高校合格化工实验室建设内容初探

吴 潘，余 徽，田 文，程远贵

（四川大学 化学工程学院，四川 成都 610065）

高校合格化工实验室建设内容初探

吴 潘，余 徽，田 文，程远贵

（四川大学 化学工程学院，四川 成都 610065）

该文通过考察世界一流高校化工实验室及借鉴最新化学品测试合格实验室规范（GLP），针对化工实验室的特殊性，从实验室管理使用者角度出发，在实验室布局、通风、电路、管道、安全装备设置等方面提出系统的建议，为推动高校合格化工实验室体系建设提供思路和内容，并为今后的标准及规范确立提供参考。

化工实验室；合格实验室规范；内容；建议

我国高校化工实验室是指高等学校化工专业课程实践训练实验室和化工类科学实验室，包括有化工实践教学实验室、化学实验室、仪器分析室等［1］。高校化工实验室普遍同时兼有教学及科研任务。国内高校化工实验室在设计建设时缺乏可供参考的专门化工实验室设计建议及规范，多按普通教室进行初步设计，再在此基础上增设化工实验所需的通风、管道、电力及大型设备安放所需附属设施。由于设计推荐内容及标准的缺乏，使得实验室安全及环保硬件基础难以达到一流标准，造成实验室使用者体验不良，相当一部分化工实验室在使用中均会进行各种各样的基础硬件改造升级。开展合格化工实验室体系内容建设，对于进一步加强化学品安全及环境管理、提升实验室使用者满意度、提高实验水平、节约后续投入具有重要的意义。本文拟通过借鉴国外一流化工实验室建设，结合国际经济合作与发展组织GLP（合格化学品测试实验室规范）基本原则，探讨合格化工实验室标准的内容建设，为推动我国合格化工实验室标准建设提供思路和依据，并为国内高校化工实验室的规划设计建设以及后期管理提供借鉴。

1 合格化工实验室标准建设意义及参考内容

化工类实验室功能有2个方面：1）作为化学工程实践训练的重要基地培养化工类学生；2）作为科研场所为化工类科研实验小试、中试提供合乎要求的实验室［2］。由于化工类实验的特殊性，实验室在功能上需要考虑如下3个大类的问题：1）是在实验室设计及管理上必须符合化工类实验的特有安全要求；2）需要考虑化工实验过程中所产生的三废污染控制；3）还要考虑工程类实验的特殊要求，如大型仪器设备的运输、安装、使用、维护，大型专用设备的配电等问题。

美德两国的化工类院校实验室建设及成果都处于世界前列。美德两国的实验室规范和建设内容都可为国内实验室建设提供有益借鉴。在美国，美国国家环境保护局（US EPA）颁布了关于生物安全及化学品合格实验室规范（good laboratory practice，GLP）管理体系［3－6］。GLP规范体系涵盖了和实验室使用者有关的空气质量、噪音、污染源接触及化学品扩散控制安全。各类化学及生物实验室需在此规范体系下进行实验室设计建设及硬件设置。我国及欧盟国家也有各自的GLP规范［7－9］，其规范主要针对生物及化学品测试实验室。通过对美国佛罗里达大学材料与化工系［10］的访学和对德国克劳斯塔尔工业大学化工学院的考察［11］，结合国内实际，参考现有国内实验室环保标准［12］，提出我国合格化工实验室建设内容。

1.1 合格化工实验室建设内容应首先考虑实验室总体布局

针对化工实验仪器的多样性和特殊性，实验及测试仪器的连接需要及操作安装的便利性计，需要在实验室的整体布局及规划上进行考虑，尽量争取在同一建筑物内容纳各种规格的实验装备。

