1 　前言

在去年的“非典型性肺炎”疫情爆發(fā)后,面對(duì)新的嚴(yán)峻形勢(shì),國(guó)務(wù)院、國(guó)家發(fā)改委、衛(wèi)生部決定大力加強(qiáng)疾病預(yù)防控制中心的建設(shè)。隨著生物科學(xué)研究的日益發(fā)展,更安全、更先進(jìn)的生物安全實(shí)驗(yàn)室的需求十分迫切,具有生物安全防護(hù)的先進(jìn)的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的需求也隨之急劇增長(zhǎng)起來(lái)。很多不同危害程度的染毒實(shí)驗(yàn)都需要在動(dòng)物身上進(jìn)行,也就迫切需要建造一批相應(yīng)的動(dòng)物生物安全實(shí)驗(yàn)室。

2 　生物安全的基本概念及生物安全實(shí)驗(yàn)室的分級(jí)和工藝要求

2. 1 　生物安全的涵義

所謂生物安全是指人們對(duì)于由動(dòng)物、植物、微生物等生物體給人類健康和自然環(huán)境可能造成不安全的防范,目的在于防其弊、用其利。生物安全是一個(gè)系統(tǒng)的概念,即從實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn),從技術(shù)研發(fā)到經(jīng)濟(jì)活動(dòng),從個(gè)人安全到國(guó)家安全,都涉及到生物安全性問(wèn)題。生物安全又是一個(gè)廣義的概念,它包括外來(lái)物種遷入和環(huán)境改變?cè)斐傻挠绊?以及科學(xué)研究中經(jīng)遺傳修飾的生物體和危險(xiǎn)病原體等可能對(duì)人類健康、生存環(huán)境造成的危害等等。

2. 2 　生物安全實(shí)驗(yàn)室的分級(jí)

根據(jù)所操作的生物因子的危害程度和采取的防護(hù)措施,將生物安全防護(hù)水平(biosafety level , BSL)分為4 級(jí), Ⅰ級(jí)防護(hù)水平最低, Ⅳ級(jí)防護(hù)水平最高。一般以BSL - 1 、BSL - 2 、BSL - 3 、BSL - 4 表示實(shí)驗(yàn)室的相應(yīng)生物安全防護(hù)水平;以ABSL - 1 、ABSL - 2 、ABSL - 3 、ABSL - 4 表示動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的相應(yīng)生物安全防護(hù)水平。生物安全實(shí)驗(yàn)室的分級(jí)見(jiàn)表1 。

2. 3 　生物安全實(shí)驗(yàn)室的工藝要求

正確確定實(shí)驗(yàn)室的生物安全級(jí)別是規(guī)劃建設(shè)實(shí)驗(yàn)室的第一步,不同危害程度的實(shí)驗(yàn)應(yīng)在相應(yīng)的生物安全實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行。按照國(guó)際慣例和我國(guó)即將執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn),對(duì)不同危害程度的生物安全實(shí)驗(yàn)室提出了相應(yīng)的工藝要求,詳見(jiàn)表2 。下面結(jié)合工程實(shí)例,著重探討一下ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的建筑設(shè)計(jì)與施工的特殊性。

3 　ASBL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的建筑設(shè)計(jì)與施工

3. 1 　設(shè)計(jì)原則及相應(yīng)規(guī)范

首先,不同類型的生物潔凈室必須遵循相應(yīng)的規(guī)范要求,不了解這些規(guī)范,是無(wú)法進(jìn)行設(shè)計(jì)施工的。表3 所列的規(guī)范是在設(shè)計(jì)ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室時(shí)必須遵循的。

3. 2 　平面布置

3. 2. 1 　總平面設(shè)計(jì)

