病原微生物實(shí)驗(yàn)室因操作致病性生物因子而存在污染源。生物安全實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的目的是控制室內(nèi)生物污染，確保實(shí)驗(yàn)人員不受傷害、環(huán)境不受污染，同時(shí)為實(shí)驗(yàn)過程提供清潔的環(huán)境，從而達(dá)到一定的生物安全防護(hù)水平。二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室分為二級(jí)生物安全防護(hù)水平（BSL-2）實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物二級(jí)生物安全防護(hù)水平（ABSL-2）實(shí)驗(yàn)室，在各級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室中適用面最廣、使用量最大。許多操作經(jīng)空氣傳播的致病性生物因子的實(shí)驗(yàn)室，出于進(jìn)一步降低人員感染和周邊環(huán)境受到污染的風(fēng)險(xiǎn)，以及保持室內(nèi)空氣清潔從而保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量和生物安全柜可靠性的考慮，希望室內(nèi)呈負(fù)壓潔凈狀態(tài)。目前，越來越多的單位建造了負(fù)壓狀態(tài)的二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室。但由于缺乏相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，許多建設(shè)與設(shè)計(jì)單位對(duì)負(fù)壓實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)理念含混不清，致使工程缺陷較多。
本文選取筆者設(shè)計(jì)的兩項(xiàng)工程實(shí)例，對(duì)二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室平面布局和通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的送排風(fēng)、負(fù)壓控制、氣流組織、空氣過濾等關(guān)鍵設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行分析，為實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)提供參考。
一、對(duì)象與方法
1.1項(xiàng)目概況
2個(gè)負(fù)壓狀態(tài)的二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室，一個(gè)為BSL-2實(shí)驗(yàn)室，另一個(gè)為ABSL-2實(shí)驗(yàn)室，分布在不同樓層，分別用于結(jié)核病實(shí)驗(yàn)室診斷和病原微生物科學(xué)研究。兩實(shí)驗(yàn)室均配置生物安全柜、CO２培養(yǎng)箱、冰箱、高壓滅菌器等儀器設(shè)備。除此之外，ABSL-2實(shí)驗(yàn)室還配置3個(gè)小動(dòng)物IVC（individual ventilated cage，獨(dú)立通氣籠）籠具和1個(gè)負(fù)壓柜。工程竣工后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，各項(xiàng)指標(biāo)都符合設(shè)計(jì)要求。實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行結(jié)果表明，平面布局適宜，既滿足實(shí)驗(yàn)工藝要求，又符合生物安全防護(hù)要求；通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)性能可靠、室內(nèi)壓力及壓力梯度和溫濕度比較穩(wěn)定。上述情況驗(yàn)證了該項(xiàng)目生物安全防護(hù)措施的合理性、有效性和可靠性。
通過平面設(shè)計(jì)，使負(fù)壓二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室具有合理的功能布局，以符合生物安全關(guān)于潔污布置、交叉污染和氣流組織等方面的理念；通過壓力控制，使室內(nèi)保持一定的負(fù)壓及壓力梯度，防止污染物擴(kuò)散；采取過濾措施有效地去除空氣中的微生物和塵埃；采取合理的氣流組織，保證室內(nèi)氣流均勻、減少死角，并保證全面通風(fēng)氣流（全室氣流）與生物安全柜等局部排風(fēng)裝置的氣流相協(xié)調(diào)。
