曾曉虹

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

負壓ABSL-2實驗室工藝設計參數(shù)分析

曾曉虹

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

以某質(zhì)檢部門擬建一負壓二級動物生物安全實驗室（ABSL-2）為例，從工藝設計角度，分析該實驗室工藝設計參數(shù)的制定依據(jù)及輸出要素，如生物安全等級的界定、人員物料流程的設計、氣流組織的控制及房間壓差的設置等，同時提出制定房間明細表，匯總所有設計參數(shù)以作詳細設計依據(jù)。

ABSL-2；生物安全；動物實驗室

生物安全二級實驗室（BSL-2，ABSL-2）可以從事一些致病性較強的生物因子的實驗活動，且其建設和使用要求又較生物安全三級實驗室低，故適用面廣，在實際工作中使用得較多。目前，即常壓也可滿足相應防護水平實驗活動的要求，但是，生物潔凈室主要是控制工作對象的有生命粒子對外界和人的污染。保持與大氣負壓的生物安全防護性能要高于常壓狀態(tài)，能更強有力地保障實驗室生物安全[1]。下面將以某質(zhì)檢部門擬建一負壓動物生物安全二級（ABSL-2）實驗室為例，從工藝設計角度，分析工藝設計參數(shù)的制定依據(jù)及輸出要素。

1 工程概況

該工程為一新建藥理樓，含動物房、配套實驗室及檔案、標本區(qū)、人員休息辦公室等。用戶擬建一個配套的負壓ABSL-2實驗室，該實驗室主要從事減毒活性疫苗的安全性評價分析工作，實驗對象是大小鼠，內(nèi)設有飼養(yǎng)室，使用面積約200 m2。

1.1 實驗室生物安全等級類別的界定

實驗室生物安全等級類別的界定關鍵是實驗操作對象的危害程度。本例實驗對象主要為減毒活性疫苗，如狂犬疫苗，此類疫苗對人體及環(huán)境具有潛在危險的致病因子，但能有效預防和治療，根據(jù)2006年衛(wèi)生部印發(fā)的《人間傳染的病原微生物目錄》要求，從事狂犬疫苗實驗生物安全級別為ABSL-2。ABSL-2又分a類和b類，該疫苗在空氣中有傳播生物因子的潛在風險，屬生物安全類別b類，b類中又分b1或b2類。ABSL-2中的b2類有潔凈度、換氣次數(shù)、負壓要求，但b1類并無相關要求[2，3]。

規(guī)范里b1、b2類的解釋是“b1類生物安全實驗室指可有效利用安全隔離裝置進行操作的實驗室；b2類生物安全實驗室指不能有效利用安全隔離裝置進行操作的實驗室”，關于是否能有效隔離，只能用戶自己作風險評估，各單位在建造和使用負壓P2實驗室時存在一定的困惑，不同單位ABSL-2實驗室的設計均存在較大差異。但從資金一次性投入和超前建設的理念出發(fā)，同時考慮將來業(yè)務的拓展，本例選擇采用負壓形式，界定為負壓二級動物生物安全實驗室，按ABSL-2中的b2類要求設計。

1.2 房間明細表

房間明細表是工藝條件輸出的主要參數(shù)表，是相關配套專業(yè)設計的主要依據(jù)。要完善房間明細表首先需要深入調(diào)研用戶的需求，然后結(jié)合實驗內(nèi)容相關規(guī)范要求及現(xiàn)場條件，確定數(shù)據(jù)錄入表格。如表1，限于篇幅，本文僅截取房間部分工藝參數(shù)為例，在以下章節(jié)作詳細分析。

2 工藝平面設計

工藝平面主要是根據(jù)用戶實驗操作流程而設計。本項目用戶操作流程可簡單描述如下。

首先，人員更衣進入飼養(yǎng)實驗區(qū)，物品則經(jīng)傳遞窗或滅菌鍋進入。

表1 負壓ABSL-2實驗室房間明細Tab.1 Room sheet of ABSL-2 Lab

其次，動物給藥等實驗操作在飼養(yǎng)前室生物安全柜內(nèi)進行，完成后將動物放回籠盒，送入飼養(yǎng)室飼養(yǎng)觀察，并定期給其稱重記錄。

最后，實驗結(jié)束，二氧化碳處死動物，所有實驗廢棄物滅活后，打包送出。

根據(jù)實驗操作內(nèi)容，需設立相對獨立的人員、物料進出通道，配套的輔助區(qū)如污物處理、清洗消毒、潔物存放、飼料墊料存放等。功能間的面積則根據(jù)現(xiàn)場情況和實際需求合理分配，由于使用面積有限，本例布局相當緊湊，其中，污走廊兼作污物處理，詳見圖1。

