內(nèi)減少污染土地266.7hm2。

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