1.3.1 功能分區(qū)與平面布局
為提高室內(nèi)氣流的均勻性，并易于實(shí)驗(yàn)設(shè)施、設(shè)備的布置，以避免交叉污染，核心工作間的平面結(jié)構(gòu)盡量規(guī)整。為減少核心工作間與相鄰相通區(qū)域的空氣交換量，保證負(fù)壓等空氣指標(biāo)的穩(wěn)定，其出入口設(shè)置緩沖間。為保持核心工作間的規(guī)整性，緩沖間設(shè)于其外側(cè)。為便于實(shí)驗(yàn)室管理，設(shè)置專用更衣室，有利于潔污分離，避免交叉污染。出于建立合理的實(shí)驗(yàn)工藝流程需要，在清潔區(qū)域設(shè)置準(zhǔn)備／洗消間。為降低因物品傳輸而使實(shí)驗(yàn)室與外界直接相通所帶來的風(fēng)險(xiǎn)，在準(zhǔn)備／洗消間與核心工作間之間設(shè)置雙扉傳遞窗。
1.3.2 通風(fēng)空調(diào)方式設(shè)計(jì)
采用獨(dú)立于樓宇和其他實(shí)驗(yàn)室的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)，避免交叉污染。根據(jù)GB 19489-2008《實(shí)驗(yàn)室 生物安全通用要求》（以下簡稱《通用要求》）的規(guī)定，ABSL-2實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)物室（核心工作間）采用直流系統(tǒng)；為與實(shí)驗(yàn)室負(fù)壓防護(hù)以降低風(fēng)險(xiǎn)的定位相對(duì)應(yīng)，BSL-2實(shí)驗(yàn)室核心工作間也采用直流系統(tǒng)。排風(fēng)經(jīng)高效過濾器過濾后排出，避免影響環(huán)境。采取粗、中、高三級(jí)過濾凈化措施，以保證室內(nèi)空氣的潔凈度，有利于保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量與消毒效果以及延長生物安全柜、送風(fēng)和排風(fēng)高效過濾器的使用壽命。
1.3.3 氣流組織設(shè)計(jì)
為防止有害因子無序或逆向擴(kuò)散，實(shí)驗(yàn)室整體區(qū)域氣流方向?yàn)橛赏庀騼?nèi)，經(jīng)清潔區(qū)流向核心工作間，形成單向（定向）氣流組織，如圖１所示。
核心工作間 （動(dòng)物室）是污染隱患最大的區(qū)域。將核心工作間（動(dòng)物室）入口一側(cè)設(shè)為相對(duì)清潔側(cè)，遠(yuǎn)離出入口的一側(cè)設(shè)為相對(duì)污染側(cè)；將電腦、傳真機(jī)、冰箱等相對(duì)清潔的設(shè)備布置在清潔側(cè)，生物安全柜、IVC動(dòng)物籠具和負(fù)壓排風(fēng)柜等直接產(chǎn)生污染物的設(shè)施、設(shè)備布置在污染側(cè)；氣流組織采用上送下排方式，新鮮空氣從相對(duì)清潔側(cè)送入，經(jīng)實(shí)驗(yàn)人員后從污染源一側(cè)排出，保證實(shí)驗(yàn)人員處于上風(fēng)向，如圖２所示。
送風(fēng)口不得設(shè)置于生物安全柜等局部排風(fēng)裝置的上方及頂棚中央，以避免送風(fēng)氣流對(duì)局部排風(fēng)氣流造成橫向干擾，并避免氣流在房間內(nèi)形成較大的死角和渦流。
二、結(jié)果
2個(gè)負(fù)壓實(shí)驗(yàn)室用途不同，建筑條件也不同，因此規(guī)模和形態(tài)也不相同，但設(shè)計(jì)原則相同。從始終把握實(shí)驗(yàn)室生物安全理念和設(shè)計(jì)原則的統(tǒng)一性出發(fā)，為兩實(shí)驗(yàn)室分別設(shè)置了核心工作間、緩沖間、更衣室和清洗／準(zhǔn)備間。ABSL-2實(shí)驗(yàn)室，在核心工作間內(nèi)除了配置BSL-2實(shí)驗(yàn)室必要的儀器設(shè)備外，還配置了3臺(tái)IVC籠具，用于動(dòng)物飼養(yǎng)；配置了１臺(tái)負(fù)壓排風(fēng)柜，用于動(dòng)物換窩和更換墊料；用1臺(tái)雙扉高壓滅菌器替代一般立式高壓滅菌器，布置于核心工作間和清洗／準(zhǔn)備間之間，用于處理動(dòng)物尸體、墊料等比BSL-2實(shí)驗(yàn)室更多的危險(xiǎn)廢棄物。為了形成合理的氣流組織，將生物安全柜、IVC動(dòng)物籠具和負(fù)壓柜并排布置于核心工作間出入口的對(duì)側(cè)（相對(duì)污染側(cè)）。BSL-2和ABSL-2實(shí)驗(yàn)室的基本功能分區(qū)和其平面布局及儀器設(shè)備布置、人流物流設(shè)計(jì)等情況如圖3，4所示。
