李周林

（湖南省建筑設(shè)計(jì)院有限公司，長(zhǎng)沙410012）

0 引言

隨著我國(guó)醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展和醫(yī)療條件的不斷改善，近些年國(guó)內(nèi)許多醫(yī)療研究機(jī)構(gòu)、科研院所根據(jù)自身發(fā)展需求，紛紛建立了自己的生物安全實(shí)驗(yàn)室，并承擔(dān)著大量的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)，因而對(duì)實(shí)驗(yàn)室的生物安全性提出了更高的要求。

電氣設(shè)計(jì)的可靠性是保證生物實(shí)驗(yàn)室安全的基礎(chǔ)和前提，如何根據(jù)生物實(shí)驗(yàn)室的特點(diǎn)和要求進(jìn)行合理的建筑電氣設(shè)計(jì)，是生物安全實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一。

本文以某大型三甲醫(yī)院科研實(shí)驗(yàn)室供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，重點(diǎn)圍繞實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷分級(jí)、負(fù)荷計(jì)算、供電方式、動(dòng)物手術(shù)室配電設(shè)計(jì)及管線排布等進(jìn)行分析與探討。

1 生物安全實(shí)驗(yàn)室分級(jí)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)室所處理對(duì)象的生物危害程度和采取的防護(hù)措施，生物安全實(shí)驗(yàn)室分為四級(jí)，具體詳見表1。

微生物生物安全實(shí)驗(yàn)室可采用BSL－1、BSL－2、BSL－3、BSL－4 表示相應(yīng)級(jí)別（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)）的實(shí)驗(yàn)室；動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室可采用ABSL－1、ABSL－2、ABSL－3、ABSL－4 表示相應(yīng)級(jí)別（一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)）的實(shí)驗(yàn)室。

生物安全實(shí)驗(yàn)室的分級(jí) 表1

2 生物安全實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷等級(jí)

依據(jù)GB 50346－2011《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》、GB 50447－2008《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)劃》，負(fù)荷分級(jí)如下。

（1）二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的用電負(fù)荷不宜低于二級(jí)。

（2）BSL－3 實(shí)驗(yàn)室和ABSL－3 中的a 類和b1 類實(shí)驗(yàn)室應(yīng)按一級(jí)負(fù)荷供電。

（3）ABSL－3 中的b2 類實(shí)驗(yàn)室和四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室必須按一級(jí)負(fù)荷供電。

（4）屏蔽環(huán)境設(shè)施的動(dòng)物生產(chǎn)區(qū)（動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)）的用電負(fù)荷不宜低于二級(jí)。

3 工程實(shí)例分析

某大型三甲醫(yī)院科研樓總建筑面積約78 000m2，其中地上建筑面積約59 000 m2，地下室建筑面積約19 000 m2。 塔樓25 層、裙房4 層、地下室3層，建筑高度99.60m，建筑類別為一類高層建筑。 主要功能為教學(xué)和科研，含動(dòng)物手術(shù)室、科研實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室，以上均為二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室。

3.1 項(xiàng)目功能設(shè)置

項(xiàng)目生物安全實(shí)驗(yàn)室的特殊用房及主要設(shè)備包括以下四類。

（1）標(biāo)準(zhǔn)科研實(shí)驗(yàn)室：分為實(shí)驗(yàn)區(qū)、寫報(bào)告區(qū)和實(shí)驗(yàn)輔助用房區(qū)，如圖1 所示。 實(shí)驗(yàn)區(qū)為開放實(shí)驗(yàn)室，可根據(jù)未來實(shí)驗(yàn)需求靈活分隔；寫報(bào)告區(qū)設(shè)置在實(shí)驗(yàn)區(qū)外側(cè)靠外窗處，與開放實(shí)驗(yàn)室用玻璃隔斷分隔；實(shí)驗(yàn)室輔助用房含培養(yǎng)室、低溫實(shí)驗(yàn)室、試劑庫(kù)、通風(fēng)柜室、冰箱室、暗室、精密設(shè)備室、洗滌室、氣瓶間等，設(shè)在開放實(shí)驗(yàn)室的內(nèi)側(cè)。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)科研實(shí)驗(yàn)室樓層功能分區(qū)示意圖

（2）病理學(xué)標(biāo)本庫(kù)：設(shè)組織標(biāo)本庫(kù)（超低溫冰箱放置區(qū)）、液氮標(biāo)本庫(kù)、生物冷庫(kù)、石蠟標(biāo)本庫(kù)、配套標(biāo)本處理研究室、監(jiān)控室、設(shè)備房及工作人員辦公室。

（3）生物安全實(shí)驗(yàn)室常用設(shè)備有：高速離心機(jī)、PCR 儀、核酸蛋白分析儀、冷光儀、熒光顯微鏡（倒置）、熒光顯微鏡（正置）、TECAN 酶標(biāo)儀、凝膠成像化學(xué)發(fā)光儀、流式細(xì)胞儀、超低溫冰箱等。

