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生物安全洁净室设计和施工应注意的问题
发布时间:2013-3-5  访问:2091  


摘要: 生物安全实验室是研究病毒、细菌等各种致病因数的特殊建筑物,美国生物恐怖事件,特别是 “ 非典 ” 之后在我国得到快速发展。但由於我国有关规范、标準和管理制度、管理机构的不健全,生物安全实验室的设计、建造、验收和管理存在不少问题,有的甚至存在较大的安全隐患。本文就生物安全实验室工程设计和施工中存在的某些问题进行探讨,供生物安全实验室的业主、设计单位和施工单位参考。
1 、前言
  实验室工作人员在处理病原微生物、含有病原微生物的实验材料或寄生虫时,為确保实验物件不对人和动植物造成生物危害,确保周围环境不受其污染,对实验室和动物实验室的设计与建造都有特别的要求。依据实验物件的危害程度,一般把生物安全实验室分為四级,其中一级对生物安全隔离的要求最低,四级最高,生物安全实验室的分级见表 1 。其中三级和四级属於高级别生物安全实验室,有时也称為生物安全洁净室,即常说的 P3 、 P4 实验室。
表 1 生物安全实验室的分级
实验室分级  处理物件的危害程度, 
一级  对人体、动植物或环境危害较低,不具有对健康成人、动植物致病的致病因数。 
二级  对人体、动植物或环境具有中等危害或具有潜在危险的致病因数,对健康成人、动物和环境不会造成严重危害。有有效的预防和治疗措施。 
三级  对人体、动植物或环境具有高度危险性,主要通过气溶胶使人传染上严重的甚至是致命疾病,或对动植物和环境具有高度危害的致病因数。通常有预防治疗措施。 
四级  对人体、动植物或环境具有高度危险性,通过气溶胶途径传播或传播途径不明,或未知的、危险的致病因数。没有预防治疗措施。 

