浅谈三级生物安全实验室的设计

某三级安全生物安全实验室设计

引言

自有人类以来，生物与人类的关系即密不可分。举凡日常生活的衣食住行，到工商业、医药、能源供应等所需的原料，均需生物直接或间接的供给。因此，人类社会的发展依赖生物资源。从十九世纪末分析技术的进步开始，到二十世纪中叶后有机化学、分子生物领域的快速进展，人类逐渐了解了古来相传的生物有效成分，甚至进一步地将这些有效成分作为仿真蓝本，以人工的方式大量合成、使用。这些成本低廉的人工化合物虽然带给人们生活上的便利，但因抗药性微生物的增加、合成物的副作用与新疾病的产生，造成病原体微生物对人类的伤害和威胁越来越大，尤其是2003年突如其来的SARS和今年禽流感在亚洲一些国家和地区的大规模蔓延，给这些地区造成了严重的经济损失。这就促使人们开始思考并逐渐将注意力集中到微生物的安全问题。

生物安全防护实验室就是人类针对病原体微生物的研究而产生的，其功能是克服病毒的危害而实现生物安全。三级生物安全防护实验室适用于主要通过呼吸途径使人传染上严重的甚至是致死疾病的致病微生物及其毒素，SARS在我国爆发后，三级生物安全防护实验室得到快速的发展。因三级生物安全防护实验室研究的多是强传染性病毒，实验室感染事件也时有发生，所以三级生物安全实验室的设计非常关键和重要。

一、三级生物安全实验室（BLS-Ⅲ）洁净空调设计

1、平面布局

平面布局及人、物流见实验室平面布置图。

该实验室平面为单走廊布局，实验区包括3间BLS-Ⅲ及其缓冲间、1间动物实验室（ABLS-Ⅲ）及其缓冲间、实验准备室、消毒间、男、女一次、二次更衣间、男、女淋浴间、缓冲间、前室、洗刷间及中控室和机房。整个实验室分为清洁区、半污染区及污染区。各区之间设置缓冲间过渡。其中更衣室、淋浴间为清洁区，更衣室后设一缓冲间，作为清洁区与半污染区的过渡。实验准备、消毒间为半污染区。3间实验室及动物实验室为污染区，每间实验室及动物实验室设置1间缓冲间作为半污染区与污染区的过渡。

平面布局充分考虑了人员、洁物、污物的走向，避免交叉。工作人员在经过一、二次更衣后，还要在与实验室想连的缓冲间进行第三次更衣，即穿洁净服。缓冲间的门设置成连锁门，淋浴间设置成与二更并列同对缓冲间开门，这样既可以满足国家最新的关于实验室人员离开实验区先淋浴、后更衣的要求，又能保证在多间实验室使用的前提条件下，人员进出不交叉，特别是人员进入时，不用穿过较脏的淋浴间，而对洁净区内造成污染。另外，将污物出口处的高压消毒锅放置在消毒间内，这样不仅有利于保证准备间的洁净度，并且避免了污物与洁物进出时在准备间内的交叉。同时避免了由于消毒锅本身气密性较差而带来的危险性。

（1）人流路线

实验人员在前室换鞋后，经一更脱衣，进入二更穿无菌实验用外衣。更衣后的实验人员通过缓冲间进入实验准备间，准备工作完成后到各实验室工作。进入实验室的实验人员先进入缓冲间，在缓冲间内外罩实验室防护服，然后再进入实验室，缓冲间的门与实验室的门设置成连锁门，当其中一道门开启时，另一道门必须处于自动关闭状态。工作结束后，实验人员脱掉防护服并打包，同时带着实验用后打包好的污物，通过实验准备间内的消毒间送入高压消毒锅消毒，人员淋浴后经过二更、一更穿上自己的衣服离开实验室。

（2）实验用品物流路线

实验用物品从洗涤消毒间经各种物品消毒传递设备进入实验准备间待用。实验人员将洁

物取出后在准备间准备实验，准备好后通过各自的传递窗到各实验室做实验。实验结束后，污物打好包后由实验人员经实验准备间内的消毒间，经双扉高压消毒锅消毒后进入洗涤间，再进行洗涤等处理（对于进行“SARS”病毒实验的实验污物，要求先在实验室内就地消毒灭菌，然后再到消毒间进行第二次消毒处理）。

