实验室建筑的基本知识

181基本建设可行性研究报告的制定 1811可行性研究报告的要求和内容 1可行性研究报告的要求 可行性研究报告的制定是实验室建设全过程的前期工作。在制定可行性研究报告时，要实验人员、基建人员、设计人员密切配合，才能搞好可行性研究报告。 首先，应正确选用各类实验室的定额指标，如每人所占实验楼的建筑面积是多少；实验楼的平面系数是多少，实验楼的造价是多少等。 其次，编制可行性研究报告。 第三，基本建设可行性研究报告经批准后，就有了建设项目编制设计文件的依据。一般实验楼的设计，由建设单位委托设计单位进行。 2可行性研究报告的内容 制定可行性研究报告的内容有以下几个方面： (1)建设项目名称 (2)建设目的及依据 (3)建设性质是新建、扩建、改建还是迁建。 (4)工艺设计及平面布置设计方案 (5)建筑设计标准平面设计方案，结构，层数，管网工程布置建议方案。 (6)工艺设备(大中型工艺设备及分析仪器等)简明清单 (7)人员编制 (8)建设地点及用地 用地说明：自有土地及数量、征用土地及数量、其他。 工程项目规划位置，当地规划部门意向性意见(附规划图) 改扩建工程应附现有建筑物和外线管网现状图 主管单位及地区政府的意见 (9)环境保护及治理措施 (10)抗震、人防等级及使用设想 (11)建设规模 总建筑面积、各单项工程的建筑面积 建筑标准控制每平方米单位造价、累计总造价 主要工艺设备、大型仪器及辅助装置、累计投资 (12)环境及配套，水、电、暖、道路等外线工程投资 (13)工程总投资额、资金筹措 (14)项目实施进度计划建议 1812设计任务的委托 建设单位在委托设计单位进行设计时，必须先由经验丰富的实验人员担任工艺设计，事先写好各实验室的要求，提交给设计单位。设计单位根据各项具体要求进行综合设计，并经反复讨论，调查研究，将确定的方案绘制成初步设计图纸和文件提交建设单位报请上级批准，待批准后方可进行施工图的设计。 工艺对土建的要求一般有以下几个方面： 1实验室的名称和面积 如有机实验室、无机实验室及电镜室等等。同时注明同一类型实验室所需要的间数及每间实验室的使用面积。 2建筑 房间的层次及朝向。对门、窗、墙面、楼地面及顶棚的各种特殊要求。通风柜、实验台的类型、尺寸及常规仪器设备的名称、尺寸的位置布局。对房间的要求(如清洁、洁净、耐火、防噪声等等)。 3结构 设备荷载及位置，楼面、地面及屋面荷载，是否有放射线实验装置及防爆等特殊要求。由设计单位仔细考虑防护材料的选择以及防护墙的厚度。实验楼抗地震等级。 4采暖通风 采暖注明用蒸汽供暖系统还是用热水供暖系统，房间采暖的温度为多少摄氏度。通风注明为自然通风、机械排风还是局部排风。 有恒温恒湿要求的实验室采用空气调节系统。提出温度为多少摄氏度，允许温差为正负多少摄氏度；相对湿度为多少百分数。 对空气有一定洁净度要求的实验室，则提出洁净等级。 5气体管道 根据需要选用气体管道。气体管道分为蒸汽、氧气、真空、压缩空气及城市煤气等。 6给排水 (1)给水给水方式(城市中自来水或地下水)。注明冷水、热水及去高于水等等。 (2)排水实验时排出的水的温度为多少摄氏度。排水中有含酸或含碱的，其浓度为多少，数量为多少。排水中有放射性物质，要注明有多少种物质，其浓度为多少。 7.电 (1)照明一般工作照明还有安全照明、事故照明(指万一发生危险情况时需要的照明。 (2)强电工艺设备用电量(kW)，供电电压(V)；插座(有单向和三相插座)的电流是多少安培及插座位置。 (3)弱电电话机的设置，特殊实验室的对讲机及警铃设置。楼内是否要装设电视天线插座。 (4)防雷要清楚建设地点的雷击情况，提出防雷要求。 建设单位还必须向设计单位提供地基钻探资料，以便根据钻探资料进行基础设计。 