实验室设计规划项目设计方案

1 实验室设计规划 项目设计方案 第一章实验室建设的总体规划与基本建设 分析实验室（以下简称实验室）是分析技术人员从事各领域分析测试工作的场所，是许多厂矿及科研 院所不可缺少的组成部分。实验室的建设，不论是新建、扩建或改建项目，它不单纯是选购合理的仪器设 备，还要综合考虑实验室的总体规划，合理布局和平面设计，以及供电、供水、供气、通风、空气净化、 安全措施、环境保护等基础设施和基本条件，因此实验室的建设是一项复杂的系统工程。在现代化的实验 室里，先进的科学仪器和优越完美的实验室是提升现代科技水平，促进科研成果增长 的必备条件。 以人 为本 、 人与环境 已成为人们高度关注的课题。安全、效率、舒适是理想实验环境的三大要素，也是实 验室建设的宗旨。本篇将分四章介绍有关实验室建设的总体规划和布局、建筑设计、实验室的基础设施和 基本条件以及各类实验室等问题，供分析技术人员及有关人员借鉴和参考。 一、 实验室的建设规划和基本程序 建设现代化的实验室，首先要制定和提出实验室的总体规划，确定实验室建设项目的性质、目的、任务、 依据和规模，确定各类实验室功能和工艺条件以及规模大小；同时要做好建筑设计的某些准备工作，调查 研究，吸纳 国内外同种性质、同等规模实验室建设的经验，防止走弯路，作为借鉴，根据实验室的工艺条 件及相关资料，编制好计划任务书；然后在各方面工作准备就绪后，做好实验室建筑设计工作，综合建筑 设计各专业的基本要求，结合实际，符合规划要求，绘制出富有时代感、先进的实验室建筑蓝图，为实验 室施工建设提供可靠的依据。 1、实验室的建设规划 实验室建设规划的主要内容如下。 （ 1）建设单位 如某某研究所、某某学院或某某工厂。 （ 2）建设项目 如某某实验楼或某研究楼。 （ 3）建设性质 新建、扩建或改建。 2 （ 4）建设地点及用 地 工程项目的具体位置，取得城建局的同意，并附图说明。需要征用土地，必 须说明征用土地的来源、范围和面积，并经城建局的批准同意。 （ 5）建设的目的、依据及规模 说明为什么要建设此项目，主要解决什么问题，科研任务有哪几方 面，发展的规模如何。 （ 6）人员编制 现有人员编制及核定的人员编制。新建、扩建的单项工程的增加人员控制数。 （ 7）建筑物要求及内容 如结构形式、层数、建筑标准以及各种工程管网的类型。 （ 8）抗震、防空措施 按抵抗几级地震强度及人民防空工程等级及战时用途设防，人防工程的建筑 面积。 （ 9）公 害处理 对废气、废水、废物、噪声、辐射、振动等的技术处理措施。 （ 10）设备 建设项目价值在二万元以上单件设备，要分别列出清单。 （ 11）建筑面积 新建实验室的总建筑面积；单项工程的建筑面积。 （ 12）投资 总投资及分年度投资计划。分类列出各种用房的每平方米单价和控制造价。二万元以 上设备投资数。 （ 13）建议要求设计时间、施工日期以及交付使用的日期。 2、实验室建筑设计的准备工作 观同类型的实验室或参考国内外文献资料 借鉴同类型实验室的成功经验和失败的教训，为方案设计创造有利条件。在方案设计以 前，设计 单位与建设单位应研究下列几方面的问题： 总体布局中的各幢建筑物的相互关系以及生活区采用什么方 式解决； 各类实验楼的工艺布局及工艺流程； 平面组合的几种可能性，建设实验楼的层数； 选择合 适的模数（包括开间、进深、层高以及走道尺寸）； 主要仪器设备的布置方式以及实验台、通风柜等的 位置； 实验室与研究室之间的布局形式，辅助实验室与实验室之间的布局； 工程管网的布置原则（如明管或暗管，垂直管网或水平管网）； 灵活性的要求； 环境保护，公害处理方面的详细技术措施。 有关单位进行联系和配合 （ 1）同施工单位配合 施工单位是基本建设的主要生产单位，设计应该为施工方便创造条件，在设 计全过程中，设计必须同施工单位配合。 （ 2）同城建部门的配合和联系 城建局是城市建设的主管单位，它对整个城市的建设、改造、发展、 规划、合理地使用土地及组织水、陆、空交通等方面起着组织、安排和监督的作用。基本建设涉及上述诸 问题以及征用土地、拆迁房屋、新建房屋等。设计人员在设计过程中必须同城建局密切配合和联系，及时 了解城建方面的具体规定和要求，如允许征地范围，基地附近道路的规划情况，规划红线的具体位置，在 城市的重要 地区、重要道路两旁对建筑物的高度、出入口地位有什么规定等。 （ 3）同公安局消防处的配合关系 城市消防处是城市防火的公安机构，它对城市的防火制度的执行 起着制定、控制和监督的作用。