一流化工实验室从化工实验本身的特点出发，在实验室布局上均有相应考虑。以佛罗里达大学粉体研究所（简称PERC）为例，该研究所承担了化工类工程教学任务和科研项目，其实验楼外观结构为占地面积约3 000 m2的独立长方形钢结构楼房。楼内设置有师生办公区、仪器分析区、化学品实验室、大型设备实验区。实验楼主体建筑为规则的长方形，入口大门端头处为两层小楼，此处单层层高为3.5 m，依次设立一楼门厅、一楼仪器分析室、上设二楼办公区及小型教室及会议室。尾端占地面积约三分之一处为挑高厅。该处设置大型仪器实验区。挑高部分层高约9 m，上部设有行车，便于搬运大型设备。挑高厅室内3.5 m高处周边架设一圈悬空工作楼层，楼层宽度约6 m。超高设备沿悬空楼层周边摆放，工作人员可以方便地在悬空二层及一楼进行实验及设备安装检修。挑高部分设有单独通向室外的大跨度卷帘门。实验楼内还设置大尺寸电梯。地下室内设置有空调机房、集中供气设备房、风机房。

克劳斯塔尔工业大学的化工工程实验教学中心（简称TU Clausthal）其实验楼主体建筑为一大一小连接的两个长方体钢结构建筑，面积约为3 000 m2，其主体结构与PERC类似。小长方体内设置挑高的大型设备摆放处，同样兼顾考虑了普通实验和工程化小试和中试的需求。

1.2 实验室整体梯级风压设置及空调系统配置

高校化工实验楼通常设置有教师和学生办公室、会议室、教室等公用活动场所。通风不仅要满足实验区的废气安全排放，也需要考虑工作区的舒适体感。我国GLP规则虽然针对实验室换气频率有明确推荐，但未充分考虑工作区的舒适体感，这一点，PERC及TU Clausthal就做得很好。两者实验楼均设置大功率通风及气温调节系统。PERC实验楼所有窗户均全封闭；TU Clausthal实验楼内除教室窗户能小幅度上开以外，其他实验室窗户也全部密闭。两者实验楼内温度湿度调节均依靠地下室内的中央空调解决。为兼顾使用者的舒适体感和实验室安全，整个实验楼进行了合理的梯度风压设计。一楼门厅、二楼办公区和学术报告室内设置为整个空调系统中的最高正压区，空调新风最先经过此处，保障了空气洁净度与制冷与制热效果。同时正压的设置也让使得人体体感舒适。一楼过道、挑高厅、仪器分析室及化学实验室位置，通过合理的中央空调风道及流向设计保持该处在整个空调系统中处于次低级正压区；部分全封闭式高污染实验室及通风橱通过引风机的设置成为整个通风系统中的负压区。

1.3 实验室电气电控门禁及管道设置

化工实验室为满足工程实验中各种设备的电力需求，需要在多处灵活设置电力插座及开关。在PERC和TU Clausthal内。实验室内电源电缆主线、网络线等均利用专用支架裸悬于走廊及实验室内上方。电源线在经过实验室内墙面时均用镀锌明管安装，插座明设于墙面。实验室内房屋中间位置，插座盒通过房顶的悬空支架铺设于试验台上方。所有高耗电设备单独设置继电开关。实验楼内挑高的大型仪器设备放置区沿墙壁铺设有专门的电缆和气路管道架。

农业生产标准化程度提高。随着现代农业的发展，农产品的供给由数量型开始向质量型转变。伴随着品牌经营的是农业生产的标准化和规模化。各无公害认证企业在发展无公害农产品时，不再沿袭传统的粗放式生产手段，而改为统一模式、统一规格、统一生产标准的标准化生产和规模化生产，既降低了生产成本，也提高了生产水平。

PERC及TU Clausthal大部分实验室均配备压缩氮气、空气管路，气管通过空中的管道支架向下铺设，使用时采用标准钢制卡头和设备连接。

实验室建立了单独的独立于生活用水之外的地下水管道系统，并配备自动监测设备。如果监测到实验室废液、废物进入下水道，系统会自动报警。实验室产生的废液、废物，不论危害程度高低，一律均须按照专业规程分类处理，放置于通风橱或实验室内，并由专业人员回收以符合化学品排放法规［13］。

佛罗里达大学校园内绝大部分建筑物设置电子门禁系统，依据不同等级身份卡刷卡进入，每个工作人员都拥有自己的学校身份卡。PERC不仅在大门入口处，同时也在其内重要及敏感仪器实验室安装有电子门禁，所有人员在进入实验室之前，都必须进行安全培训及通过安全测试。使用者在使用实验室或设备时需提前进行网上申请，申请获批后，电子门禁系统在规定时间内对该身份卡开放该特定区域，过时后准入资格失效。

