淺談疾控中心實(shí)驗(yàn)室電氣設(shè)計(jì)

薛 偉

(中信建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司, 湖北 武漢 430012)

0 引 言

疾控中心實(shí)驗(yàn)室作為疾病控制與預(yù)防中心(CDC)的科學(xué)機(jī)構(gòu),負(fù)責(zé)進(jìn)行各種重要的工作,包括研究、監(jiān)測(cè)和診斷測(cè)試。CDC實(shí)驗(yàn)室涉及多個(gè)領(lǐng)域和專業(yè),如生物安全、傳染病、環(huán)境健康、公共衛(wèi)生等。當(dāng)前疾病預(yù)防控制工作面臨著急性傳染病、突發(fā)公共衛(wèi)生事件和慢性非傳染病雙重壓力,疾病預(yù)防控制難度進(jìn)一步加大,對(duì)全市衛(wèi)生服務(wù)體系、衛(wèi)生服務(wù)模式和衛(wèi)生管理體系提出了新的挑戰(zhàn),給衛(wèi)生事業(yè)發(fā)展也帶來了新的空間。然而,在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域中,并沒有針對(duì)疾控中心實(shí)驗(yàn)室電氣安全設(shè)計(jì)方案進(jìn)行系統(tǒng)而深入的研究。這給疾控中心實(shí)驗(yàn)室工作帶來了潛在風(fēng)險(xiǎn)。本文以疾控中心實(shí)驗(yàn)室為研究對(duì)象,提出合理有效的電氣安全設(shè)計(jì)方案,并進(jìn)行效果評(píng)估。

1 工程概況

該工程為某省會(huì)疾控中心遷建項(xiàng)目,項(xiàng)目包括一棟地上9層疾控綜合樓,一棟地上15層實(shí)驗(yàn)樓,共用兩層地下室,總建筑面積達(dá)5萬m2。實(shí)驗(yàn)樓主要包含:① 承擔(dān)日常生物安全柜控制、監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及查詢等功能的綜合控制室;② 有蟲媒消殺實(shí)驗(yàn)、微生物實(shí)驗(yàn)、細(xì)菌學(xué)實(shí)驗(yàn)、病毒學(xué)實(shí)驗(yàn)、分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)等功能的生物實(shí)驗(yàn)室;③ 消媒、病原、食環(huán)所的生化實(shí)驗(yàn)室,含有PCR實(shí)驗(yàn)室及P3實(shí)驗(yàn)室;④ 射線、光譜學(xué)及色譜學(xué)等實(shí)驗(yàn)室。

2 電源及配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目負(fù)荷分級(jí)及供電方案

依據(jù)GB 51348—2019《民用建筑電氣設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》[1],疾控中心實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷分級(jí)如表1所示。

表1 疾控中心實(shí)驗(yàn)室負(fù)荷分級(jí)

按照本項(xiàng)目所在地的城市供電系統(tǒng)情況以及建設(shè)計(jì)劃,并根據(jù)本項(xiàng)目的用電量、負(fù)荷級(jí)別、負(fù)載特點(diǎn)等原因,擬建兩處10/0.4 kV變配電所。實(shí)驗(yàn)室工藝用電、實(shí)驗(yàn)室辦公用電及綜合樓用電分別由不同的變配電所內(nèi)變壓器供電,項(xiàng)目總用電負(fù)荷為5 000 kVA。要求引入兩路10 kV雙重電源,分別取自不同的城市變電站,相互獨(dú)立、互不干擾,不可同時(shí)切斷。

2.2 實(shí)驗(yàn)室配電系統(tǒng)

疾控中心實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)設(shè)備往往隨檢測(cè)目標(biāo)的變化和新技術(shù)的不斷更新而變化,除了高可靠性外,配電系統(tǒng)還應(yīng)具有較大的靈活性和擴(kuò)展性。為此,本項(xiàng)目通用實(shí)驗(yàn)室一般采用配置漏電保護(hù)裝置的組合插座箱為用電設(shè)備供電。為保障實(shí)驗(yàn)室工藝設(shè)備供電可靠性,要求漏電保護(hù)裝置在配電回路發(fā)生故障時(shí)不應(yīng)直接切斷電源,而是采取聲光報(bào)警信號(hào)以提醒專業(yè)維護(hù)人員盡快檢修[2]。

實(shí)驗(yàn)室配電措施主要有以下幾種方式:

(1) 實(shí)驗(yàn)室設(shè)置總配電室、配電間、電氣豎井等,配電間位于各層負(fù)荷中心區(qū)域。因?qū)嶒?yàn)室用電負(fù)荷大且存在不確定性,一方面實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)有各種儀器設(shè)備等特殊用電;另一方面,維持實(shí)驗(yàn)室特定的室內(nèi)環(huán)境指標(biāo)需要足夠的電力供應(yīng);更為重要的是,疾控中心的供配電設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮滿足實(shí)驗(yàn)室未來發(fā)展的需要,要求配電系統(tǒng)預(yù)留20%的備用容量[3]。

