标准化实验室设计与建设，标准+理论+实践全套拿走！

以往我们对实验室的印象常常停留在学生时代的化学实验室，所见所闻也仅局限于实验台、排风罩及一些实验器皿。当越来越多的接触医疗、科研行业后，对于实验室的类型、标准及模式也有了新的认识与见解。21世纪的实验室应是一种“设计标准化，细节人性化、运行智能化”的且满足各行各业科研人员使用需求的产品。

其中标准化设计对于实验室从无到有的过程起着至关重要的作用。那么，何为“标准化实验室”？按学科划分，实验室可以分为化学、生物及物理实验室，而标准化实验室概念则跳脱出实验类别，采取模块化、参数化、集成化的理念指导施工建设，对于不同用途、不同类型的实验室提取主要功能模块，将求同存异的思想贯穿始终，以不变应万变。（图1）

纵观中国当前实验室建设发展状况，可以总结为以下两点：

由于，实验室建筑属于一类特殊的公共建筑或公共建筑内的功能区，其系统的复杂性往往被人忽视，当前各类与实验室相关的建筑设计规范如下：

这其中针对实验室本身的规范只占少数，诸如防火规范、电气设计规范等均需参照公共建筑的通用规范进行指导设计，事实上实验室内部各系统设计存在其特殊性，实验室设计必须结合其内部专业设施设备统筹考虑，如某化学实验室内设置有通风柜，那么房间排风则不需要设计，负压由通风柜排风量承担。

从事实验室专业设计的单位与相关技术人员稀缺，目前，大多数是以实验室家具生产厂家为主体的公司，同时兼顾工艺、装饰及内部系统设计，业主方往往采取施工招标附送设计的方式，对于设计阶段缺乏重视，且缺乏专业对口的设计人员，不能区分不同实验室的工艺要求。

一项大型科研实验建筑的设计，必须同时具备有经验的科研人员与设计人员，提出要求与实现功能相结合，二者配合，取长补短，才能逐步完善实验室各项需求。

如果将实验室与住宅进行比较，那么标准化理念已经成熟的住宅模块正是实验室设计建设的发展方向。（图2）标准化设计是指在一定时期内，面向通用产品，采用共性条件，制定统一的标准和模式，开展的适用范围比较广泛的设计，适用于技术上成熟、经济上合理、市场容量充裕的产品设计。住宅采用标准化设计后，对于控制建设成本、缩短建设工期均有显著的效果，使得本来具有唯一性、不可复制属性的设计工作变得像工业产品一样量产。因新冠疫情而出现的方舱式PCR实验室就很好的诠释了标准化实验单元的概念。（图3）

相比于建设规模较小的科研实验建筑，同样可以借鉴这样的模式，将实验室功能划分为科研实验区、科研辅助区、公共设施区、行政及生活服务区等。各区相对位置可以形成多种布置方式，而各区平面设计也可以嵌入标准化模块，这样一来，大实验室可以划分为多个小实验模块，与辅助及公共模块灵活搭配，形成一种即插即用、灵活可变的标准化设计体系。

标准化实验室设计可以分为概念设计、初步设计、深化设计三个阶段。各阶段工作步骤见表1，基于这些框架式的阶段性工作任务，实验室设计工作也以层层递进的方式推进。

实验室选址、设计和建造应符合国家和地方的环境保护和建设主管部门的规定和要求。实验室的防火和安全通道设置应符合国家的消防规定和要求，同时应考虑生物安全的特珠要求；必要时，应事先征询消防主管部门的建议。实验室的安全保卫应符合国家相关部门对该类设施的安全管理规定和要求。

从以下四个方面收集外围环境参数开始，将实验室建筑合理定位。

实验室整体规模测算可以从表2的经验值进行确定，以便于总体规划部署。当划定区域后，则进行内部功能模块的划分，从表3可以看出，核心实验用房面积占比在50%-60%之间，辅助及公共设施面积占比约30%，这两大块功能区构成了科研实验建筑的主要职能用房，只要把握好这些模块的相对关系，那么实验室便是和谐统一的整体，且对于后续施工建设具有分步、分区的指导作用，便于其流水作业。