18.2建筑布局 1821实验室的平面系数(K值) 在设计过程中经常碰到总建筑面积、建筑面积，辅助面积及平面系数等经济指标总建筑面积指几幢实验楼建筑面积之。建筑面积为一幢实验楼各层外墙外围的水平面积之和，包括地下室、技术夹层(层高超过22m)屋面通风机房、电梯间、有柱子雨篷等。使用面积是指实际有效可利用的面积。辅助面积是指厅，走廊、楼梯、电梯、厕所，卫生通过室、管道竖井、墙厚、柱子等面积之和。使用面积等于建筑面积减去辅助面积。平面系数等于使用面积除以建筑面积(平面系数K=使用面积/建筑面积)。 在编写实验室的计划任务书时，首先应考虑使用面积是多少，然后再根据平面系数的多少确定建筑面积。如果平面系数规定得不当，就会造成建筑面积过多或过少。 实验室平面系数的幅度大致在5070。体形比较简洁的一般化学、生物、物理实验室，平面系数的幅度大致在6570之间。有管道竖井的化学实验室，平面系数在60左右。特殊实验室的平面系数在50左右。 现介绍科研工程规划建筑面积的定额，见表18-1。 表18-1 科研工程规划建筑面积指标 学科名称人员规模（人）10020040060090012001500一、教学学科30.029.0二、物理学科理论物理30.029.0实验物理50.949.648.346.444.5力学与声学40.739.738.737.135.6核物理68.467.566.164.863.4三、化学学科化学49.048.047.045.544.0化工61.060.059.057.556.0四、天文学科天体物理与天体测量40.037.034.0授时48.045.042.0人卫观测32.0五、地学学科地理42.041.540.539.538.0海洋47.046.044.543.0土壤50.049.548.547.546.0地质52.051.550.549.548.0六、生物学科实验生物46.545.944.643.441.5动物51.049.748.446.5植物62.561.560.559.057.5七、技术科学学科计算机技术46.445.644.743.542.2半导体与电子技术51.850.749.647.946.2应用技术44.443.743.041.940.8自动化技术42.441.741.039.938.8光电技术46.045.044.0注：科研机构全体人员规模包括编制人员，主管部门核定的客座人员和研究生。规划指标包含和科研工作用房范围是指：（1）科研用房（2）科研辅助用房（3）公用设施（4）行政及生活服务用房。 18.22实驻验室的建筑模数 1开间 实验室的开间模数主要取决于实验人员活动空间以及工程管网布置的必需尺寸。一般的生物、化学类实验室开间模数大多敷为32，33、34或者36m，有些物理类实验室，因安置较大尺寸的仪器设备，一般也可选用3336m的开间模数(个别特殊者除外)。 从实验人员的活动尺度来看，实验台宽度一般为075m，两排实验台之间净距为1518m之间，两人能在两边坐着或者站着做实验工作，并在必要时中间可以走过一个人。有些物理、电子实验室的实验台桌面宽09m，实验台之间距离有165m。图181列出了一般实验室的实验台放置间距尺寸，其中F可以适用于教学类型。 图18-1 实验台放置的必要间距2进深 实验室的进深尺寸关系到实验台的长度、实验室的面积、采光通风、结构布置等方面的问题。 实验室的进深尺寸一般为67m，有的进深达8m，见图18-2。一般实验室实验台长2.5m左右，通风柜长1.8m，水槽0.7m，书桌长1.11.2m，则房间进深为66.2m。另一边可以设置实验台、烘箱以及药品柜、书桌等设施。 目前我国一般实验室大多数为天然采光，要求一定的开窗面积，所以进深不宜太大。