浅谈实验科研建筑工艺规划设计思路及要点

傅尊金

(南京拓展科技有限公司，江苏 南京 210000)

多数建筑设计院业务范围为工业与民用建筑中的住宅设计、办公楼设计、城市商铺设计、生产车间设计、市政公用建筑设计等，很少有机会涉及到专业科研实验室(楼)的规划设计业务。实验室(楼)的规划设计在行业中属于专业化程度较高的小众行业专项设计，有相关从业经验的设计院和专业工艺设计师屈指可数。若要做好一个优秀的，满足各项规范并且符合建设单位使用要求的科研实验建筑需参考以下步骤。

1 设计任务书索要阶段

设计院接到设计指令后需要第一时间要与建设单位(本文特指实验室使用单位)索要《设计任务书》与《实验设备需求一览表》。

《设计任务书》是本项目建筑设计纲领性文件，应当包含项目设计规模要求、建筑风格确立、实现的功能需求、建筑红线范围、项目造价控制、执行的行业或国家标准等提出的指导性意见，需要严格遵照执行。

《实验设备需求一览表》统计有各功能分区内实验设备的具体尺寸、重量、电功率、气源需求、通风排气等基本信息，为科研建筑后期的结构承重、空间需求、水电设计、通风空调、实验安全等提供了坚实的一手资料。

2 格局划分方案的确定

根据《设计任务书》及规划建筑红线要求，规划出建筑物外轮廓线，确定好建筑层数、柱网尺寸、垂直通道大致位置、每一层功能定位、室内格局分布形式(单廊式、两段式、三段式、回廊式等)、每层建筑层高和建筑总层高。

四种形式的室内格局分布形式属中间走廊的两段式格局方案最优，应优先考虑选用。由于室内格局选型与建筑的外形尺寸相关，规划时可根据表1的特点合理选择。

表1 各型式格局分布方案特点对比表

科研建筑每层合理层高宜为4.2～4.5m(梁底高度宜为3.6～3.9m)；完成面实验室净高宜不低于2.7m；有洁净度、压力梯度、恒温恒湿等特殊要求的实验室净高宜不低于2.4mm。宜在有特殊环境要求实验室的顶部设置技术夹层或设备层，设备层高度不宜低于1.8m。

3 功能分区划分的原则

将《设计任务书》的内容仔细研读后画出每一层的功能分区“气泡图”。

科研建筑内实验室工艺平面设计不同于一般工业与民用工程建设，必须以实验标准化操作流程(SOP)为依据，从样品接收与保存、试剂耗材储存与取用、样品的处理与准备、样品测试与分析、废弃物的处理与再回收，如上流程都必须进行合理设计与规划。

一般科研建筑实验室平面布置设计遵循以下原则。

(1)按科室分配实验室所在楼层，不同科室的实验室尽量分开布置，便于实验室分区管理与权限设置。

(2)同类实验室尽可能布置在同一区域，不仅方便实验资源的共享，通风系统、空调系统集中配置，其他辅助功能间也可以共用，节约建筑面积，实验室产生的污染也可以集中收集、集中处理。

比如理化实验室，有通风及废气处理需求的实验室集中设置在实验楼顶层，便于实验室废气通过风管井排风管道送至屋顶集中处理；微生物实验室布局时应注意将生物安全实验室和无菌室分开设置，保证生物安全有效管控，防止交叉污染。

(3)有集中供气需求的实验室分布在一起。比如有仪器气源需要的实验室集中布置，可缩短气体管路总长度，加快气体管路铺设进度，减少管路泄露风险，便于日常维护和检修，有利于问题排查与解决。

(4)部分实验室需避开振动源、放射源和噪声源，为实验的顺利进行提供一个相对舒适的环境，实验室面积则根据工艺流程方案决定的实验装置数量和规模进行选择，既要有足够的空间又要避免浪费。

(5)应根据实验室设备特点考虑功能间的朝向。如采光性能好的一面可用作对光照度要求较高的精细操作，较差的一面可用作避光仪器实验室建设、暗室、试剂存储等功能间。对实验室温湿度稳定性要求较高的实验室也要重点考虑。

(6)遵循实验室与公共区分开原则。数据处理中心、卫生间区域与实验区通过门禁严格分开，非实验人员不允许进入未被授权的实验室区域。保证实验区的有效管控，保障实验人员工作秩序及实验安全。

具体到每一层实验室平面布局，设置为公共功能区(如卫生间、电梯厅、楼梯间等)、数据处理区(如数据处理室、研讨室等)、更衣区(如男女更衣间)、样本周转区、辅助功能区(如试剂室、危化品室、气瓶间、高温室、天平室、制样室等)、样品前处理、仪器分析区(如气相、液相、红外、ICP-MS等)、消洗区、废物暂存区、样品垂直通道(货梯)、污物垂直通道(污梯)等。