1.4 实验室大型仪器平台及安全装备设置

化工类实验室经常需要用到较大型设备。在PERC及TU Clausthal实验楼挑高部分，均设置有承载负荷达5 t的电动葫芦，安装高度约7 m左右。导轨贯穿整个挑高部分。

在PERC实验楼内挑高部分的靠外边缘悬空层下，设有3个无窗封闭实验室，分别为机械加工室、高温实验室、高粉尘实验室，室内通过通风管道保持负压。TU Clausthal在实验楼挑高部分设置了安全隔音玻璃结构的全封闭式小屋，配置排风管保持负压，高噪音及粉尘实验在此内进行，可通过屋外进行观察。

两者都在大型设备安放区设置钢结构专用平台，大吨位及某些特殊设备均安置于大型钢构平台之上。

PERC和TU Clausthal所有实验室门锁具均为符合消防规范的按压式门锁。实验室墙面上设置有报警电话及防火报警按钮。由于化工类实验室的特殊性，只在过道、教室、办公室设置自动防火喷淋系统。在实验室醒目位置，都设置有紧急喷淋洗眼器。实验室各个主要通道均设置醒目的安全告知张贴及各种安全防护图例。护目镜专用箱设置于实验楼各主要入口处，可随意取用，进入实验区域必须佩带护目镜。

2 我国合格化工实验室规范建议内容

化工实验室作为具有特殊要求的工程类实验室，实验室建设标准应符合化工实验的固有特点，这就需要在合格化工实验室建设规范上提出适合内容，以此促进实验室安全和科研教学工作。

2.1 实验室布局考虑

良好的实验室布局是实验室建设的最基础要求，只有在这个基础之上，才能进行合格化工实验室的进一步建设，化工类实验室在布局上需要兼顾摆放小型化学类实验设备与大型工程类实验装置的要求。在我们对化工实验室使用教师的调查中也发现，工程化大型装置无处安放是国内化工实验室较为普遍的问题。

在布局设置上，PERC与TU Clausthal实验室均采用了局部挑高，挑高部分设置悬空层的结构；这种结构充分考虑到了化工设备的特殊性，有利于放置大型设备或及工程化实验装置，同时也有利于实验室的功能扩展。建议国内化工实验室多采用类似的独立的开放式的大空间内设置多个小隔间的方式来进行总体设计布局。合格化工实验室还需要在建设内容上进一步细化，在借鉴GLP实验室大小规格的基础上，结合调研大型实验仪器及工程化实验装备尺寸推荐实验室设计规格。

2.2 排风系统的设计与气流走向

在实验室的污染控制方面，排在第一位的是排风系统的设计。国内化工实验室基本都按照GLP规范进行了换气频率设计，但普遍缺乏整个建筑物内风压梯度设计。我们所考察的两个国外化工实验楼在气压梯度及气流走向上均有严格的设计，气流依次经过行政区、教学区、实验室公用走廊、大型设备区，最后进入仪器分析区、湿化学实验室、通风橱。气压设置上遵循生活区学习区为最高正压，实验区次正压，通风橱及重污染区负压的气压梯度设置。合格化工实验室规范内容需要在原有符合GLP规范的基础之上，进一步提出气压梯度和气流组织概念，使之达到使用者的良好体验。

2.3 管路及电路设置

国内大部分高校新建化工实验室在电路上按教室设计，实现了电线入墙。但并不符合化工实验室用电特点。将强弱电路电线均通过镀锌管明管安装的方式显然更加安全和有利于增容和改造。同时，化工实验室多见带压液体泄漏事故，将插座设置于实验台桌的上空位置比在较低位置设置接线插头盒，更有利于防止液体溅出而造成的漏电危险。合格化工实验室在这方面应提出建议电力布线方式建议。且为仪器设备功能扩展及新增设备需要，实验室用电负荷也需要在调研化工实验室用电量的基础之上，提出用电负荷要求。

2.4 公用工程及安全硬件设置

在有关安全、排污、运输等方面等公用工程硬件设置方面，合格化工实验室标准还需提出如下建议：单独排污管道的设置；实验室开门方向及锁具推荐；风机房设置推荐；可燃及危险气体自动报警装置预设推荐；搬运重物所需行车规格推荐；全封闭高噪音高粉尘实验室设置等。