再则限于经济条件，每个教学或科研人员所使用的实验面积也不宜过大。 实验室的进深尺寸与结构布置方案有密切关系，当呈横向承重的结构形式时，采用5.67.2m的尺寸比较普遍。采用纵向承重结构时，往往采用6.0m。采用框架结构形式时，进深一般在67m左右。见图18-2。图18-2 实验室模数示意图 3层高 层高是指楼板面到另一层楼板面的高度。净高是指楼板面至另一层楼板底面（或吊平顶面）的距离。 底层的层高一般要求高些，因为要考虑放置较大型的仪器设备等。一般为3.94.2m左右。对于电镜室、精密仪器室等需要做木地板和吊平顶者，要满足这些设备的安装和使用要求，就必须另定合适的层高尺寸。 上层实验室的层高一般为3.63.8m较合适。 电子计算机房由于电缆较多，需要设置地缆沟或架空地板，架空地板的高度一般采用0.4m，地板下面的空间可以作为回风道。电子计算机机房净高一般采用2.43.0m左右。 洁净实验室本身的净高比一般实验室的净高低，主要是由于洁净实验室节约空调体积以及采用人工照明的原因，洁净实验室的净高一般采用2.5m左右。 有些特殊实验室的层高，应根据工艺要求确定。 4门窗 （1）门一般实验室1m宽的门可以满足人员出入和大多数器材、设备、冰箱、烘箱等搬动的要求。为了偶然发生的情况，有时也采用12m宽不等扇的双扇门，平时关上小的一扇，人员由大门出入。 实验室的门一般向内开。但有危险性的如石油，有机、高压以及有防爆要求的实验室门应向外开。 实验室的门除有特殊要求外，最好在门上设一玻璃观察窗，以便值班人员进行安全观察。 实验室的门一般为木门。有些门如实验室要求安静而设置的隔声门，冷藏室的保温门，防止电磁场干扰的屏蔽门以及有防尘要求而设置的密闭门等，由于功能不同，做法亦不同。 (2)窗窗台离地不低于lm为宜，在可以尽量利用天然采光的情况下，窗的高度不妨大一点。 1823实验宣的结构与楼面荷载 1实验室的结构 结构布置与实验室建筑模数密切相关。实验室的结构形式经常采用的有两种：即承重砖墙与钢筋混凝土梁板结构，钢筋混凝土框架结构。 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l5层实验室。这种结构形式，造价较低，施工较快，一般实验室常采用这种形式。 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，如跨度大、层高高的实验室，框架结构也用于15层的实验室。 框架结构就体系来讲，可分为横向框架(见图183)、纵向框架(见图184)以及双向(纵横向)框架三大类型。横向框架刚度较好，适用于分间比较固定的实验室，开间柱距为66m时，则双开间实验室就可避免在平顶下出现梁的情况，在操作尺度上也可满足，对单开间来讲，其开间尺寸为33m，也可为使用人员所接受。纵向框架的横向刚度较差，需在横向设置抗风墙、剪力墙，由于横向布置连系梁高度较小，房间净空可得到较好的利用。但由于纵向梁高度较深，使走廊吊平顶与梁底的距离较小，所以要考虑管线向实验室引进的间距和方式。双向承重框架的梁柱采用纵横均为刚性的连接，房屋整体刚度好，适用于地震区。 框架结构就施工方法而言，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等五种。2实验室楼面荷载 根据荷载性质分为恒载、活荷载和偶然荷载三类。恒载是作用在结构上的不变荷载，如结构的自重、土重等；活荷载是作用在结构上的可变荷载，如楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷载、雪荷载及风荷载等；偶然荷载是指在结构使用期间不不定期定出现，其值很大，并且持续时间较短的荷载，如爆炸力、撞击力。 