国家为了保障人民的生命财产和安全生产，对房屋建筑的设计、施工和使 用等方面， 订出了具体的防火规定和措施。 设 3 计人员在设计过程中， 应该学习和遵守这些防火规定和措施， 对防火标准中的规定不理解或难于执行的时候，应该及时同消防处联系，征求他们的意见，使工程设计符 合消防的规定和要求。 （ 4）同卫生防疫站、环球保护机构的配合联系 卫生防 疫站和环保机构是城市卫生防疫和环境保护的 管理和监督机构，国家为了保障人民身体健康，避免和减少职业病的产生，并为生产和工作创造有利的卫 生条件，对房屋建筑的设计、使用和管理方面订出了一系列的卫生措施和规定。设计人员在设计各类建筑 物时，应该学习和遵守这些卫生规定，并同卫生防疫站和环保机构及时配合和联系，特别是在设计散发有 害废液、废气的建筑或污染物特别严重的实验室时，更应架强同卫生防疫站和环保机构联系，事先征求他 们的意见，使工程设计尽可能符合卫生标准，防止公害。 （ 5）同人民防空办公室及其他有关单位的配合 和联系 人民防空办公室是负责城市防空的主管机构， 在设计人防地下室时，应参照 人防办公室 的规定进行设计。如有特殊情况或在技术上较难处理时，应随 时同 人防办公室 联系，征求他们的意见，不要任意降低人防地下室的要求。 在机场区或机场附近建造房屋，应该同城建局及所属机场有关主管部门联系，了解在该地区建筑造房屋的 控制高度。 集有关资料 在调查研究的基础上收集下列资料： 公用设施（如上下水、电、煤气等）使用的许可证明； 地形 图（ 1:5000 或 1:10000）及当地城建部门批准发给的地形图（ 1:5000 或 1:1000）； 当地的气象、水文、 地质资料； 电源、水源、排水及其他公用设施管道情况； 地区工业情况，有无有害气体、爆炸和噪声 等； 地震的详细情况。上述资料收集后，要进行系统的鉴定工作，作为设计的依据。如果设计基础资料 不全或不符合要求时， 一般不宜急于全面地进行初步设计工作， 以免造成设计返工和浪费国家财力和物力。 3、实验室建筑设计的基本程序 在前期准备工作的基础上，实验室建筑设计工作一般分为初步设计和施工图设计两个阶段，对于大型 实验室工程设计在初步设计之前应进行方案设计，小型建筑工程设计可以用方案设计代替初步设计。 （ 1）方案设计 根据实验室建设的任务及基本要求，在前期准备工作的基础上进行建筑方案设计， 一般要求设计方案满足实验室的功能，在外观上要求有时代感，符合城市建设规划。一般可提出几个或十 几个设计方案，供建设单位及有关部门选择，经过专家论证、审核、比较，提出一个实施方案或兼顾几个 方案的优点进一步做出修改而获得较为满意的设计方案。 （ 2）初步设计 在方案设计的基础上进一步进行设计的具体实施方案，是进行施工图设计的主要依 据。其内容主要包括：设计依据、设计构思、总平面图、主要 建筑工程项目的方案设计、主要材料用量、 工艺设计、主要设备选型、三废治理、生活组织与劳动定员、有关技术经济指标、抗震人防、建设顺序与 期限及总概算等。 （ 3）施工图设计 根据已批准的初步设计文件，详细给出各有关专业工程的尺寸、细部做法 4 等指导 现场施工安装、安排材料设备，并据此做出详细预算是最后阶段的设计工作。其主要内容应包括：总平面、 建筑、结构、给排水、电气、采暖通风及其他有关的专业设备系统的设计；精确详细地交代它们的位置净 距、坐标、标高、构造形式、节点详图、用料做法、尺寸、坡向、材质型号、设备规格或选 用的标准图纸构件详图索引号、施工安装的技术要求和特殊部位的检验方法等。 二、实验室建筑设计的基本要求 要建设一个现代化的实验室，使其能更好地为生产、科研、教学服务，除了先进的科学仪器和完善的实验 设备是提升科技水平，促进科研成果的必备条件以外，实验室的建设也是一个非常重要的物质条件。实验 室建筑设计的基本要求是建筑设计的前提和依据，在建设单位委托设计单位进行设计时，必须由各实验室 或研究室人员共同参加研究，反复讨论，确定各实验室方案，现将建筑设计的基本要求分析如下。 1、实验室名称 （ 1）房间名称 根据 实验室功能设置不同的实验室，如化学分析实验室、仪器分析实验室、光谱 实验室、 平室及纯水室等。 （ 2）需要房屋间数 同一类的房间需要几间。 （ 3） 每间房屋使用面积 房间面积大小与建筑模数有关 ，采用何种模数及何种结构形式比较符合 实际，计算实验室的使用面积。 2、建筑要求 （ 1）房间位置要求 底层 设备重量较大或要求防振，则可设置在底层。 朝北 有些辅助房间或实验本身要求朝北。 朝南 各实验室都有自己的要求。 楼层 有的实验室要求洁净、安静、应尽量放在高层。 （ 2）室内尺寸要 求 如按建筑模数排列各实验室，就按模数的倍数填写长、宽、高。如实验室要求 空气调节系统必须吊顶，则层高就相应地要增加。有些实验室是发球特殊类型的，则采用单独的尺寸。 （ 3）房间要求 指实验室本身的要求。 有的要求一般清洁。 有的要求洁净，进行实验时要求房间内空气达到一定的洁净要求。 耐火 大多数实验室要求耐火。 安静 如消音室、录音室等。 （ 4）门要求 实验室的门有各种要求。 内开 门向房间内开。 外开 主要设置在有爆炸危险的房间内。 个别要求 双向弹簧，有的要求单向弹簧或推拉门。 隔声 有 的实验室要求安静，要求设置隔声门。 保温 如冷藏室要求采用保温门。 屏蔽 防止电磁场的干扰而设置屏蔽门。 自动门 大门口要求自动门。 （ 5）窗要求 实验室的窗有各种要求。 开启 指向外开启的窗扇。 固定 有洁净要求的实验室采用固定窗，避免灰尘进入室内。 部分开启 在一般情况下窗扇是关闭的，用空气调节系统进行换气，当检修、停电时，则可以 开启部分窗扇进行自然通风。 双层窗 在寒冷地区或空调要求的房间采用。 窗帘。 遮阳 根据实验室的要求而定，有时须用水平遮阳，有时须用垂直遮阳。 有的可用百 叶窗。 密闭 窗扇可 5 以开启，但又要防止灰尘从窗缝进入，故采用密闭窗。 屏蔽窗。 隔声窗。 （ 6）墙面要求 墙面根据实验室的要求各有不同。 一般要求。 可以冲洗 有的墙面要求清洁，可以冲洗。 墙裙高度 离地面 右的墙面做墙裙，便于清洁，如瓷砖墙裙、油漆墙裙等。 隔热 冷藏室墙面要求隔热。 耐酸碱 有的实验室在实验时有酸碱气体逸出，要求设计耐酸碱的油漆墙面。 吸声 实验时产生噪声，影响周围环境，墙面要做吸声材料。 消音 实验时避免声音反射或外界的声音对实验有影响，墙面要进 行消音设计。 屏蔽 外界各种电磁波对实验室内部实验有影响，或实验室内部发出各种电磁波对外界的影 响。 色彩 根据实验的要求和舒适的室内环境选用墙面色彩，墙面色彩的选用应该与地面、平顶、 实验台等的色彩取得协调。 （ 7）楼地面要求 一般要求。 清洁。 防雨 实验本身所产生的振动，要求设置防振措施以免影响其他房间；另一种是实验本身或精 密仪器本身提出的防振要求。 防滑。 防放射性沾染。 防静电。 干燥。 隔声。 架空 由于管线太多或架空的空间作为静压箱，设置架空地板，并提出架空高度。 （ 8）顶棚要求 不吊顶 一般实验室大多数不吊顶。 吊顶 在实验室的顶板下再吊顶，一般用于要求较高的实验室。 （ 9）通风柜 化学实验室常利用通风柜进行各种化学试验，根据实验要求提出通风柜的长度、宽度和 高度。 （ 10）实验台 实验台分岛式实验台（实验台四边可用）、半岛式实验台（实验台三边可用），靠墙 实验台和靠窗实验台（很少用）。要求实验台的长、宽、高的尺寸。 （ 11）固定壁柜 一般设置在墙与墙之间，不能移动的柜子。 3、结构要求 根据荷载性质分为恒载和活荷载两类：恒载是作用在结构上的不变荷载，如结构自重、土 重等；活荷 载是作用在结构上的可变荷载，各楼面活荷载、屋面活荷载、屋面积灰荷荷载、雪荷载及风荷载等。 （ 1）地面荷载 指底层地面荷载，即每平方米的面积内平均有多少千克的物体。 （ 2）楼面荷载 指二层及二层以上的各层楼面活荷载。 （ 3）屋面荷载 屋面上是否上人，雪荷载有多少等。 （ 4）特殊设置附加荷载 有的实验室内有特殊重的设备，如质谱仪、纯水设备等，须注明设备 的重量、规格以及标明设备轴心线距离墙的尺寸。 （ 5）防护墙 有 射线的实验装置的建筑物根据各种不同实验的要求、防护材料的选择以及厚 度的选用均应 该仔细地考虑。防护墙比重是指某种材料的相对密度，如采用普通混凝土，其相对密度为 （ 6）地基钻探资料 在设计阶段，必须提供地基钻探资料，以便根据钻探资料进行基础设计。 （ 7）抗振要求 拟建实验楼的地区是否属于抗震区，抗震的等级。 4、采暖通风 （ 1）采暖 蒸汽系统 采用蒸汽供暖的系统。 热水系统 采用热水供暖系统。 温度（ ） 房间采暖的温度要求。 （ 2）通风 自然通风 即不设置机械通风系统。 单排风 靠机械排风。 局部排风 如某一实验产生有害气体或气味等需要局部排风。在有机械排 风要求时，最 好能提出每小时换气次数。 （ 3）空调 6 有些实验室要求恒温恒湿，采用空气调节系统可以保证实验室内的温度和湿度。提 出温度及允许温差；相对湿度及允许温度偏差。 （ 4）洁净要求 有些实验室的空气要求保持一定的洁净度时，则需要提出洁净等级。 （ 5）通风柜及其他设备通风 有自然排风、机械排风和有过滤装置的排风等，根据需要，加以 选择。 