在实验室的其他的硬件配置上，我们建议国内高校实验室可灵活根据实际情况，逐步完善电子门禁系统、报警系统、安全洗眼淋浴器、个人防护用品取用制度等配备。

3 结束语

在实验室的建设和规划之初，一方面应充分征求和采纳使用者的意见，另一方面应进行前瞻性的合格实验室标准建设，在设计和建设阶段做到有切实可行的设计参考文件和标准。从制度上和标准建设上推进我国的化工实验室建设。

［1］易国顺，赵邦枝.高校实验室安全与环保的现状分析和对策研究［J］.实验技术与管理2010，27（5）：170－173．

［2］中华人民共和国教育部.教育部关于开展高等学校实验教学示范中心建设和评审工作的通知［EB／OL］.（2005－05－12）［2015－01－19］．http：／／www．moe．edu．cn／publicfiles／business／htmlfiles／moe／moe＿1073／201001／79341.htm l.

［3］OECD.ENV／MC／CHEM（98）17 OECD series on princi ples of good laboratory practice and compliancemonitoring number 1：OECD principles on good laboratory practice（as revised in 1997）［S］．Paris：OECD 1998.

［4］OECD.ENV／JM／MONO（99）20 OECD series on princi ples of good laboratory practice and compliancemonitoring number4（revised）：consensus document：qualityassurance and GLP［S］.Paris：OECD 1999.

［5］OECD.ENV／JM／MONO（99）21 OECD series on princi ples of good laboratory practice and compliance monitoring number 5（revised）：consensus document：compliance of laboratory supplies with GLP principles［S］．Paris：OECD 1999.

［6］OECD.ENV／JM／MONO（99）22 OECD series on princi ples of good laboratory practice and compliancemonitoring number 6（revised）：consensus document：the application of compliance of GLP principles to field studies［S］.Paris：OECD 1999.

［7］于文莲，陈会明，宋乃宁，等.良好实验室规范与实验室认证［J］.分析试验室，2010，29（5）：120－122.

［8］OECD.OECD guildlines for the testing of chemicals：re vised introduction to the OECD guildlines for testing of chemicals，section 3［M］.Paris：Head of Publication Service，2006.

［9］范莱文，韦梅尔.化学品风险评估［M］.北京：化学工业出版社，2010.

［10］USNEWS．2014美国高校化学工程类专业排名［EB／OL］．（2014－10－10）［2015－01－19］．http：／／usa．edutime．net／Rank／Rank1764．aspx

［11］德国经济周刊．克劳斯塔尔工业大学排名［EB／OL］．（2014－10－01）［2015－01－19］．http：／／college．strong－study．com／Clausthal－University－of－Technol ogy．html．

［12］国家环境保护总局.HJ／T 155－2004化学品测试合格实验室导则［S］.北京：国家环境保护总局，2004.

［13］US EPA.Toxic chemical relaease reporting：Community right－to－know［EB／OL］.（2013－03－29）.［2015－01－19］.http：／／www.epa.gov／tri／.

Content of Good Laboratory Practice System for Chem ical Engineering Laboratory

WU Pan，YU Hui，TIANWen，CHEN Yuangui
（College of Chemical Engineering，Si Chuan University，Chengdu 610065，China）

This paper examines the basic international GLP principles and combineswith the investigation about the world－class chemical engineering laboratory，from the character of chemical engineering experiments，construction contentof chemical engineering laboratory about laboratory layout，ventilation，electric circuit，pipeline，safety equipment and other aspects of the proposed system recommendation.Those discusswould promote the construction contentof good laboratory practice system about chemical engineering la boratory in China，and the reference target of standards and specifications also provided.

chemical engineering laboratory；good laboratory Practice system；GLP contents；GLP suggestions

X327

A

10.3969／j．issn．1672－4550.2017.03.038

2015－11－19；修改日期：2017－04－19

国家留学基金管理委员会青年骨干教师出国研修项目（留金发［2009］3009号）

吴潘（1973－），男，硕士，讲师，主要从事无机工艺材料研究及实验教学工作。