（4）生物安全實(shí)驗(yàn)室精密設(shè)備有：氣相色譜儀、液相色譜儀、原子吸收儀、質(zhì)譜儀、X 線衍射儀等。實(shí)驗(yàn)室使用了一定量的化學(xué)試劑，如二甲苯、苯酚、氯仿、溴乙錠、丙烯酰胺等。

3.2 項(xiàng)目負(fù)荷情況

該項(xiàng)目負(fù)荷等級(jí)分三級(jí)，具體有一級(jí)負(fù)荷：消防水泵、消防風(fēng)機(jī)、防火卷簾、應(yīng)急照明、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)等消防負(fù)荷；生活水泵、排污泵、弱電機(jī)房、普通電梯、主要走道照明、值班警衛(wèi)照明、障礙照明等用電負(fù)荷；23 層預(yù)留PI 實(shí)驗(yàn)室、同位素室、真空泵、壓縮機(jī)等。 其中，23 層預(yù)留PI 實(shí)驗(yàn)室為一級(jí)負(fù)荷中特別重要負(fù)荷，電氣設(shè)計(jì)僅做容量預(yù)留；二級(jí)負(fù)荷：動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物手術(shù)室、中心實(shí)驗(yàn)室和PI 實(shí)驗(yàn)室、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)診斷用CT 機(jī)、MRI 機(jī)及X 光機(jī)用電；三級(jí)負(fù)荷：除一、二級(jí)負(fù)荷以外的其他負(fù)荷。

項(xiàng)目設(shè)備總安裝負(fù)荷為11 655kW（不含純消防負(fù)荷），總計(jì)算負(fù)荷為5 100kW（不含純消防負(fù)荷）。

根據(jù)廠家資料及工藝專業(yè)提資，該生物安全實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷容量詳見表2～3。

3.3 供電電源及供電方式

該工程共設(shè)置2 個(gè)分配電房，每個(gè)分配電房均設(shè)置2 臺(tái)1 600kVA 的10／0.4kV 電力變壓器，供本項(xiàng)目所有用電。 其中，1＃分配電房供地上部分所有用電，2＃分配電房供空調(diào)主機(jī)房、屋頂空調(diào)熱泵、地下車庫(kù)及設(shè)備用房用電。

分配電房均由院區(qū)中心配電房?jī)啥尾煌妇€段上引入10kV 電源，中心配電房引入四路獨(dú)立10kV 高壓市政電源。 可以滿足本工程一、二級(jí)負(fù)荷供電要求。

標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室樓層負(fù)荷容量一覽表 表2

病理學(xué)標(biāo)本庫(kù)樓層負(fù)荷容量一覽表 表3

配電房低壓為單母線分段運(yùn)行，聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)自投自復(fù)轉(zhuǎn)換開關(guān)。 自投時(shí)自動(dòng)斷開非保障負(fù)荷，以保證變壓器正常工作。

科研實(shí)驗(yàn)室樓層干線按南北兩個(gè)區(qū)，樓層照明配電箱均采用雙母線豎向供電（兩條母線同時(shí)供電，互為備用），并在樓層做雙電源切換。 在各樓層實(shí)驗(yàn)區(qū)按供電分區(qū)，設(shè)置4 個(gè)配電分箱，各分箱由樓層配電總箱放射供電引來。

雙母線豎向供電的方式，主要考慮以下幾個(gè)因素：第一，能保證實(shí)驗(yàn)室供電的可靠性，在某臺(tái)變壓器或某條母線槽故障或檢修時(shí)，可以自動(dòng)或手動(dòng)投切到另外一條母線槽供電，故不會(huì)影響實(shí)驗(yàn)室的重要負(fù)荷用電需求；第二，由于實(shí)驗(yàn)室數(shù)量多，負(fù)荷容量大，相比于采用雙回路電纜供電方式，雙母線槽供電更能減少金屬使用量，節(jié)約造價(jià)，節(jié)省管井空間；第三，雙母線槽供電比雙回路電纜T 接供電，故障率更低，可靠性更高，減少了維護(hù)和管理。 第四，供電靈活性更高，可以根據(jù)后期實(shí)際運(yùn)行情況，調(diào)配樓層配電箱由哪條母線供電。

就采用雙母線槽供電和電纜供電，對(duì)負(fù)荷計(jì)算及經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較。

（1）北側(cè)實(shí)驗(yàn)室設(shè)備安裝負(fù)荷共計(jì)2 360kW，由兩條母線平均分配供電，每條母線帶負(fù)荷1 180kW，參照?qǐng)D集《19DX101－1 建筑電氣常用數(shù)據(jù)》，大于1.5 萬(wàn)m2建筑面積，同時(shí)使用系數(shù)取0.5，功率因數(shù)取0.85，則計(jì)算電流約1 055A。 故選用1 600A 的密集型母線槽供電，2 根母線長(zhǎng)度共計(jì)約250m。

