高校藥學實驗室建設的實踐與探索

近年來,高校實驗室安全事故時有發生,包括火災事故、爆炸事故、生物安全事故、毒害事故、設備傷人事故、輻射事故等。分析事故發生的原因,實驗室建設中存在的問題是事故發生的一個重要的客觀原因,例如實驗室資金投入不足,目前仍然有些高校使用上世紀60或70年代建造的實驗室,實驗室超期服役,水、電、通風設施陳舊老化、防火能力差,實驗室建設缺乏總體規劃,時常將非實驗室建筑改為實驗室,實驗室設計考慮不周、布局不合理、空間擁擠、安全操作距離不夠、安全通道不暢,危險化學品、生物制品、放射品存放的設備、環境不安全，缺乏應急保障系統,安全防護設施不健全等。

高校實驗室是高等學校開展實驗教學、科學研究和社會服務的重要場所,實驗室的建設是高等學校提高辦學水平和教育質量的重要組成部分,同時也是高校實驗室安全的重要保證。隨著高校辦學規模的擴大、學科專業的拓寬、辦學層次的不斷提高,實驗室建設經費投入仍顯不足,實驗室建設總體水平與高校辦學目標仍有差距,因此探索如何提升高校實驗室的建設水平,確保實驗室的安全,為教學、科研提供有力支撐具有一定的實際意義[4]。

藥學是集理、工、醫于一體的綜合性應用學科,實驗操作在藥學中尤其重要,高等藥學院校實驗教學及科學研究實驗室涉及的技術領域有物理學、計算機、化學、生物學、藥學、基礎醫學、臨床醫學及相關交叉學科,實驗室涉及的儀器、設備、試劑復雜,不安全因素多,因此實驗室的建設要求高、難度大。我校醫學部基建處近年來組織藥學院完成多項實驗室的建設與改造工作,本文結合實驗室建設的實踐與經驗,對藥學專業實驗室的建設進行了探索,并對高校實驗室的建設提出建議,希望能夠促進我國高校實驗室的建設工作。

1 加強實驗室設計規劃與建設的科學性

高校實驗室的建設是一項復雜的系統工程,建設前應進行廣泛的調研和反復論證,要對實驗室的功能、目標、性質、容量等進行科學的分析和準確的定位,以科學發展觀的方法對整個實驗室建設進行系統規劃,并與學校整體發展規劃統一協調。高校實驗室的建設要滿足教學、科研和社會服務的需要,要與學科建設、專業建設、課程建設、科研平臺建設相結合,要具有實用性、通用性,同時具有超前意識,能夠預見學科繼續發展的趨勢,滿足高校優秀人才全球流動、實驗室共享的要求,有計劃地預留實驗室空間(實驗室的建設采用大空間設計)和接口(如電路、網絡管線等多用接口)。高校要按照科學現代化的要求,精打細算、周密安排,將有限的經費用在刀刃上,避免投資的重復性和盲目性,建設布局現代化、設施先進、安全性能高的可持續發展的高校實驗室,使有限的資源發揮最大的作用。

實驗室的建設需根據實驗室類型的不同而采用針對性強的設計方案。目前,國內實驗室的分類普遍有3種方式,一是按照學科分類,分為化學實驗室、生物實驗室和物理實驗室等；二是按照特性分類,如干性實驗室和濕性實驗室、主實驗室和輔助實驗室、常規實驗室和特殊實驗室等；三是按照領域分類,如疾病預防控制中心實驗室、出入境檢驗檢疫系統實驗室、產品質量檢驗機構實驗室、農產品檢驗機構實驗室、藥品檢驗機構實驗室、醫學檢驗機構實驗室、公安系統實驗室等。

