生物安全防護(hù)水平三級(jí)實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)口設(shè)計(jì)的考慮

韓文東，孫志平，丁悅娜，瞿滌

生物安全防護(hù)水平三級(jí)實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)口設(shè)計(jì)的考慮

韓文東，孫志平，丁悅娜，瞿滌

目前，隨著SARS病毒、禽流感病毒、耐藥結(jié)核菌等高致病性病原微生物的不斷涌現(xiàn)，生物安全成為世界各國普遍關(guān)注的研究焦點(diǎn)，同時(shí)生物安全實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)期。為加強(qiáng)對(duì)病原微生物感染的控制、提高生物安全防護(hù)能力，我國各省市疾病預(yù)防控制中心、高?；蚩蒲性核ㄔ炝松锇踩雷o(hù)水平為三級(jí)的實(shí)驗(yàn)室（biosafety level 3 laboratory，簡稱BSL-3實(shí)驗(yàn)室）。BSL-3實(shí)驗(yàn)室必須建立可使空氣定向流動(dòng)的可控通風(fēng)系統(tǒng)，以確保實(shí)驗(yàn)室內(nèi)維持正確的定向氣流[1]；并要求送風(fēng)系統(tǒng)和排風(fēng)系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)互鎖、協(xié)調(diào)工作，以維持實(shí)驗(yàn)室壓力梯度[2]。壓力梯度的控制常采用定新風(fēng)變排風(fēng)的模式[3]，因此多注重排風(fēng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。目前，在生物安全防護(hù)實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)建設(shè)規(guī)范與指南的權(quán)威性文件中（表1）[1,2,4-8]，只有我國建設(shè)部頒布的《GB50346-2004 生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》（2004）中對(duì)新風(fēng)口設(shè)計(jì)提出了要求：BSL-3實(shí)驗(yàn)室的新風(fēng)口應(yīng)采取有效的防雨措施；新風(fēng)口處應(yīng)安裝防鼠、防昆蟲、阻擋絨毛等的保護(hù)網(wǎng)，且易于拆裝；新風(fēng)口應(yīng)高于室外地面2.5 m以上，同時(shí)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離污染源[4]。在實(shí)驗(yàn)室運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，我們發(fā)現(xiàn)新風(fēng)口的具體設(shè)計(jì)對(duì)于BSL-3實(shí)驗(yàn)室壓力梯度的穩(wěn)定至關(guān)重要。

我國的BSL-3實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)時(shí)往往以一個(gè)或幾個(gè)其他已建造或正在運(yùn)行的BSL-3實(shí)驗(yàn)室為參照進(jìn)行設(shè)計(jì)，新風(fēng)口的設(shè)計(jì)基本符合建筑技術(shù)規(guī)范的要求，但未將有效的防雨、防蟲措施與本地區(qū)地域、氣候等環(huán)境因素的影響相結(jié)合對(duì)新風(fēng)口進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。本實(shí)驗(yàn)室在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，BSL-3實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)口的設(shè)計(jì)需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐奶鞖飧艣r加以多方位的考慮。因我國地域廣闊、跨緯度大，南北方、東西方氣候環(huán)境差異明顯，如南方夏季高溫多雨，北方冬季寒冷干燥；而北方春季常出現(xiàn)特有的沙塵暴現(xiàn)象，這些因素都會(huì)對(duì)BSL-3實(shí)驗(yàn)室供給新風(fēng)的穩(wěn)定性造成影響，從而干擾實(shí)驗(yàn)室壓力梯度的穩(wěn)定，可能對(duì)BSL-3實(shí)驗(yàn)室?guī)硪欢ǖ陌踩[患。結(jié)合實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行情況，本文從以下幾個(gè)方面闡述對(duì)新風(fēng)口設(shè)計(jì)的考慮和建議。

表1 生物安全實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及指南對(duì)新風(fēng)口的設(shè)計(jì)要求匯總