地面荷载：指底层地面荷载，即每平方米的面积为平均有多少千克的物体。 楼面荷载：指二层及二层以上的各层楼面荷载。 屋面荷载：屋面上是否要上人，雪荷载有多少等。 设备附加荷载：指室内有特别重的设备。 经国家计划委员会批准的“建筑结构荷载规范”(DBJ987)，关于民用建筑楼面均布活荷载标准值规定为教室、实验室、阅览室、会议室为2.0kNM2，(相当于每平方米楼面承受活荷载200千克)。附注中说明荷载较大的实验室按实际情况采用。办公楼活荷载为15kNM2。办公楼中的一般资料档案室活荷载为25kNM2。档案库活荷载为50kNM2。 18.2.4实验室的防火 对于实验室的建筑，我国没有专门的消防规范。但在设计实验室时，建设单位、设计单位都应严格执行建筑设计防火规范(GBJl687)和高层建筑设计防火规范)(GBJ4582)的规定。 1不同场所的消防要求 在实验室的类型中，化学实验室是经常遇到一些有较大潜在危险性事故的场所。在化学试验中的有机溶剂几乎都是易燃物质，有些是极端易燃的。因此，在化学实验室中首先要分清易燃物质的等级，并分别制订预防事故的措施。下面就几种经常遇到的易燃物品作一些介绍。 易燃物体包括固、液、气三态。易燃固体如赤磷及其化合物、硝基化合物、某些氨基化合物、含硝化纤维的制品；易燃金属粉如镁、铝等。易燃液体主要有油类，如石油及其地制品、成品；有机溶剂如、醇类、酯类、醚类、醛类等。易燃气体有煤气、氢等；助燃气体有氧、氯等。 如果一种溶剂的闪点在通常室温25以下时，这类溶剂应列为一级溶剂。一级溶剂有以下几种：醚、苯、甲醇、乙醇、丙酮、石油醚、醋酸乙酯等。 易燃物品存放在实验室内，必须针对其性质，选择相当的灭火方法，见表18-2。 表18-2 火灾性质与灭火方法 火灾等级燃烧物应采用灭火办法禁用办法A级木材、纸、布水、磷酸铵盐干粉、二氧化碳、卤代烷四氯化碳B级易燃液体或气体、碳水化合物、松胶、塑料干粉、二氧化碳、四氯化碳C级以上物质当有电源接触时干粉、二氧化碳、卤代烷水、泡沫剂、四氯化碳D级碱金属干粉、干的石墨、干沙水、泡沫剂、二氧化碳、四氯化碳对于互相抵触的化学品（它们之间接触后会引起燃烧或爆炸），必须分开贮存和搬运，典型的相互抵触的化学物品见表18-3。 表18-3 相互抵触的化学物品 化学品相互抵触的化学品化学品化学品浓硫酸氯酸钾高锰酸钾乙二醇、甘油浓硝酸植物产品乙炔氯、氧硝酸松节油过氯酸乙醚醇、丙酮铬酸酐氨、氢氟、氯、溴、碘钠、钾水或含水液体（甲醛、乙醇、双氧水、氨水）2建筑措施 一般在实验室内，倘操作不慎，管理制度不严，容易引起火灾。一些特殊实验室和危险品用量较大的实验室引起火灾的可能性就更大，因此必须注意以下几点： 实验室建筑的耐火等级应取一二两级，吊顶、隔墙及装修材料应采用非燃烧或难燃烧材料。 位于两个楼梯之间的实验室的门至楼梯间的最大距离为30m。 位于袋形走廊或尽端的实验室的门至楼梯间的最大距离为15m。如图18-5所示。 走廊净宽要满足安全疏散要求，单面走廊净宽最小为1.3m，中间走廊净宽最小为1.4m。不容许在实验室走廊上堆放药品柜及其他实验设施，既使走廊净宽小于防火规范要求，又易导致发生事故后扩大灾情。 提高防火隔墙间的允许面积要求。 单开间实验室的门可以设置一个；双开间以上的实验室的门应设置两个出入口，如不能全部通向走廊时，其中之一可通向邻室或在隔墙上留有安全洞口。 注意电气设备的防火工作。有易燃、易爆的气体和液体的实验室在安装设备时，应按防火要求考虑。 易燃气体尾气管与室内排风系统要分开考虑，这类实验室及危险品贮存室应有良好的自然通风和紧急排风。 183实验室家具设计 实验台、通风柜和药品架等是一般实验室必不可少的实验家具。