分析实验室建设的总体规划与基本要求

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2007-07-27 13:01 | 只看楼主

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实验室的建设，不论是新建、扩建或改建项目，它不单纯是选购合理的仪器设备，还要综合考虑实验室的总体规划，合理布局和平面设计，以及供电、供水、供气、通风、空气净化、安全措施、环境保护等基础设施和基本条件，因此实验室的建设是一次复杂的系统工程。在现代化的实验室里，先进的科学仪器和优越完善的实验室是提升现代科技水平，促进科研成果增长的必备条件。“以人为本”、“人与环境”已成为人们高度关注的课题。安全、效率、舒适是理想实验环境的三大要素，也是实验室建设的宗旨。
1.1实验室的建设规划和基本程序
建设现代化的实验室，首先要制定和提出实验室的总体规划，确定实验室建设项目的性质、目的、任务、依据和规模，确定各类实验室功能和工艺条件以及规模大小；同时要做好建筑设计的某些准备工作，调查研究，吸纳国内外同种性质、同等规模实验室建设的经验，作为借鉴，根据实验室的工艺条件及相关资料，编制好计划任务书；然后在各方面工作准备就绪后，做好实验室建筑设计工作，综合建筑设计各专业的基本要求，结合实际，符合规划要求，绘制出富有时代感、先进的实验室建筑蓝图，为实验室施工建设提供可靠的依据。
1.11实验室建设规划的主要内容如下。
（1）建设单位：如某某研究所、某某学院或某某工厂。
（2）建设项目：如某某实验楼或某某研究楼。
（3）建设性质：新建、扩建或改建。
（4）建设地点及用地、工程项目的具体位置，
（5）公害处理、对废气、废水、废物、噪声、辐射、振动等的技术处理措施。

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2007-07-27 13:02 | 只看楼主

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1.1.2实验室建筑设计的准备工作

（1）总体布局中的各栋建筑物的相互关系以及生活区采用什么方式解决；
（2）各类实验楼的工艺布局及工艺流程；
（3）平面组合的几种可能性，建设实验楼的层数；
（4）选择合适的摸数（包括开间、进深、层高以及走道尺寸）；
（5）主要仪器设备的布置方式以及实验台、通风柜等的位置；
（6）实验室与研究室之间的布局形式，辅助实验室与实验室之间的布局；
（7）工程管网的布置原则（如明管或暗管，垂直管网或水平管网）；
（8）灵活性的要求；
（9）环境保护，公害处理方面的详细技术措施。

1.1.2.2 同有关单位进行联系和配合
施工单位是基本建设的主要生产单位，设计应该为施工方便创造条件，在设计全过程中必须同施工单位配合。

1.1.2.3 收集有关资料：当地的气象、水文、地质资料、电源、水源、排水及其他公用设施管道情况、地区工业情况、有无有害气体、爆炸和噪声等、地震的详细情况。

1.1.3 实验室建筑设计的基本程序；实验室建筑设计工作一般分为初步设计和施工图设计两个阶段，对于大型实验室工程设计在初步设计之前应进行方案设计，小型建筑工程设计可以用方案设计代替初步设计。

（1）方案设计：根据实验室建设的任务及基本要求，在前期准备工作的基础上进行建筑方案设计，一般要求设计方案满足实验室的功能，在外观上要求有时代感，符合城市建设规划。设计方案经过专家论证、审核、比较，提出一个实施方案或兼顾几个方案的优点进一步做出修改而获得较为满意的设计方案。
（2）初步设计：在方案设计的基础上进一步进行设计的具体实施方案，是进行施工图设计的主要依据。其内容主要包括；设计依据、设计构思、总平面图、主要建筑工程项目的方案设计、主要材料用量、工艺设计、主要设备造型、三废处理、生活组织与劳动定员、有关技术经济指标、抗震人防、建设顺序与期限及总概算等。
（3）施工图设计：根据已批准的初步设计文件，详细给出各有关专业工程的尺寸、细部做法等指导现场施工安装、安排材料设备，并据此做出详细预算最后阶段的设计工作。其主要内容包括：总平面、建筑、结构、给排水、电气、采暖通风及其他有关的专业设备系统的设计；精确详细地交代它们的位置净距、坐标、标高、构造形式、节点祥图、用料做法、尺寸、坡向、材质型号、设备规格或选用的标准图纸构件祥图索引号、施工安装的技术要求和特殊部位的检验方法等。

