高校药学实验室建设的实践与探索

近年来,高校实验室安全事故时有发生,包括火灾事故、爆炸事故、生物安全事故、毒害事故、设备伤人事故、辐射事故等。分析事故发生的原因,实验室建设中存在的问题是事故发生的一个重要的客观原因,例如实验室资金投入不足,目前仍然有些高校使用上世纪60或70年代建造的实验室,实验室超期服役,水、电、通风设施陈旧老化、防火能力差,实验室建设缺乏总体规划,时常将非实验室建筑改为实验室,实验室设计考虑不周、布局不合理、空间拥挤、安全操作距离不够、安全通道不畅,危险化学品、生物制品、放射品存放的设备、环境不安全，缺乏应急保障系统,安全防护设施不健全等。

高校实验室是高等学校开展实验教学、科学研究和社会服务的重要场所,实验室的建设是高等学校提高办学水平和教育质量的重要组成部分,同时也是高校实验室安全的重要保证。随着高校办学规模的扩大、学科专业的拓宽、办学层次的不断提高,实验室建设经费投入仍显不足,实验室建设总体水平与高校办学目标仍有差距,因此探索如何提升高校实验室的建设水平,确保实验室的安全,为教学、科研提供有力支撑具有一定的实际意义[4]。

药学是集理、工、医于一体的综合性应用学科,实验操作在药学中尤其重要,高等药学院校实验教学及科学研究实验室涉及的技术领域有物理学、计算机、化学、生物学、药学、基础医学、临床医学及相关交叉学科,实验室涉及的仪器、设备、试剂复杂,不安全因素多,因此实验室的建设要求高、难度大。我校医学部基建处近年来组织药学院完成多项实验室的建设与改造工作,本文结合实验室建设的实践与经验,对药学专业实验室的建设进行了探索,并对高校实验室的建设提出建议,希望能够促进我国高校实验室的建设工作。

1 加强实验室设计规划与建设的科学性

高校实验室的建设是一项复杂的系统工程,建设前应进行广泛的调研和反复论证,要对实验室的功能、目标、性质、容量等进行科学的分析和准确的定位,以科学发展观的方法对整个实验室建设进行系统规划,并与学校整体发展规划统一协调。高校实验室的建设要满足教学、科研和社会服务的需要,要与学科建设、专业建设、课程建设、科研平台建设相结合,要具有实用性、通用性,同时具有超前意识,能够预见学科继续发展的趋势,满足高校优秀人才全球流动、实验室共享的要求,有计划地预留实验室空间(实验室的建设采用大空间设计)和接口(如电路、网络管线等多用接口)。高校要按照科学现代化的要求,精打细算、周密安排,将有限的经费用在刀刃上,避免投资的重复性和盲目性,建设布局现代化、设施先进、安全性能高的可持续发展的高校实验室,使有限的资源发挥最大的作用。

实验室的建设需根据实验室类型的不同而采用针对性强的设计方案。目前,国内实验室的分类普遍有3种方式,一是按照学科分类,分为化学实验室、生物实验室和物理实验室等；二是按照特性分类,如干性实验室和湿性实验室、主实验室和辅助实验室、常规实验室和特殊实验室等；三是按照领域分类,如疾病预防控制中心实验室、出入境检验检疫系统实验室、产品质量检验机构实验室、农产品检验机构实验室、药品检验机构实验室、医学检验机构实验室、公安系统实验室等。

我国现阶段涉及实验室建设的各类型标准有2 200多项,其中涉及实验室安全的有23项、涉及管理的有15项,关于实验室设计的现行国家标准主要针对移动实验室和临床实验室,其他类型标准有10余项,分别针对科学实验室、机械工业中央实验室、测量实验室、生物安全实验室、水生动物检疫检验实验室,其中有关实验室设计建设内容基本融入到安全、管理、运行等方面。行业专用设计建设标准也有多项,如GB50015《建筑给水排水设计规范》、GBS0016《建筑设计防火规范》、GB50019《采暖通风和空气调节设计规范》、GB16292《大气污染物综合排放标准》等。但目前国内实验室还没有完整的各类实验室设计建设内容标准,实验室的建设仍然缺乏专业化、针对性的设计建设指导规范。

《JGJ91—93科学实验室建筑设计规范》适用于自然科学研究机构、工业企业、大专院校等以通用实验室为主的新建、改建和扩建科学实验建筑设计,是科学实验室建设的一个通用标准。科学实验建筑一般包括实验用房、辅助用房、公用设施用房等,实验用房包括通用实验室、专用实验室和研究工作室。通用实验室是适用于多学科的以实验台规模进行经常性科学研究和实验工作的实验室；专用实验室有特定环境要求(如恒温、恒湿、洁净、无菌、防振、防辐射、防电磁干扰等)或以精密、大型、特殊实验装置为主(如电子显微镜、高精度天平、谱仪等)等；研究工作室是用于科研实验人员从事理论研究、准备实验资料、查阅文献、整理实验数据、编写成果报告等的用房。高校实验室的功能布局须按照《JGJ91—93科学实验室建筑设计规范》中实验用房的要求设计,高校实验室的建设要根据各高校实验室的实际需求及实践经验不断探索。