按照《實(shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》的規(guī)定,ABSL- 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室應(yīng)在建筑物中自成隔離區(qū)(有出入控制) 或?yàn)楠?dú)立建筑物。而在《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》(報(bào)批稿) 中,則更明確更具體表達(dá)了這方面的要求:距離公共場(chǎng)所和居住建筑至少20M,主實(shí)驗(yàn)室所在建筑物離相鄰建筑物或構(gòu)筑物的距離宜不小于相鄰建筑物或構(gòu)筑物高度的1. 2 倍。同時(shí)《, 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施》中又規(guī)定了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)樓要求與生活區(qū)保持大于50M 的距離。設(shè)計(jì)時(shí)自然每個(gè)規(guī)范都要滿足,哪個(gè)值高就取哪個(gè)。

3. 2. 2 　建筑平面設(shè)計(jì)

ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室建筑平面不僅需要滿足一般生物安全實(shí)驗(yàn)室的相應(yīng)要求,還要考慮動(dòng)物飼養(yǎng)、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物尸體及排泄物處理等過(guò)程中產(chǎn)生的潛在生物危害的防護(hù)。作為設(shè)計(jì)人員,需要努力地把它做得更好、更優(yōu)化。圖1 為正在設(shè)計(jì)中的一工程實(shí)例的平面布置圖,以此對(duì)設(shè)計(jì)要點(diǎn)和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)加以總結(jié)。

ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室由清潔區(qū)、半污染區(qū)和污染區(qū)組成,在各區(qū)之間均需設(shè)置緩沖間,即所謂的“三區(qū)二緩”。圖1 中的圖例明確表示了各房間的污染程度,其中動(dòng)物飼養(yǎng)實(shí)驗(yàn)室與解剖室往往是整個(gè)系統(tǒng)中污染最為嚴(yán)重的地方。在一般動(dòng)物房設(shè)計(jì)中,常見(jiàn)的做法是實(shí)驗(yàn)房間直接與走廊相連,沒(méi)有緩沖空間。而在ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中,最顯著的特點(diǎn)是在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室兩側(cè)帶前室(靠近清潔走廊) 和后室(靠近污物走廊) 。

前室在生物安全上具有緩沖作用,而后室靠近污物走廊,可以更好地防止污物走廊對(duì)房間的影響。因此,前室與后室的設(shè)置對(duì)ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室是至關(guān)重要的。在本工程實(shí)例中,動(dòng)物安全實(shí)驗(yàn)室不僅做著染毒實(shí)驗(yàn),而且很多實(shí)驗(yàn)室串聯(lián)在一起,最怕引起各個(gè)房間之間的交叉感染。ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中

很重要一點(diǎn)就是人、物、動(dòng)物、籠具等的流動(dòng)路線均必須嚴(yán)格按照單向流的原則,所以在平面設(shè)計(jì)時(shí)采用雙走廊的布置型式,避免潔物與污物的交叉。污物經(jīng)污染區(qū)走廊直達(dá)污物暫存,進(jìn)行高壓滅菌清洗。同時(shí)在人員進(jìn)出路線上也重點(diǎn)考慮染毒實(shí)驗(yàn)后,使用過(guò)的外衣在洗衣之前也必須高壓滅菌。以下是人流和實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的主要流線。

人員流線如下:

3. 3 　消防設(shè)計(jì)

消防設(shè)計(jì)也是ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的一大難點(diǎn)?，F(xiàn)行防火規(guī)范的主要目的是建筑物著火后盡快將它撲滅,同時(shí)使人員盡快疏散。而對(duì)于生物安全實(shí)驗(yàn)室,一旦著火,財(cái)產(chǎn)損失不是最重要的,最重要的是防止有害微生物的泄漏、微生物的擴(kuò)散可能給社會(huì)造成很大的影響和嚴(yán)重后果。因此,整個(gè)ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室區(qū)域設(shè)計(jì)成“燃盡為止”,消防措施的目的是只解救生命而不滅火。滅火要從外部控制,使之不會(huì)蔓延。