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1.2 实验室建筑设计的基本要求

要建设一个现代化的实验室，使其能更好地为生产、科研、教学服务，除了先进的科学仪器和完善的实验设备是提升科技水平，促进科研成果的必备条件以外，实验室的建设也是一个非常重要的物质条件。实验室建筑设计的基本要求是建筑设计的前提和依据，在建设单位委托设计单位进行设计时，必须由各实验室或研究室人员共同参加研究，反复讨论，确定各实验室方案，现将建筑设计的基本要求分述如下。

1.1.1实验室名称
（1）房间名称：根据实验室功能设置不同的实验室，如化学分析实验室、仪器分析实验室、光谱实验室、X-射线荧光光谱实验室、天平室及纯水室等。
（2）需要房屋间数：同一类的房间需要几间。
（3）每间房屋使用面积：房间面积大小与建筑模数有关，采用何种模数及何种结构形式比较符合实际，计算实验室的使用面积。

1.2.2 建筑要求

（1）房间位置要求：
底层：设备重量较大或要求防震，则可设置在底层。
朝北：有些辅助房间或实验本身要求朝北。
朝南：各实验室都有自己的要求。
楼层：有的实验室要求洁净、安静，应尽量放在高层。
（2）室内尺寸要求：如实验室要求空气调节系统必须吊顶，则层高就相应地要增加。有些实验室是属于特殊类型的，则采用单独的尺寸。
（3）房间要求：指实验室本身的要求。
有的要求一般清洁。
有的要求洁净，进行实验时要求房间内空气达到一定的洁净要求。
耐火：大多数实验室要求耐火。
安静：如消音室、录音室等。
（4）门要求：实验室的门有各种要求。
内开：门向房间内开。
外开：主要设置在有爆炸危险的房间内。
个别要求：双向弹簧，有的要求单向弹簧或推拉门。
隔声：有的实验室要求安静，要求设置隔声门。
保温：如冷藏室要求采用保温门。
屏蔽：防止电磁场的干扰而设置屏蔽门。
自动门：大门口要求自动门。

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（5）窗要求：实验室的窗有各种要求。
开启：指向外开启的窗扇。
固定：有洁净要求的实验室采用固定窗，避免灰尘进入室内。
部分开启：在一般情况下窗扇是关闭的，用空气调节系统进行换气，当检修、停电时，则可以开启部分窗扇进行自然通风。
双层窗：在寒冷地区或空调要求的房间采用。
遮阳：根据实验室的要求而定，有时需要水平遮阳，有时须用垂直遮阳。
有的可用百叶窗。
密闭：窗扇可以开启，但又要防止灰尘从窗缝进入，故采用密闭窗。
屏蔽窗。
隔声窗。
（6）墙面要求：根据实验室的要求各有不同。
一般要求
可以冲洗：有的墙面要求清洁，可以冲洗。
墙裙高度：离地面1.2-1.5米左右的墙面做墙裙，便于清洁，如瓷砖墙裙、油漆墙裙等。
隔热：冷藏室墙面要求隔热。
耐酸碱：有的实验室在实验时有酸碱气体逸出，要求设计耐酸碱的油漆墙面。
吸声：实验时产生躁声，影响周围环境，墙面要做吸声材料。
消音：实验时避免声音反射或外界的声音对实验有影响，墙面要进行消音设计。
屏蔽：外界各种电磁波对实验室内部实验有影响，或实验室内部发出各种电磁波对外界有影响。
色彩：根据实验的要求和舒适的室内环境选用墙面色彩，墙面色彩的选用应该与地面、平顶、实验台等的色彩取得协调。
（7）楼地面要求
一般要求;
清洁;
防雨：实验本身所产生的震动，要求设置防震措施以免影响其他房间；另一种是实验本身或精密仪器本身所提出的防震要求;
防滑;
防放射性沾染;
防静电;
干燥;
隔声;
架空：由于管线太多或架空的空间作为静压箱，设置架空地板，并提出架空高度。
（8）顶棚要求
不吊顶：一般实验室大多数不吊顶。
吊顶：在实验室的顶板下再吊顶，一般用于要求较高的实验室。
（9）通风柜：化学实验室常利用通风柜进行各种化学试验，根据实验要求提出通风柜的长度、宽度和高度。
实验台：实验台分岛式实验台（实验台四边可用）、半岛式实验台（实验台三边可用），靠墙实验台和靠窗实验台（很少用）。要求实验台的长、宽、高的尺寸。
固定壁柜：一般设置在墙与墙之间，不能移动的柜子。

