實驗室平面布置方案設計

王欣月中國寰球工程公司 北京100012

在大型煉油廠或化工廠的設計中，中心實驗室的設計是重要的組成部分。中心實驗室的設計，先要解決實驗室布置方案的確立，在充分考慮實驗室的功能與任務的基礎上，比較各種設計方案，最終選擇一個最優方案。其他的設計工作，包括實驗室的空調、采暖及通風設計，實驗室的給排水設計，實驗室電氣網絡設計等都是在實驗室方案確定的基礎上開展的。實驗室平面布置方案設計是實驗室設計的源頭，方案優化與否，直接影響著實驗室的后期設計工作以及最終實驗室投入使用的效果。所以，對實驗室布置方案的選擇，在實驗室的設計中占有十分重要的地位。

1 實驗室位置的選擇

根據現行的標準規范，實驗室的設置應遠離振動源、污染源、放射源及噪音源。實驗室的設置應位于污染源的上風口，以避免污染。目前，實驗室多以中心實驗室的形式建設，中心實驗室多設在全廠的廠前區。但是，鑒于目前工廠規模越來越大，考慮到取樣時間上的限制，以及取樣的便利性，中心實驗室的總圖位置在不同的項目中也有不同的考慮和設置，還有因廠區過大，部分裝置重新考慮設置裝置實驗室的案例，但是實驗室選址的總原則不能改變。

2 實驗室面積的確定

在進行實驗室平面布置方案設計工作前，需要首先確定實驗室的建筑面積。在確定了全廠的工藝流程方案后，根據工藝裝置的數量與規模，以及各工藝裝置提供的分析項目條件，基本就可以確定實驗室的任務以及需要配備的實驗設備的種類、數量和功能，根據實驗設備的種類、數量和功能，結合相類似規模的實驗室的設計案例，基本可以確定實驗室所需要的建筑面積。

實驗室建筑面積確定后，就可以開展實驗室平面布置方案設計了。這里將對實驗室平面布置方案設計中的諸多因素進行討論。

3 平面布置方案設計

實驗室平面布置方案設計主要包括樓層層數設置、走廊形式選擇、建筑形式選擇、開間設計、區域劃分設計五個主要方面，以下分別探討每個方面在設計時的影響因素。

3.1 樓層層數設置

在實驗室建筑面積一定的情況下，層數的不同對實驗室設計影響較大。層數受到一些因素的限制，一是總圖面積的限制，在有的項目中，實驗室總圖面積有限，這樣在考慮首層面積和尺寸時，要結合總圖情況綜合考慮。二是總圖地形的限制，有的項目實驗室總圖區塊成狹長型，適合一字型建筑，而有的項目總圖區塊成方形，適合回字形或折型建筑，而有的項目總圖區塊是不規則形狀，則需要根據地形考慮特殊的設計。另外，除去總圖因素的影響，多層建筑和低層建筑各有優勢，低層建筑樓層少，對將來風管和電線的布置通常是有利的，也可以減少因增設電梯所帶來的投資費用。樓層多有利于實驗室功能區域的劃分，但是根據相應規范要求，實驗室的樓層最高不宜多于五層建筑。

3.2 走廊形式選擇

(1)單走廊單側房間布局。在回型建筑中較多被采用，在一字型建筑中，如采用此種走廊設置形式，走廊的利用率較低。此種形式采光很好，視野也很理想，在研究性的個人實驗室可考慮此種設置方式，研究人員辦公室與實驗室設置在一起，十分便利。但是工廠實驗室設計中，此種形式較少采用。具體布局見圖1。

圖1 單走廊單側房間布局

(2)單走廊雙側房間布局。此形式走廊利用率較高，房間布局緊湊，可以高效的利用實驗室使用面積。另外，此種走廊設計形式采光也較為理想，尤其在南北朝向的建筑中，北側可以設置機房、天平室、試劑庫，以及一些避光的分析儀器室。南向則設置一些需要采光理想的實驗室及辦公室。此種走廊形式在工廠實驗室中較多使用。具體布局見圖2。

圖2 單走廊雙側房間布局

(3)雙走廊布局。此種形式使得實驗室內部交通很便捷，房間布置緊湊，房間之間的進出較為方便，適用于占地面積和寬度較大的實驗室設計，但有部分沒有采光的房間，如果實驗室需設置暗房等避光實驗室時，此種形式較為理想。具體布局見圖3。

圖3 雙走廊布局

除上述幾種走廊形式外，還有三走廊等其他形式，這些形式可以使內部布局更靈活，但被走廊占用的公共面積較大，適用于總圖面積較寬裕的實驗室，而工廠實驗室設計中，則很少采用。

3.3 建筑形式選擇

(1)一字型建筑。一字型建筑適合南北朝向，此種建筑形式房間布置緊湊，使用方便，在工廠實驗室設計中較多被采用。但是這樣的形式較為單調，建筑形式不夠靈活新穎。而且考慮到單層建筑長度不能過長，往往一字型實驗室樓層較高。具體形式見圖4。