在這個(gè)指導(dǎo)思想下,自動(dòng)噴淋系統(tǒng)就不能在ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室中采用了。在普通建筑中。噴淋系統(tǒng)能起到很好的抑制火災(zāi)的作用,但在ABSL -3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室內(nèi),如噴淋頭向下噴水,整個(gè)實(shí)驗(yàn)室的潔凈環(huán)境全部破壞,而已染毒的動(dòng)物和實(shí)驗(yàn)物品很可能借水勢(shì)迅速擴(kuò)展,后果不堪設(shè)想。所以在本設(shè)計(jì)中,把ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)設(shè)置成獨(dú)立的防火分區(qū),滿足防火規(guī)范對(duì)于防火分區(qū)的面積要求,并能控制火勢(shì)的蔓延和擴(kuò)大。在實(shí)驗(yàn)區(qū)可設(shè)置可以控制的滅火器,在實(shí)驗(yàn)區(qū)外則可布置噴淋系統(tǒng),起到阻斷火勢(shì)的作用。

與其他設(shè)計(jì)不同的是,在ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中,安全疏散的同時(shí)如何防止有害微生物的擴(kuò)散似乎是很重要的題目?！秾?shí)驗(yàn)室生物安全通用要求》中規(guī)定了ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室在半污染區(qū)應(yīng)設(shè)供緊急疏散使用的安全門,這對(duì)于布置復(fù)雜的平面疏散具有積極意義。同時(shí),由于ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室設(shè)門出入控制,主實(shí)驗(yàn)室和緩沖室的門也采用聯(lián)鎖控制,所以規(guī)范規(guī)定了當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時(shí),所有設(shè)置聯(lián)鎖功能的門必須處于可開(kāi)啟狀態(tài),這樣就確保了火災(zāi)發(fā)生時(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)人員的安全疏散。

同時(shí),規(guī)范還規(guī)定了ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)在耐火等級(jí)不低于二級(jí)的建筑內(nèi),這就對(duì)房屋的結(jié)構(gòu)及裝修材料提出更高的要求。

3. 4 　建筑設(shè)備要求

為防止有害微生物逃逸到環(huán)境中去,實(shí)驗(yàn)室需要做成負(fù)壓環(huán)境。按照《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》(報(bào)批稿) 的要求,ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室中主實(shí)驗(yàn)室與室外方向上相鄰相通房間的最小壓差為-10Pa ,其中主實(shí)驗(yàn)室最小負(fù)壓不應(yīng)小于- 40Pa ,解剖室不應(yīng)小于- 50Pa。同時(shí)《, 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境與設(shè)施》中又規(guī)定了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)區(qū)的清潔程度為一萬(wàn)級(jí),為此又要采取正壓措施。為解決這對(duì)矛盾,設(shè)計(jì)時(shí)在采取實(shí)驗(yàn)室通往室外方向逐級(jí)減小負(fù)壓值的基礎(chǔ)上,在二更處采用正壓措施,使整個(gè)區(qū)域的潔凈度得到保障。圖2 中表示了主要房間的相對(duì)壓差數(shù)值,這是進(jìn)行暖通設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。由于在實(shí)際操作中,5Pa的壓差控制有些困難,因此在具體設(shè)計(jì)時(shí)在此基礎(chǔ)上會(huì)作部分調(diào)整。當(dāng)然,為保證安全必須采用全新風(fēng)系統(tǒng),不得采用循環(huán)回風(fēng)。

ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室也強(qiáng)調(diào)了供電對(duì)其的重要程度。實(shí)驗(yàn)室應(yīng)采用一級(jí)負(fù)荷供電,當(dāng)按一級(jí)負(fù)荷供電有困難時(shí),應(yīng)設(shè)置不間斷電源。同時(shí),實(shí)驗(yàn)室的主要設(shè)備,包括生物安全柜排風(fēng)機(jī)、實(shí)驗(yàn)室空調(diào)通風(fēng)的排風(fēng)機(jī)、事故照明、動(dòng)物籠具、動(dòng)物隔離器、自動(dòng)報(bào)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等,為保障實(shí)驗(yàn)室安全均需設(shè)置不間斷電源。

當(dāng)然,規(guī)范也對(duì)給排水、自動(dòng)控制等各專業(yè)提出相應(yīng)的要求,如規(guī)定ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室中半污染區(qū)和污染區(qū)的排水應(yīng)專門收集并消毒滅菌處理,當(dāng)負(fù)壓梯度超過(guò)設(shè)定范圍時(shí)應(yīng)設(shè)聲光報(bào)警,等等,在設(shè)計(jì)中均需一一遵守。

