基于EHS理念的高校化学化工实验楼筹建设计研究

胡章记，陈红萍，李妍，陈军伟

（1.新疆科技学院化学化工学院，新疆巴州 841000；2.邢台学院化学与化工学院，河北邢台 054001；3.华北理工大学化学工程学院，河北唐山 063210）

新疆科技学院是由新疆财经大学商务学院转设的应用型本科院校，化学工程与工艺和轻化工程专业是2019年申报的工科专业，增设这个专业是为了解决南疆地区化工产业快速发展对人才需求，新建化工专业实验室的建设成为专业发展急需解决的问题。结合当前新疆对化工专业人才的需求和新疆科技学院化工专业人才培养方案，筹备组对化学化工专业实验楼的建设进行了多次论证。

建设化学化工实验室是个综合的系统工程，在追求科学美观实用前提下，既要考虑供电、给水、排水、送风、排风、净化、排污等要求，还要考虑对人员和周边环境的安全性，噪音、异味、视觉环境的舒适性。目前国内高校实验室在设计建设时常参照《科学实验室建筑设计规范》、《化学化工实验室安全管理规范》、《石油化工中心化验室设计规范》、《常用化学危险品储存通则》、《建筑设计防火规范》、《建筑给排水设计规范》等[1～3]，但针对高等学校化学化工实验室设计还没有的规范文件。由于设计标准的缺乏，危险、难闻、有毒往往是人们对化工实验室普遍的印象，如何从源头上控制是化学化工实验楼设计时最大困难。

EHS是20世纪90年代发展起来的关于环境（Environment）、健康（Health）和安全（Safety）三位一体的管理体系。EHS理念从整体出发将健康、安全与环境纳入一体化管理，强调事前预防和风险分析，避免实验室从源头上就不合理、不安全、体现“以人为本”的原则，已成为世界上很多高校核心价值观之一[4～7]。本文根据新疆科技学院化学化工实验楼筹建过程中与设计方沟通交流并借鉴兄弟院校经验，采用ESH理念探讨了化学化工实验楼规划和建设过程中应注意的若干问题，为设计和施工方科学设计和建设规范的化学化工实验楼提供思路，也为其他高校化工实验楼的规划设计建设以及管理使用提供借鉴。

1 化学化工实验楼规划设计的理念

针对新疆科技学院化学工程与工艺和轻化工程专业的需要，通过调研国内一些高校化学化工实验楼现状，借鉴EHS理念，新疆科技学院化学化工实验楼规划设计理念是“科学、安全、环保、经济、可持续发展”，化学化工学院作为化学化工实验楼管理和使用主题部门，在广泛争取学校领导、教务处设备处等管理部门建议基础上，结合学校的发展规划和定位，借鉴国内兄弟高校化学化工实验楼建设经验，在各功能实验室分布、水、电、气、通风、通讯、安全装备等方面与设计方进行了广泛的沟通协商，提出了化工实验楼建设设计时主要关注的问题。

2 化学化工实验楼的整体布局规划

根据新疆科技学院工科楼群的整体建设规划和南疆气候特点，基于化学化工实验楼特殊性，拟建设的化学化工实验楼位于工科楼群最北侧，东西“一”字型朝向，规划为四层：一层为煤化工实验室、石油化工实验室、化工单元操作实验室、化工实践实训室、配电室、更衣间；二层为化工热力学、化学反应工程、化工仿真、化工制图、化工过程控制等实验室；三层为无机实验室、有机实验室、精细化工实验室、化工合成实验室，科研实验室；四层为分析实验室、物理实验室、检测实验室和精密仪器室。