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1.2.3 结构要求：活荷载是作用在结构上的可变荷载，各楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载及风荷载等。
（1）地面荷载：指底层地面荷载，即每平方米的面积内平均有多少千克的物体。
（2）楼面荷载：指2层及2层以上的各层楼面活荷载。
（3）屋面荷载：屋面上是否上人，雪荷载有多少等。
（4）特殊设备附加荷载：有的实验室内有特殊重的设备，如质谱仪、纯水设备等，须注明设备的重量、规格以及标明设备轴心线距离墙的尺寸。
（5）防护墙：有y射线的实验装置的建筑物根据各种不同实验的要求、防护材料的选择以及厚度的选用均应该仔细地考虑。
（6）抗震要求。
1.2.4 采暖通风：
(1)蒸汽系统：采用蒸汽供暖的系统。
(2)热水系统：采用热水供暖系统。
(3)温度：房间采暖的温度要求。

通风：
（1）自然通风：即不设置机械通风系统（2）单排风：靠机械排风（3）局部排风：如某一实验产生有害气体或气味等需要局部排风。在有机械排风要求时，最好能提出每小时放气次数。
空调：有些实验室要求恒温恒湿，采用空气调节系统可以保证实验室内的温度和湿度。提出温度及允许温差：相对湿度及允许湿度偏差。

洁净要求：

有些实验室的空气要求保持一定的洁净度时，则需要提出洁净等级。
通风柜及其它设备通风：有自然排风、机械排风和有过滤装置的排风等，根据需要，加以选择。
1.2.5 气体管道：气体管道分为（蒸汽、氧气、真空、压缩空气及城市燃气等。）
1.2.6 给排水：冷水：即城市中的自来水或采用地下水。
热水：根据实验要求提出全部实验室采用，还是局部实验室采用。还是采用快速加热器来解决热水供应。
去离子水。
冷热水分开：系指水龙头要求。
冷热水混合：系指水龙头要求。

屋顶水箱：有些实验要求较高，要有一定的水压，有的城市水压不够，要设置水箱。
排水：（1）排水温度。（2）排水中有酸，浓度及数量。（3）排水中有碱，浓度及数量。（4）排水中有放射性物质，有多少种放射性物质，浓度多少。（5）设置地漏，地漏是实验室的地面上设置的一个排水口，也可不设置地漏。

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1.2.7电气：

照明（1）日光灯（2）安全照明（3）要求工作面上有多少照明（勒克斯）（4）事故照明系指万一发生危险情况时需要事故照明（5）明线：电线采用外露形式的。（6）暗线：电线采用暗装形式的
强电：（1）工艺设备用电量(kw)，按每台设备的容量提出数据（2）供电电压（v）要求电压是多少（3）单项插座（A）要求插座的安培是多少（4）三项插座（A）要求插座的安培是多少（5）特殊设备；电幕、电梯、传送带的用电要求（6）供电路数：根据实验楼的重要性，提出供电要求（指不能停电、要求电压稳定、频率稳定等）
弱电：（1）装设电话分机（2）装设程控电话（3）装设电钟插座（4）装设闭路电视系统（5）广播
防雷：建设地点的防雷情况要调查清楚，提出防雷要求。

