实验室平面布置方案设计

王欣月中国寰球工程公司 北京100012

在大型炼油厂或化工厂的设计中，中心实验室的设计是重要的组成部分。中心实验室的设计，先要解决实验室布置方案的确立，在充分考虑实验室的功能与任务的基础上，比较各种设计方案，最终选择一个最优方案。其他的设计工作，包括实验室的空调、采暖及通风设计，实验室的给排水设计，实验室电气网络设计等都是在实验室方案确定的基础上开展的。实验室平面布置方案设计是实验室设计的源头，方案优化与否，直接影响着实验室的后期设计工作以及最终实验室投入使用的效果。所以，对实验室布置方案的选择，在实验室的设计中占有十分重要的地位。

1 实验室位置的选择

根据现行的标准规范，实验室的设置应远离振动源、污染源、放射源及噪音源。实验室的设置应位于污染源的上风口，以避免污染。目前，实验室多以中心实验室的形式建设，中心实验室多设在全厂的厂前区。但是，鉴于目前工厂规模越来越大，考虑到取样时间上的限制，以及取样的便利性，中心实验室的总图位置在不同的项目中也有不同的考虑和设置，还有因厂区过大，部分装置重新考虑设置装置实验室的案例，但是实验室选址的总原则不能改变。

2 实验室面积的确定

在进行实验室平面布置方案设计工作前，需要首先确定实验室的建筑面积。在确定了全厂的工艺流程方案后，根据工艺装置的数量与规模，以及各工艺装置提供的分析项目条件，基本就可以确定实验室的任务以及需要配备的实验设备的种类、数量和功能，根据实验设备的种类、数量和功能，结合相类似规模的实验室的设计案例，基本可以确定实验室所需要的建筑面积。

实验室建筑面积确定后，就可以开展实验室平面布置方案设计了。这里将对实验室平面布置方案设计中的诸多因素进行讨论。

3 平面布置方案设计

实验室平面布置方案设计主要包括楼层层数设置、走廊形式选择、建筑形式选择、开间设计、区域划分设计五个主要方面，以下分别探讨每个方面在设计时的影响因素。

3.1 楼层层数设置

在实验室建筑面积一定的情况下，层数的不同对实验室设计影响较大。层数受到一些因素的限制，一是总图面积的限制，在有的项目中，实验室总图面积有限，这样在考虑首层面积和尺寸时，要结合总图情况综合考虑。二是总图地形的限制，有的项目实验室总图区块成狭长型，适合一字型建筑，而有的项目总图区块成方形，适合回字形或折型建筑，而有的项目总图区块是不规则形状，则需要根据地形考虑特殊的设计。另外，除去总图因素的影响，多层建筑和低层建筑各有优势，低层建筑楼层少，对将来风管和电线的布置通常是有利的，也可以减少因增设电梯所带来的投资费用。楼层多有利于实验室功能区域的划分，但是根据相应规范要求，实验室的楼层最高不宜多于五层建筑。

3.2 走廊形式选择

(1)单走廊单侧房间布局。在回型建筑中较多被采用，在一字型建筑中，如采用此种走廊设置形式，走廊的利用率较低。此种形式采光很好，视野也很理想，在研究性的个人实验室可考虑此种设置方式，研究人员办公室与实验室设置在一起，十分便利。但是工厂实验室设计中，此种形式较少采用。具体布局见图1。

图1 单走廊单侧房间布局

(2)单走廊双侧房间布局。此形式走廊利用率较高，房间布局紧凑，可以高效的利用实验室使用面积。另外，此种走廊设计形式采光也较为理想，尤其在南北朝向的建筑中，北侧可以设置机房、天平室、试剂库，以及一些避光的分析仪器室。南向则设置一些需要采光理想的实验室及办公室。此种走廊形式在工厂实验室中较多使用。具体布局见图2。

图2 单走廊双侧房间布局

(3)双走廊布局。此种形式使得实验室内部交通很便捷，房间布置紧凑，房间之间的进出较为方便，适用于占地面积和宽度较大的实验室设计，但有部分没有采光的房间，如果实验室需设置暗房等避光实验室时，此种形式较为理想。具体布局见图3。

图3 双走廊布局

除上述几种走廊形式外，还有三走廊等其他形式，这些形式可以使内部布局更灵活，但被走廊占用的公共面积较大，适用于总图面积较宽裕的实验室，而工厂实验室设计中，则很少采用。

3.3 建筑形式选择

(1)一字型建筑。一字型建筑适合南北朝向，此种建筑形式房间布置紧凑，使用方便，在工厂实验室设计中较多被采用。但是这样的形式较为单调，建筑形式不够灵活新颖。而且考虑到单层建筑长度不能过长，往往一字型实验室楼层较高。具体形式见图4。