2.1 化学化工实验房间位置要求

实验房间位置要求主要考虑科学、实用、方便、美观、通风流畅、进出顺畅、疏散逃生无阻等方面的因素。1）把用途接近实验室设置在一起，防止不同性质的实验室相互干扰，并节约投资。例如：把无机有机化学实验室集中设置在一起，以便于通风、排污措施的集中设置以及一些辅助仪器的共同利用，将分析物化实验室设置在一起，便于大型精密仪器如气相色谱、液相色谱等有温度、湿度和洁净要求实验室集中布置在一起，便于集中布置空调设施；2）辅助实验室如天平室、高温室、样品处理室等应就近布置在常用的实验室旁边，工程管网较多的实验室组合在一起，便于敷设、管理和检修；3）实验室结构具有通用性，满足学校的长远发展，实验楼内通道顺畅，防止危急情况发生时出现通道堵塞现象；4）较高或较笨重的仪器设备，如大型化工实训设备和准生产线，以及产生振动的设备，从承重、防震动干扰和运输安装等因素考虑设置在一楼；5）精密仪器如红外、紫外、电化学测定仪等防潮防水，容易被腐蚀性气体侵蚀，考虑到上方不宜布置有排水的房间和南疆的气候特点放到高层；6）精密仪器室、天平室、试剂暂存室、试剂配制室、配电室要避免阳光直射。

2.2 开间进深和层高

开间为建筑物自然间宽度，进深为建筑物纵深长度，开间进深太大，使用效率降低；太小则通道过于狭小，实验环境的安全性无法保证。1）化工楼的开间拟设置为8～9m，进深为9～10m；2）化学化工实验楼需要给供给系统预留一定量的顶部空间，高度比普通建筑要高，首层拟定为4.5～5 m，其他层控制在4～4.5m。

3 化学化工实验楼各系统设计时注意事项

3.1 通风

在化学化工实验过程中，经常会用到各种有气味的、有腐蚀的、有毒或易爆的试剂，这些试剂挥发的有害气体不仅会对实验人员的健康和安全产生极大的危害，也影响精密仪器的正常使用，做好通风设计能有效地消除各种有害气体，改善实验环境，保障师生身心健康。兄弟院校实验楼通风的经验和教训告诫我们，实验室通风效果不好和噪声较大是化学化工实验楼最大的困扰。

实验楼通风要考虑六个方面：1）通风系统有自然通风和机械排风，根据南疆气候特点尽可能利用自然通风，机械排风拟采用顶通风设计；2）有机实验室和无机实验室需要比一般实验室更强的通风系统，尤其有机实验室，还需要增加桌面通风罩和防爆柜等；3）化工楼风机拟建在楼顶并设置排风吸收装置，排风系统的管线布局较为复杂，所用的管道大而长，数量多，既要考虑室内的布局合理，又要不影响外墙的美观，还要注意风管穿过楼顶后的防水处理；4）为保证排放的气体对大气没有污染，在通风系统的末端，添加有害气体吸附装置；5）要特别注意风机噪音对室内的影响，应考虑变频控制技术，根据通风柜的使用量、通风主管道压力变化自动调节风机的转速，达到降低噪声和节能目的；6）为了避免出现室内负压过大、门窗开启困难的问题，应考虑合理补风。

3.2 给排水

实验楼给排水指供水、排水、纯水及消防用水等各类水系统，要选取合理的管道走向和预留，尽量考虑步入式管道井，为后期维修创造条件。1）高校实验室内部空间中摆设实验台较多，给排水点位较多，每个实验室供水管路设置开关，室内总阀门应设在易操作的显著位置；2）排水系统应采用耐酸碱腐蚀的材料，实验室给水管道和排水管道，应沿墙、柱、管道井、通风柜内衬板等部位布置；3）基础实验室设置室内、外消防给水系统，自动喷水灭火系统，大空间智能型水炮喷水灭火系统；4）化学楼的下水管路设计独立回路，不与卫生间等其它下水道连通。排水系统将实验室污水与生活污水、雨水分开，实验室污水进入污水处理池，应进行必要的处理，符合国家排放标准后，方可排入城市污水管网；5）用水较多的实验室跑水的事故常有发生，地漏的设计不可忽视，同时为了防止下水管中异味的溢出，应采用防臭地漏；6）天平室、配电室和精密仪器室上方不要有给排水点和地漏。