1.2. 8实验室公害：指实验过程中产生的公害。

（1）噪声：实验时产生噪声，最大分贝是多少（2）振动：属于低频、中频或高频（3）臭味：化学实验室会产生臭味，有哪些臭味（4）辐射：实验时产生a,b,y射线等（5）磁场（6）灰尘（7）细菌（8）蒸汽（9）有害废气，实验时产生哪些废气，包括种类及数量

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1.3实验室建筑的组成及总体布局

1.3. 1建筑规划要求：
根据设计任务的要求，结合地形进行总体设计。在设计之前，要对各建筑物的用途和功能进行分析。对于化学分析实验室，一般应布置在下风方向及下游地段，保持一定的间距和良好的通风，应有绿化隔离，搞好排污和排毒处理，做好环境综合评估和治理。对于仪器分析实验室，一般要求良好的环境。有防振防噪声要求的实验室要远离振源和噪声源；有屏蔽要求的实验室要远离电磁波的干扰源；要求超净的高纯实验室要规划在粉尘少、绿化好的地段。

1.3.2 实验室建筑的组成；实验室建筑物一般按其用途分为四类。

（1）实验研究类：是分析检测实验建筑的核心，包括各类通用实验室和专用实验室以及研究室、计算机房和计量室等。
（2）辅助建筑类：包括图书情报资料室、学术活动室及电化教室等。
（3）公用设施类：包括水、电、气、油、制冷、空调、低温及热力系统、通信、消防、三废处理、各类器材仓库等用房。
（4）行政及生活服务类：以上四类建筑之间的关系都是很密切的，后三类建筑为第一类建筑服务，而他们之间又有相互联系。这些建筑规划面积分配一般为：科研用房30%~69%，科研辅助用房5%~31%，公用设施用房5%~18%，行政及生活服务用房10%~29%。

1.4. 3实验室建筑总体布局：在总体设计中，首先要研究的问题是采用集中配置形式还是采用分散配置形式。集中配置是将实验室、研究室、行政管理用房、图书资料用房以及科研辅助用房组合在一栋建筑物中；分散配置形式是按实验楼的不同特性分别进行布置。由于分析检测中心和分析研究室的规模不同以及用地的限制，所以总体布局就有多种形式。一般分为四种配置形式。
（1）独立式；整个建筑配置集中在一栋楼内独立设置，适用与较小的分析实验室。
（2）主楼式；以一栋实验楼为主配以附属建筑，建筑规划比较方整规则。
（3）单元式；又称细胞式。用一个简单的单元或细胞组成多样的形式，形成各种不同的空间，有利于推行摸数和标准化，便于施工。此种形式为现代分析测试中心规划广为采用。
（4）分散式；由不同功能的多栋实验楼、研究楼及辅助建筑灵活组合而成，采用较多。
实验室的结构与楼面荷载：结构布置与实验室建筑模数密切相关。在选用摸数时必须与当地的施工条件、预制品构件的供应情况以及地震等级诸多因素综合考虑。实验室的结构可分为三类；即承重砖墙与钢筋混凝土梁板结构、钢筋混凝土框架结构以及钢结构。即承重砖墙与钢筋混凝土梁板结构（简称混合结构）形式适用于1~5层实验室，以3~4层为最多，因为每层的窗间墙宽度增大，影响采光面积。这种结构形式，造价较低，施工较快，一般实验室常采用这种结构形式。在采用空气调节的实验室中，混合结构的层高比钢筋混凝土框架结构的层高为低，约可降低100~300mm。其原因是空气调节的风管经常布置在走道平顶下面，风管进入实验室时，在混合结构中只要在砖墙上开孔就可以。而在钢筋混凝土框架结构中，因为柱与柱之间有联系梁连接，联系梁有一定的高度，因此层高略高于混合结构。
钢筋混凝土框架结构（简称框架结构），这种结构形式适用于五层以上的实验室，但根据实验室的性质，框架结构也用于1~5层的实验室，框架结构按施工方法不同又可分为全部现浇结构、梁柱现浇与板预制结构

