疾控中心实验室发展趋势及其暖通空调设计

在20世纪二三十年代，早期的实验室内只有工作台，操作程序也非常简单。一次重要的变迁是在20世纪60年代，加利福尼亚州萨尔克研究所(Salk Institute)率先在实验室建设领域使用设备夹层空间，鼓励科研人员参与设计适应其研究内容的场所。

我国实验室建筑工程建设相对国外起步较晚，大规模且相对完善的疾控中心实验室的工程建设主要集中在2000年左右。2003年“非典”之后，国家在实验室装修、系统工程建设、科学仪器设备采购等方面都加大了投入。在早期的建设过程中，由于经验较少且缺乏深入认知也走了一些弯路，这些问题在实验室建筑工程建设领域比较有代表性，主要集中在规划选址、功能布局、可持续发展等几个方面。

1.规划选址问题

早期实验室建筑的选址没有经过周密规划，在城市整体规划中未全面考量，导致与周围环境相互产生不良干扰。例如，一些实验室建筑周边建有住宅区、学校等，这样既对外部环境造成一定不良影响，同时外部环境若发生倾倒、火灾等意外也会影响实验室建筑，特别是一些生物安全防护等级较高的实验室，会产生更加严重的危害。

2.功能布局问题

由于实验工艺复杂，涉及学科繁多，而且专业性强，在有限的设计周期内设计人员未能及时厘清各类实验复杂的工艺流程。同时，实验人员由于缺乏专业的工程知识，与工程设计人员不能进行有效的沟通，会造成实验工艺布局不甚合理，建成使用之后容易出现问题。

3.可持续发展问题

有研究指出，实验室竣工后维持建成现状的仅占三成左右。由于科学发展迅速，实验装备更新快，大部分实验室建筑在建成后依然会持续地进行改造。早期的实验室建设往往缺少对未来改建扩建的足够重视，造成后续建设条件不充分，以致不能满足快速发展的内在需求。此外，在工程技术方面，容易忽视绿色节能的一体化设计，造成实验建筑整体能耗大，运行成本大。而且，由于过去缺乏环保意识，实验室在运行过程中对废弃物的管理不甚严格，废气废液未经有效处理就排放，对生态环境也造成了恶劣影响。

随着国家在战略层面对基础科研设施的重视，现代实验室的建设发展得很快，但是科研行为、仪器设备的快速发展对实验室的建设提出了更加严格的要求，实验室建设呈现出灵活化、人性化、智能化、绿色化、安全化的发展趋势。

(1)灵活化

现代科研活动快速发展的特点使得平面布置和系统工程的灵活性成了实验室建筑的特殊性。灵活化主要指使用空间的灵活以及供应系统的灵活。对于使用空间，应选择合适的模数，包括但不限于开间、进深、层高、主要设备仪器的布置、试验台的布置，以满足未来的发展空间。实验室的供应系统指的是水、电、供气、排气、信息等的供应系统。实验室在吊顶或侧墙等位置应设置灵活的供应系统，可以与实验设施进行方便的连接，如图1-2所示。同时，利用夹层、竖井等预留空间满足未来采暖、空调、通风、电气及给排水等需要。

图1-2　灵活的供应系统

(2)人性化

人性化设计是指在设计过程中，根据人的行为习惯、生理结构、心理情况、思维方式等，在原设计基本功能和性能之上，对建筑进行优化。对人的心理、生理需求的尊重和满足，是设计中的人文关怀。实验建筑中的人性化设计包括融合周边环境、考虑人体尺度、重视社交空间、加强视觉美化设计等。

现代科研行为已经逐渐呈现团队协作、跨学科交流等特点，团队的概念对实验室的建设提出了新的要求。共享空间的设置可吸引并聚集研究人员，增进交流机会，舒适的环境能够提高科研人员的工作效率，明快的色彩可以放松科研人员紧张的思维活动，追求建筑空间的视觉美学也成为新时代科研实验建筑的重要特征。(www.xing528.com)

(3)智能化

目前，物联网技术的飞速发展为疾控中心的建设带来新的局面。疾控中心实验室建设的智能化是指整合智能楼宇的控制技术与实验室的工艺要求，全面且深层次地提升疾控实验室的智能化信息化管理。

实验室智能化系统主要包含实验室信息管理系统、建筑环境管理系统以及通信系统，其中实验室信息管理系统管理的对象是与实验室相关的人、事、物，主要包括实验图像处理、仪器设备与试剂管理、实验室人力资源管理、菌种保藏管理等;建筑环境管理系统主要对实验室环境进行实时监控及调节，保障实验室正常运行，主要包括照明监控、空调监控、火灾自动报警、运输设备监控等;通信系统包括广播电视网络控制、视频对话、公共广播管理、互联网管理等。

(4)绿色化

绿色化主要指的是建筑设施方面的绿色节能与实验设施方面的绿色节能。国外的科研与实验建筑早就开始关注绿色设计与可持续发展。在美国，许多公益组织相继发布了科研实验建筑的绿色设计标准或指南，如国际可持续实验室国际研究院(International Institute for Sustainable Laboratories，简称I2SL，如图1-3所示)发布的实验室基准工具、美国建筑科学国立研究院(National Institute of Building Science)发布的可持续实验室设计指导意见、21世纪实验室(Labs 21)发布的可持续策略。此外，哈佛大学、麻省理工学院、加州大学圣地亚哥分校等高校也相继开展了绿色实验室项目。

图1-3　国际可持续实验室国际研究院网站主页面

我国近年来也在大力推广绿色节能建筑。目前，绝大多数省份明确要求，由政府投资的公共建筑必须按照二星级绿色建筑设计。对于功能性主导的建筑，如医院建筑，也颁布了相应的规范(《绿色医院建筑评价标准》)进行指导。疾控中心作为典型的政府投资的功能性公共建筑，其在“设计—施工—运行”的全生命周期内需要贯彻保护环境和节约资源的基本设计原则。当然，疾控中心建筑因为实验工艺的复杂性有别于常规办公建筑，在实现其绿色节能之前须优先保证实现其实验功能。

(5)安全化

实验室的风险评估与安全管理是加强实验室建设的重要内容，是推动科技创新的重要保障。在疾控中心的实验建筑中，安全化主要指的是生物安全与化学安全两方面。建立健全实验室安全评估与管理体系，制定完善的实验室安全规章制度，强化实验室的安全教育与培训，是现代实验室安全管理的重要手段。

疾控中心实验室涉及的生物安全是指由现代生物技术开发和应用所产生的负面影响对生物多样性、生态环境以及人体健康可能构成的危险或潜在危险。我国于2004年11月发布的《病原微生物实验室生物安全管理条例》规范了生物安全实验室的防护级别及其所允许从事的实验活动。生物安全管理的核心是安全评估风险控制，不同的生物安全级别对应不同的控制措施与管理体系。此外，从事与病原微生物菌(毒)种的相关研究、教学、检测、保藏等的实验室，要求对实验室内存在风险的场所进行标识。图1-4即为生物危害的警告标识。

图1-4　生物危害的警告标识

化学安全管理主要包括化学品的储存与使用，以及废气、废液及固体污染源的“三废”处理。针对实验室“三废”问题，采用科学有效的防治设施是保持实验室与经济社会、生态环境协调发展的重要前提。国家层面对实验室安全与环保问题的重视程度已提升到前所未有的高度。日本80%以上的国立大学都建立了实验室有机废液燃烧中心。英国有着非常严格的实验垃圾分类制度。我国针对实验建筑的“三废”处理也颁布了一系列相关规范。