分析实验室设计规划常识.docx

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分析实验室设计规划常识

分析实验室设计规划常识

第一章实验室建设的总体规划与基本建设

分析实验室（以下简称实验室）是分析技术人员从事各领域分析测试工作的场所，是许多厂矿及科研院所不可缺少的组成部分。

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项复杂的系统工程。

在现代化的实验室里，先进的科学仪器和优越完美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。

本篇将分四章介绍有关实验室建设的总体规划和布局、建筑设计、实验室的基础设施和基本条件以及各类实验室等问题，供分析技术人员及有关人员借鉴和参考。

一、 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，防止走弯路，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、实验室的建设规划

  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，取得城建局的同意，并附图说明。

需要征用土地，必须说明征用土地的来源、范围和面积，并经城建局的批准同意。

  （5）建设的目的、依据及规模   说明为什么要建设此项目，主要解决什么问题，科研任务有哪几方面，发展的规模如何。

  （6）人员编制   现有人员编制及核定的人员编制。

新建、扩建的单项工程的增加人员控制数。

  （7）建筑物要求及内容   如结构形式、层数、建筑标准以及各种工程管网的类型。

  （8）抗震、防空措施   按抵抗几级地震强度及人民防空工程等级及战时用途设防，人防工程的建筑面积。

  （9）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。

  （10）设备   建设项目价值在二万元以上单件设备，要分别列出清单。

  （11）建筑面积   新建实验室的总建筑面积；单项工程的建筑面积。

  （12）投资   总投资及分年度投资计划。

分类列出各种用房的每平方米单价和控制造价。

二万元以上设备投资数。

  （13）建议要求设计时间、施工日期以及交付使用的日期。

2、实验室建筑设计的准备工作

  2.1参观同类型的实验室或参考国内外文献资料

       借鉴同类型实验室的成功经验和失败的教训，为方案设计创造有利条件。

在方案设计以前，设计单位与建设单位应研究下列几方面的问题：

①总体布局中的各幢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选择合适的模数（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。

  2.2同有关单位进行联系和配合

（1）同施工单位配合   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，设计必须同施工单位配合。

（2）同城建部门的配合和联系   城建局是城市建设的主管单位，它对整个城市的建设、改造、发展、规划、合理地使用土地及组织水、陆、空交通等方面起着组织、安排和监督的作用。

基本建设涉及上述诸问题以及征用土地、拆迁房屋、新建房屋等。

设计人员在设计过程中必须同城建局密切配合和联系，及时了解城建方面的具体规定和要求，如允许征地范围，基地附近道路的规划情况，规划红线的具体位置，在城市的重要地区、重要道路两旁对建筑物的高度、出入口地位有什么规定等。

  （3）同公安局消防处的配合关系   城市消防处是城市防火的公安机构，它对城市的防火制度的执行起着制定、控制和监督的作用。

国家为了保障人民的生命财产和安全生产，对房屋建筑的设计、施工和使用等方面，订出了具体的防火规定和措施。

设计人员在设计过程中，应该学习和遵守这些防火规定和措施，对防火标准中的规定不理解或难于执行的时候，应该及时同消防处联系，征求他们的意见，使工程设计符合消防的规定和要求。

（4）同卫生防疫站、环球保护机构的配合联系    卫生防疫站和环保机构是城市卫生防疫和环境保护的管理和监督机构，国家为了保障人民身体健康，避免和减少职业病的产生，并为生产和工作创造有利的卫生条件，对房屋建筑的设计、使用和管理方面订出了一系列的卫生措施和规定。

设计人员在设计各类建筑物时，应该学习和遵守这些卫生规定，并同卫生防疫站和环保机构及时配合和联系，特别是在设计散发有害废液、废气的建筑或污染物特别严重的实验室时，更应架强同卫生防疫站和环保机构联系，事先征求他们的意见，使工程设计尽可能符合卫生标准，防止公害。

