實(shí)驗(yàn)室平面布置方案設(shè)計(jì)

王欣月中國(guó)寰球工程公司 北京100012

在大型煉油廠或化工廠的設(shè)計(jì)中，中心實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)是重要的組成部分。中心實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，先要解決實(shí)驗(yàn)室布置方案的確立，在充分考慮實(shí)驗(yàn)室的功能與任務(wù)的基礎(chǔ)上，比較各種設(shè)計(jì)方案，最終選擇一個(gè)最優(yōu)方案。其他的設(shè)計(jì)工作，包括實(shí)驗(yàn)室的空調(diào)、采暖及通風(fēng)設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室的給排水設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)室電氣網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)等都是在實(shí)驗(yàn)室方案確定的基礎(chǔ)上開(kāi)展的。實(shí)驗(yàn)室平面布置方案設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的源頭，方案優(yōu)化與否，直接影響著實(shí)驗(yàn)室的后期設(shè)計(jì)工作以及最終實(shí)驗(yàn)室投入使用的效果。所以，對(duì)實(shí)驗(yàn)室布置方案的選擇，在實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中占有十分重要的地位。

1 實(shí)驗(yàn)室位置的選擇

根據(jù)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)驗(yàn)室的設(shè)置應(yīng)遠(yuǎn)離振動(dòng)源、污染源、放射源及噪音源。實(shí)驗(yàn)室的設(shè)置應(yīng)位于污染源的上風(fēng)口，以避免污染。目前，實(shí)驗(yàn)室多以中心實(shí)驗(yàn)室的形式建設(shè)，中心實(shí)驗(yàn)室多設(shè)在全廠的廠前區(qū)。但是，鑒于目前工廠規(guī)模越來(lái)越大，考慮到取樣時(shí)間上的限制，以及取樣的便利性，中心實(shí)驗(yàn)室的總圖位置在不同的項(xiàng)目中也有不同的考慮和設(shè)置，還有因廠區(qū)過(guò)大，部分裝置重新考慮設(shè)置裝置實(shí)驗(yàn)室的案例，但是實(shí)驗(yàn)室選址的總原則不能改變。

2 實(shí)驗(yàn)室面積的確定

在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室平面布置方案設(shè)計(jì)工作前，需要首先確定實(shí)驗(yàn)室的建筑面積。在確定了全廠的工藝流程方案后，根據(jù)工藝裝置的數(shù)量與規(guī)模，以及各工藝裝置提供的分析項(xiàng)目條件，基本就可以確定實(shí)驗(yàn)室的任務(wù)以及需要配備的實(shí)驗(yàn)設(shè)備的種類、數(shù)量和功能，根據(jù)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的種類、數(shù)量和功能，結(jié)合相類似規(guī)模的實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)案例，基本可以確定實(shí)驗(yàn)室所需要的建筑面積。

實(shí)驗(yàn)室建筑面積確定后，就可以開(kāi)展實(shí)驗(yàn)室平面布置方案設(shè)計(jì)了。這里將對(duì)實(shí)驗(yàn)室平面布置方案設(shè)計(jì)中的諸多因素進(jìn)行討論。

3 平面布置方案設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)室平面布置方案設(shè)計(jì)主要包括樓層層數(shù)設(shè)置、走廊形式選擇、建筑形式選擇、開(kāi)間設(shè)計(jì)、區(qū)域劃分設(shè)計(jì)五個(gè)主要方面，以下分別探討每個(gè)方面在設(shè)計(jì)時(shí)的影響因素。

3.1 樓層層數(shù)設(shè)置

在實(shí)驗(yàn)室建筑面積一定的情況下，層數(shù)的不同對(duì)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)影響較大。層數(shù)受到一些因素的限制，一是總圖面積的限制，在有的項(xiàng)目中，實(shí)驗(yàn)室總圖面積有限，這樣在考慮首層面積和尺寸時(shí)，要結(jié)合總圖情況綜合考慮。二是總圖地形的限制，有的項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)室總圖區(qū)塊成狹長(zhǎng)型，適合一字型建筑，而有的項(xiàng)目總圖區(qū)塊成方形，適合回字形或折型建筑，而有的項(xiàng)目總圖區(qū)塊是不規(guī)則形狀，則需要根據(jù)地形考慮特殊的設(shè)計(jì)。另外，除去總圖因素的影響，多層建筑和低層建筑各有優(yōu)勢(shì)，低層建筑樓層少，對(duì)將來(lái)風(fēng)管和電線的布置通常是有利的，也可以減少因增設(shè)電梯所帶來(lái)的投資費(fèi)用。樓層多有利于實(shí)驗(yàn)室功能區(qū)域的劃分，但是根據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求，實(shí)驗(yàn)室的樓層最高不宜多于五層建筑。