圖1 負壓ABSL-2實驗室平面布置Fig.1 Layout of negative pressure ABSL-2 lab

清晰的人員、物料流程與平面布局密切相關。更衣是進行實驗活動的必要程序，設置專用更衣室有利于潔污分離，避免交叉污染。人員經(jīng)更衣室穿戴防護用品后進入核心工作間，若條件允許，最好不要原路返回，以免污染清潔區(qū)。因此，本例中設有專門的退出緩沖通道，人員退出后，通過外走廊返回換鞋一更區(qū)。從動物福利方面考慮，根據(jù)AAALAC標準[4]的要求，所有動物實驗需在前室進行，不應在飼養(yǎng)室內(nèi)操作，因此，核心工作區(qū)內(nèi)設有前室，使動物飼養(yǎng)和實驗操作在空間上分開進行。凈化區(qū)內(nèi)還需設置內(nèi)準備間，內(nèi)準備間與清洗消毒間應有雙扉傳遞口，本例中設有雙扉高壓滅菌鍋和帶紫外燈的傳遞窗，確保潔凈物料的進入。根據(jù)生物安全的基本理念，負壓屏障環(huán)境設施應設置無害化處理設施或設備，所有污染物（廢棄物品、籠具、動物尸體等）應經(jīng)無害化處理后才能運出實驗區(qū)[5]。故本例中設污物專用走廊，所有污物均需經(jīng)高壓滅菌鍋滅活后，方可送出。污物處理所選用的高壓滅菌鍋必須為生物安全實驗專用型，即對滅菌過程中產(chǎn)生的一些廢水廢氣均可通過管道系統(tǒng)收集滅活處理后排出。

2.1 核心區(qū)人員流程

人員進入核心區(qū)均需經(jīng)凈化更衣程序后，方能進入，如圖2所示。

圖2 人員進出核心區(qū)平面Fig.2 Sketch-map of personnel flow

2.2 核心區(qū)物料流程

（1）飼料墊料及其他實驗耗材流程

飼料墊料及實驗耗材→傳遞窗或滅菌鍋→前室或內(nèi)準備→飼養(yǎng)→污走廊→滅菌鍋→廢棄

來自存放室的飼料（已經(jīng)過輻照滅菌）送入清洗消毒間，經(jīng)傳遞窗送入內(nèi)準備室。

來自存放室的墊料分別送入清洗消毒間，將墊料放入已清洗的籠具中，經(jīng)滅菌柜滅菌后送入內(nèi)準備室。

其他實驗耗材（已滅菌處理過）或消毒液經(jīng)前室傳遞窗傳入，未滅菌的實驗耗材（可經(jīng)高溫滅菌的）經(jīng)清洗間雙扉滅菌鍋滅菌后進入內(nèi)準備室。

圖3 飼料墊料及其他實驗耗材進出核心區(qū)平面Fig.3 Sketch-map of material flow

（2）動物流程

外購來經(jīng)檢驗合格的動物，從前室傳遞窗送入核心區(qū)。

實驗結(jié)束后，動物尸體經(jīng)滅活后，打包送至尸體存放間。

（3）污籠具及廢棄物流程

污籠具（內(nèi)含廢棄物），送入污走廊，經(jīng)雙扉滅菌鍋滅菌后送入清洗間；上述污籠具在清洗間內(nèi)將籠具中的廢棄物倒入專用廢棄物袋中密封后送出。動物尸體存放在尸體存放間。所有廢棄物定期外運。污籠具在清洗消毒間經(jīng)清洗池清洗后，裝入墊料，經(jīng)滅菌柜滅菌后送入內(nèi)準備室。