3.3 供电

实验楼供电有强电和弱电：实验室照明、仪器设备、空调和风机等供电为强电；门禁、监控、通信、电话、网络等系统设计为弱电。1）实验台、通风柜及其他实验区域应有足够数量的三相电和单相电插座，每个房间设置单独的配电箱，加装漏电保护装置；2）根据用途测算每个房间的用电量，对大功率设备或有特殊要求的设备应单独供电并设置接地系统，大型仪器安全配电也需要加装漏电保护装置；3）实验室的烘箱、冰箱、恒温箱等设备应有专用供电电源，确保实验结束时仍能运转；4）为便于使用和维修，实验室的供电管线排布走向应清楚，对于特定仪器及化工仿真实验室应采取UPS、双路供电设计,避免在突然断电的情况下对仪器造成不必要的损坏；5）盛放化学试剂和钢瓶等有爆炸危险的场所应设防爆灯具；6）实验室所有用电仪器，均应有安全接地措施，同时设计防雷防干扰保护；7）用电量的设计要有一定的前瞻性，预留富余量以备将来的发展所需。

3.4 供气

化工实验室需要氢气、乙炔等易燃易爆的钢瓶气，供气设计安全尤为重要。1）气瓶室应设置在使用钢瓶气房间旁边，气瓶室必须采取专业的通风和防爆措施，气路系统要有泄露报警、紧急切断和强排风等装置；2）气瓶室要带有带过滤装置的通气孔，使空气流通顺畅，保持清洁。

3.5 电讯

实验室已经进入智能化时代，“全生命周期管理”采用物联网、AI、云计算、VR等技术，从实验室概念到建设、运营管理等全生命周期进行数字化智慧管理，保证实验室建设质量、运行质量，增强了环境和生态友好，促使实验室不断增值。1）每个实验室应预留电话和网络接口；2）实验楼设置监控系统和实验室管理系统。

3.6 安全与应急设施

化学化工实验楼要预防火灾、爆炸、灼伤、中毒等事故，安全与应急考虑六方面。1）实验楼设置三个出入口，两个步行梯，一部货运电梯，主出入口要保持足够的宽度，方便进出和应急疏散；2）实验室的门向外开启，门上设置观察窗，便于安全巡视观察，大房间设双开门，走廊及楼梯要宽敞；3）实验楼配备烟感报警器,与火警系统相连,配有声光报警，设置配备灭火器、灭火毯、沙箱等设施空间；4）通用实验室设置紧急喷淋系统和应急洗眼器，一旦化学试剂被溅入眼睛，可使用洗眼器对眼睛进行冲洗，若化学试剂大面积的溅到头部、脸部或者身上，应及时用紧急喷淋系统进行淋洗，可及时去除大部分污染物，保障学生的人身安全；5）通用实验室试验台用岛型、半岛型布局在实验室中央或两侧，主通道、两个中央台间距不小于1.5m，边台走道间距不小于1.3m，方便进出及逃生疏散；6）实验室的地面应防滑、耐酸、耐碱、耐油、防静电，实验台面应耐酸性、耐高温、耐冲击、耐刻划。

3.7 试剂库

按照消防安全要求，危险化学品试剂库不能设在楼内，应设计在远离实验楼和过往人群少的地方，专门规划修建危险化学品仓库，设专人管理。仓库门应设双锁，外设防盗门窗。易燃易爆试剂、易制毒试剂、腐蚀性试剂、实验用后化学试剂,剧毒化学药品要在试剂库独立存放和保管，将实验楼发生实验事故的概率降至最低。

4 结语

高校实验室建设与管理水平能够反映大学的办学水平，是高校软实力的象征，建设高水平的实验室是当今高校建设与发展的目标之一。高校化学化工实验楼的规划设计是一项复杂的系统工程，要综合考虑实验室的总体规划和平面设计、实验室布局、强弱电、给排水、通风、供气、供暖、安全装备及环境保护等多方面，在目前国内高校化学化工实验室设计建设时，缺乏明确的设计标准及规范情况下，新疆科技学院以EHS理念指导化学化工实验楼设计，需求方和设计方共同协作，为实验楼的使用做足前期工作，符合绿色实验室安全、健康、环保、节能理念，对促进建设高水平大学具有重大的战略意义。