5、气体管道 根据需要选用气体管道，有些实验需要量特别大的必须注明。气体管道分为蒸汽、氧气、真空、压缩 空气及城市燃气等。 6、给排水 （ 1）给水 冷水 即城市中的自来 水或采用地下水。 热水 根据实验要求提出全部实验室采用，还是局部实验室采用。还是采用快速加热器 来解决热水供应。 去离子水。 冷热水分开 系指水龙头要求。 冷热水混合 系指水龙头的要求。 （ 2）屋顶水箱 设置水箱 有些实验要求较高，要有一定的水压；有的城市水压不够，要设置水箱。 不设置水箱。 （ 3）排水 排水温度。 排水中有酸，浓度及数量。 排水中有碱，浓度及数量。 排水中有放射性物质，有多少种放射性物质，浓度多少。 设置地漏 地漏是实验室的地面上设置的一个排水口，也可不设置地漏。 7、电气 （ 1）照明 日光灯。 白炽灯或安全照明。 要求工作面上有多少照明（勒克斯）。 事故照明 系指万一发生危险情况时需要事故照明。 明线 电线采用外露形式的。 暗线 电线采用暗装形式的。 （ 2） 强电 工艺设备用电量（ 每台设备的容量提出数据。 供电电压（ V）要求电压是多少。 单相插座（ A）要求插座的安培是多少。 三相插座（ A）要求插座的安培是多少。 特殊设备 电幕、电梯、传送带的用电要求。 供电路数 根据实验楼的重要性，提出供电要求（指不能停电、要求电压稳定、频率稳 定等）。 （ 3）弱电 装设电话分机 是否每间实验室要设电话分机。 装设程控电话。 装设电钟插座。 装设闭路电视系统。 广播。电脑局域网络系统 （ 4）防雷 建设地点的防雷情况要调查清楚，提出防雷要求。 8、实验室公害 指实验过程中产生的公害。 噪声 实验时产生噪声，最大分贝是多少。 振动 属于低频、中频或高频。 臭味 化学实验时会产生臭味，有哪一些臭味。 辐射 实验时产生 、 、 射线等。 磁场。 灰尘。 细菌。 蒸汽。 有害废气 实验时产生哪些废气，包括种类及数量。 对于上述实验 室建筑设计的基本要求，为便于统计。 三、实验室建筑的组成及总体布局 1、建筑规划要求 根据设计任务的要求，结合地形进行总体设计。在进行设计之前，要对各建筑物的用途和功能进行分 析。 对于化学分析实验室，一般应布置在下风方向及下游地段，保持一定的间距和良好的通风，应有绿化 隔离，搞好排污和排毒处理，做好环境综合评估和治理。 对于仪器分析实验室，一般要求良好的环境。有防振防噪声要求的实验室要远离振源和噪声源；有屏 蔽要求的实验室要远离电磁波的干扰 7 源；要求超净的离纯实验室要规划在粉尘少、绿化好的地段。 无论何类 分析实验室，实验室的建立应远离居民区、办公区、仓库等，如条件有限，应保持一定距离。 实验室还应尽量选择在水源充足，又便于排法排毒的地方建立，自然采光条件要好，建筑的朝向要选好等 诸多问题都应兼顾。 2、实验室建筑的组成 实验室建筑物一般按其用途分为四类。 （ 1）实验研究类 是分析检测实验建筑的核心，包括各类通用实验室和专用实验室以及研究工作 室、计算机房和计量室等。 （ 2）辅助建筑类 包括图书情报资料室、学术活动室及电化教室等。 （ 3）公用设施类 包括水、电、气、油、制冷、空调、低温及热力系统、通信、消防 、三废处理、 种类器材仓库等用房。 （ 4）行政及生活服务之类 包括行政办公用房，福利卫生用房及接待用房等。 以上四类建筑之间的关系都是很密切的，后三类建筑为第一类建筑服务，而它们之间又有相互联系。 这些建筑规划面积分配一般为：科研用房 30%科研辅助用房 5%分用设施用房 5%行政及 生活服务用房 10% 3、实验室建筑总体布局 在总体设计中，首先要研究的问题是采用集中配置形式还是采用分散配置形式。集中配置形式是将实验室、研究室、行政管理用房、图书资料用房以及科研辅助用房组合在一幢建筑物中；分散配置形式是按 实验楼的不同特性分别进行布置。由于分析检测中心和分析研究室的规模不同以及用地的限制，所以总体布局就有多种形式。一般分为四种配置形式。 （ 1）独立式 整个建筑配置集中在一幢楼内独立设置，适用于较小的分析实验室。 （ 2）主楼式 以一幢实验楼为主配以附属建筑，建筑规划比较方整规则。 （ 3）单元式 又称细胞式。用一个简单的单元或细胞组成多样的形式，形成各种不同的空间，有利于 推行模数和标准化，便于施工。此种形式为现代分析测试中心规划广为采用。 （ 4）分散式 由不同功能的多 幢实验楼、研究楼及辅助建筑灵活组合而成，采用较多。 四、实验室的结构与楼面荷载 结构布置与实验室建筑模数密切相关。