李周林

（湖南省建筑設計院有限公司，長沙410012）

0 引言

隨著我國醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展和醫(yī)療條件的不斷改善，近些年國內(nèi)許多醫(yī)療研究機構(gòu)、科研院所根據(jù)自身發(fā)展需求，紛紛建立了自己的生物安全實驗室，并承擔著大量的生命科學實驗，因而對實驗室的生物安全性提出了更高的要求。

電氣設計的可靠性是保證生物實驗室安全的基礎和前提，如何根據(jù)生物實驗室的特點和要求進行合理的建筑電氣設計，是生物安全實驗室設計中的重要環(huán)節(jié)之一。

本文以某大型三甲醫(yī)院科研實驗室供配電系統(tǒng)設計為例，重點圍繞實驗室負荷分級、負荷計算、供電方式、動物手術(shù)室配電設計及管線排布等進行分析與探討。

1 生物安全實驗室分級

根據(jù)實驗室所處理對象的生物危害程度和采取的防護措施，生物安全實驗室分為四級，具體詳見表1。

微生物生物安全實驗室可采用BSL－1、BSL－2、BSL－3、BSL－4 表示相應級別（一級、二級、三級、四級）的實驗室；動物生物安全實驗室可采用ABSL－1、ABSL－2、ABSL－3、ABSL－4 表示相應級別（一級、二級、三級、四級）的實驗室。

生物安全實驗室的分級 表1

2 生物安全實驗室負荷等級

依據(jù)GB 50346－2011《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》、GB 50447－2008《實驗動物設施建筑技術(shù)規(guī)劃》，負荷分級如下。

（1）二級生物安全實驗室的用電負荷不宜低于二級。

（2）BSL－3 實驗室和ABSL－3 中的a 類和b1 類實驗室應按一級負荷供電。

（3）ABSL－3 中的b2 類實驗室和四級生物安全實驗室必須按一級負荷供電。

（4）屏蔽環(huán)境設施的動物生產(chǎn)區(qū)（動物實驗區(qū)）的用電負荷不宜低于二級。

3 工程實例分析

某大型三甲醫(yī)院科研樓總建筑面積約78 000m2，其中地上建筑面積約59 000 m2，地下室建筑面積約19 000 m2。 塔樓25 層、裙房4 層、地下室3層，建筑高度99.60m，建筑類別為一類高層建筑。 主要功能為教學和科研，含動物手術(shù)室、科研實驗室、動物實驗室，以上均為二級生物安全實驗室。

3.1 項目功能設置

項目生物安全實驗室的特殊用房及主要設備包括以下四類。

（1）標準科研實驗室：分為實驗區(qū)、寫報告區(qū)和實驗輔助用房區(qū)，如圖1 所示。 實驗區(qū)為開放實驗室，可根據(jù)未來實驗需求靈活分隔；寫報告區(qū)設置在實驗區(qū)外側(cè)靠外窗處，與開放實驗室用玻璃隔斷分隔；實驗室輔助用房含培養(yǎng)室、低溫實驗室、試劑庫、通風柜室、冰箱室、暗室、精密設備室、洗滌室、氣瓶間等，設在開放實驗室的內(nèi)側(cè)。

圖1 標準科研實驗室樓層功能分區(qū)示意圖

（2）病理學標本庫：設組織標本庫（超低溫冰箱放置區(qū)）、液氮標本庫、生物冷庫、石蠟標本庫、配套標本處理研究室、監(jiān)控室、設備房及工作人員辦公室。

（3）生物安全實驗室常用設備有：高速離心機、PCR 儀、核酸蛋白分析儀、冷光儀、熒光顯微鏡（倒置）、熒光顯微鏡（正置）、TECAN 酶標儀、凝膠成像化學發(fā)光儀、流式細胞儀、超低溫冰箱等。

（4）生物安全實驗室精密設備有：氣相色譜儀、液相色譜儀、原子吸收儀、質(zhì)譜儀、X 線衍射儀等。實驗室使用了一定量的化學試劑，如二甲苯、苯酚、氯仿、溴乙錠、丙烯酰胺等。

3.2 項目負荷情況

該項目負荷等級分三級，具體有一級負荷：消防水泵、消防風機、防火卷簾、應急照明、火災報警系統(tǒng)等消防負荷；生活水泵、排污泵、弱電機房、普通電梯、主要走道照明、值班警衛(wèi)照明、障礙照明等用電負荷；23 層預留PI 實驗室、同位素室、真空泵、壓縮機等。 其中，23 層預留PI 實驗室為一級負荷中特別重要負荷，電氣設計僅做容量預留；二級負荷：動物實驗室、動物手術(shù)室、中心實驗室和PI 實驗室、動物實驗診斷用CT 機、MRI 機及X 光機用電；三級負荷：除一、二級負荷以外的其他負荷。

項目設備總安裝負荷為11 655kW（不含純消防負荷），總計算負荷為5 100kW（不含純消防負荷）。

根據(jù)廠家資料及工藝專業(yè)提資，該生物安全實驗室負荷容量詳見表2～3。

3.3 供電電源及供電方式

該工程共設置2 個分配電房，每個分配電房均設置2 臺1 600kVA 的10／0.4kV 電力變壓器，供本項目所有用電。 其中，1＃分配電房供地上部分所有用電，2＃分配電房供空調(diào)主機房、屋頂空調(diào)熱泵、地下車庫及設備用房用電。