3. 5 　建筑材料與施工

一切建筑設(shè)計(jì)均需通過(guò)優(yōu)質(zhì)的材料及良好的施工來(lái)體現(xiàn)。在ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的材料與施工中,必須有防止動(dòng)物進(jìn)入和外逃的措施,而維護(hù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和密閉性能是最為關(guān)鍵的。

ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的隔墻及頂棚一般在設(shè)計(jì)中采用夾芯彩鋼板。彩鋼板的強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)滿足空氣負(fù)壓造成對(duì)隔墻和頂棚的空氣壓力,在材料選擇上也要滿足防火規(guī)范關(guān)于耐火時(shí)間的要求。在一般動(dòng)物房或潔凈室設(shè)計(jì)中,隔墻采用的是50 厚的巖棉夾芯彩鋼板,板寬為1200 ,而ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的則必須采用特殊的結(jié)構(gòu)。本工程隔墻采用了中空的石膏彩鋼板結(jié)構(gòu),整個(gè)墻厚度為100 ,板寬設(shè)計(jì)為900 。

一方面石膏彩鋼板本身的板材強(qiáng)度大于巖棉夾芯彩鋼板,加上減小板寬和龍骨間距等措施,使它的強(qiáng)度完全可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。另一方面,電氣等管道可以利用墻板中的空間,以免這些技術(shù)管道穿墻時(shí)成為生物安全防護(hù)的薄弱點(diǎn)。圖3 為此種隔墻的構(gòu)造詳圖。吊頂無(wú)需采用中空系統(tǒng),但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室的吊頂內(nèi)通常有很多風(fēng)管、閥門等設(shè)備及管線,因此吊頂適宜選用可上人彩鋼板,蜂窩夾芯彩鋼板或巖棉夾芯彩鋼板均可采用。值得一提的是,這些彩鋼板的表面必須被覆抗消毒劑、可清洗的涂層。

門的質(zhì)量對(duì)房間的密閉性能和壓力的調(diào)節(jié)非常重要。一般動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室或潔凈室采用彩鋼潔凈門,密閉效果很不理想。在ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中,門和門框必須采用實(shí)心結(jié)構(gòu), 門必須能自動(dòng)關(guān)閉。本工程設(shè)計(jì)中采用專門的鋼制密閉門,由雙層厚鋼板夾芯制成,下面設(shè)有活動(dòng)門檻,關(guān)門后門檻自動(dòng)下降將門縫密封住。

在國(guó)外三、四級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室實(shí)例中,采用一種氣體密封門(Gastight - door) ,門關(guān)閉時(shí)機(jī)械壓緊和氣體密封同時(shí)工作,密閉性能大大提高,在工程設(shè)計(jì)中也可以加以運(yùn)用。同時(shí),風(fēng)口、電氣插座與墻交接處也要采用優(yōu)質(zhì)的密封膠進(jìn)行密封,才能保證整個(gè)房間的密閉性。

在ABSL - 3 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中,以下一些方面的原則也是我們必須遵循的:地面設(shè)計(jì)必須采用無(wú)接縫、防毒氣、防化學(xué)的整體地坪,如環(huán)氧自流平等;踢腳必須與墻齊平或略為縮進(jìn);墻與地面、維護(hù)結(jié)構(gòu)地交角必須采用圓弧處理;不設(shè)置外窗,如設(shè)置觀察窗時(shí)需采用安全玻璃,并采取密封措施。

4 　結(jié)束語(yǔ)

動(dòng)物安全實(shí)驗(yàn)室,是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新的建筑類型,而它的建筑設(shè)計(jì)與施工,也是一個(gè)跨學(xué)科的全新領(lǐng)域。生物安全實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)是綜合性的系統(tǒng)工程,必須在領(lǐng)會(huì)各相關(guān)規(guī)范精神的前提下,嚴(yán)格按照基本建設(shè)程序進(jìn)行設(shè)計(jì)。作為一名建筑設(shè)計(jì)人員,深感任重而道遠(yuǎn)。