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给水系统

实验室的给水任务，主要从室外给水管网引入进水管道，在保证按所需要的压力、水质、水量将水输送到实验用水设备、辅助用水设备、各种配水龙头和消防设备等，以满足实验过程用水，日常生活和消防用水的需要。实验室内部供水系统尽量利用室外给水管网的压力直接供水。给水系统可分为直接供水方式、设有高位水箱的给水方式、设有加压泵和水箱的给水方式。在高层实验室内，当室外管网压力不能满足要求时，低层部分应充分利用室外管网中的直接供水，上层部分可设置局部加压设备。当室外管网压力经常或周期性不足时，就应考虑设置屋顶水箱和水泵。
实验室用水设备布置有其工艺特点，即用水点多且分散，多数用水点用水量不太大，有的引入管从建筑物中部引入室内，这样水压使用较为平衡些。有的实验室内由于管道种类较多，工艺和建筑有特殊要求的；有的实验室内，底层走廊设有管沟的；在这种条件下，给水引入管也有从建筑物一端或二端进入室内。实验室管道通常为明装设置，并应尽量沿墙、梁柱、墙角、走廊、天棚下敷设。采用明装敷设对施工安装和维修管道都较为方便，造价也比较低，缺点是影响室内美观和卫生条件，如管道表面积灰和结露。在工艺和建筑工种有特殊要求时，管道可采用暗装，此时管道应尽可能暗设在地下室、管沟、天棚内，或公共管廊内。给水管、支管可敷设在管槽和竖井内，管道竖井可做在走廊一侧，也可做在走廊二侧。暗设在管槽、竖井和天棚内的管道，在装有控制阀门处应留有检修门或检修孔。管道暗设能使室内美观整洁，但造价较高，施工安装和运行维护都较困难。已建成使用的实验室如无特殊要求的，一般都采用明装。另外，室内除生产和生活用水外，还应根据消防要求设置消防给水系统。室内消火栓应布置在经常有人出入和较明显的地方，如门厅、楼梯外、走廊等，消火栓和消防管道一般都采用明装。在消火栓较多的消防管道上应用阀门分成若干段，当局部管道发生故障需维修时，用阀门切断，其他管道段上的消火栓仍处于备用状态。

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实验室污水的排放与初步净化

实验室污水按污水性质、成分及污染的程度可设置不同的排水系统，被化学杂质污染，对人体有害有毒物质的污水应设置独立的排水管道，这些污水经局部处理或回收利用才能排入室外排水管网。
实验室内由于化验盆、洗涤盆等卫生器具和其他用水设备数量较多且分散，所以相应的室内排水支管、干管也较多。因此室内管道布置时，要求管道能相对集中，排放整齐，使施工安装和操作维修方便；管道转弯较少，以减少管内阻塞的可能性；主干管要尽量靠近设备排水量最大、杂质较多的排水点设置；介质在管道内工作要有良好的水力条件等。
管道敷设一般是尽量能沿墙、柱、墙角、柱角、天棚、走廊等设置；管道应尽量避免穿越放置有精密仪器、仪表、电气设备等的房间或卫生要求较高的房间。
在化学实验室、纯水室等应设置地漏，以防止水管爆裂，水龙头跑水等能够及时排水，防止实验室浸泡，危及仪器设备安全。
实验室的排水管材一般为铸铁管。室内酸性排水管道地上部分采用硬聚氯乙烯塑料管，埋地部分宜用耐酸陶瓷管较好。
实验室的废水是在试验操作过程，各种器皿、仪表、工具、衣服的洗涤及设备有冷却等而产生的，这些废水应按其性质、成分等采取不同的处理方式。有的废水可以回收利用其中有用的物质、有的可以直接排至外部排水管网，有的可以直接至外部排水管网，有的则采用适当有方法处理，然后再排至外部管网。例如：一般设备冷却经使用后仅水温有所升高，这类废水不经处理就可排入水体或外部排水管网，有的经简单处理还可重复使用，有的废水含有毒有害物质、放射性物质则需经适当处理或回收利用其有用物质后，使之符合国家规定的排放标准，才可排入水体或外部排放管网。
废水的处理方法，一般有物理法、化学法、生物法。物理法主要利用物理作用以分离废水中的悬浮物，化学法主要利用化学反应来处理废水中的溶解物质或胶体物质。生物法的作用是去除废水中的胶体和溶解中的有机物质。上述三种基本处理方法各有其特点和适用条件。在废水排入地面水体中要按排放要求来确定处理程度，同时应结合水体的自净能力，通常根据有害物质和溶解氧的指标来确定水体的容许负荷，即排入水体的容许浓度。
酸性废水处理方法，利用碱性废水进行中和，使混合废水PH值接近中性；在酸性废水中投加中和性剂；酸性废水通过碱性滤层过滤中和；离子交换法，电解法。
碱性废水处理方法，利用酸性废水进行中和，在碱性物质中投放酸性中和剂；向碱性废水中鼓入烟道废汽（酸性气体CO2及SO2）；利用水体中二氧化碳中和碱性废水。
处理酸碱废水的流程，酸性废水处理流程见下图