3.2 走廊形式選擇

(1)單走廊單側(cè)房間布局。在回型建筑中較多被采用，在一字型建筑中，如采用此種走廊設(shè)置形式，走廊的利用率較低。此種形式采光很好，視野也很理想，在研究性的個(gè)人實(shí)驗(yàn)室可考慮此種設(shè)置方式，研究人員辦公室與實(shí)驗(yàn)室設(shè)置在一起，十分便利。但是工廠實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中，此種形式較少采用。具體布局見(jiàn)圖1。

圖1 單走廊單側(cè)房間布局

(2)單走廊雙側(cè)房間布局。此形式走廊利用率較高，房間布局緊湊，可以高效的利用實(shí)驗(yàn)室使用面積。另外，此種走廊設(shè)計(jì)形式采光也較為理想，尤其在南北朝向的建筑中，北側(cè)可以設(shè)置機(jī)房、天平室、試劑庫(kù)，以及一些避光的分析儀器室。南向則設(shè)置一些需要采光理想的實(shí)驗(yàn)室及辦公室。此種走廊形式在工廠實(shí)驗(yàn)室中較多使用。具體布局見(jiàn)圖2。

圖2 單走廊雙側(cè)房間布局

(3)雙走廊布局。此種形式使得實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部交通很便捷，房間布置緊湊，房間之間的進(jìn)出較為方便，適用于占地面積和寬度較大的實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)，但有部分沒(méi)有采光的房間，如果實(shí)驗(yàn)室需設(shè)置暗房等避光實(shí)驗(yàn)室時(shí)，此種形式較為理想。具體布局見(jiàn)圖3。

圖3 雙走廊布局

除上述幾種走廊形式外，還有三走廊等其他形式，這些形式可以使內(nèi)部布局更靈活，但被走廊占用的公共面積較大，適用于總圖面積較寬裕的實(shí)驗(yàn)室，而工廠實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中，則很少采用。

3.3 建筑形式選擇

(1)一字型建筑。一字型建筑適合南北朝向，此種建筑形式房間布置緊湊，使用方便，在工廠實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中較多被采用。但是這樣的形式較為單調(diào)，建筑形式不夠靈活新穎。而且考慮到單層建筑長(zhǎng)度不能過(guò)長(zhǎng)，往往一字型實(shí)驗(yàn)室樓層較高。具體形式見(jiàn)圖4。

圖4 “一”字型建筑形式實(shí)驗(yàn)室

(2)回字形建筑。此形式較為活潑，同樣長(zhǎng)度的情況下，回字形建筑形式單層面積較一字形要大，可以降低層高，而高層建筑是實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)中盡量避免的。此外，回字形建筑形式多采用單面房間布置，房間可以雙向采光，采光較一字形建筑更優(yōu)越。尤其在南方，一年四季植被較為豐富，回字形建筑中間形成的天井，在南方植被長(zhǎng)青的自然環(huán)境下，可以提供舒適的視野。具體形式見(jiàn)圖5。

圖5 “回”字型建筑形式實(shí)驗(yàn)室

(3)折型建筑及其他。在設(shè)計(jì)中通常因?yàn)橐粋€(gè)項(xiàng)目的特殊性，如總圖面積限制、實(shí)驗(yàn)室規(guī)模巨大、業(yè)主的特殊要求等，實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)需要在一字形建筑的形式上進(jìn)行調(diào)整和變形，在滿足功能需求的條件下，根據(jù)實(shí)際地形盡可能實(shí)現(xiàn)建筑形式的合理性和優(yōu)越性。

3.4 開(kāi)間設(shè)計(jì)

(1)開(kāi)放式大開(kāi)間設(shè)計(jì):在大型的中心實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)中，經(jīng)常把同類型的設(shè)備擺放在一起，例如色譜類分析儀，光譜類分析儀，油品類分析儀，電化學(xué)分析儀等，因?yàn)樵O(shè)備統(tǒng)一設(shè)置在中心實(shí)驗(yàn)室，設(shè)備的數(shù)量較多，這時(shí)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室將是比較好的選擇。設(shè)計(jì)一個(gè)大型的開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室(圖6［1］)，擺放同類型的設(shè)備，這樣可以便于公用工程配套設(shè)施的設(shè)計(jì)與實(shí)施，也實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)室空間的最大化使用，除此之外，還便于設(shè)備交互使用，當(dāng)一臺(tái)設(shè)備正在維護(hù)或檢修時(shí)，其他設(shè)備很方便的用來(lái)完成相應(yīng)的分析任務(wù)。隨著分析儀器自動(dòng)化的不斷提高，現(xiàn)今實(shí)驗(yàn)室的定員大幅減少，一個(gè)實(shí)驗(yàn)人員通常需要管理多臺(tái)設(shè)備，設(shè)置大型開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室，將同類型或類似的項(xiàng)目放在一個(gè)房間內(nèi)來(lái)完成，便于操作和管理，可以提高檢測(cè)效率。目前新建的各類實(shí)驗(yàn)室(不僅限于工廠實(shí)驗(yàn)室)，開(kāi)放式的大型實(shí)驗(yàn)室越來(lái)越多的被采用，這類實(shí)驗(yàn)室對(duì)團(tuán)隊(duì)工作也有很好的促進(jìn)作用，在開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室工作的人員之間的交流更加便利，這對(duì)現(xiàn)今以團(tuán)隊(duì)工作為主要形式的工作模式十分有利。