（5）同人民防空办公室及其他有关单位的配合和联系    人民防空办公室是负责城市防空的主管机构，在设计人防地下室时，应参照"人防办公室"的规定进行设计。

如有特殊情况或在技术上较难处理时，应随时同"人防办公室"联系，征求他们的意见，不要任意降低人防地下室的要求。

在机场区或机场附近建造房屋，应该同城建局及所属机场有关主管部门联系，了解在该地区建筑造房屋的控制高度。

2.3收集有关资料

   在调查研究的基础上收集下列资料：

①公用设施（如上下水、电、煤气等）使用的许可证明；②地形图（1:

5000或1:

10000）及当地城建部门批准发给的地形图（1:

5000或1:

1000）；③当地的气象、水文、地质资料；④电源、水源、排水及其他公用设施管道情况；⑤地区工业情况，有无有害气体、爆炸和噪声等；⑥地震的详细情况。

上述资料收集后，要进行系统的鉴定工作，作为设计的依据。

如果设计基础资料不全或不符合要求时，一般不宜急于全面地进行初步设计工作，以免造成设计返工和浪费国家财力和物力。

3、实验室建筑设计的基本程序

  在前期准备工作的基础上，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。

一般可提出几个或十几个设计方案，供建设单位及有关部门选择，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、主要设备选型、三废治理、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是最后阶段的设计工作。

其主要内容应包括：

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、节点详图、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详图索引号、施工安装的技术要求和特殊部位的检验方法等。

二、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析如下。

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。

2、建筑要求

（1）房间位置要求

      ①底层     设备重量较大或要求防振，则可设置在底层。

      ②朝北     有些辅助房间或实验本身要求朝北。

      ③朝南     各实验室都有自己的要求。

      ④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     如按建筑模数排列各实验室，就按模数的倍数填写长、宽、高。

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。

有些实验室是发球特殊类型的，则采用单独的尺寸。

（3）房间要求    指实验室本身的要求。

    ①有的要求一般清洁。

    ②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。

    ③耐火   大多数实验室要求耐火。

    ④安静   如消音室、录音室等。

（4）门要求    实验室的门有各种要求。

    ①内开   门向房间内开。

    ②外开   主要设置在有爆炸危险的房间内。

    ③个别要求    双向弹簧，有的要求单向弹簧或推拉门。

    ④隔声   有的实验室要求安静，要求设置隔声门。

    ⑤保温   如冷藏室要求采用保温门。

    ⑥屏蔽   防止电磁场的干扰而设置屏蔽门。

    ⑦自动门   大门口要求自动门。

（5）窗要求    实验室的窗有各种要求。

    ①开启   指向外开启的窗扇。

    ②固定   有洁净要求的实验室采用固定窗，避免灰尘进入室内。

    ③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。

    ④双层窗   在寒冷地区或空调要求的房间采用。

    ⑤窗帘。

    ⑥遮阳   根据实验室的要求而定，有时须用水平遮阳，有时须用垂直遮阳。

    ⑦有的可用百叶窗。

    ⑧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。

    ⑨屏蔽窗。

    ⑩隔声窗。

（6）墙面要求    墙面根据实验室的要求各有不同。

    ①一般要求。

    ②可以冲洗   有的墙面要求清洁，可以冲洗。

    ③墙裙高度   离地面1.2～1.5m左右的墙面做墙裙，便于清洁，如瓷砖墙裙、油漆墙裙等。

    ④隔热    冷藏室墙面要求隔热。

    ⑤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。

    ⑥吸声    实验时产生噪声，影响周围环境，墙面要做吸声材料。

    ⑦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。

    ⑧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的影响。

    ⑨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

    ①一般要求。

    ②清洁。

    ③防雨   实验本身所产生的振动，要求设置防振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提出的防振要求。

    ④防滑。

    ⑤防放射性沾染。

    ⑥防静电。

    ⑦干燥。

    ⑧隔声。

    ⑨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

    ①不吊顶   一般实验室大多数不吊顶。

    ②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。

（10）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。

（11）固定壁柜   一般设置在墙与墙之间，不能移动的柜子。

3、结构要求

  根据荷载性质分为恒载和活荷载两类：

恒载是作用在结构上的不变荷载，如结构自重、土重等；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     指二层及二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）特殊设置附加荷载     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γ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。