在选用模数时必须与当地的施工条件、预制品构件的供应情况以及 地震等级诸多因素综合考虑。实验室的结构可分为三类：即承重砖墙与钢筋混凝土梁板结构、钢筋混凝土 框架结构以及钢结构。 承重砖墙与钢筋混凝土梁板结构（简称混合结构）形式适用于 1实验室，以 3为最多，因为每层 的窗间墙宽度增大，影响采光面积。这种结构形式，造价较低，施工较快，一般实验室常采用这种结构形 式。 在采用空间调节 的实验室中， 混合结构的层高比钢筋混凝土框架结构的层高为低， 约可降低 100 其原因是空气调节的风管经常布置在走道平顶下 8 面，风管进入实验室时，在混合结构中只要在砖墙上开孔 就可以。而在钢筋混凝土框架结构中，因为柱与柱之间有联系梁连接，联系梁有一定高度，因此层高略高 于混合结构。 钢筋混凝土框架结构（简称框架结构），这种结构形式适用于五层以上的实验室，但根据实验室的性质， 框架结构也用于 1的实验室，框架结构按施工方法不同又可分为全部现浇结构、梁柱现浇与板预制结 构、柱子现浇与梁板预制 结构、预制柱梁板与现浇节点结构以及全部预制装配式结构。上述五种形式，应 根据实验室的性质、当地施工吊装机械、预制品厂构件供应情况而确定选用何种结构。 在结构方案选择过程中，因考虑实验室工程管网较多的特点。管道的走向采用垂直系统为主布置还是水平 系统为主布置，结构设计人员必须事先与各工程管网的设计人员紧密联系，在初步设计阶段确定下来。尤 其在采用全部装配式结构方案中，管道孔的位置及尺寸大小的要求非常精确，预留孔的位置也要求精确， 而且预制构件中的预埋铁件的位置也要求精确，才能保证工程质量。在实验室设计实践中， 穿过楼板的管 道孔应采用局部现浇钢筋混凝土，以减少预制构件的类型。有地震影响的地区，染与柱的节点宜采用现浇 钢筋混凝土，以保证结构的刚度。 钢筋混凝土框架按结构布置又分横向承重框架，纵向承重框架，以及双向（纵横向）承重框架。横向承重 框架刚度较好，适用于分间比较固定的实验室。纵向承重框架的横向刚度较差，需在横向设置抗风墙、剪 力墙，由于横向布置的联系梁高度较小，房间净空可得到较好的利用。双向承重框架的梁柱采用纵横向均 为刚性的连接，房屋整体刚度好，适用于地震区。 楼面荷载按照工业与民用建筑结构荷载规范， 关于民用建筑楼面均布活荷载规定为教室、实验室、阅 览室、会议室为 200kg/重较大的实验室按实际情况采用。办公楼活荷载为 150kg/公楼经常 开会或兼作会议室时宜按 200kg/用。办公楼中的一般资料、档案室活荷载为 250kg/书库、档 案活荷载为 400kg/注中说明荷重较大时按实际情况采用。 五、实验室的造价 实验室的造价比一般建筑的造价为高，有时高达一倍或数倍以上，因此在筹建实验室时，要调查已建同类 实验室的造价，以便确定新建实验室的每平方米的造价和总造 价。在考虑新建实验室的造价时，应注意下 面几方面。 （ 1） 混合结构形式的实验室比框架结构形式的实验室造价要低 10%但框架结构的使用灵活性较大， 今后改变实验性质时，适应性就大些。 （ 2） 设置空调系统的实验室比不设置空调系统的实验室的初次投资增加 10%经常性的能源消耗就 更多，因此确定方案时必须慎重考虑，能采用局部空调的就不采用全面空调。 （ 3） 在实验室方案设计时应尽可能采用直接采光的布置，这样可以节约经常性能源。 9 （ 4） 某些实验室耗水量大，在开始设计时就应该考虑水的循环 使用问题，避免经常性的浪费大量的水。（ 5） 在建造散发有害废气、废水的实验室的同时，必须相应地建造处理废气、废水的建筑物。应避免实 验室建造好以后，废气、废水的处理没有解决而造成经济上的损失。 第二章分析实验室建设的总体规划与基本要求 一、 实验室建筑平面设计原则 实验室建筑的主要特点是实验内容手段众多，工艺要求繁杂，工程管网较多，工程造价比一般建筑高达一 倍或数倍。 根据这些特点， 实验建筑平面设计除了遵循一般建筑物平面设计原则外， 还需要遵循下列原则。 同类实验室组合在一起。 工程管网较多的实 验室组合在一起。 有隔振要求的实验室组合在一起，一般宜设于底层。 有洁净要求的实验室组合在一起。 有防辐射要求的实验室组合在一起。 有毒性物质产生的实验室组合在一起。 遵循上述设计原则，有利于环境卫生，防止不同性质的实验室相互干扰，有利于不同的分析检测工程顺利 进行，并节约投资。 二、实验室建筑平面类型 通常分为三种建筑面类型：单走廊平面、双走廊平面、单元组合平面。 1、单走廊平面 单走廊平面为实验建筑中最常见的平面形式，一般为中间走廊，两侧布置实验室、研究室，也有为单 侧走廊、偏心走廊 等。