2 探索实验室建设的新模式

自2010年以来,我校医学部基建处组织药学院完成天然药物及仿生药物国家重点实验室、分子与细胞药理学实验室、天然药物学教研平台、药学实验教学中心、药物计算实验室、大型仪器测试平台、药学楼(即药学院教学及科研主体建筑等多项实验室)的装修改造和建设工程。依据我国有关实验室建设标准,从实验室的基本类型、功能、布局与设施等方面,认真探索了药学专业实验室建设的新模式。

2.1 药学专业实验室的基本类型及功能

药学专业实验室的建设按照功能要求,主要分为3类实验室,即药学专业通用实验室、专用实验室和研究工作室。药学专业专用实验室的建设根据教学、科研的需要建立,包括仪器室、天平室、细胞间、洁净间、生物安全实验室、放射性实验室、动物实验室、低温冰箱室、洗刷间、准备室、药品库房、冷库等。研究工作室主要由教师办公室、学生休息室及资料室组成。本文主要就药学专业通用实验室进行研究和探讨。

药学专业通用实验室主要分为3类:一是化学类实验室,主要用于药物化学、生物有机化学、药物合成、天然药物化学等研究方向,承担易燃易爆、挥发性和毒性化学试剂多，通风条件要求高的实验工作；二是生物类实验室,主要用于生物无机、药物分析、物理药学、药剂学、药理学、生物学及生物技术等研究方向,特点是洁净度要求高；三是形态学实验室,主要用于生药学、药用植物学等教学课程的实验,该实验室大量使用显微镜,对采光要求高,尽量安排在阳面房间,并且在试剂架上安装日光灯。

2.2 药学专业通用实验室的基本布局与设施

2.2.1 实验室的面积

药学专业通用实验室包括科研和教学2类实验室,通常采用标准单元组合设计,实验室有1个或1个以上的标准单元组成,1个标准单元的面积约为40 ㎡。科研实验室面积一般设计为40 ㎡及以上,教学实验室面积一般设计80 ㎡以上,大型共享实验室可以建到200 ㎡以上。我校药学院在北大医疗产业园建立了建筑面积约为300 ㎡的大型科研化学实验室,以满足高校人才流动快和实验室共享的需求；在药学楼为药学实验教学中心建立了上下2层、每层建筑面积约为280 ㎡的大空间教学化学实验室,用于药物化学、生物有机化学、药物合成、天然药物化学等多门实验课程的教学,可同时容纳130名学生独立开展实验,同时实现了教学实验室空间的共享、共用和合理利用,在高校教学实验室的建设与管理中发挥了国家级实验教学示范中心的作用。

2.2.2 通风设备

科研用化学实验室采用安装多个通风橱的方式，满足通风的高需求,每40 ㎡的实验室可设置6个通风橱,通风橱为1.5 m宽或1.8 m宽,风量设计分别不低于1 500 m³/h、 2 000 m³/h,风速不低于1.0 m/s；而生物实验室和形态类实验室每40 ㎡通常设置1～2个通风橱,通风橱面风速不低于0.5 m/s。在科研用实验室中，每组中央实验台上方设置吸顶式排风罩进行辅助排风,排风量一般不低于1 500 m³/h。

为避免阻挡视线、确保随时可以观察学生实验安全情况,教学用实验室均采用全面排风设计,排风罩或排风口的风量不低于2 000 m³/h,设计送风量为排风量的70%；在实验室四周靠墙处设置一定数量的通风橱,以供学生实验时配置易挥发试剂。化学类教学实验室换风次数为20～25次/h,生物类、形态类教学实验室换风次数为10～15次/h；在化学类教学实验室的实验台上方,平均每米设置1个万向排风罩,以满足及时排风的需要。

此外,在所有通向室外的排风口安装干式过滤器,使实验室气体排放达到国家大气污染物排放标准,室内噪声控制在55 dB以下。

2.2.3 水、电管线

实验室给排水管径不小于规定数值，以确保实验室给排水通畅。在每个房间明显位置,设置该房间上水总闸门；在每个实验台水池柜下方,设有方便检修的水阀；凡有上、下水房间均要求设置防臭地漏、防水层；为防止有机化学试剂的腐蚀现象,全楼下水管道材质设计为铸铁。

合理设计实验室电容量以满足实验室用电需求,并预留适当的备用容量,为将来实验室功能扩展提供可能,每米实验室边台电量设计不小于10 A/1 kW,每个通风柜电量设计不小于15 A/3 kW。设计照明电与动力电电闸分开,确保发生实验室事故时可以做到一键断电,有效遏制事故的继续蔓延；对实验室干燥箱、冰箱、恒温箱、空调等固定设备,设计专用供电电源,确保不因在实验结束后切断实验室电源影响其正常工作；马弗炉、电烤箱、离心机等大功率设备,单独设计电源；每个实验室设置一个变电箱,设计短路、过载、漏电等保护装置。