我國現階段涉及實驗室建設的各類型標準有2 200多項,其中涉及實驗室安全的有23項、涉及管理的有15項,關于實驗室設計的現行國家標準主要針對移動實驗室和臨床實驗室,其他類型標準有10余項,分別針對科學實驗室、機械工業中央實驗室、測量實驗室、生物安全實驗室、水生動物檢疫檢驗實驗室,其中有關實驗室設計建設內容基本融入到安全、管理、運行等方面。行業專用設計建設標準也有多項,如GB50015《建筑給水排水設計規范》、GBS0016《建筑設計防火規范》、GB50019《采暖通風和空氣調節設計規范》、GB16292《大氣污染物綜合排放標準》等。但目前國內實驗室還沒有完整的各類實驗室設計建設內容標準,實驗室的建設仍然缺乏專業化、針對性的設計建設指導規范。

《JGJ91—93科學實驗室建筑設計規范》適用于自然科學研究機構、工業企業、大專院校等以通用實驗室為主的新建、改建和擴建科學實驗建筑設計,是科學實驗室建設的一個通用標準。科學實驗建筑一般包括實驗用房、輔助用房、公用設施用房等,實驗用房包括通用實驗室、專用實驗室和研究工作室。通用實驗室是適用于多學科的以實驗臺規模進行經常性科學研究和實驗工作的實驗室；專用實驗室有特定環境要求(如恒溫、恒濕、潔凈、無菌、防振、防輻射、防電磁干擾等)或以精密、大型、特殊實驗裝置為主(如電子顯微鏡、高精度天平、譜儀等)等；研究工作室是用于科研實驗人員從事理論研究、準備實驗資料、查閱文獻、整理實驗數據、編寫成果報告等的用房。高校實驗室的功能布局須按照《JGJ91—93科學實驗室建筑設計規范》中實驗用房的要求設計,高校實驗室的建設要根據各高校實驗室的實際需求及實踐經驗不斷探索。

2 探索實驗室建設的新模式

自2010年以來,我校醫學部基建處組織藥學院完成天然藥物及仿生藥物國家重點實驗室、分子與細胞藥理學實驗室、天然藥物學教研平臺、藥學實驗教學中心、藥物計算實驗室、大型儀器測試平臺、藥學樓(即藥學院教學及科研主體建筑等多項實驗室)的裝修改造和建設工程。依據我國有關實驗室建設標準,從實驗室的基本類型、功能、布局與設施等方面,認真探索了藥學專業實驗室建設的新模式。

2.1 藥學專業實驗室的基本類型及功能

藥學專業實驗室的建設按照功能要求,主要分為3類實驗室,即藥學專業通用實驗室、專用實驗室和研究工作室。藥學專業專用實驗室的建設根據教學、科研的需要建立,包括儀器室、天平室、細胞間、潔凈間、生物安全實驗室、放射性實驗室、動物實驗室、低溫冰箱室、洗刷間、準備室、藥品庫房、冷庫等。研究工作室主要由教師辦公室、學生休息室及資料室組成。本文主要就藥學專業通用實驗室進行研究和探討。

藥學專業通用實驗室主要分為3類:一是化學類實驗室,主要用于藥物化學、生物有機化學、藥物合成、天然藥物化學等研究方向,承擔易燃易爆、揮發性和毒性化學試劑多，通風條件要求高的實驗工作；二是生物類實驗室,主要用于生物無機、藥物分析、物理藥學、藥劑學、藥理學、生物學及生物技術等研究方向,特點是潔凈度要求高；三是形態學實驗室,主要用于生藥學、藥用植物學等教學課程的實驗,該實驗室大量使用顯微鏡,對采光要求高,盡量安排在陽面房間,并且在試劑架上安裝日光燈。

2.2 藥學專業通用實驗室的基本布局與設施

2.2.1 實驗室的面積

藥學專業通用實驗室包括科研和教學2類實驗室,通常采用標準單元組合設計,實驗室有1個或1個以上的標準單元組成,1個標準單元的面積約為40 ㎡。科研實驗室面積一般設計為40 ㎡及以上,教學實驗室面積一般設計80 ㎡以上,大型共享實驗室可以建到200 ㎡以上。我校藥學院在北大醫療產業園建立了建筑面積約為300 ㎡的大型科研化學實驗室,以滿足高校人才流動快和實驗室共享的需求；在藥學樓為藥學實驗教學中心建立了上下2層、每層建筑面積約為280 ㎡的大空間教學化學實驗室,用于藥物化學、生物有機化學、藥物合成、天然藥物化學等多門實驗課程的教學,可同時容納130名學生獨立開展實驗,同時實現了教學實驗室空間的共享、共用和合理利用,在高校教學實驗室的建設與管理中發揮了國家級實驗教學示范中心的作用。