4 功能分区的合理分布

将确定好的“气泡图”各功能分区合理的分布于各楼层。

各实验室功能间使用墙体分割时避免将建筑结构柱设置于房间的中间位置。特别注意防火疏散距离及疏散门开启方向。相关建筑材料防火等级的选择应满足最新建筑防火设计规范相关要求。

理化实验区按规范设置紧急冲淋装置，每一套装置保护半径为15m。生物安全实验区及有辐射危险区域应设置相关警示标志及限制未授权人员进入等安全措施。

部分实验室按其特殊实验要求，如建筑层高、房屋开间、防电磁屏蔽、防轻微振动、温湿度精度、洁净度等有较高的要求。需要根据实际需求调整建筑的轴线间距、位置朝向、周边环境等相关措施。

5 配合建设单位开展科研实验室功能布局规划设计专家评审工作

专家组成员一般由建设单位负责组织聘请。有的可能是国家及行业规范参与制定的专家；有的可能是精通实验室实际使用和操作方面的专家；有的可能是前沿科技领域的专家，是未来科学技术发展方向的领路人，他们代表着行业的最高水准与权威，提出的修改意见是非常宝贵和实用的。

科研建筑设计由于其专业性和针对性非常强，不但需要满足国家相关规范、行业规范，还需要满足行业内约定俗成的做法和行业共识。行业内专家培训授课时达成的某项行业共识，虽无规范可循，但符合科学精神，也是最前沿的科学成果，应当被贯彻执行。

例如高致病性病毒PCR检测实验室，原规范要求PCR实验室的压差必须设计为递减压差，且相邻主功能间压差要保持10Pa。即如果“二区”设计为-20Pa，“三区”应当设计为-30Pa。疾控中心最新的设计要求更改为“二区”与“三区”(样本制备区与扩增分析区)的压差要求设计为负压平压差，即如果“二区”设计为-20Pa，“三区”也应当设计为-20Pa。理由是“二区”为高致病病毒样本制备间，需要对可能为阳性的样本进行灭活和核酸提取操作。该实验室的生物安全等级为“加强型二级生物安全实验室”，需要采取三级防护措施，属于高风险实验室，实验室中的样本如果处理不当，极易可能通过气溶胶分布于实验室的空气中。如果“三区”相较“二区”为负压差，被污染的“二区”空气会进入到“三区”，而造成操作人员感染的风险。为既能保证生物安全又要保证实验数据的准确性，需要将“二区”与“三区”设计为负压平压差，如表2所示。

6 实验设备及家具的布置

实验设备及家具布置对于实验室建筑、结构等专业设计极其重要。它关系到实验室开间的调整、局部承重加固、用电负荷计算、排风管井设置、不适宜喷淋区域的位置及面积(大型贵重仪器设备区、生物安全实验区等)、需要局部通高(两层通高)的范围和面积、防爆区的设置，墙体与顶面预留孔洞设置、屋顶设备摆放位置局部加固等。

表2 PCR实验室各功能间暖通参数设置

实验设备及家具定位需满足设备使用要求及人体工程学设计要求，满足相关国家规范及行业规范要求。

平面方案经建设单位签字确认后方可交予各专业进行设计点位布置与确认。如不同的实验设备所需的插座数量和规格型号不尽相同。哪些地方需要三相电、独立接地、电话网络、设备排风、工艺配气等都需要一一确认。相关点位必须“上图”后再次经建设单位签字确认。

7 科研实验室色彩的选择与搭配

总体说来黑与白的搭配可展示大方、现代并强化了高雅和庄重，是永不过时的经典百搭模式；灰与蓝则能感受到和谐、平静与优雅的工作氛围；墨绿与灰白则凸显了清新脱俗的气质，体现了现代摩登时尚的风格。颜色的搭配不需拘泥于某种特定的色彩搭配模式，也可根据建设单位的喜好适当跳色处理。色彩设计的和谐可以让整体科研实验室看起来既简洁、明亮，还会给实验操作人员带来舒适、轻松和愉悦的心理体验，提高科研实验工作效率。

8 施工图完成

所有专业沟通洽商后完成施工图设计，交出一份完美的设计施工方案。

9 结 语

综上所述，设计人员在进行科研建筑规划设计过程中，必须时刻保持与建设单位充分沟通交流。科研实验室是使用人员的实验室，它的建设是为开展不同实验功能需求提供合格的实验环境而服务的，是没有办法套用一个固定模板来完成整套施工图纸的设计工作。笔者认为如果能重复借鉴以上设计思路与流程，一定可以做出符合建设单位使用需求的优秀的科研建筑工艺方案设计。