2.2.4 消防、安防等安全性设备

强化安全基础设施的建设以保障实验室安全。建立健全实验室消防设施,设计烟雾报警系统、自动喷水灭火系统、防排烟系统,设置安全出口、疏散通道、安全梯、应急灯、疏散指示灯、防火门,安装消防栓,摆放灭火器等。对关键实验室安装安防设施,设计门禁管理系统、摄像监控系统等,对剧毒品实验实行24 h监护,防止危险物品的流失和不正当使用。在实验室配备防护眼镜、洗眼器、喷淋装置、急救箱等防护与急救设施。

2.2.5 门、窗、地板、吊顶及实验台等设施

为确保发生安全事故时,师生可以及时撤离实验室,面积大于或等于60 ㎡的实验室须设置2个门,且门的方向朝外开,并在实验室门上安装纵向可视窗以方便在外随时可以观察室内情况。为避免挥发性、易燃易爆、有毒气体在吊顶滞留,化学类实验采用不吊顶设计,所有管线采用明装方式。实验室地板采用防滑、防火、防酸碱、防有机溶剂腐蚀瓷砖。为确保实验室人员在实验操作时不发生相互干扰并能够及时疏散,教学用实验台间距设计大于或等于1.5 m,科研用实验台间距不小于1.2 m。实验台设计要求耐酸、耐碱、耐腐蚀、防火、易清洁、不易碰碎玻璃仪器,且要求加工实验台材料对环境无污染。

2.2.6 辅助功能区

预留部分空间设计专门的配套功能区,主要包括学生书包和衣物、实验防护设备、气瓶柜、防爆柜及少量药品、实验废弃物临时存放专区等,并根据国家《危险化学品安全管理条例》的要求,在危险废弃物存放区张贴专用警示标志,在化学实验室设置24 h可持续排风的试剂柜，专门存放易挥发的试剂药品。

3 加强高校实验室建设的管理

目前，高校实验室建设中存在一定的问题,如工程项目延期、质量不好、使用寿命缩短及达不到预期目标等。因高校实验室的新建或装修改造项目,涉及多个环节,包括经费申请、设计招标及设计方案确定、土建及监理招标、施工协调及质量监控、竣工验收,最后到试运行,高校实验室建设主管部门必须统筹安排,同时在施工中建立样板间，组织师生观摩，满足要求后再进行大规模的建设。这对于项目的按期完成、避免资金浪费、投入使用后能达到预期目标,有着非常重要的作用。必须做好实验室建设、队伍组建、质量控制、进度管理3个关键环节的工作,以确保实验室建设的质量和工期。

3.1 实验室建设队伍组建

由于实验室工作人员缺乏建筑技术规范知识,不能明确地表达实验室对建筑标准、建筑构造和结构上的具体要求,而建筑设计人员对实验室的主要用途、基本性能指标及建造实验室的目的等综合情况又不是很了解,如果设计人员仅依据行业通用准则进行设计并指导施工,很容易产生建成后使用不方便或不合理的现象。在实验室设计及建设时,建筑设计人员与实验室工作人员的通力合作、请实验室专业人员直接参加设计及建设,并选择有相关实验室设计及施工经验的专业设计人员和施工人员承担工程非常重要。只有将“专业的使用者”“专业的设计者”“专业的建设者”三方有机结合,才能在实验室建设的过程中,系统考虑实验室设计及规则需求,形成“专业的使用+专业的设计者+专业的建设者=现代化实验室”的模式。高校实验室建设的主管部门,需协调好实验室使用、设计及土建施工三方之间的沟通,并组建一只包括实验室建设主管部门人员、实验室使用单位行政管理人员和实验室工作人员共同参与的高校实验室建设项目管理团队，是高校实验室建设成败的关键。

3.2 实验室建设质量控制

高校通常通过招标程序确定专业监理单位具体负责基建工程的质量控制,同时管理部门也须建立质量管理流程,组织实验室使用者共同参与过程管理,通过对实验室的建设项目的全程管理,包括项目实施前的项目论证、所需设备的选型及采购过程的质量把关，项目实施过程的监督、检查及项目完成后的验收，项目完成后的绩效管理(包括仪器设备的购置情况、经费的使用情况、项目建设的质量水平和特色、项目的投资效益、开放和共享程度、项目建成后的实验室管理状况以及实验室的利用率)等,保证实验室最终能实现预期的结果与质量。

3.3 实验室建设进度管理

科学的进度管理是实验室建设工期的重要保障。在实验室建设计划执行过程中,不可避免地会出现影响项目进度的各类因素,如由于高校考试需静音、雾霾天气要求停止施工、设计方案变更、工程材料及设备问题、资金运转、施工安全、施工管理水平等,因此在实际进度与计划进度出现偏差时要进行纠正,需要通过学校职能部门、土建项目负责人、实验室使用单位之间的相互配合、协调,控制影响进度计划的各种因素,使项目按原进度计划或按调整后的进度计划顺利进行,以保证项目按时完成。

以上就高校药学专业实验室建设，提出了一些具体的建议，希望能够促进这类实验的规范化发展。