1 BSL-3實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)口方向設(shè)計(jì)應(yīng)考慮地域主導(dǎo)風(fēng)向因素

《生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范》（GB50346-2004）沒有對(duì)新風(fēng)口的方向提出要求，但規(guī)范要求排風(fēng)口的設(shè)計(jì)在主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向，BSL-3實(shí)驗(yàn)室排出建筑物的氣體應(yīng)高出本建筑物并遠(yuǎn)離新風(fēng)口的地方并向大氣稀釋，避免進(jìn)風(fēng)與排風(fēng)短路。因此，新風(fēng)口在設(shè)計(jì)和建造時(shí)必須明確實(shí)驗(yàn)室所處地域的主導(dǎo)風(fēng)向，盡量使新風(fēng)口的朝向背離主導(dǎo)風(fēng)向，從而避免系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)較大受室外風(fēng)壓影響，減少室外風(fēng)壓變化對(duì)室內(nèi)負(fù)壓力梯度穩(wěn)定的干擾，同時(shí)確保新風(fēng)供給的暢通。如我國南方以東南風(fēng)向?yàn)橹鲗?dǎo)，因此新風(fēng)口設(shè)計(jì)最佳朝向應(yīng)避開東/南方向。此外，新風(fēng)口的設(shè)計(jì)還需考慮所建地樓宇的整體布局，明確該區(qū)域的氣流是否會(huì)因樓宇的縱橫隔斷產(chǎn)生對(duì)流、湍流等高樓風(fēng)現(xiàn)象而改變BSL-3實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)口所處區(qū)域的主風(fēng)向。新風(fēng)口方向在利于供給新風(fēng)的同時(shí)，同時(shí)應(yīng)考慮雨水對(duì)新風(fēng)機(jī)組內(nèi)的初效、中效過濾器堵塞的影響，因此新風(fēng)口建造時(shí)必須增加相應(yīng)的防雨措施。

作者單位：200032 上海，復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院三級(jí)生物安全防護(hù)實(shí)驗(yàn)室/醫(yī)學(xué)分子病毒學(xué)教育部衛(wèi)生部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室

2 BSL-3實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)口設(shè)計(jì)應(yīng)考慮極端氣候因素

2.1 暴雨對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)的影響

暴雨，尤其是夏季臺(tái)風(fēng)天氣，對(duì)BSL-3新風(fēng)系統(tǒng)不可忽視。如新風(fēng)口設(shè)在室外，阻擋昆蟲、絨毛等的保護(hù)網(wǎng)孔徑過細(xì)，雨水在其表面形成水膜，易被吸入到初效、中效過濾器中，與其內(nèi)部被攔截的灰塵形成泥漿，導(dǎo)致過濾器迅速阻塞。由于通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝為定送變排，對(duì)新風(fēng)量的要求處于很小的變化范圍內(nèi)。這種短時(shí)間內(nèi)的新風(fēng)供給補(bǔ)償要求新風(fēng)機(jī)組變頻器加大工作頻率以加快新風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速以保證定量新風(fēng)的供給，這就容易造成新風(fēng)機(jī)變頻器頻繁調(diào)節(jié)導(dǎo)致自身故障，另外也容易造成新風(fēng)機(jī)組皮帶斷裂，同樣新風(fēng)機(jī)組停止工作系統(tǒng)停機(jī)。對(duì)運(yùn)轉(zhuǎn)中的BSL-3實(shí)驗(yàn)室來說，上述情況增大了發(fā)生生物安全事故的風(fēng)險(xiǎn)。因此有效的防暴雨措施必須包括：新風(fēng)口不應(yīng)直接露天擱置，最低要求為配備雨棚遮擋裝置，最佳考慮是將新風(fēng)口置于帶防雨百葉的房間內(nèi)。在設(shè)計(jì)防雨措施時(shí)，以往通常僅考慮靜態(tài)狀態(tài)下的防雨，而忽視新風(fēng)風(fēng)速對(duì)雨水的帶動(dòng)作用；因此，新風(fēng)口與防雨百葉窗之間必須保持一定的距離。