分配電房均由院區(qū)中心配電房兩段不同母線段上引入10kV 電源，中心配電房引入四路獨立10kV 高壓市政電源。 可以滿足本工程一、二級負荷供電要求。

標準實驗室樓層負荷容量一覽表 表2

病理學標本庫樓層負荷容量一覽表 表3

配電房低壓為單母線分段運行，聯(lián)絡開關(guān)設自投自復轉(zhuǎn)換開關(guān)。 自投時自動斷開非保障負荷，以保證變壓器正常工作。

科研實驗室樓層干線按南北兩個區(qū)，樓層照明配電箱均采用雙母線豎向供電（兩條母線同時供電，互為備用），并在樓層做雙電源切換。 在各樓層實驗區(qū)按供電分區(qū)，設置4 個配電分箱，各分箱由樓層配電總箱放射供電引來。

雙母線豎向供電的方式，主要考慮以下幾個因素：第一，能保證實驗室供電的可靠性，在某臺變壓器或某條母線槽故障或檢修時，可以自動或手動投切到另外一條母線槽供電，故不會影響實驗室的重要負荷用電需求；第二，由于實驗室數(shù)量多，負荷容量大，相比于采用雙回路電纜供電方式，雙母線槽供電更能減少金屬使用量，節(jié)約造價，節(jié)省管井空間；第三，雙母線槽供電比雙回路電纜T 接供電，故障率更低，可靠性更高，減少了維護和管理。 第四，供電靈活性更高，可以根據(jù)后期實際運行情況，調(diào)配樓層配電箱由哪條母線供電。

就采用雙母線槽供電和電纜供電，對負荷計算及經(jīng)濟性進行比較。

（1）北側(cè)實驗室設備安裝負荷共計2 360kW，由兩條母線平均分配供電，每條母線帶負荷1 180kW，參照圖集《19DX101－1 建筑電氣常用數(shù)據(jù)》，大于1.5 萬m2建筑面積，同時使用系數(shù)取0.5，功率因數(shù)取0.85，則計算電流約1 055A。 故選用1 600A 的密集型母線槽供電，2 根母線長度共計約250m。

（2）若采用雙回路電纜對樓層配電箱放射供電，實驗室樓層數(shù)量16 層，每層負荷135kW，同時使用系數(shù)取0.9，功率因數(shù)取0.85，則計算電流約217A。 故選用WDZA?YJY－0.6／1kV－4×150＋1×70 的電力電纜，需要32 根。 供電電纜總長度約1 440m。

（3）南側(cè)實驗室計算同北側(cè)實驗室的負荷計算。

（4）由以上分析可知，采用雙母線槽供電方式，較電纜供電方式有較好的經(jīng)濟性和可實施性。

（5）2 層動物CT 和MRI、2 層動物CT 和MRI水冷機組、5 層動物手術(shù)室、9 層超低溫冰箱集中區(qū)、24／25 層動物實驗室、屋頂排毒風機等均由配電房直接雙電源供電，并在末端切換，如圖2所示。

圖2 生物安全實驗室豎向干線示意圖

3.4 動物手術(shù)室配電設計

動物手術(shù)室的內(nèi)部配置與人類手術(shù)室類似。電氣設計方面，在每個手術(shù)室的設備腔內(nèi)布置末端配電箱，并放射供電給照明、插座、書寫臺、空調(diào)盤管、觀片燈、無影燈等。 部分普通照明燈自帶蓄電池，蓄電池供電時間按30min 考慮。 除未設置UPS電源、IT 系統(tǒng)隔離變壓器及絕緣監(jiān)測裝置外，其配電設計基本和人體手術(shù)室相同。 動物手術(shù)室照明配電平面、插座空調(diào)配電平面、配電箱系統(tǒng)圖等示意圖詳見圖3～5。

圖3 動物手術(shù)室照明配電平面示意圖

3.5 中心實驗室管線排布

圖4 動物手術(shù)室插座空調(diào)配電平面示意圖

圖5 動物手術(shù)室配電箱系統(tǒng)示意圖

中心實驗室區(qū)域管線眾多，包括醫(yī)氣、給水、排水、廢水、強電、弱電、風管，且按照建設方要求，實驗區(qū)均局部吊頂，如何做好管線排管，關(guān)系到后期使用及觀感效果。 為此，筆者所在的設計團隊做了BIM 三維設計。 通過BIM 設計有效解決了各管線的碰撞，同時滿足使用對空間的凈高要求。

就電氣管線而言，需要根據(jù)實驗桌的可移動性，選擇不同的管線敷設方式。 中間臺為可移動桌，其電氣接線采用天花設備連接面板（含強電插座、弱電插座、氣體接口等），實驗桌由連接面板引入220V 電源和弱電線路，故中間臺實驗桌電氣管線均由架空的線槽或橋架接入。 而邊臺為固定實驗桌，其電氣接線采用在墻面設置接線盒或插座，實驗桌由墻面的接線盒或插座引入220V 電源和弱電線路，故邊臺實驗桌由地面暗敷的線管接入220V電源或弱電系統(tǒng)。

該項目一次機電設計與二次機電設計一次性完成，有效避免了兩者間的脫節(jié)、系統(tǒng)或設備遺漏，尤其在管線設計時，更能結(jié)合末端實際點位位置，將橋架或管線設計到位，避免后期變更。 標準科研實驗室樓層管線排布平面示意圖見圖6。

4 結(jié)束語

隨著我國醫(yī)療技術(shù)的飛速發(fā)展和醫(yī)療條件的不斷改善，生物安全實驗室的建設將越來越多。 根據(jù)這類建筑的特點，圍繞其負荷計算、供電方式、照明設計及管線排布等方面進行精細化設計，完善使用功能，保證其安全性，才能更好的服務于醫(yī)療和科研事業(yè)，更好的服務于社會和大眾。