负压ABSL-2实验室工艺设计参数分析

曾晓虹

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

负压ABSL-2实验室工艺设计参数分析

曾晓虹

（中石化上海工程有限公司，上海 200120）

以某质检部门拟建一负压二级动物生物安全实验室（ABSL-2）为例，从工艺设计角度，分析该实验室工艺设计参数的制定依据及输出要素，如生物安全等级的界定、人员物料流程的设计、气流组织的控制及房间压差的设置等，同时提出制定房间明细表，汇总所有设计参数以作详细设计依据。

ABSL-2；生物安全；动物实验室

生物安全二级实验室（BSL-2，ABSL-2）可以从事一些致病性较强的生物因子的实验活动，且其建设和使用要求又较生物安全三级实验室低，故适用面广，在实际工作中使用得较多。目前，即常压也可满足相应防护水平实验活动的要求，但是，生物洁净室主要是控制工作对象的有生命粒子对外界和人的污染。保持与大气负压的生物安全防护性能要高于常压状态，能更强有力地保障实验室生物安全[1]。下面将以某质检部门拟建一负压动物生物安全二级（ABSL-2）实验室为例，从工艺设计角度，分析工艺设计参数的制定依据及输出要素。

1 工程概况

该工程为一新建药理楼，含动物房、配套实验室及档案、标本区、人员休息办公室等。用户拟建一个配套的负压ABSL-2实验室，该实验室主要从事减毒活性疫苗的安全性评价分析工作，实验对象是大小鼠，内设有饲养室，使用面积约200 m2。

1.1 实验室生物安全等级类别的界定

实验室生物安全等级类别的界定关键是实验操作对象的危害程度。本例实验对象主要为减毒活性疫苗，如狂犬疫苗，此类疫苗对人体及环境具有潜在危险的致病因子，但能有效预防和治疗，根据2006年卫生部印发的《人间传染的病原微生物目录》要求，从事狂犬疫苗实验生物安全级别为ABSL-2。ABSL-2又分a类和b类，该疫苗在空气中有传播生物因子的潜在风险，属生物安全类别b类，b类中又分b1或b2类。ABSL-2中的b2类有洁净度、换气次数、负压要求，但b1类并无相关要求[2，3]。

规范里b1、b2类的解释是“b1类生物安全实验室指可有效利用安全隔离装置进行操作的实验室；b2类生物安全实验室指不能有效利用安全隔离装置进行操作的实验室”，关于是否能有效隔离，只能用户自己作风险评估，各单位在建造和使用负压P2实验室时存在一定的困惑，不同单位ABSL-2实验室的设计均存在较大差异。但从资金一次性投入和超前建设的理念出发，同时考虑将来业务的拓展，本例选择采用负压形式，界定为负压二级动物生物安全实验室，按ABSL-2中的b2类要求设计。

1.2 房间明细表

房间明细表是工艺条件输出的主要参数表，是相关配套专业设计的主要依据。要完善房间明细表首先需要深入调研用户的需求，然后结合实验内容相关规范要求及现场条件，确定数据录入表格。如表1，限于篇幅，本文仅截取房间部分工艺参数为例，在以下章节作详细分析。

2 工艺平面设计

工艺平面主要是根据用户实验操作流程而设计。本项目用户操作流程可简单描述如下。

首先，人员更衣进入饲养实验区，物品则经传递窗或灭菌锅进入。

表1 负压ABSL-2实验室房间明细Tab.1 Room sheet of ABSL-2 Lab

其次，动物给药等实验操作在饲养前室生物安全柜内进行，完成后将动物放回笼盒，送入饲养室饲养观察，并定期给其称重记录。

最后，实验结束，二氧化碳处死动物，所有实验废弃物灭活后，打包送出。

根据实验操作内容，需设立相对独立的人员、物料进出通道，配套的辅助区如污物处理、清洗消毒、洁物存放、饲料垫料存放等。功能间的面积则根据现场情况和实际需求合理分配，由于使用面积有限，本例布局相当紧凑，其中，污走廊兼作污物处理，详见图1。