该形式体型简洁，便于施工，造价较低，易于布置管道，特别适宜于利用自然通风、 采光的普通实验室。但走道过长时，交通噪声会有一定的影响。因外墙较多，故不宜于作空调、洁净要求 较高的实验室。 2、双走廊平面 双走廊平面是在单走廊平面基础上，加大进深，两侧布置实验室、研究室，中间布置特殊实验室。其 特点有利于空调面积较多的实验建筑，可以节约能源，室内温度波动小。同时由于建筑物加大了进深，可 以节约用地，建筑物内管网也易于集中，各实验室间交通相对缩短。它的特殊形式是环形走廊，适宜于洁 净要求高的高纯实验室，同时 也有利于事故发生时人员疏散。 3、单元组合平面 单元组合平面是为适应实验室扩展需要，有利于提高实验建筑灵活性所采取的另一种布置形式，它有 利于实验室及其管网的相对集中。实验楼扩建时，可以根据实际需要增加若干单元，既可以单向扩建，也 可多向扩建，而不影响建筑的完事体形。 三、实验室空间尺度 实验室空间尺度又称实验室的模数，一般是指实验室的开间、进深、层高、走廊的尺度。它根据研究人员 的活动范围及实验设备和仪器布置要求而定。 10 1、 开间 实验室的开间主要取决于实验人员活动空间以及实验设备工程管网的合理布置的必需尺度。国外对实验室 的模数，各国均有自己的经验。如德国教学与科研建筑（ 书 介绍实验室的模数 采用三种： 以这三个开间模数为倍数来组合实验室，完全能 满足各类实验室的布置。英国实用实验室设计（ 书的介绍，实 验室的模数采购 10 的模数。 日本 研究所设计 （研究所 一书介绍，建议采用 模数，他们采用 单位模数，如实验台宽度、实验台长度、实验台之间 的走道宽度以及管道竖井的宽度等均采用 国农业部地区研究实验室采用 模数。美国艾博 特实验室（ 采用 10模数，用二倍和三倍的模数来组成实验室用房。归纳起 来，世界各国实验室的开间模数大致都在 及 间。 我国实验室的开间一般采用 种开间模数 ，其理由 如下： 能满足实验工作的正常需要。 化学、物理、生物实验室的中央实验台和侧式实验台宽度约为 设有工程管网的该类实验台宽度不小于 墙侧式实验台的宽度约为 有工程管网的靠 墙侧式实验台宽度不小于 个实验台之间的距离为 样的开间均能满足上述的需要。 开间模数与工业化生产紧密结合起来，考虑结构配件的互换性，有利于预制品构件的大量生产，与多 层工业建筑 距结合起来，与民用建筑中多采用 开间模数结合起来 。 与统一的标准窗扇采用 倍数的尺度相结合。 2、 进深 实验室的进深主要取决于以下五个方面。 根据实验性质确定的每个实验人员所需要的实验台长度。 实验台的布置方式。相同长度的岛式实验台比半岛式实验台所需要的进深大。 实验台的端部是否布置研究人员的办公桌。 通风柜的布置方式，通风柜平等窗户布置比垂直窗户布置的进深大。 采光通风方式。综合上述四个方面的因素，进深一般在 种 进深 ，基本上能满足化学实验室、生物实 验室及物理实验室的要求。 3、层高 层高是指楼板面到楼板面的高度，净高是指楼底面（或吊顶面）到楼板面的距离。实验室的层高主要 取决于实验室的类型。空调系统管道，化学实验室的通风柜管道等所占用的空间对影响较大。一般化学实 验室、生物及物理实验室的层高，建议采用 射化学实验室由于通风柜上安装了过滤器，层 高应相应增高。洁净实验室本身的净高比一般实验室的净高要低，这是由于洁净实验室节约空调冷量以及 采用人工照明等原因， 一般净 11 高为 右。 电子计算机房根据平面空间的大小来决定， 一 般为 间。底层由于需设置大型的仪器设备，故层高比楼层略高，具体高度应视其设备安装使用要求的尺寸、 管道走向及吊顶布置等具体情况而定。 4、走廊宽度 实验室的的走廊宽度主要取决于三个方面：交通量的大小；走廊的长度；门窗的开启方式。实验室的走廊一般分为下列五种： 单面走廊； 中间走廊（中间双走廊）； 检修走廊； 安全走廊与参观走廊； 设备管道走廊。一般实验室的交通量较小，走廊不宜过宽，否则，走廊边会堆放杂物，反而影响环境质 量。 四、实验室与研究室平面布局 实验室是供研究人员进行科 学实验、从事分析检测工作的主要场所。而研究室则是供研究人员书写研究报告、论文、处理数据，阅读有关资料以及计算机上网查询信息的房间，两者对研究人员使用十分密切，因 此实验室与研究室的平面布局合理是十分重要的。其他各类实验室的组合问题，将在第四章中讨论。 1、实验室与研究室的平面布局原则 实验室与研究室之间联系要方便。 尽量避免实验时产生的有害气体、实验仪器设备产生的噪声等对研究室的影响。 布局时应综合考虑功能、经济等方面的因素。 