  最近几年以来,特别是 “ 非典 ” 疫情发生之后,不少科研单位、高等学校、医院、商检和卫生防疫部门都已经建设了或正要建设生物安全实验室。由於生物安全实验室的专业性强,加上我国相应的规范标準不完善,建设方也缺乏相关经验,在建设中难免存在一些问题。现根据笔者的经验提出一些注意事项,供生物安全实验室的业主、设计单位和施工单位参考。
2 、经济性方面
  ( 1 )对於高级别的生物安全实验室,由於其造价昂贵,不宜盲目攀比建设,避免造成浪费。在立项建造生物安全实验室前,首先应对实验室的主要用途,基本的性能指标,以及建造实验室的目的等有透彻的瞭解。要根据试验物件的危害性确定生物安全实验室的等级,不能盲目的追求高等级,因為级别越高,建造和运行费用也越高。
  ( 2 )要平衡初次投资和运行费用之间的关系,不能只追求很低的初投资,选择廉价的设备或简易的系统形式,而忽略了运行费用,避免出现建得起而用不起的尷尬情况。设计时要进行寿命週期费用( life cycle costing )分析方法,经技术经济分析后选择合理、经济的设计方案。
3 、慎重选择设计和施工单位
  ( 1 )由於想要建造生物安全实验室的单位逐渐增多,一些对生物安全实验室一知半解的公司也想挤入生物安全实验室的建设市场。但由於生物安全实验室的特殊性,特别是在技术上和生物安全上的一系列特殊的要求,如果没有建设过高级别的生物安全实验室或者对生物安全实验室不甚瞭解,很难建造出合格的生物安全实验室,造成人力物力上的浪费。
  一些非正规的单位虽然利用低价竞争,强佔市场,已经取得一些工程业绩,然而业绩不等於专业,低价更不等於优质,其所谓的工程业绩,充其量只能是负压实验室,与安全性极高的生物安全实验室相去甚远。
  ( 2 )目前国内有能力承接高级别生物安全实验室设计和施工任务的企业并不多,因此用户在选择承建单位时要特别谨慎。应当选择那些曾经设计或建造过高级别生物安全实验室并且具有相关资质的企业,这是对自己负责,也是对社会负责。特别应该强调的是,生物安全实验室的空气净化和负压控制系统比一般的採暖通风空调系统要重要得多,必须进行详细的设计计算。
  ( 3 )近年来,一些国外企业也在国内建造了一些三级生物安全实验室,其中某些是成功的,但也确有一些存在某些缺陷,主要是他们对生物安全实验室的技术要点不十分清楚。因此,儘管他们使用了许多高级昂贵的建筑材料,但仍然不符合要求。还有一些小公司,打著国外公司的牌子,而他们提供的设计图纸实质上是普通的负压试验室,根本无法达到生物安全实验室的要求。
4 、平面佈局的问题
  过於繁琐的平面佈局,只能增加使用中的不便,并不能真正起多少实际作用;照搬国外简单的实验室佈局,也不符合中国的环境特点和管理水準。一些实际工程由於平面佈局不合理,增加了初投资和管理难度,有的影响了实验室内的空气洁净度。因此,一个完善合理的佈局非常重要,这就要求业主和设计方要有对生物安全的充分理解以及相互之间的充分沟通。
5 、空调通风系统
(1) 某些设计人员对生物安全的概念不清楚,造成生物安全实验室内气流组织不合理,死角过大。生物安全实验室要求气流必须从清洁区流向污染区,室内送风口和排风口的位置应使气流停滞的空间降到最小,并且室内排风口应设置在最危险区域,单侧佈置,不得有障碍。有的工程送风口对著生物安全柜吹,送风气流和生物安全柜工作视窗的保护气流互相干扰,加重了致病因数的洩露。
(2) 密闭性能差,包括实验室围护结构的密封性和空调通风管道的密封性。围护结构的密封性差主要是在门窗部位,也有些隔墙的连接处密封性差;空调通风管道的製作过程不符合要求,密封材料不合格。这些都违背了高度生物安全实验室要求密封性好的基本原则。
(3) 排风系统的筛检程式安装位置不合理,把高效筛检程式安装在排风机的正压端,不能满足污染的排风段必须负压的要求。
(4) 排风系统不加高效筛检程式,而是採用高空排放,这也是不允许的。有些设计或施工单位对高速排放的理解也有问题,他们认為高速排放就是排风管中的风速要超过 13 米 / 秒,结果排风阻力大,达不到要求的排风量,室内很难保持要求的负压。或者排风机压头加大,噪音和电耗也同时加大。有些工程已经由於排风杂讯超标与周围居民引起矛盾。
(5) 高效筛检程式的更换和检漏问题,特别是排风高效筛检程式。排风高效筛检程式更换前必须首先消毒灭菌,设计和安装时必须考虑消毒问题,同时便於更换。為了确保环境安全,排风高效筛检程式也应考虑检漏的可能性,或採取其他确保不洩露的措施。我国很多 P3 实验室没有做到这一点。
(6) 室内安装分体空调或立柜式空调器,这在生物类洁净室中是不允许的,因為空调器中的换热器事实上是一个微生物孳生装置,严重污染实验室环境。有些施工单位虽然不把分体空调或立柜式空调器安装在实验室内,而是安装在邻近房间,用风管进行送风。但由於高级别生物安全实验室必须採用直流风,而普通空调的换热器是按室内迴圈风设计,达不到直流风要求的大焓差,再加上為了降低造价,设备容量没有富裕,根本达不到要求的室内温度。在高级别生物安全实验室做实验需要穿特製的防护服,有时需要穿多层,如果温度达不到要求,实验人员的感受会可想而知。
  除此以外,还有更令人啼笑皆非的例子,如把三级生物安全实验室建成正压实验室,不按规定安装防火阀,选用净化工作臺来代替生物安全柜,用安全柜的排风代替房间排风等,这些都是严重的错误。普通净化工作臺与生物安全柜工作原理和用途完全不同,根本无法保护人体免受微生物感染,是十分危险的。
  以上仅是一些例子,由此可以看出国内生物安全实验室建设市场的混乱。為了杜绝这些现象的发生,除了制定相关的规范标準,让设计和施工单位有 “ 法 ” 可依外,还应建立相应的管理、检测、认证机构,以确保生物安全实验室的建设品质。
6 、设备备用问题
(1) 没有设置备用电源。如三级生物安全实验室要求双路独立供电,或採用备用发电机组,而四级生物安全试验室要求有第三备用电源。条件不具备时需要另设不间断电源,不间断电源的供电能力要求不少於 45 分鐘。有的三级生物安全试验室仅採用普通市政供电,没有任何备用措施,显然不满足要求。
(2) 排风机的备用问题。為了保证实验室内在任何情况下都保持负压,三级、四级生物安全实验室的排风系统要求应设置备用排风机,但很多工程没有设置。更有甚者排风系统没有备用风机,但送风设置了备用风机。
7 、系统的调节和控制功能
  系统的调节和控制功能。為了严格保证实验室内各个区域内的压差和压力梯度,送风和排风系统上应安装必要的风量调节装置,而不能用普通调节阀代替。有些工程生物安全柜和房间的排风没有经过严格的设计计算,在系统调试时不能满足设计要求的压力梯度,或压力梯度不稳定。
  没有完善的自控系统,缺少应对突发事件的能力,也是目前已竣工实验室的一个主要问题。虽然竣工验收时各区域的压力梯度可以调整到满足要求,但在实际运行过程中,由於高效筛检程式阻力变化,缺乏专业运行管理人员等原因,没有自控系统的实验室不能确保压力梯度。因此必须重视生物安全实验室的自控系统。
8 、要重视工程检测
  生物安全实验室竣工后,首先应经过国家授权的检测机构的检测,这是很重要的一个环节。检测的内容应包括实验室的严密程度、各个房间之间的负压值、空气气流流向、高效筛检程式检漏、洁净度级别、自控系统等多个方面。
9 、其他注意事项
  严禁把生物安全实验室建成正压实验室,应按规定安装防火阀,严禁用净化工作臺来代替生物安全柜,严禁用安全柜的排风代替房间排风等。普通净化工作臺与生物安全柜工作原理和用途完全不同,根本无法保护人体免受微生物感染,这是十分危险的。
10 、结语
  美国生物恐怖事件发生后,特别是 SARS 疫情过后,我国进行生物安全研究显得更加重要。因為我国人口多,居住密集,容易遭受传染性疾病和恐怖组织的生物恐怖袭击,包括生化武器对我国的威胁。我国医药研发和生物技术的飞速发展也急需大量各种生物安全实验室。生物安全实验室建设的监督管理已经提上议事日程。
  目前,经过各国政府、科学工作者、医务工作者和社会各界的共同努力, SARS 疫情已得到有效控制,但是在抗击 SARS 和生物医学研究的道路上,我们仍然任重而道远。在研究和探讨各种致病因数的致病机理以及疫苗、早期诊断试剂、抗病毒药物和新型防护设施及材料的过程中,生物安全问题显得尤為重要 [6] 。在生物安全实验室的建设中,我们也应该抱著对人类负责、对环境负责的态度,并遵守对科学负责的 “SARS 规则 ” :即具有安全意识( Safety )、进行严格管理( Administration )、肩负社会责任( Responsibility )和按照科学规律( Science )去进行生物安全实验室的建设和管理,努力使我国生物安全实验室的建设向著标準化、安全性和实用性的方向发展,為我国医药和生物技术的发展创造良好的实验环境。
论文作者:王清勤 许鐘麟 张益昭 张彦国 


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