实验家具有以下特点： 实验需要用水、电、煤气、压缩空气等管道，并要排除冷却水和冲洗水，家具上就要求附设各种管道。同时，必须考虑安装检修的方便。 在反应过程中会产生侵蚀性溶液或气体，因此台面、柜壁等处就要求作防腐处理。 家具还要兼供存放各种形式大小不一的玻璃器皿和试验用品。 一般化学实验台的式样见图18-6。 图18-5 防火间距示意图 图18-6 化学实验示意图 1831实验台的尺寸及用料 实验台主要由台面和台下钓支座或器皿柜组成，为了方便实验操作，在台上往往设置药品架。 1实验台的尺寸 实验台的高度通常为085m。 实验台的宽度：化学实验台，通常为o75m，少数用085m。通用性的生物实验台和化学实验台差不多，物理实验台通常的宽度则为075m09m。 2实验台台面的用料 台面通常用木板、塑料板或钢筋混凝土板制成，台面要求耐腐蚀(酸、碱、有机溶剂)、耐热，具有一定的强度，又要玻璃器皿不易碰碎，表面光滑、耐渗透、不翘不裂。根据不同的实验要求，选用不同的台面材料。 (1)木台面通常采用实心木台面，其特点是轻巧、容易修复、玻璃器皿不易碰坏。缺点是木材的处理或制作方法不够妥善，会发生开裂、翘曲。木制台面要求硬质木材，木材以麻栗为佳，也可采用桦木、槭木等。在优质木材来源有困难的情况下，国内已采用9层夹 板胶合而成的台面板。台板表面油漆可采用传统的生漆处理，能增强其耐酸性能，此外也可采用适当的耐腐蚀合成树脂涂料。木质实验台的反面往往是白胚，为了防止气候变化吸湿不一致而导致台面翘曲，理想的办法是在台板面反面也涂一层一般性的油漆或涂料。 (2)瓷砖台面及磨石子台面混凝土台面表面贴瓷砖或木结构台面上铺贴瓷砖(如用木结构台面，当台面发生变形时，就难以保证瓷砖的拼缝处不开裂)。瓷砖虽不耐氢氟酸，但对其他药品和溶液的耐受性能良好。瓷砖宜用耐酸材料铺贴。瓷砖台面的缺点是玻璃器皿易碰碎。磨石子台面一般用以放置仪器设备。 (3)不锈钢面层耐热、耐腐蚀、耐冲击性能良好，不耐盐酸(不锈钢有不同牌号和成份，需查阅有关资料)，适用于放射化学实验，有菌的生物化学实验和油料化验等，但价格较高。 (4)塑料面层精细光滑，用于清洁的实验较宜。 3实验台下的器皿柜 实验台下空间通常设有器皿柜和伸膝凹口，既可放实验用品，又考虑了实验人员坐在实验台边进行记录的需要。085m高的实验台设置四个抽屉为宜，下面一个稍大些。也可根据需要设置平开门柜，以便放置更大的仪器或设备。 实验台可根据需要在台下留有一二个伸膝凹口，凹口宽度为0611m。但伸膝凹口的高度可取08m，以配用065m高的实验凳。为了便于实验操作时足尖伸入，器皿柜的踢脚部分往后缩进48cm以形成踢脚凹口。踢脚高度可考虑1012cm。 1832药品架的尺寸及用料 药品架除了放置实验过程中随手使用的药品外，有时还兼作试验支架之用。 靠墙式实验台的药品架一般做在墙上，有时为了增加室内净空，可把它嵌置在墙内。见图187。药品架下层底板离台面约3540cm，宽度宜取20cm。 图18-7 嵌入墙内的药品架 设置在实验台上的药品架宽度不宜过宽，以能并列二瓶中型试剂瓶(500ml)为宜，通常宽度为30cm左右。 药品架常用木制，分二层或三层，下层留空，以便设滴水盆，也便于实验台两面物品传递。上层可根据需要二面设置玻璃扯门。搁板的边缘设有突缘，防止药品不慎跌落。见图18-8。 图18-8 药品架示意图 药品架如采用金属管材制作，则搁板可用铅丝玻璃或塑料板。 184公用设施及管道综合布置 1841工程网布置 实验室内各种公用设施管道很多。在一般小型实验室内觉的管道有水管、风管、电线管和煤气管；在大型实验室或特殊实验室内还有压缩空气、蒸汽、氢气、氧气、真空、蒸馏水等管道。