3 室內(nèi)環(huán)境參數(shù)設計

ABSL-2實驗室室內(nèi)環(huán)境設計核心內(nèi)容是空調(diào)通風與凈化的設計。ABSL-2，b2類實驗室潔凈級別為8級，宜采用全新風系統(tǒng)，宜采用上送下排方式[5]，送風口和排風口布置應有利于室內(nèi)可能被污染空氣的排出。在生物安全柜操作面上方附近不應設送風口。高效過濾器排風口應設在室內(nèi)被污染風險最高的區(qū)域，不應有障礙[2]。從這些要求出發(fā)，工藝需明確相鄰房間氣流的控制及房間內(nèi)氣流組織的控制，從而體現(xiàn)在房間壓差的設計及排風口與排風設備的布局。

圖4 動物進出核心區(qū)平面Fig.4 Sketch-map of animal flow

3.1 相鄰房間氣流控制和壓差設置

通常，實驗室房間氣流組織，定向氣流主要是保護實驗人員，負壓梯度主要是保護外部環(huán)境，正壓梯度是保護樣品。生物安全實驗室主要是控制工作對象的有生命粒子對外界和人的污染，所以需保持與大氣成負壓狀態(tài)。ABSL-2，b2類實驗室核心區(qū)相對于大氣最小負壓為-30 Pa[1，2]，與室外方向相鄰相通房間的最小負壓差為-10 Pa。本例中設定更衣、緩沖間壓力高于外走廊和核心區(qū)，一方面是為了保護人員，保證潔凈度；另一方面是起氣流隔斷作用，房間潔凈氣流向兩側(cè)壓，防止核心區(qū)與外界環(huán)境相互污染。前室與飼養(yǎng)同為核心區(qū)，但前室作為操作區(qū)，主要操作都是在生物安全柜內(nèi)進行，且操作是間歇的，而飼養(yǎng)室作為動物飼養(yǎng)觀察區(qū)，房間及設備24 h運行，且動物數(shù)量較多，在整個區(qū)域內(nèi)危害風險最大，故飼養(yǎng)間設為氣壓最低處-30 Pa。內(nèi)準備室為潔凈物品暫存區(qū)，為保護樣品，房間壓力設為正壓，高于相鄰區(qū)域。相鄰房間氣流走向及壓差設計，詳見圖5及表1。

圖5 相鄰房間氣流走向及壓差值Fig.5 Air-flow & different pressure between rooms

ABSL-2中的b2類實驗室核心區(qū)相對于大氣的最小負壓為-30Pa，不僅設計上要滿足要求，還對房間的氣密性施工有較高的要求。由于房間內(nèi)有較多的風口、照明、插座等接縫，用戶在平時使用中，需要經(jīng)常對這些接縫處作氣密性檢查維護，否則凈化區(qū)易受外界粉塵顆粒等污染，且運行久了，壓差可能就達不到要求。

3.2 送、排風口及排風工藝設備的布局關系

房間內(nèi)布局設計還需考慮送風口和排風口及排風工藝設備的位置關系，應有利于室內(nèi)可能被污染空氣的排出。排風設備如生物安全柜、排毒柜之類的設備應放置在不與門相鄰的位置，應避免人流擾動，所以房間送風口需與排風設備保留一定的間距，通常設在操作面一側(cè)，以保護人員。動物飼養(yǎng)間一般為上送下排[5]，房間內(nèi)四角設有排風口。若采用外排式獨立排風（IVC）飼養(yǎng)籠具，籠具上方設有設備排風口，送風口位置應設在操作面一側(cè)，如圖6、圖7所示。

圖6 送、排風口及排風工藝設備的平面布局Fig.6 Layout of air supply & exhaust outlet and exhaust equipment

圖7 送、排風口及排風工藝設備的布局A-A立面Fig.7 A-A vertical view of air supply & exhaust outlet and exhaust equipment layout

4 結(jié)束語

綜上，本文主要針對負壓二級動物生物安全實驗室（ABSL-2中的b2類）某一案例作主要工藝設計參數(shù)分析，包括生物安全等級的界定、人員物料流程的設計、氣流組織及房間壓差的設計，送風、排風口與工藝排風設備的布局設計等。圍繞上述分析結(jié)果，最終可量化體現(xiàn)在房間明細表內(nèi)，如房間功能面積、潔凈等級、壓差等。房間明細表作為工藝參數(shù)的匯總表，是相關配套專業(yè)設計的重要依據(jù)，其參數(shù)的設計選擇，需要設計人員深入調(diào)研，與用戶共同完成，因此，在整個設計過程中，房間明細表的內(nèi)容需不斷地更新完善，貫穿整個項目始終。

[1]謝景欣. 負壓二級生物安全實驗室設計要點[J].中國公共衛(wèi)生，2010，26（10）：1231-1232.