表2 实验室建筑面积指标        单位：㎡/人

表3 实验室各功能模块面积占比单位：%

第二步，通过全面而精简的需求调查表统计并汇总使用人员的要求，并体现于图纸文件之上。这是设计之初最为关键的一步，所有要落实的硬件、技术参数等均需在本过程中确定。（见表4）

表4 实验室设计需求调查表

某国家级科研院所项目位于浙江杭州下沙经济开发区医药港小镇范围内，总体规划分两期实施，分别建成科研实验中心、临床研究中心，结合医药港小镇自身优势，形成产、学、研一体化科研产业链。

一期项目为原学校校舍改建（图4），占地面积约120亩，建筑面积3.5585万平方米，主要包括行政楼、实验楼和其他附属设施，以及用于科研的公共实验平台等，满足２-３个院士团队和200人入驻要求。一期计划投入8.0亿元，其中基建改造、装修、智能化及试验台、通风柜等基础实验设施等费用2.0亿元;实验仪器设备及其他设施设备6.0亿元。

二期项目为一期项目周边预留土地，占地面积不少于80亩，建筑面积20万平方米，主要包括中科院重离子研究中心、中科院生物医药技术成果育成中心、国家级生物样本库中心、国家级肿瘤大数据中心、成果转化平台、专门实验平台、实验动物平台等。计划2021年建成投入使用，满足20个科研团队、1000人入驻要求，以及其他未来发展需要。

项目推进过程中，由于工期紧、任务重，作为使用方管理者，不仅要协调外部关系，确保项目各项程序畅通无阻，更为重要的是对于项目各项技术要求及使用功能的整体把控。

设计施工与人才引进过程中的协调与配合问题。正常情况下，设计施工应根据人才团队研究方向开展相关工作，但是这样的理想状况只在少数，本项目中，设计阶段只确定了少数的团队，也针对其科研方向配置满足要求的实验室系统及仪器设备，但这样的区域只占15%，更多的实验室则难以按一定的参数要求设计建设，人才引进过程普遍滞后于实验室建设，因此这是一个新建大型科研院所常见的矛盾点。

对于上述三点问题，其最优解决对策不在于分别解开各自的症结，我们完全可以换一种思路，采用一种具备交集性质的通用解将多问题归为单一问题并解决它。标准化实验室设计建设思路正是符合上述属性的对策，对于一些没有权属的实验室区域，我们采用以实验台为单元的开放式大实验区，今后PI组入驻后，也以实验台为单位进行分配，每层搭配一定数量的细胞间供整层数个科研团队共用。

这样普通PI实验室可分为分配到个体的开放式实验室以及共用性质的细胞实验室、仪器间、清洗灭菌间等。按上述解构的思路开展实验室设计，可以避免不确定因素带来的影响，建设者可以将焦点放在分配比例上，而诸如清洗灭菌、试剂存储等辅助房间面积较为固定，只有细胞间与仪器间需由经验丰富的科研人员推算今后的需求，原则上这些重要的共用实验室可以靠上限预留。

另一类实验室为公共实验平台，如实验动物平台、细胞表征平台、材料测试平台、生物样本中心等，此类实验室设计建设关键点在于确定区域面积，此面积多与内部设备功能需求有关：实验动物中心与笼具数量（小动物数量）关系密切，生物样本中心则与拟存储样本量有关。这些都是关系到项目总体规模及投资的重要指标参数，属于顶层设计的一部分，所有科研项目都必须尽早确定。

对于实验室内部系统设计，同样采用标准化设计理念，从空间上分为上、中、下三个层次，顶部集成水、电、暖通、气路并通过吊塔或实验台设备立柱衔接中间层次的实验台，而下部则为下水、强弱电终端等必要的设施。近几年兴起的BIM设计则非常契合实验室标准化设计建设思路，通过建筑信息模型进行各专业管线的碰撞模拟与布局模拟可以很好的对多个模块进行部署，直观明了的对待定区域进行方案模拟。

实验室标准化建设理念的推广和应用，是对整个行业的规范与提升。正如中国标准化杂志社社长赵宏春所强调的“现代实验室标准化建设更是质量强国的重要保障”。从质量所包含的生物医药、工业产品、建筑工程、服务等几大类别来看，任何产品在制造和设计过程中，都离不开实验室，实验室为产品质量的提高和发展提供重要的技术支撑，而实验室本身能力和水平的高低，却与其标准化建设程度密不可分。