2.2.2 通風設備

科研用化學實驗室采用安裝多個通風櫥的方式，滿足通風的高需求,每40 ㎡的實驗室可設置6個通風櫥,通風櫥為1.5 m寬或1.8 m寬,風量設計分別不低于1 500 m3/h、 2 000 m3/h,風速不低于1.0 m/s；而生物實驗室和形態類實驗室每40 ㎡通常設置1～2個通風櫥,通風櫥面風速不低于0.5 m/s。在科研用實驗室中，每組中央實驗臺上方設置吸頂式排風罩進行輔助排風,排風量一般不低于1 500 m3/h。

為避免阻擋視線、確保隨時可以觀察學生實驗安全情況,教學用實驗室均采用全面排風設計,排風罩或排風口的風量不低于2 000 m3/h,設計送風量為排風量的70%；在實驗室四周靠墻處設置一定數量的通風櫥,以供學生實驗時配置易揮發試劑。化學類教學實驗室換風次數為20～25次/h,生物類、形態類教學實驗室換風次數為10～15次/h；在化學類教學實驗室的實驗臺上方,平均每米設置1個萬向排風罩,以滿足及時排風的需要。

此外,在所有通向室外的排風口安裝干式過濾器,使實驗室氣體排放達到國家大氣污染物排放標準,室內噪聲控制在55 dB以下。

2.2.3 水、電管線

實驗室給排水管徑不小于規定數值，以確保實驗室給排水通暢。在每個房間明顯位置,設置該房間上水總閘門；在每個實驗臺水池柜下方,設有方便檢修的水閥；凡有上、下水房間均要求設置防臭地漏、防水層；為防止有機化學試劑的腐蝕現象,全樓下水管道材質設計為鑄鐵。

合理設計實驗室電容量以滿足實驗室用電需求,并預留適當的備用容量,為將來實驗室功能擴展提供可能,每米實驗室邊臺電量設計不小于10 A/1 kW,每個通風柜電量設計不小于15 A/3 kW。設計照明電與動力電電閘分開,確保發生實驗室事故時可以做到一鍵斷電,有效遏制事故的繼續蔓延；對實驗室干燥箱、冰箱、恒溫箱、空調等固定設備,設計專用供電電源,確保不因在實驗結束后切斷實驗室電源影響其正常工作；馬弗爐、電烤箱、離心機等大功率設備,單獨設計電源；每個實驗室設置一個變電箱,設計短路、過載、漏電等保護裝置。

2.2.4 消防、安防等安全性設備

強化安全基礎設施的建設以保障實驗室安全。建立健全實驗室消防設施,設計煙霧報警系統、自動噴水滅火系統、防排煙系統,設置安全出口、疏散通道、安全梯、應急燈、疏散指示燈、防火門,安裝消防栓,擺放滅火器等。對關鍵實驗室安裝安防設施,設計門禁管理系統、攝像監控系統等,對劇毒品實驗實行24 h監護,防止危險物品的流失和不正當使用。在實驗室配備防護眼鏡、洗眼器、噴淋裝置、急救箱等防護與急救設施。

2.2.5 門、窗、地板、吊頂及實驗臺等設施

為確保發生安全事故時,師生可以及時撤離實驗室,面積大于或等于60 ㎡的實驗室須設置2個門,且門的方向朝外開,并在實驗室門上安裝縱向可視窗以方便在外隨時可以觀察室內情況。為避免揮發性、易燃易爆、有毒氣體在吊頂滯留,化學類實驗采用不吊頂設計,所有管線采用明裝方式。實驗室地板采用防滑、防火、防酸堿、防有機溶劑腐蝕瓷磚。為確保實驗室人員在實驗操作時不發生相互干擾并能夠及時疏散,教學用實驗臺間距設計大于或等于1.5 m,科研用實驗臺間距不小于1.2 m。實驗臺設計要求耐酸、耐堿、耐腐蝕、防火、易清潔、不易碰碎玻璃儀器,且要求加工實驗臺材料對環境無污染。