2、维护结构

（1）吊顶和墙体

BLS-Ⅲ的核心问题是保证安全，要保证安全，除可行的平面布局外，实验室的气密性也是非常重要的。要求维护结构密闭、不漏气，表面平整光滑、耐腐蚀、无眩光、不起尘、并应减少凹凸面，易消毒、耐清洗、不易吸水变质，耐火等级达到一级，符合负压60Pa强度的要求。该实验室墙体及吊顶采用夹芯彩色复合钢板，彩钢板为石膏板夹芯彩钢板，配龙骨，其中钢板厚度0.6mm，龙骨为镀锌钢龙骨。实验室隔断采用双面彩钢板，内衬石膏板。实心墙为龙骨+石膏板+彩钢板。

（2）地面

实验区地面要满足净化及消毒的需要，原设计采用英国进口高级PVC卷材，所用PVC卷材脚感好、防噪音、耐磨、防火、防静电，具有很好的耐化学品腐蚀、着色的性能。卷材拼缝为热焊熔接，平整无缝，做到长时间高强度使用的条件下不开胶、不裂口，以免积尘和长霉菌。

但建设方坚持使用环氧自流平地面。自流平地面如果能做到厚度要求，则能保证其使用效果，否则相比PVC，自流平地面耐磨性偏差。

（3）门

洁净区内均为不锈钢彩钢板气密门，门下无门槛，门下加装可自动伸缩的橡皮密封条，以减少空气泄露，维持室内压力梯度要求。其中实验室缓冲间的门可互锁。

整个实验区入口处的门，采用不锈钢全玻璃门，门上设门禁系统，防止无关人员进入实验区。

3、气流组织

各房间的风量计算见表1

为保证操作人员的安全和环境的安全，实验区采用独立的直流式通风空调系统。送风经过粗、中、高效三级过滤，排风通过高效过滤风口排出。排风机采用一用一备，在一台排风机出现故障时，另一排风机自动切换。同时为增加排风机寿命，正常工作时排风机也可相互交换运转。

实验区采用高效送风口上送，下侧单面高效排风的气流组织形式。高效排风口设置在生物安全柜的一侧，确保实验室一侧的气流由“清洁”区域流向“污染”区域。

为保证BLS-Ⅲ的压力，送风采用两态风量文丘里控制阀，排风采用两态变风量文丘里控制阀的控制方法，以达到各个房间可以控制高、低态送风，并且用变风量排风阀来维持房间压力恒定。这样既可以达到节能的目的（不使用的房间低态送风），又可以保证房间内的压力梯度，保证实验室的安全可靠。排风为通风柜排风与房间排风的综合排风（综合排风=通风柜排风+房间排风）。由于需兼顾通风柜的面风速控制与开关控制，所以通风柜排风量变大时，需减少房间的排风量，反之亦然，从而做到通风柜排风量加大与减小、开与不开，不影响房间压力变化。

在实验室、动物实验室的送、排风支管上设置进口自动气密阀，总送、排风干管上也设置进口自动气密阀，并在自控系统中设置“消毒”状态。若实验室、动物实验室单独消毒就自动关闭该房间送、排风支管上的气密阀；若整个实验区全面消毒，就自动关闭送、排风干管上的气密阀。

二、BLS-Ⅲ自控设计

因BLS-Ⅲ的自动化要求较高，因此自控设计可以说是整个实验室设计的核心。

1、温湿度控制：

温度：通过房间内设置的温度传感器来调节冷冻水路上的调节阀；

湿度：通过房间内设置的湿度传感器来调节加湿设备的调节阀；

当温湿度超过设定的上、下限值时，应会报警显示。

2、风量控制：

实验室通过文丘里风量控制阀实现风量控制。其运行工况可以实现三种：

正常运行工况：人员进入，每个房间对应的切换开关切换至使用状态，该房间送风文丘里阀打开到高风量态，同时调整排风文丘里阀保持余风量和房间负压。

节能运行工况：人员从房间退出，每个房间对应的切换开关切至节能状态，该房间的送风

文丘里阀关小到节能状态，同时调整排风文丘里阀保持余风量和房间负压。

消毒工况：当一个房间欲投入消毒时，应由操作人员将其设置为“消毒”。房间投入消毒状态后，其对应的送、排风气密阀关闭。房间退出消毒状态时，首先打开其对应的排风气密阀，再打开送风气密阀。

3、负压显示及报警：

重点房间的压力显示及报警；

高效过滤器阻塞报警：在各实验室的送风高效过滤器的前后安装压差开关，当过滤器阻塞时可在控制室报警。

净化空调机组过滤器阻塞报警在空调机组粗、中、高效过滤器前后安装压差开关，在过滤器阻塞时可在控制室报警。

任何动力设备在运行过程中发生故障，均应在控制室报警。

结论

BLS-Ⅲ设计是涉及到多专业的综合性设计，不能仅仅将其看成常规的洁净室设计。设计最终要使实验室达到安全可靠和运行节能，这样才能设计出符合现代化要求的三级生物安全实验室。