(2) 為方便測(cè)試儀器擴(kuò)充,多層試驗(yàn)建筑中的主要配電線路應(yīng)選用大容量的電纜。大容量的試驗(yàn)建筑可選用插入式母排。電力配電箱可按要求明裝或半嵌入,以便于增設(shè)配電線路。大容量的特種裝置應(yīng)該在其附近使用專用接線箱。

(3) 需要多個(gè)電源的試驗(yàn)室,要按照客戶的技術(shù)需要,進(jìn)行集中化或分散化設(shè)置;要按照電壓的差異對(duì)各種類型的電源進(jìn)行清晰的區(qū)別,以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤的操作。

(4) 實(shí)驗(yàn)室配電干線應(yīng)與樓棟公共區(qū)域配電干線嚴(yán)格區(qū)分開來,同時(shí)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部照明用電線路也應(yīng)和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備用電線路相分離。其中生物安全實(shí)驗(yàn)室須采用專用配電箱,且配電箱應(yīng)設(shè)在安全區(qū)。

(5) 為保障重要實(shí)驗(yàn)設(shè)備的正常工作,實(shí)驗(yàn)室的動(dòng)力設(shè)備均選用了小容量UPS蓄電池作為后備電源,以滿足實(shí)驗(yàn)室用電負(fù)荷的可靠性要求,且UPS蓄電池供電時(shí)間不小于30 min。

(6) 生物安全實(shí)驗(yàn)室配電管線須采用金屬管敷設(shè),穿過墻和樓板的電線管應(yīng)加套管或采用專用電纜穿墻裝置,套管內(nèi)用不收縮、不燃材料密封,以保證穿墻電線管與實(shí)驗(yàn)室以外區(qū)域物理隔離,實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有壓力要求的區(qū)域不會(huì)因?yàn)殡娋€管的穿過造成致病因子的泄漏。

3 實(shí)驗(yàn)室空調(diào)凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生物安全實(shí)驗(yàn)室不同于其他普通實(shí)驗(yàn)室,是從事對(duì)人可能產(chǎn)生危害的生物實(shí)驗(yàn)的場(chǎng)所,因此實(shí)驗(yàn)室的安全性至關(guān)重要。如果防范措施不力,輕則造成實(shí)驗(yàn)室工作人員的感染,重則因傳染性微生物外泄殃及社會(huì),造成大范圍傳染病的流行,甚至可能導(dǎo)致生物災(zāi)難的發(fā)生,故生物安全實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)和建設(shè)應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)化為方向,充分考慮安全性和可靠性[4]。

實(shí)驗(yàn)室的安全措施主要有維持負(fù)壓環(huán)境及空調(diào)凈化系統(tǒng),從而保障實(shí)驗(yàn)人員安全、防止有毒有害氣體泄漏的屏障。

為保障空調(diào)凈化系統(tǒng)正常運(yùn)行而設(shè)置的空調(diào)凈化自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)能保證各房間之間定向氣流方向的正確及壓差的穩(wěn)定,系統(tǒng)起動(dòng)和停機(jī)過程應(yīng)采取措施防止實(shí)驗(yàn)室內(nèi)負(fù)壓值超出圍護(hù)結(jié)構(gòu)和有關(guān)設(shè)備的全范圍。

凈化空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循“安全可靠、節(jié)能運(yùn)行和動(dòng)、靜過程控制”相結(jié)合的原則,特別是以安全可靠為核心的設(shè)計(jì)原則。凈化空調(diào)自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性和可靠性有待于從以下幾個(gè)方面來實(shí)現(xiàn):

(1) 自動(dòng)控制系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成中央監(jiān)控電腦控制系統(tǒng),同時(shí)在控制室內(nèi)設(shè)置電腦。

(2) 實(shí)行自動(dòng)控制的電腦要對(duì)機(jī)組和自動(dòng)控制設(shè)備的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控,要有歷史資料記錄、報(bào)警提示等功能。

(3) 實(shí)施自動(dòng)控制的現(xiàn)場(chǎng)控制器選用高可靠、高速度、免維護(hù)的工業(yè)級(jí)控制器,能脫離電腦獨(dú)立工作,避免控制系統(tǒng)一旦發(fā)生故障而癱瘓。

(4) 控制系統(tǒng)要有人工自動(dòng)轉(zhuǎn)換功能,確保在控制系統(tǒng)失控的情況下可轉(zhuǎn)換成人工控制,應(yīng)急手動(dòng)應(yīng)有優(yōu)先控制權(quán),且應(yīng)具備硬件連鎖功能。

4 電氣照明系統(tǒng)

設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問題具體如下:

(1) 實(shí)驗(yàn)室照明設(shè)計(jì)應(yīng)滿足GB 50015—2021《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》[5]和GB 50881—2013《疾病預(yù)防控制中心建筑技術(shù)規(guī)范》要求。在對(duì)照度進(jìn)行有效調(diào)控的同時(shí),在室內(nèi)環(huán)境中引入多種光源,提高室內(nèi)的舒適性[6]。