图4 “一”字型建筑形式实验室

(2)回字形建筑。此形式较为活泼，同样长度的情况下，回字形建筑形式单层面积较一字形要大，可以降低层高，而高层建筑是实验室设计中尽量避免的。此外，回字形建筑形式多采用单面房间布置，房间可以双向采光，采光较一字形建筑更优越。尤其在南方，一年四季植被较为丰富，回字形建筑中间形成的天井，在南方植被长青的自然环境下，可以提供舒适的视野。具体形式见图5。

图5 “回”字型建筑形式实验室

(3)折型建筑及其他。在设计中通常因为一个项目的特殊性，如总图面积限制、实验室规模巨大、业主的特殊要求等，实验室设计需要在一字形建筑的形式上进行调整和变形，在满足功能需求的条件下，根据实际地形尽可能实现建筑形式的合理性和优越性。

3.4 开间设计

(1)开放式大开间设计:在大型的中心实验室的设计中，经常把同类型的设备摆放在一起，例如色谱类分析仪，光谱类分析仪，油品类分析仪，电化学分析仪等，因为设备统一设置在中心实验室，设备的数量较多，这时开放式实验室将是比较好的选择。设计一个大型的开放式实验室(图6［1］)，摆放同类型的设备，这样可以便于公用工程配套设施的设计与实施，也实现了实验室空间的最大化使用，除此之外，还便于设备交互使用，当一台设备正在维护或检修时，其他设备很方便的用来完成相应的分析任务。随着分析仪器自动化的不断提高，现今实验室的定员大幅减少，一个实验人员通常需要管理多台设备，设置大型开放式实验室，将同类型或类似的项目放在一个房间内来完成，便于操作和管理，可以提高检测效率。目前新建的各类实验室(不仅限于工厂实验室)，开放式的大型实验室越来越多的被采用，这类实验室对团队工作也有很好的促进作用，在开放式实验室工作的人员之间的交流更加便利，这对现今以团队工作为主要形式的工作模式十分有利。

图6 百分之百开放式实验室布置

(2)封闭型小开间设计:适合于小型实验室，装置实验室，这些实验室分析仪器种类和数量不多，小开间在分析仪器很少的情况下，可按照仪器的类型或装置来划分实验功能区，划分明确，便于管理。具体布置见图7。

图7 封闭式实验室布置

(3)大开间小开间混合:多在实验项目较多的大型中心实验室中混合设置，开放式大开间设计得到了广泛的认同，但是对于个别特殊分析仪器，例如大型的核磁共振仪(NMR)、X－射线荧光光谱仪、高精密度的电子天平室等，也优先考虑小开间设计，既满足了特殊分析仪器单独设置的需求，又避免实验室面积的浪费。所以大型中心实验室最常见的就是开放式大开间与封闭式小开间混合使用的设计。具体布置见图8［1］。

图8 封闭式实验室与开放式实验室的组合布置

3.5 区域划分

实验室各功能区域需集中设置，这可有效地避免人流物流之间的交叉污染，有利于分析数据的准确，以及人员健康的保障。

(1)实验区域。包括仪器分析室、化学分析室、天平室、加热间及各类辅助型实验室，还有蒸馏水制备间，标液制备间等。其中大型分析仪器在实验中振动大、噪音大的分析仪器建议布置在一层。味道大、粉尘大的实验房间建议单独布置，设置单独出入口，以免污染整个实验室环境。

(2)辅助及公用工程区域。主要包括配电间、空调机房、电信间、试剂库等。此部分房间应符合标准规范要求，合理设置。

(3)办公区域。鉴于实验室环境的特殊性，办公区域尽量独立于实验区域单独设置，最理想的是办公区域单独设置一层，在没有大型实验设备的实验室，办公区域设置在一层较为理想，因为一层空气环境最好。如果面积有限，办公区域很难单独设置一个楼层，建议办公区域进出主路口设置双层门，这样可以有效避免有害气体进入办公区域。

4 结语

上述是实验室平面布置设计中需重点考虑的一些因素，除此之外还要结合各个项目的地理位置、装置类型、装置规模等不同的特点进行专题的论证。只有在设计前期，将方案做到优化、合理、完善，才能为后面实验室设计的具体细节奠定良好的基础，最终设计出功能完善、操作方便的现代化工厂实验室，为生产运行保驾护航。

1 丹尼尔.D.沃奇［美］，徐雄，冯铁宏，祝东海译.研究实验室建筑［M］.北京:中国建筑工业出版社，2001.