图1 负压ABSL-2实验室平面布置Fig.1 Layout of negative pressure ABSL-2 lab

清晰的人员、物料流程与平面布局密切相关。更衣是进行实验活动的必要程序，设置专用更衣室有利于洁污分离，避免交叉污染。人员经更衣室穿戴防护用品后进入核心工作间，若条件允许，最好不要原路返回，以免污染清洁区。因此，本例中设有专门的退出缓冲通道，人员退出后，通过外走廊返回换鞋一更区。从动物福利方面考虑，根据AAALAC标准[4]的要求，所有动物实验需在前室进行，不应在饲养室内操作，因此，核心工作区内设有前室，使动物饲养和实验操作在空间上分开进行。净化区内还需设置内准备间，内准备间与清洗消毒间应有双扉传递口，本例中设有双扉高压灭菌锅和带紫外灯的传递窗，确保洁净物料的进入。根据生物安全的基本理念，负压屏障环境设施应设置无害化处理设施或设备，所有污染物（废弃物品、笼具、动物尸体等）应经无害化处理后才能运出实验区[5]。故本例中设污物专用走廊，所有污物均需经高压灭菌锅灭活后，方可送出。污物处理所选用的高压灭菌锅必须为生物安全实验专用型，即对灭菌过程中产生的一些废水废气均可通过管道系统收集灭活处理后排出。

2.1 核心区人员流程

人员进入核心区均需经净化更衣程序后，方能进入，如图2所示。

图2 人员进出核心区平面Fig.2 Sketch-map of personnel flow

2.2 核心区物料流程

（1）饲料垫料及其他实验耗材流程

饲料垫料及实验耗材→传递窗或灭菌锅→前室或内准备→饲养→污走廊→灭菌锅→废弃

来自存放室的饲料（已经过辐照灭菌）送入清洗消毒间，经传递窗送入内准备室。

来自存放室的垫料分别送入清洗消毒间，将垫料放入已清洗的笼具中，经灭菌柜灭菌后送入内准备室。

其他实验耗材（已灭菌处理过）或消毒液经前室传递窗传入，未灭菌的实验耗材（可经高温灭菌的）经清洗间双扉灭菌锅灭菌后进入内准备室。

图3 饲料垫料及其他实验耗材进出核心区平面Fig.3 Sketch-map of material flow

（2）动物流程

外购来经检验合格的动物，从前室传递窗送入核心区。

实验结束后，动物尸体经灭活后，打包送至尸体存放间。

（3）污笼具及废弃物流程

污笼具（内含废弃物），送入污走廊，经双扉灭菌锅灭菌后送入清洗间；上述污笼具在清洗间内将笼具中的废弃物倒入专用废弃物袋中密封后送出。动物尸体存放在尸体存放间。所有废弃物定期外运。污笼具在清洗消毒间经清洗池清洗后，装入垫料，经灭菌柜灭菌后送入内准备室。

3 室内环境参数设计

ABSL-2实验室室内环境设计核心内容是空调通风与净化的设计。ABSL-2，b2类实验室洁净级别为8级，宜采用全新风系统，宜采用上送下排方式[5]，送风口和排风口布置应有利于室内可能被污染空气的排出。在生物安全柜操作面上方附近不应设送风口。高效过滤器排风口应设在室内被污染风险最高的区域，不应有障碍[2]。从这些要求出发，工艺需明确相邻房间气流的控制及房间内气流组织的控制，从而体现在房间压差的设计及排风口与排风设备的布局。

图4 动物进出核心区平面Fig.4 Sketch-map of animal flow

3.1 相邻房间气流控制和压差设置

通常，实验室房间气流组织，定向气流主要是保护实验人员，负压梯度主要是保护外部环境，正压梯度是保护样品。生物安全实验室主要是控制工作对象的有生命粒子对外界和人的污染，所以需保持与大气成负压状态。ABSL-2，b2类实验室核心区相对于大气最小负压为-30 Pa[1，2]，与室外方向相邻相通房间的最小负压差为-10 Pa。本例中设定更衣、缓冲间压力高于外走廊和核心区，一方面是为了保护人员，保证洁净度；另一方面是起气流隔断作用，房间洁净气流向两侧压，防止核心区与外界环境相互污染。前室与饲养同为核心区，但前室作为操作区，主要操作都是在生物安全柜内进行，且操作是间歇的，而饲养室作为动物饲养观察区，房间及设备24 h运行，且动物数量较多，在整个区域内危害风险最大，故饲养间设为气压最低处-30 Pa。内准备室为洁净物品暂存区，为保护样品，房间压力设为正压，高于相邻区域。相邻房间气流走向及压差设计，详见图5及表1。