2、实验室与研究室的平面布局形式 实验室（简写 L）与研究室（简写 S）的 平面布局一般有三种形式：内容型、毗连型和分离型。 （ 1）内含型 实验室与研究室在一个房间内，即在实验室里设置办公桌面积或研究室。这种形式实验室与研究室联系方便，实验室进深较大，节约用地，管道布置较为经济，但实验室对研究室有一定的影响。（ 2）毗连型 毗连型平面布局有多种形式。研究室与实验室一廊之隔，或一一对应，或研究室沿大空间实验室 之一侧布置，也有两侧布置。 （ 3）分离型 研究室与实验室分开布置，管道布置经济合理，实验室对研究室影响较小，但有些布局形式，实 验室与研究室分得较远，联系不够方便。 有的实验室要 求温度较严，则采用研究室环绕实验室布置的方案，例如高纯分析室，其优点为： 有利于实验室的空调系统的位置； 有利于防尘、防护和屏蔽的设计； 有利于研究室在外围得到自然 采光等。 五、实验室的朝向 为了取得最佳工作环境和避免阳光向科学仪器直射，实验室应选择正确的朝向。从世界各国实验室的实例分析以及我国使用实验室的实践经验， 实验室的窗应朝南和朝北开启， 尽可能避免在东西墙上开窗，尤其 是西向。因此在总平面布局时，应把主要实验室的朝向布置成南 12 北向，尤其在大型的实验室设计中，从长 期使用角度考虑，必须采用南北朝向 布置。如果由于基地条件的限制而采取不良朝向时，应设计遮阳。 朝南开启窗子时，应根据实验室内部家具布置情况，选择是否采用水平遮阳。一般采用半岛式实验台的设计方案中，由于实验台的一边靠外墙，为了避免阳光直射仪器，常设置水平遮阳或窗帘。 我国位于北半球，朝正南开启窗子时，在一年中有某些时间直射阳光会进入房间，如实验室要求避免直射 光线，可设置水平和垂直遮阳。 一般说来， 在实验人员集中的实验室应布置在朝南，例如化学分析实验室。对于大型精密的科学仪器设备的实验室除了需要布置在底层，防止振动等要求外，也应布置在阴面，朝 北方向比较适宜，避免阳光直射 ，也可节约空调消耗的冷量。例如原子发射光谱仪、 X 射线荧光光谱仪、 、 原子吸收光谱仪以及分析天平 等。 六、实验室的平面系数 在设计过程中经常碰到总建筑面积、建筑面积、辅助面积及平面系数等经济指标。总建筑面积是指几幢实 验楼建筑面积之和。建筑面积为一幢实验楼各层外墙外围的水平面积之和（包括地下室、技术夹层、屋顶 通风机房、电梯间、有柱子雨篷等）。使用面积是指实际有效面积，辅助面积是指进厅、走廊、楼梯、电 梯、厕所、卫生通过室、管道竖井、墙厚、柱子等面积之和。平面系数 =使面面积（建筑面积 /建筑面积。 为了说明实验室的平面系数大致幅度是多少以及影响平面系数的主要因素是什么，就要研究平面系数的规 律，从而能更好地把实验室的计划任务书编制好。因为在拟定计划任务书时，首先应考虑使用面积过多或 过少，因此应对各类实验室的平面系数进行分析。下面选择四个工程的平面系数进行分析。 （ 1）海洋地质实验楼 该楼为 5 层框架结构，建筑面积为 6240间模数采用 网为 柱子截面为（ 深 廊轴线为期不远 廊净宽为 层高为 底层平面长为 为 层建筑面积为 1215层合计 6075层通风机房为 120 有柱雨篷面积为 45字形实验楼，设置两个楼梯，有少量管道竖井。辅助面积之和为 1875面 系数为 70%。 （ 2）感光化学研究所实验楼（不包括会议室和书库） 该楼为五层框架结构，建筑面积为 7640 验室开间模数采用 来考虑 倍数，因预制楼板规格的限制，而改用 进 深为 走廊轴线为 廊净宽为 底层层高为 （ ， 楼层层高为 柱子截面为 （ 层平面长为 度为 层建筑面积为 1430层合计为 7150层通风机房为 470口门为 20字形实验楼，中间为门厅，设楼梯、电梯和男女厕所，左右两端各设楼梯一座。 有少量管道竖井。辅助面积之和为 2673面系数为 65%。 （ 3）有机化学研究所实验楼 该楼为 7 层框架结构，其 中顶层为技术夹层。建筑面积为 8200验 室开间模 13 数采用 深为 廊柱子轴线为 廊净宽为 走廊两侧设置管道竖 井。底层平面长为 度为 筑平面呈一字形，入口偏于右侧，设有进厅，楼梯、电梯和 男女厕所。辅助面积之和为 3796面系数为 59%。 （ 4） 物理实验楼 该楼为五层混合结构， 采用纵向承重体系。 建筑面积为 1147 开间模数采用 进深为 廊净宽为 层平面长为 130m，宽为 层外墙厚度为 墙厚度为 墙厚度为 筑平面呈一字形，对称布局，中间入口，设进厅、楼梯和电梯，两侧各设楼 梯及厕所。辅助面积之和为 3769面系数为 67%。 