防护墙比重是指某种材料的相对密度，如采用普通混凝土，其相对密度为2.3t/m3。

    （6）地基钻探资料     在设计阶段，必须提供地基钻探资料，以便根据钻探资料进行基础设计。

    （7）抗振要求     拟建实验楼的地区是否属于抗震区，抗震的等级。

4、采暖通风

（1）采暖

         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。

（2）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，最好能提出每小时换气次数。

    （3）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；相对湿度及允许温度偏差。

    （4）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。

    （5）通风柜及其他设备通风     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。

5、气体管道

  根据需要选用气体管道，有些实验需要量特别大的必须注明。

气体管道分为蒸汽、氧气、真空、压缩空气及城市燃气等。

6、给排水

（1）给水

         ①冷水     即城市中的自来水或采用地下水。

         ②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。

         ③去离子水。

         ④冷热水分开    系指水龙头要求。

         ⑤冷热水混合    系指水龙头的要求。

（2）屋顶水箱

         ①设置水箱     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。

         ②不设置水箱。

    （3）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。

7、电气

（1）照明

         ①日光灯。

         ②白炽灯或安全照明。

         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。

（2）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单相插座（A）要求插座的安培是多少。

        ④三相插座（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）。

   （3）弱电

        ①装设电话分机     是否每间实验室要设电话分机。

        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。

电脑局域网络系统

（4）防雷     建设地点的防雷情况要调查清楚，提出防雷要求。

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    化学实验时会产生臭味，有哪一些臭味。

④辐射    实验时产生α、β、γ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。

对于上述实验室建筑设计的基本要求，为便于统计。

三、实验室建筑的组成及总体布局

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。

在进行设计之前，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；要求超净的离纯实验室要规划在粉尘少、绿化好的地段。

  无论何类分析实验室，实验室的建立应远离居民区、办公区、仓库等，如条件有限，应保持一定距离。

实验室还应尽量选择在水源充足，又便于排法排毒的地方建立，自然采光条件要好，建筑的朝向要选好等诸多问题都应兼顾。

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工作室、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、种类器材仓库等用房。

  （4）行政及生活服务之类      包括行政办公用房，福利卫生用房及接待用房等。

  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，而它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%，分用设施用房5%-18%，行政及生活服务用房10%-29%。

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。

集中配置形式是将实验室、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幢建筑物中；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幢楼内独立设置，适用于较小的分析实验室。

（2）主楼式    以一幢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，有利于推行模数和标准化，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    由不同功能的多幢实验楼、研究楼及辅助建筑灵活组合而成，采用较多。

四、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。

在选用模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。

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。

在采用空间调节的实验室中，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、柱子现浇与梁板预制结构、预制柱梁板与现浇节点结构以及全部预制装配式结构。

上述五种形式，应根据实验室的性质、当地施工吊装机械、预制品厂构件供应情况而确定选用何种结构。

在结构方案选择过程中，因考虑实验室工程管网较多的特点。

管道的走向采用垂直系统为主布置还是水平系统为主布置，结构设计人员必须事先与各工程管网的设计人员紧密联系，在初步设计阶段确定下来。

尤其在采用全部装配式结构方案中，管道孔的位置及尺寸大小的要求非常精确，预留孔的位置也要求精确，而且预制构件中的预埋铁件的位置也要求精确，才能保证工程质量。

在实验室设计实践中，穿过楼板的管道孔应采用局部现浇钢筋混凝土，以减少预制构件的类型。

有地震影响的地区，染与柱的节点宜采用现浇钢筋混凝土，以保证结构的刚度。

钢筋混凝土框架按结构布置又分横向承重框架，纵向承重框架，以及双向（纵横向）承重框架。

横向承重框架刚度较好，适用于分间比较固定的实验室。

纵向承重框架的横向刚度较差，需在横向设置抗风墙、剪力墙，由于横向布置的联系梁高度较小，房间净空可得到较好的利用。

双向承重框架的梁柱采用纵横向均为刚性的连接，房屋整体刚度好，适用于地震区。

楼面荷载按照《工业与民用建筑结构荷载规范》，关于民用建筑楼面均布活荷载规定为教室、实验室、阅览室、会