2.2 沙塵暴對(duì)新風(fēng)系統(tǒng)的影響

沙塵暴一般發(fā)生在我國北方的春季[9]，總懸浮顆粒物高達(dá)1.1 mg/m3，是國家空氣質(zhì)量二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的40倍，其中粒徑小于10 μm的塵?？偲骄|(zhì)量濃度達(dá)到0.78 mg/m3[10]，會(huì)頻頻對(duì)新風(fēng)機(jī)初效、中效過濾器造成堵塞。因此，在易發(fā)生沙塵暴的區(qū)域，應(yīng)考慮新風(fēng)在到達(dá)新風(fēng)口之前將塵粒進(jìn)行預(yù)過濾。如果新風(fēng)口置于帶防雨百葉的房間內(nèi)，則應(yīng)考慮在防雨百葉的后端、新風(fēng)口前端加裝易拆換除塵布，對(duì)新風(fēng)進(jìn)行預(yù)過濾，從而使供給的新風(fēng)在進(jìn)入新風(fēng)口時(shí)處于相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，保證BSL-3系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定。

3 BSL-3實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)口設(shè)計(jì)考慮的總結(jié)

BSL-3實(shí)驗(yàn)室在實(shí)際的運(yùn)行中，供給實(shí)驗(yàn)室的新風(fēng)受所處環(huán)境的影響，大氣質(zhì)量處于動(dòng)態(tài)變化的過程，對(duì)送排風(fēng)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行造成了一定的影響。尤其在BSL-3實(shí)驗(yàn)室開展動(dòng)物實(shí)驗(yàn)后因動(dòng)物攻毒易產(chǎn)生感染性氣溶膠，任何一次系統(tǒng)故障停機(jī)都可能造成生物安全事故的發(fā)生，所以必須保證BSL-3實(shí)驗(yàn)室以及飼養(yǎng)動(dòng)物所用的獨(dú)立通風(fēng)式飼養(yǎng)系統(tǒng)（IVC）處于長期穩(wěn)定正常的工作狀態(tài)。因此，我們建議BSL-3實(shí)驗(yàn)室新風(fēng)口應(yīng)置于房間內(nèi)：①房間的體積在建筑空間條件允許的情況下應(yīng)足夠大；②房間墻板上通風(fēng)口處安置防雨百葉，其類型根據(jù)BSL-3實(shí)驗(yàn)室所處地域的氣候條件進(jìn)行具體選擇；防雨百葉面積需根據(jù)所采用的防雨百葉的有效面積進(jìn)行計(jì)算，并且留有余量；③防雨百葉后方安置可簡易拆卸的預(yù)過濾裝置。即：房間本身作為防雨裝置，同時(shí)通過在防雨百葉后方安裝的預(yù)過濾裝置保證進(jìn)入新風(fēng)口的新風(fēng)處于相對(duì)穩(wěn)定的質(zhì)量狀態(tài)，從而保證新風(fēng)機(jī)組持續(xù)穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)；這樣可以保證新風(fēng)過濾器正常的更換周期，減少新風(fēng)機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行的安全隱患；同時(shí)此設(shè)計(jì)也與行業(yè)內(nèi)相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范相吻合，如建議新風(fēng)口應(yīng)設(shè)置在背陰處；防鳥/避有害氣體吸入等。

BSL-3實(shí)驗(yàn)室是一套集多種大型儀器設(shè)備于一體的具有生物安全防護(hù)性能的設(shè)施，必須系統(tǒng)性地協(xié)調(diào)其穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，才能保證實(shí)驗(yàn)室的生物安全。BSL-3實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)必須注重每一個(gè)細(xì)節(jié)的安全穩(wěn)定才能避免生物安全風(fēng)險(xiǎn)，才不會(huì)造成實(shí)驗(yàn)室在后期運(yùn)行使用中投入超過預(yù)期的人力物力用于對(duì)其的維護(hù)和改造。新風(fēng)口的設(shè)計(jì)考慮僅為BSL-3實(shí)驗(yàn)室龐大系統(tǒng)中較小的一部分，管窺一斑，希望上述考慮能對(duì)于我國BSL-3實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)建設(shè)和生物安全的保障起到一定作用。