圖4 “一”字型建筑形式實驗室

(2)回字形建筑。此形式較為活潑，同樣長度的情況下，回字形建筑形式單層面積較一字形要大，可以降低層高，而高層建筑是實驗室設計中盡量避免的。此外，回字形建筑形式多采用單面房間布置，房間可以雙向采光，采光較一字形建筑更優越。尤其在南方，一年四季植被較為豐富，回字形建筑中間形成的天井，在南方植被長青的自然環境下，可以提供舒適的視野。具體形式見圖5。

圖5 “回”字型建筑形式實驗室

(3)折型建筑及其他。在設計中通常因為一個項目的特殊性，如總圖面積限制、實驗室規模巨大、業主的特殊要求等，實驗室設計需要在一字形建筑的形式上進行調整和變形，在滿足功能需求的條件下，根據實際地形盡可能實現建筑形式的合理性和優越性。

3.4 開間設計

(1)開放式大開間設計:在大型的中心實驗室的設計中，經常把同類型的設備擺放在一起，例如色譜類分析儀，光譜類分析儀，油品類分析儀，電化學分析儀等，因為設備統一設置在中心實驗室，設備的數量較多，這時開放式實驗室將是比較好的選擇。設計一個大型的開放式實驗室(圖6［1］)，擺放同類型的設備，這樣可以便于公用工程配套設施的設計與實施，也實現了實驗室空間的最大化使用，除此之外，還便于設備交互使用，當一臺設備正在維護或檢修時，其他設備很方便的用來完成相應的分析任務。隨著分析儀器自動化的不斷提高，現今實驗室的定員大幅減少，一個實驗人員通常需要管理多臺設備，設置大型開放式實驗室，將同類型或類似的項目放在一個房間內來完成，便于操作和管理，可以提高檢測效率。目前新建的各類實驗室(不僅限于工廠實驗室)，開放式的大型實驗室越來越多的被采用，這類實驗室對團隊工作也有很好的促進作用，在開放式實驗室工作的人員之間的交流更加便利，這對現今以團隊工作為主要形式的工作模式十分有利。

圖6 百分之百開放式實驗室布置

(2)封閉型小開間設計:適合于小型實驗室，裝置實驗室，這些實驗室分析儀器種類和數量不多，小開間在分析儀器很少的情況下，可按照儀器的類型或裝置來劃分實驗功能區，劃分明確，便于管理。具體布置見圖7。

圖7 封閉式實驗室布置

(3)大開間小開間混合:多在實驗項目較多的大型中心實驗室中混合設置，開放式大開間設計得到了廣泛的認同，但是對于個別特殊分析儀器，例如大型的核磁共振儀(NMR)、X－射線熒光光譜儀、高精密度的電子天平室等，也優先考慮小開間設計，既滿足了特殊分析儀器單獨設置的需求，又避免實驗室面積的浪費。所以大型中心實驗室最常見的就是開放式大開間與封閉式小開間混合使用的設計。具體布置見圖8［1］。

圖8 封閉式實驗室與開放式實驗室的組合布置

3.5 區域劃分

實驗室各功能區域需集中設置，這可有效地避免人流物流之間的交叉污染，有利于分析數據的準確，以及人員健康的保障。

(1)實驗區域。包括儀器分析室、化學分析室、天平室、加熱間及各類輔助型實驗室，還有蒸餾水制備間，標液制備間等。其中大型分析儀器在實驗中振動大、噪音大的分析儀器建議布置在一層。味道大、粉塵大的實驗房間建議單獨布置，設置單獨出入口，以免污染整個實驗室環境。

(2)輔助及公用工程區域。主要包括配電間、空調機房、電信間、試劑庫等。此部分房間應符合標準規范要求，合理設置。

(3)辦公區域。鑒于實驗室環境的特殊性，辦公區域盡量獨立于實驗區域單獨設置，最理想的是辦公區域單獨設置一層，在沒有大型實驗設備的實驗室，辦公區域設置在一層較為理想，因為一層空氣環境最好。如果面積有限，辦公區域很難單獨設置一個樓層，建議辦公區域進出主路口設置雙層門，這樣可以有效避免有害氣體進入辦公區域。

4 結語

上述是實驗室平面布置設計中需重點考慮的一些因素，除此之外還要結合各個項目的地理位置、裝置類型、裝置規模等不同的特點進行專題的論證。只有在設計前期，將方案做到優化、合理、完善，才能為后面實驗室設計的具體細節奠定良好的基礎，最終設計出功能完善、操作方便的現代化工廠實驗室，為生產運行保駕護航。

1 丹尼爾.D.沃奇［美］，徐雄，馮鐵宏，祝東海譯.研究實驗室建筑［M］.北京:中國建筑工業出版社，2001.