[2]GB 50346—2011，生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范[S]. [3]GB19489—2008，實驗室生物安全通用要求[S].

[4]美國國家學術(shù)研究委員會著. 實驗動物飼養(yǎng)管理和使用手冊[M]. 王建飛，陳筱俠（譯）. 上海科學技術(shù)出版社，1998.

[5]GB 50447—2008，實驗動物設施建筑技術(shù)規(guī)范[S].

SSEC在OCM技術(shù)研究上不斷前行

2016年11月5日，在由中石化上海工程有限公司（SSEC）主辦的聯(lián)合化學反應工程研究所2016年度學術(shù)報告會上，吳曦作為團隊代表作了題為《甲烷氧化偶聯(lián)（OCM）制乙烯工藝研究》的報告，引起了中國石化科技部主任謝在庫等專家、學者、領導的廣泛關注。

天然氣甲烷氧化偶聯(lián)（OCM）技術(shù)是繼石油、煤為基礎原料之后的以天然氣為原料一步法制造乙烯的生產(chǎn)方法。天然氣儲量豐富而且是清潔能源，以天然氣OCM技術(shù)生產(chǎn)乙烯的技術(shù)，正在走向工業(yè)化。

從國際上看，在富產(chǎn)天然氣（包括頁巖氣）的國家和地區(qū)，天然氣價格比我國西部地區(qū)價格低很多，如果在該地區(qū)建廠，乙烯成本可大大降低。另外，我國天然氣氣田大多分布在西部地區(qū)。按目前西部地區(qū)工業(yè)天然氣價格與東北亞乙烯進口價進行效益測算分析，可知其應用前景十分可觀。

近年來，中石化上海工程有限公司組建了“甲烷氧化偶聯(lián)（OCM）制乙烯” 技術(shù)開發(fā)團隊，吳曦、許式龍等團隊成員在公司老專家堵祖蔭的帶領下，一直致力于先進的“甲烷氧化偶聯(lián)（OCM）制乙烯”技術(shù)的開發(fā)研究。

在工藝流程方面，按照新開發(fā)催化劑的試驗結(jié)果，結(jié)合公司在乙烯分離領域的長期技術(shù)積累，開發(fā)了節(jié)能效果顯著的產(chǎn)品分離提純工藝流程。

在反應器方面，針對反應條件，采用CFD技術(shù)，結(jié)合催化劑特點，篩選研究了多種反應器形式，并開發(fā)了針對性的反應系統(tǒng)控制方案。

在此基礎上，充分研究考慮了催化劑性能與工藝流程的匹配，促進了催化劑性能提升及反應條件的優(yōu)化，為進一步工業(yè)化試驗驗證打下了堅實的基礎。

幾年來，OCM技術(shù)研發(fā)團隊從零做起，克服重重困難，一路堅持，在甲烷制乙烯技術(shù)的研發(fā)過程中，不忘初心，用“匠人”品質(zhì)要求自身，團隊成員團結(jié)一心，除開發(fā)先進的OCM工藝技術(shù)之外更有多項專利發(fā)表。

（陳 曦）

Analysis of Process Design Parameters for ABSL-2 Laboratory with Negative Pressure

Zeng Xiaohong
（SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd, Shanghai 200120）

Exampled with a negative pressure ABSL-2 laboratory which is planned to be built, from the viewpoint of process design, the basis of determining design parameters and output factors for this lab, such as classification of biological safety levels, design of personnel and material flow, control of airflow and setting of differential pressure in room, were analyzed. At the same times, the room sheet was made and design parameters were summarized, which were used as the basis of design.

ABSL-2; biological safety; animal laboratory

TQ 460.6

A

2095-817X（2016）06-0024-006

2016-08-16

曾曉虹（1982—），女，工程師，從事醫(yī)藥工藝設計工作。