志謝中國合格評(píng)定國家認(rèn)可委員會(huì)檢查機(jī)構(gòu)處王榮博士與上海申美空氣潔凈技術(shù)有限公司曹明波在百忙之中對(duì)本論文的撰寫給予指導(dǎo)并進(jìn)行了修改，特此感謝；BSL-3實(shí)驗(yàn)室建設(shè)得到中華人民共和國教育部“211”、“985”重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目以及上海市科委建設(shè)經(jīng)費(fèi)的支持

[1] World Health Organization. Laboratory biosafety manual. 3rd ed.Geneva: WHO, 2004[2010-02-03]. http://www.who.int/csr/resources/publications/biosafety/Biosafety7.pdf

[2] General Administration of Quality Supervision, Inspection and Quarantine of the People's Republic of China, Standardization Administration of the People's Republic of China. GB 19489-2008 Laboratories — general requirements for biosafety. Beijing: Standards press of China, 2009.中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局, 中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì). GB 19489-2008 實(shí)驗(yàn)室 生物安全通用要求. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2009.

[3] Liu J, Hu GH, Liu YC. Suggestion on the ventilation design for biosafety level-3 laboratory. Chin J Public Health Eng, 2006, 10(5):287-289. (in Chinese)劉江, 胡國華, 劉彥昌. 三級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)中的問題及改進(jìn)方法. 中國衛(wèi)生工程學(xué), 2006, 10(5):287-289.

[4] Ministry of Housing and Urban-Rural Development of the People's Republic of China, General Administration of Quality Supervision,Inspection and Quarantine of the People's Republic of China. GB 50346-2004 Architectural and technical code for biosafety laboratories.Beijing: China Architecture & Building Press, 2004中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部, 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB 50346-2004 生物安全實(shí)驗(yàn)室建筑技術(shù)規(guī)范.北京: 中國建筑工業(yè)出版社, 2004.

[5] Ministry of Health of the People's Republic of China. General biosafety standard for microbiological and biomedical laboratories.Beijing: Standards press of China, 2003.中華人民共和國衛(wèi)生部. WS 233-2002 微生物和生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室生物安全通用準(zhǔn)則. 北京: 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2003.

[6] U.S. Department of Health and Human Services Centers for Disease Control and Prevention, National Institutes of Health. Biosafety inmicrobiological and biomedical laboratories. 5th ed. Washington: U.S.Government Printing Office, 2007.

[7] Public Health Agency of Canada. The Laboratory Biosafety Guidelines. 3rd ed. Ottawa: Minister of public works and government services, 2004.

[8] Australia, New Zealand. AS/NZS 2243.3:2002 Safety in laboratories -Microbiological aspects and containment facilities. Sydney: Standards Australia, 2002[2010-02-03]. http://infostore.saiglobal.com/store/downloadFile.aspx?path=Previews%%205cas%%205cas2000%%205 c2200%%205c22433.pdf

[9] Wang SG, Wang JY, Zhou ZJ, et al. Regional characteristics of dust events in China. Acta Geographica Sinica, 2003, 58(2):193-200. (in Chinese)王式功, 王金艷, 周自江, 等. 中國沙塵天氣的區(qū)域特征. 地理學(xué)報(bào), 2003, 58(2):193-200.

[10] Wang W, Yue X, Liu HJ, et al. Study on pollution characteristics of aerosols during sand-dust storm weather in Beijing. Acta Sci Circ,2002, 22(4):494-498. (in Chinese)王瑋, 岳欣, 劉紅杰, 等. 北京市春季沙塵暴天氣大氣氣溶膠污染特征研究. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，2002, 22(4):494-498.

10.3969/cmba.j.issn.1673-713X.2010.03.014

“重大新藥創(chuàng)制”科技重大專項(xiàng)（2009ZX09303-005）；艾滋病和病毒性肝炎等重大傳染病防治項(xiàng)目（2009ZX10004-502）

瞿滌，Email：dqu@shmu.edu.cn

2010-03-12