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实验室用电与照明

1 每一实验室内都要有三相交流电源和单相交流电源，要设置总电源控制开关，当实验室无人时，应能切断室内电源。
2 室内固定装置的用电设备，例如烘箱、恒温箱、冰箱等，如果是在实验进行中使用这些设备，而在实验结时就停止使用的，可连续在该实验室的总电源上；若实验停止后仍须运转的，则应有专用供电电源，不至于因切断实验室的总电源而影响其工作。
3 每一实验台上都要设置一定数量的电源插座，至少要有一个三相插座，单相插座则可以设2—4个。这些插座应有开关控制和保险设备，以防万一发生短路时不致影响整个室内的正常供电。插座可设置在实验桌上或桌子边上，但应远离水盆和煤气、氢气等喷嘴口，并不影响桌上实验仪器的放置和操作地位。有的实验室将插座安装在实验桌下面的插座内或柜子内的，这种安装位置在使用上很不方便，以不采用为好。
4 在实验室的四面墙壁上，配合室内实验桌、通风柜、烘箱等的布置，在适当地位要安装多处单相和三相插座，这些插座一般在踢角线上面，一使用方便为原则。
5 化学实验室因有腐蚀性气体，配点导线以采用铜芯线较合适。物理实验室则可以采用铝芯导线。至于敷线方式，以穿管暗敷设较为理想，暗敷设不仅可以保护导线，而且使室内整洁，不易积尘；并使检修更换方便。
一般地说，化学实验室使用的电气设备容量较小，物理实验室使用的电气设备容量较大。当实验室正式使用以后，发现共电容量不够大，因此在对实验室的供电设计中必须在供电容量方面留有余地。
有一种灵活性较大的实验室供电方式，是将输电导线穿电管穿越一悬空的管道内，其上装有插座。这种装置的优点是避免在室内地面上有许多立管，从而使室内布置非常灵活。

实验室的照明最低照度标准

实验楼内有各种用途的房间，对照度的要求也不一样。凡进行精细工作的房间就要求比进行粗糙工作的房间要有较高的照度。要求照度高，就须多装灯具或增大光源的容量，也即要增加建设投资和经常费用（主要是电费）。所以照度标准必须适应国家的经济条件和生活水平。每个国家都结合其具体条件制定了最低照明标准供照明设计之用。
最低照度标准是通过大量调查研究和实验分析而制定的。在实际的照明设计中，总是略高于最低标准，这是因为照度计算中许多因素，例如墙壁与天棚的反射，灯具在使用中的清洁工作和光源效率的降低等是估计值，下面列出了室内最低照度标准，供参考。

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