2.2.6 輔助功能區

預留部分空間設計專門的配套功能區,主要包括學生書包和衣物、實驗防護設備、氣瓶柜、防爆柜及少量藥品、實驗廢棄物臨時存放專區等,并根據國家《危險化學品安全管理條例》的要求,在危險廢棄物存放區張貼專用警示標志,在化學實驗室設置24 h可持續排風的試劑柜，專門存放易揮發的試劑藥品。

3 加強高校實驗室建設的管理

目前，高校實驗室建設中存在一定的問題,如工程項目延期、質量不好、使用壽命縮短及達不到預期目標等。因高校實驗室的新建或裝修改造項目,涉及多個環節,包括經費申請、設計招標及設計方案確定、土建及監理招標、施工協調及質量監控、竣工驗收,最后到試運行,高校實驗室建設主管部門必須統籌安排,同時在施工中建立樣板間，組織師生觀摩，滿足要求后再進行大規模的建設。這對于項目的按期完成、避免資金浪費、投入使用后能達到預期目標,有著非常重要的作用。必須做好實驗室建設、隊伍組建、質量控制、進度管理3個關鍵環節的工作,以確保實驗室建設的質量和工期。

3.1 實驗室建設隊伍組建

由于實驗室工作人員缺乏建筑技術規范知識,不能明確地表達實驗室對建筑標準、建筑構造和結構上的具體要求,而建筑設計人員對實驗室的主要用途、基本性能指標及建造實驗室的目的等綜合情況又不是很了解,如果設計人員僅依據行業通用準則進行設計并指導施工,很容易產生建成后使用不方便或不合理的現象。在實驗室設計及建設時,建筑設計人員與實驗室工作人員的通力合作、請實驗室專業人員直接參加設計及建設,并選擇有相關實驗室設計及施工經驗的專業設計人員和施工人員承擔工程非常重要。只有將“專業的使用者”“專業的設計者”“專業的建設者”三方有機結合,才能在實驗室建設的過程中,系統考慮實驗室設計及規則需求,形成“專業的使用+專業的設計者+專業的建設者=現代化實驗室”的模式。高校實驗室建設的主管部門,需協調好實驗室使用、設計及土建施工三方之間的溝通,并組建一只包括實驗室建設主管部門人員、實驗室使用單位行政管理人員和實驗室工作人員共同參與的高校實驗室建設項目管理團隊，是高校實驗室建設成敗的關鍵。

3.2 實驗室建設質量控制

高校通常通過招標程序確定專業監理單位具體負責基建工程的質量控制,同時管理部門也須建立質量管理流程,組織實驗室使用者共同參與過程管理,通過對實驗室的建設項目的全程管理,包括項目實施前的項目論證、所需設備的選型及采購過程的質量把關，項目實施過程的監督、檢查及項目完成后的驗收，項目完成后的績效管理(包括儀器設備的購置情況、經費的使用情況、項目建設的質量水平和特色、項目的投資效益、開放和共享程度、項目建成后的實驗室管理狀況以及實驗室的利用率)等,保證實驗室最終能實現預期的結果與質量。

3.3 實驗室建設進度管理

科學的進度管理是實驗室建設工期的重要保障。在實驗室建設計劃執行過程中,不可避免地會出現影響項目進度的各類因素,如由于高校考試需靜音、霧霾天氣要求停止施工、設計方案變更、工程材料及設備問題、資金運轉、施工安全、施工管理水平等,因此在實際進度與計劃進度出現偏差時要進行糾正,需要通過學校職能部門、土建項目負責人、實驗室使用單位之間的相互配合、協調,控制影響進度計劃的各種因素,使項目按原進度計劃或按調整后的進度計劃順利進行,以保證項目按時完成。

以上就高校藥學專業實驗室建設，提出了一些具體的建議，希望能夠促進這類實驗的規范化發展。