工程管网的布置原则是：既要保证使用和安全，方便安装、检修、改装和增添；又要尽量使各种管线短捷、经济合理和整洁美观。 各种管网都是由总管、干管和支管三部分组成。总管指从室外管网到实验室内的一段管线，干管是指从总管分送到各单元的一段管道，支管是指从干管连接到实验台和实验设备的一段管道。各种管道一般总是以水平和垂直两种方式布置。 1总管与干管的布置 （1）总管垂直布置干管水平布置的方式。在各层由总管分出水平干管。通常把垂直总管设置在建筑物的一端，水平干管由一端通到另一端。 电话、给水、煤气、空调风机盘管用的供水及回水管等由垂直总管供给，各层的干管在走廊的吊平顶上敷设，接到各房间使用。图18-9为干管水平布置的原理示意图。 （2）总管水平布置干管垂直布置的方式。水平总管可以敷设在建筑物的底层，也可敷设在建筑物的顶层，对于高层建筑，水平总管不仅敷设在底层或顶层，有的还敷设在中间的技术层内。图18-10为干管垂直布置的原理示意图。 2支管的布置 （1）沿墙布置无论干管是垂直布置还是水平布置，如果实验台的一面靠墙，那么，从干管引出的支管可沿墙敷设到实验台。对于沿墙敷设的水平支管，建筑处理上可采用壁橱或实验台把支管隐蔽起来。见图18-11。 （2）沿楼板布置如果实验台采用岛式布置，由于管到实验台的支管一般沿楼板下面敷设，有的支管穿过楼板，向上接到实验台。 1842实验室的空调 各种实验室及仪器室有不同的空调要求，以改善室环境质量。对于一般空调要求的实验室，夏季不超过28，冬季不低于14就可以了。精密仪器室的空调与实验室的空调要求不同，实验室在晚间不做实验时一般停止空调，而有些精密仪器室要求能自动控制保持恒温，以利于仪器的保养。大多数精密仪器要求夏季在222，冬季在182，湿度为55%65%。 常见的空调布置方式有下列三种： 1单独空调 常见的窗式空调器，安装方便，使用灵活，但噪声大。当采用柜式空调器时，必须安装新风管道。这是由于柜式空调器若没有新风管道，使用时实验室内长时间没有新鲜空气补充会影响实验人员的健康。单独空调的使用效果较好，空调机室可以与实验室毗邻，空调机必须安装消声器以减少噪声，并置新风管道以利于室内空气的更换。这种布置方式的优点是管理方便、相互干扰少并能节约能源。 2局部集中空调 将恒温恒湿的要求基本相同的几个实验室布置在相邻处，可使用局部集中空调布置方案。当需要分层布置时，亦尽量使其上、下层重合。采用风冷式空调机组，可以把风冷机装在屋顶平台上，其基座必须安装减振器，以防止振动对实验室的干扰。 3集中空调 当实验楼较大、需要空调的房间很多时经常采用集中空调方案。但是集中空调系统不能适应实验楼中精密仪器室和实验室的不同要求，开时全大楼一起开，停时全部停。因此产生以下问题：对于各类不是同步使用的实验室，采用集中空调能源浪费较大。集中空调难以满足各类测试实验室对不同的温、湿度要求。对于清洁度要求不同的实验室，由于集中空调因处理的风量较大会造成过高的投资。 需要空调的实验室，采用何种方式的空调系统要进行分析研究，最后确定一种系统或确定以某一系统为主，辅以其他系统。 184.3供电 实验室的种类繁多，有化学、生化、物理、声学和测试中心等。每个实验室其功能不同，用电量也不同。设备容量的大小从几瓦、几十瓦、大到上千瓦。再加上科研工作的变易性大，根据这些特点，在供电设计中应考虑以下几个方面： (1)每一实验室内要有三相交流电和单相交流电，最好设置一个总电源控制开关，嵌装在室内靠走廊一面的墙内，这样做不但从走廊引线方便，控制检修也方便。当实验室无人时，应能切断室内电源。 (2)室内固定的用电设备，如烘箱、恒温箱、冰箱等。其用电有两种情况，一种是在实验过程中使用，实验结束时就停止使用。第二种是设备在实