針對(duì)兩實(shí)驗(yàn)室的潔凈控制要求，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀髼l件特點(diǎn)（實(shí)驗(yàn)室位于華東地區(qū)），冷熱源采用空氣源熱泵機(jī)組，可保證不同季節(jié)正常使用，空調(diào)采用全空氣直流系統(tǒng)，換氣次數(shù)不小于12h-1。BSL-2實(shí)驗(yàn)室空調(diào)機(jī)組采用制冷劑直膨式機(jī)組，ABSL-2實(shí)驗(yàn)室空調(diào)機(jī)組采用冷熱水機(jī)組?？照{(diào)機(jī)組均包括新風(fēng)段＋粗效過濾段＋表冷段（加熱段）＋加濕段＋風(fēng)機(jī)段＋中效過濾器＋出風(fēng)段等功能段。實(shí)驗(yàn)室空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖5示。
氣流組織設(shè)計(jì)是降低空氣污染隱患的重要舉措，合理的氣流組織可以有效地控制污染物的擴(kuò)散和減少對(duì)操作人員的危害。氣流組織由送風(fēng)口和排風(fēng)口的布置方式?jīng)Q定?；跉饬鲉蜗?、均勻并與生物安全柜、負(fù)壓罩等局部排風(fēng)氣流相協(xié)調(diào)，避免產(chǎn)生橫向干擾的原則，送風(fēng)口呈“一”字形布置，盡量貼近頂棚邊緣處，排風(fēng)口布置在生物安全柜、IVC動(dòng)物籠具、負(fù)壓排風(fēng)柜一側(cè)下方墻體上，以形成空氣從相對(duì)清潔側(cè)送入，從相對(duì)污染側(cè)排出，以及氣流比較均勻的氣流組織。
實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)系統(tǒng)采取粗、中、高三級(jí)過濾措施，高效過濾器設(shè)于實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)管道的末端，即房間送風(fēng)口處。排風(fēng)系統(tǒng)采取一級(jí)高效過濾措施，高效過濾器設(shè)于排風(fēng)管道的起始端，即房間吸風(fēng)口處。上述措施的主要目的是省去高效過濾器與實(shí)驗(yàn)室之間的連接管道，以避免管道破損、局部空間藏污納垢等帶來的隱患，并充分體現(xiàn)采取過濾措施的意義，提高設(shè)計(jì)的合理性。
2.4.1 BSL-2實(shí)驗(yàn)室
在實(shí)驗(yàn)室鄰室靠外窗側(cè)劃出一部分空間作為機(jī)房，將主機(jī)和空調(diào)機(jī)組安裝于機(jī)房內(nèi)。主機(jī)通過機(jī)房窗戶進(jìn)行通風(fēng)散熱。
實(shí)驗(yàn)室配置ClassB2型生物安全柜，按其技術(shù)性能要求，進(jìn)入柜內(nèi)的空氣須全部排至室外。出于方便獨(dú)立控制、避免與實(shí)驗(yàn)室整體通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)相互干擾的考慮，為生物安全柜設(shè)計(jì)獨(dú)立的排風(fēng)系統(tǒng)。
BSL-2實(shí)驗(yàn)室送風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖8所示。
2.4.2 ABSL-2實(shí)驗(yàn)室
主機(jī)安裝于建筑樓頂。在實(shí)驗(yàn)室更衣和緩沖間的鄰室劃出一部分空間作為機(jī)房，將空調(diào)機(jī)組安裝于機(jī)房內(nèi)。
實(shí)驗(yàn)室配置ClassA2型生物安全柜，按其產(chǎn)品技術(shù)性能要求，70%的空氣在柜內(nèi)循環(huán)，另30%的空氣排到柜外，在保證柜內(nèi)高效過濾器完好的前提下可以排至室內(nèi)。出于進(jìn)一步提高安全性的考慮，要求將其余30%的空氣排至室外，因此，為生物安全柜設(shè)計(jì)獨(dú)立排風(fēng)系統(tǒng)，將柜內(nèi)排出的空氣引至室外排放。IVC動(dòng)物籠具和負(fù)壓柜是直接產(chǎn)生生物污染物的設(shè)備，在其排風(fēng)口安裝高效過濾器，將排風(fēng)管連接于實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)，保證動(dòng)物籠具和負(fù)壓柜內(nèi)的污染空氣經(jīng)高效過濾后安全排至室外。