圖6 百分之百開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室布置

(2)封閉型小開(kāi)間設(shè)計(jì):適合于小型實(shí)驗(yàn)室，裝置實(shí)驗(yàn)室，這些實(shí)驗(yàn)室分析儀器種類和數(shù)量不多，小開(kāi)間在分析儀器很少的情況下，可按照儀器的類型或裝置來(lái)劃分實(shí)驗(yàn)功能區(qū)，劃分明確，便于管理。具體布置見(jiàn)圖7。

圖7 封閉式實(shí)驗(yàn)室布置

(3)大開(kāi)間小開(kāi)間混合:多在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目較多的大型中心實(shí)驗(yàn)室中混合設(shè)置，開(kāi)放式大開(kāi)間設(shè)計(jì)得到了廣泛的認(rèn)同，但是對(duì)于個(gè)別特殊分析儀器，例如大型的核磁共振儀(NMR)、X－射線熒光光譜儀、高精密度的電子天平室等，也優(yōu)先考慮小開(kāi)間設(shè)計(jì)，既滿足了特殊分析儀器單獨(dú)設(shè)置的需求，又避免實(shí)驗(yàn)室面積的浪費(fèi)。所以大型中心實(shí)驗(yàn)室最常見(jiàn)的就是開(kāi)放式大開(kāi)間與封閉式小開(kāi)間混合使用的設(shè)計(jì)。具體布置見(jiàn)圖8［1］。

圖8 封閉式實(shí)驗(yàn)室與開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室的組合布置

3.5 區(qū)域劃分

實(shí)驗(yàn)室各功能區(qū)域需集中設(shè)置，這可有效地避免人流物流之間的交叉污染，有利于分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確，以及人員健康的保障。

(1)實(shí)驗(yàn)區(qū)域。包括儀器分析室、化學(xué)分析室、天平室、加熱間及各類輔助型實(shí)驗(yàn)室，還有蒸餾水制備間，標(biāo)液制備間等。其中大型分析儀器在實(shí)驗(yàn)中振動(dòng)大、噪音大的分析儀器建議布置在一層。味道大、粉塵大的實(shí)驗(yàn)房間建議單獨(dú)布置，設(shè)置單獨(dú)出入口，以免污染整個(gè)實(shí)驗(yàn)室環(huán)境。

(2)輔助及公用工程區(qū)域。主要包括配電間、空調(diào)機(jī)房、電信間、試劑庫(kù)等。此部分房間應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，合理設(shè)置。

(3)辦公區(qū)域。鑒于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境的特殊性，辦公區(qū)域盡量獨(dú)立于實(shí)驗(yàn)區(qū)域單獨(dú)設(shè)置，最理想的是辦公區(qū)域單獨(dú)設(shè)置一層，在沒(méi)有大型實(shí)驗(yàn)設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室，辦公區(qū)域設(shè)置在一層較為理想，因?yàn)橐粚涌諝猸h(huán)境最好。如果面積有限，辦公區(qū)域很難單獨(dú)設(shè)置一個(gè)樓層，建議辦公區(qū)域進(jìn)出主路口設(shè)置雙層門，這樣可以有效避免有害氣體進(jìn)入辦公區(qū)域。

4 結(jié)語(yǔ)

上述是實(shí)驗(yàn)室平面布置設(shè)計(jì)中需重點(diǎn)考慮的一些因素，除此之外還要結(jié)合各個(gè)項(xiàng)目的地理位置、裝置類型、裝置規(guī)模等不同的特點(diǎn)進(jìn)行專題的論證。只有在設(shè)計(jì)前期，將方案做到優(yōu)化、合理、完善，才能為后面實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的具體細(xì)節(jié)奠定良好的基礎(chǔ)，最終設(shè)計(jì)出功能完善、操作方便的現(xiàn)代化工廠實(shí)驗(yàn)室，為生產(chǎn)運(yùn)行保駕護(hù)航。

1 丹尼爾.D.沃奇［美］，徐雄，馮鐵宏，祝東海譯.研究實(shí)驗(yàn)室建筑［M］.北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2001.