图5 相邻房间气流走向及压差值Fig.5 Air-flow & different pressure between rooms

ABSL-2中的b2类实验室核心区相对于大气的最小负压为-30Pa，不仅设计上要满足要求，还对房间的气密性施工有较高的要求。由于房间内有较多的风口、照明、插座等接缝，用户在平时使用中，需要经常对这些接缝处作气密性检查维护，否则净化区易受外界粉尘颗粒等污染，且运行久了，压差可能就达不到要求。

3.2 送、排风口及排风工艺设备的布局关系

房间内布局设计还需考虑送风口和排风口及排风工艺设备的位置关系，应有利于室内可能被污染空气的排出。排风设备如生物安全柜、排毒柜之类的设备应放置在不与门相邻的位置，应避免人流扰动，所以房间送风口需与排风设备保留一定的间距，通常设在操作面一侧，以保护人员。动物饲养间一般为上送下排[5]，房间内四角设有排风口。若采用外排式独立排风（IVC）饲养笼具，笼具上方设有设备排风口，送风口位置应设在操作面一侧，如图6、图7所示。

图6 送、排风口及排风工艺设备的平面布局Fig.6 Layout of air supply & exhaust outlet and exhaust equipment

图7 送、排风口及排风工艺设备的布局A-A立面Fig.7 A-A vertical view of air supply & exhaust outlet and exhaust equipment layout

4 结束语

综上，本文主要针对负压二级动物生物安全实验室（ABSL-2中的b2类）某一案例作主要工艺设计参数分析，包括生物安全等级的界定、人员物料流程的设计、气流组织及房间压差的设计，送风、排风口与工艺排风设备的布局设计等。围绕上述分析结果，最终可量化体现在房间明细表内，如房间功能面积、洁净等级、压差等。房间明细表作为工艺参数的汇总表，是相关配套专业设计的重要依据，其参数的设计选择，需要设计人员深入调研，与用户共同完成，因此，在整个设计过程中，房间明细表的内容需不断地更新完善，贯穿整个项目始终。

[1]谢景欣. 负压二级生物安全实验室设计要点[J].中国公共卫生，2010，26（10）：1231-1232.

[2]GB 50346—2011，生物安全实验室建筑技术规范[S]. [3]GB19489—2008，实验室生物安全通用要求[S].

[4]美国国家学术研究委员会著. 实验动物饲养管理和使用手册[M]. 王建飞，陈筱侠（译）. 上海科学技术出版社，1998.

[5]GB 50447—2008，实验动物设施建筑技术规范[S].

SSEC在OCM技术研究上不断前行

2016年11月5日，在由中石化上海工程有限公司（SSEC）主办的联合化学反应工程研究所2016年度学术报告会上，吴曦作为团队代表作了题为《甲烷氧化偶联（OCM）制乙烯工艺研究》的报告，引起了中国石化科技部主任谢在库等专家、学者、领导的广泛关注。

天然气甲烷氧化偶联（OCM）技术是继石油、煤为基础原料之后的以天然气为原料一步法制造乙烯的生产方法。天然气储量丰富而且是清洁能源，以天然气OCM技术生产乙烯的技术，正在走向工业化。

从国际上看，在富产天然气（包括页岩气）的国家和地区，天然气价格比我国西部地区价格低很多，如果在该地区建厂，乙烯成本可大大降低。另外，我国天然气气田大多分布在西部地区。按目前西部地区工业天然气价格与东北亚乙烯进口价进行效益测算分析，可知其应用前景十分可观。

近年来，中石化上海工程有限公司组建了“甲烷氧化偶联（OCM）制乙烯” 技术开发团队，吴曦、许式龙等团队成员在公司老专家堵祖荫的带领下，一直致力于先进的“甲烷氧化偶联（OCM）制乙烯”技术的开发研究。

在工艺流程方面，按照新开发催化剂的试验结果，结合公司在乙烯分离领域的长期技术积累，开发了节能效果显著的产品分离提纯工艺流程。

在反应器方面，针对反应条件，采用CFD技术，结合催化剂特点，筛选研究了多种反应器形式，并开发了针对性的反应系统控制方案。

在此基础上，充分研究考虑了催化剂性能与工艺流程的匹配，促进了催化剂性能提升及反应条件的优化，为进一步工业化试验验证打下了坚实的基础。

几年来，OCM技术研发团队从零做起，克服重重困难，一路坚持，在甲烷制乙烯技术的研发过程中，不忘初心，用“匠人”品质要求自身，团队成员团结一心，除开发先进的OCM工艺技术之外更有多项专利发表。

（陈 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

曾晓虹（1982—），女，工程师，从事医药工艺设计工作。