為了保證給動(dòng)物籠具不間斷供應(yīng)空氣，防止動(dòng)物缺氧死亡；保證實(shí)驗(yàn)室和動(dòng)物籠具持續(xù)處于負(fù)壓狀態(tài)，防止致病生物因子擴(kuò)散，實(shí)驗(yàn)室排風(fēng)系統(tǒng)配置了2臺(tái)排風(fēng)機(jī)。2臺(tái)排風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)為相互備用，其意義在于：1）當(dāng)運(yùn)行風(fēng)機(jī)發(fā)生故障時(shí)，另1臺(tái)可以及時(shí)自動(dòng)切換運(yùn)行。2）2臺(tái)風(fēng)機(jī)輪流運(yùn)行（在下一個(gè)實(shí)驗(yàn)活動(dòng)開始前調(diào)換風(fēng)機(jī)運(yùn)行），一是便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并予以維修，保證備用風(fēng)機(jī)處于正常狀態(tài)；二是有利于延長風(fēng)機(jī)的使用壽命。
ABSL-2實(shí)驗(yàn)室送、排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖9，10所示。
對(duì)于生物安全實(shí)驗(yàn)室，有下列幾方面問題需予以關(guān)注。
１）在正常狀態(tài)下，實(shí)驗(yàn)室所產(chǎn)生的污染物主要被控制在生物安全柜、IVC動(dòng)物籠具和負(fù)壓柜等局部排風(fēng)裝置內(nèi)，實(shí)驗(yàn)室空間受到嚴(yán)重污染的概率較低。
２）任何一種局部排風(fēng)裝置的通風(fēng)防護(hù)效率都無法達(dá)到100%，含有污染物的氣溶膠會(huì)隨人員動(dòng)作或高溫?zé)嵩吹犬a(chǎn)生的干擾氣流從操作口逸出；另外，對(duì)于將排風(fēng)排至室內(nèi)的生物安全柜等局部排風(fēng)裝置，所安裝的高效過濾器可能出現(xiàn)未被發(fā)現(xiàn)的破損等泄漏，而致使實(shí)驗(yàn)室受到污染。
３）實(shí)驗(yàn)室始終存在生物樣本潑灑或跌落等造成污染物大量散放的風(fēng)險(xiǎn)隱患。
４）雖然實(shí)驗(yàn)室空氣有不可避免的污染，但由于實(shí)驗(yàn)人員穿戴防護(hù)服、口罩和手套等個(gè)人防護(hù)用品，因此，通常并不足以構(gòu)成嚴(yán)重威脅，然而這并不能成為不采取通風(fēng)防護(hù)措施的理由。
５）對(duì)于采取負(fù)壓防護(hù)（全面通風(fēng)）措施的實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)遵循氣流組織設(shè)計(jì)原則，即將送風(fēng)口設(shè)在相對(duì)清潔（隱患?。┑囊粋?cè)，排風(fēng)口設(shè)在相對(duì)污染（隱患大）的一側(cè)，使工程設(shè)計(jì)具備科學(xué)合理性，以及實(shí)驗(yàn)室形成合理的定向氣流，提高防護(hù)效果；空調(diào)宜采用全空氣直流系統(tǒng)，避免循環(huán)使用實(shí)驗(yàn)室排出的空氣；設(shè)置緩沖間，使核心工作間與外界之間形成壓力梯度，可有效降低人員進(jìn)出對(duì)房間壓力的影響，以及提高防止污染物擴(kuò)散的效果。
《通用要求》等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范未對(duì)二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的氣壓作出規(guī)定，表明實(shí)驗(yàn)室在常壓狀態(tài)下可滿足相應(yīng)防護(hù)水平實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的要求，但并未排除實(shí)驗(yàn)室可以呈負(fù)壓狀態(tài)。毋庸置疑，在科學(xué)合理設(shè)計(jì)和建造的前提下，負(fù)壓狀態(tài)實(shí)驗(yàn)室的生物安全防護(hù)性能優(yōu)于常壓狀態(tài)。因此可以認(rèn)為，二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室可呈常壓狀態(tài)，也可呈負(fù)壓狀態(tài)。對(duì)于實(shí)驗(yàn)室壓力狀態(tài)的選擇，應(yīng)由實(shí)驗(yàn)室根據(jù)所操作病原微生物的致病性與傳播特點(diǎn)（如經(jīng)氣溶膠傳播）、建筑條件（如面積、層高）、經(jīng)濟(jì)實(shí)力以及對(duì)于防護(hù)措施的期許等因素自行確定。