（2）若采用雙回路電纜對(duì)樓層配電箱放射供電，實(shí)驗(yàn)室樓層數(shù)量16 層，每層負(fù)荷135kW，同時(shí)使用系數(shù)取0.9，功率因數(shù)取0.85，則計(jì)算電流約217A。 故選用WDZA?YJY－0.6／1kV－4×150＋1×70 的電力電纜，需要32 根。 供電電纜總長(zhǎng)度約1 440m。

（3）南側(cè)實(shí)驗(yàn)室計(jì)算同北側(cè)實(shí)驗(yàn)室的負(fù)荷計(jì)算。

（4）由以上分析可知，采用雙母線槽供電方式，較電纜供電方式有較好的經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)施性。

（5）2 層動(dòng)物CT 和MRI、2 層動(dòng)物CT 和MRI水冷機(jī)組、5 層動(dòng)物手術(shù)室、9 層超低溫冰箱集中區(qū)、24／25 層動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室、屋頂排毒風(fēng)機(jī)等均由配電房直接雙電源供電，并在末端切換，如圖2所示。

圖2 生物安全實(shí)驗(yàn)室豎向干線示意圖

3.4 動(dòng)物手術(shù)室配電設(shè)計(jì)

動(dòng)物手術(shù)室的內(nèi)部配置與人類手術(shù)室類似。電氣設(shè)計(jì)方面，在每個(gè)手術(shù)室的設(shè)備腔內(nèi)布置末端配電箱，并放射供電給照明、插座、書寫臺(tái)、空調(diào)盤管、觀片燈、無影燈等。 部分普通照明燈自帶蓄電池，蓄電池供電時(shí)間按30min 考慮。 除未設(shè)置UPS電源、IT 系統(tǒng)隔離變壓器及絕緣監(jiān)測(cè)裝置外，其配電設(shè)計(jì)基本和人體手術(shù)室相同。 動(dòng)物手術(shù)室照明配電平面、插座空調(diào)配電平面、配電箱系統(tǒng)圖等示意圖詳見圖3～5。

圖3 動(dòng)物手術(shù)室照明配電平面示意圖

3.5 中心實(shí)驗(yàn)室管線排布

圖4 動(dòng)物手術(shù)室插座空調(diào)配電平面示意圖

圖5 動(dòng)物手術(shù)室配電箱系統(tǒng)示意圖

中心實(shí)驗(yàn)室區(qū)域管線眾多，包括醫(yī)氣、給水、排水、廢水、強(qiáng)電、弱電、風(fēng)管，且按照建設(shè)方要求，實(shí)驗(yàn)區(qū)均局部吊頂，如何做好管線排管，關(guān)系到后期使用及觀感效果。 為此，筆者所在的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)做了BIM 三維設(shè)計(jì)。 通過BIM 設(shè)計(jì)有效解決了各管線的碰撞，同時(shí)滿足使用對(duì)空間的凈高要求。

就電氣管線而言，需要根據(jù)實(shí)驗(yàn)桌的可移動(dòng)性，選擇不同的管線敷設(shè)方式。 中間臺(tái)為可移動(dòng)桌，其電氣接線采用天花設(shè)備連接面板（含強(qiáng)電插座、弱電插座、氣體接口等），實(shí)驗(yàn)桌由連接面板引入220V 電源和弱電線路，故中間臺(tái)實(shí)驗(yàn)桌電氣管線均由架空的線槽或橋架接入。 而邊臺(tái)為固定實(shí)驗(yàn)桌，其電氣接線采用在墻面設(shè)置接線盒或插座，實(shí)驗(yàn)桌由墻面的接線盒或插座引入220V 電源和弱電線路，故邊臺(tái)實(shí)驗(yàn)桌由地面暗敷的線管接入220V電源或弱電系統(tǒng)。

該項(xiàng)目一次機(jī)電設(shè)計(jì)與二次機(jī)電設(shè)計(jì)一次性完成，有效避免了兩者間的脫節(jié)、系統(tǒng)或設(shè)備遺漏，尤其在管線設(shè)計(jì)時(shí)，更能結(jié)合末端實(shí)際點(diǎn)位位置，將橋架或管線設(shè)計(jì)到位，避免后期變更。 標(biāo)準(zhǔn)科研實(shí)驗(yàn)室樓層管線排布平面示意圖見圖6。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展和醫(yī)療條件的不斷改善，生物安全實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)將越來越多。 根據(jù)這類建筑的特點(diǎn)，圍繞其負(fù)荷計(jì)算、供電方式、照明設(shè)計(jì)及管線排布等方面進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計(jì)，完善使用功能，保證其安全性，才能更好的服務(wù)于醫(yī)療和科研事業(yè)，更好的服務(wù)于社會(huì)和大眾。