(2) 對(duì)長(zhǎng)期工作在封閉實(shí)驗(yàn)室的人員來說,其工作空間狹窄,且對(duì)工作臺(tái)的照度要求較高,因此選用高效照明光源、高效燈具及其節(jié)能附件,不僅能在保證適當(dāng)照明水平及照明質(zhì)量時(shí)降低能耗,而且還減少了夏季空調(diào)制冷負(fù)荷,從而進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能的目的。同時(shí),針對(duì)生物安全實(shí)驗(yàn)室消毒而設(shè)置的紫外線燈,其控制開關(guān)應(yīng)設(shè)在門外并與一般照明燈具的控制開關(guān)分開設(shè)置,且在外觀上要有明確的標(biāo)識(shí),避免使用時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤。

(3) 有嚴(yán)格正負(fù)壓要求,或具有生物安全、毒性物質(zhì)、放射性物質(zhì)等危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)室的進(jìn)出口處應(yīng)設(shè)置實(shí)驗(yàn)工作狀態(tài)標(biāo)志燈,其室內(nèi)照明開關(guān)不宜設(shè)在實(shí)驗(yàn)房間內(nèi),且宜采用帶狀態(tài)指示的大面板式開關(guān)。

實(shí)驗(yàn)室因其自身要求及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的特殊性,照明燈具的選擇還應(yīng)滿足下列措施[7]:

(1) 應(yīng)采用氣密式凈化優(yōu)質(zhì)燈具,吸頂式安裝,密封防水設(shè)計(jì),最大限度地減少灰塵堆積,燈光要求不刺眼,光線柔和。具有可燃性氣體的房間應(yīng)采取防爆措施,照明采取防爆燈,燈具開關(guān)應(yīng)設(shè)置在入口外側(cè)。

(2) 照度標(biāo)準(zhǔn):主要區(qū)域照度達(dá)到200～300 lx要求,局部有精細(xì)條件的空間要求照度達(dá)到500 lx。同時(shí)還應(yīng)保證30 min的備用照明時(shí)間,從而留出工作人員退出的時(shí)間。

(3) 燈具采用嵌入式安裝在室內(nèi)的天花板上,有潔凈要求的實(shí)驗(yàn)室須采用潔凈密閉型燈具。實(shí)驗(yàn)室燈具安裝示例如圖1所示。

圖1 實(shí)驗(yàn)室燈具安裝示例

5 安全防范系統(tǒng)

疾控中心建筑內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)部位應(yīng)根據(jù)功能性質(zhì)、危險(xiǎn)性、危害性、可控性難易等確定,并按下列標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)部位。

(1) 一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)部位:三級(jí)及以上生物安全實(shí)驗(yàn)室及其輔助設(shè)施,菌(毒)種室/庫(kù)、放射源、爆炸品、劇毒品、危險(xiǎn)化學(xué)品庫(kù)房及其輔助設(shè)施,六級(jí)以上潔凈實(shí)驗(yàn)室及其輔助設(shè)施,極其貴重的儀器實(shí)驗(yàn)室或庫(kù)房及其輔助設(shè)施,信息數(shù)據(jù)中心,安防控制中心,檔案室等。

(2) 二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)部位:二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室及其輔助設(shè)施,重要儀器、設(shè)備庫(kù)房。

(3) 三級(jí)風(fēng)險(xiǎn)部位:除一、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)部位以外的其他實(shí)驗(yàn)室及其輔助設(shè)施,重要業(yè)務(wù)辦公室等。

疾控中心實(shí)驗(yàn)室應(yīng)設(shè)置工藝流程安全監(jiān)控設(shè)施,對(duì)送檢實(shí)驗(yàn)工藝流程進(jìn)行全程安全監(jiān)控,且對(duì)工藝流程過程中實(shí)驗(yàn)人員的每一步驟進(jìn)行全程監(jiān)視和記錄。該系統(tǒng)可針對(duì)不同的受控人員設(shè)置不同的區(qū)域活動(dòng)權(quán)限,將人員的活動(dòng)范圍限定在與權(quán)限對(duì)應(yīng)的區(qū)域內(nèi),并實(shí)時(shí)記錄管理人員的出入情況。實(shí)驗(yàn)室的檢驗(yàn)樓層、實(shí)驗(yàn)樓層、數(shù)據(jù)中心樓層等重要的功能區(qū)域,作為公眾的環(huán)境,其人員出入、流動(dòng)較大,重要的專業(yè)設(shè)備較多,因此整體安全性、防范性至關(guān)重要。安全防范總體架構(gòu)如圖2所示。綜合安防系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)施中必須采取多種安全防范措施聯(lián)動(dòng)控制的方式,以求達(dá)到周密、到位的安全防范的目的。

圖2 安全防范總體架構(gòu)

6 結(jié) 語(yǔ)

通過上述分析可以看出,疾控中心實(shí)驗(yàn)室不同于其他普通民用建筑,其對(duì)重要工藝設(shè)備的用電保障以及生物安全方面的要求都比較嚴(yán)格。本文結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目,提出一些建議,希望能給類似設(shè)計(jì)項(xiàng)目提供幫助。