上述四个例子的建筑面积、平面系数，辅助面积（包括走廊面积、楼梯电梯面积、厕所面积、进厅面积以 及管道竖井面积）以及它们所占的百分比，见表 2表中可以看出前面三个列子均系框架结构，建筑面积在 6000 8000 间，都属于化学类型实验室，由于化学实验室需要设置通风柜， 通风柜的排风管 道须经管道竖井至屋顶排风机房，因此管道竖井所占的面积多少，直接影响平面系数。从前面三个例子的 数值中， 走廊面积占总面积的 12% 14%， 墙体面积占总面积 1% 3%左右，进厅及有柱雨篷面积占总面积 的 1% 2%左右，管道竖井面积占总面积的 14%左右。其中以管道竖井面积的幅度为最大，影响平面 系数的差值为 10%左右。从而结论就很清楚，化学实验室的平面系数取决于通风柜的数量以及管道竖井的 布置形式。第四个例子为 5 层物理实验楼，采用混合结构形式，因无管道竖井，平面系数为 67%。 上述四个例子的建筑面积、平面系数，辅助面积（包括走廊面积、楼梯电梯面积、厕所面积、进厅面积以 及管道竖井面积）以及它们所占的百分比，见下表。从表中可以看出前面三他例子均系框架结构，建筑面 积在 6000 8000间，都属于化学类型实验室，由于化学实验室需要设置通风柜，通风柜的排风管道 须管道竖井至屋顶排风机房，因此管道竖井所占的面积多少，直接影响平面系数。从前面三个例子的数值 中，走廊面积占总面积的 12% 14%，墙体面积占总面积的 6% 10%左右，楼梯电梯面积占总面积的 4% 6% 左右 ，厕所面积占总面积的 1% 3%左右，进厅及有柱雨篷面积占总面积的 1% 2%左右，管道竖井面积占 总面积的 14%左右。其中以管道竖井面积的幅度为最大，影响平面系数的差值为 10%左右。从而结 论就很清楚，化学实验室的平面系数取决于通风柜的数量以及管道竖井的布置形式。第四个例子为 5 层物 理实验楼，采用混合结构形式，因无管道竖井，平面系数为 67%。 实验楼的平面系数示例 工程名称 层数 建筑面积 A/面系数 K 辅助面积 /助面积/廊面积 墙体面积 楼梯电梯面积 厕所面 积 进厅及有柱雨篷面积 管道竖井面积 海洋地质实验楼 五层框架结构，有少量管道竖井。南方地 区 6240 4365/6240 1875 850 470 270 150 105 30 100% 70% 30% 感光化学研究所 五层框架结构，有少量管道竖井。北方地 区 7640 4967/7640 2673 1045 792 470 90 96 180 100% 65% 14 35% 有机化学 研究所 七层框架结构（其中顶层为技术夹层），走道两侧为管道竖 井 8200 4859/8200 3341 974 489 420 216 46 1146 100% 59% 41% 12% 物理实验楼 五层混全结构，无管道竖井。南方地区 11474 7678/11474 3796 1334 1070 921 180 291 无 100% 67% 33% 8% 无 由此可见，分析实验室平面系数的幅度大致在 50% 70%。体形比较简洁的一般化学、生物、物理实 验室，平面系数的幅度大致在 60% 65%之间。有管道竖井的化学实验室，平面系数在 60%左右，一般物理 实验室的平面系数在 65%左右。 七、实验室的防振 1、实验室总体设计中的防振问题 （ 1）在选择实验室的建设基地时，应注意尽量远离振源较大的运输干线，以便减少或避免振动对实验 室的干扰。 （ 2）在总体布置中，应将所在区域内振源较大的车间（如空气压缩站、锻工车间等）合理地布置在远 离实验室的地方，此外还应注意压缩机活塞的运动方向，实验室应平行于活塞的冲程方向，如与 其垂直， 则振动影响将大大增强。 （ 3）在总体布置中，应尽可能利用自然地形，以减少振动的影响。如可利用河浜将产生振动的建筑物 和实验室隔开。如地面有起伏，可将产生振动的建筑物放在低处利用土堆减小影响。如地面高度差在 2m 以上时，则可将产生振动的建筑物布置在高处，振动由上往下传播，振动波经过土层而衰减，此时可适当 减少水平防振间距。 （ 4）在总体布置及进行实验室单体建筑的初步设计时，均应首先摸清所在区域内各振源特点，并同有 关工种联系，经全面考虑和研究决定采取何种防振措施。 2、振源及其对实验室的影响 面脉动 这是一种由大自然中的风、海水和地壳内部各种变化因素以及远处各种振动的叠加传播所造成的，是永远 存在的，它一般在十分之几到百分之几微米的范围内变化，其频率大都在 2 3右。对个别极精密的 仪器设备，要考虑地面脉动的因素，但对实验室的一般精密仪器设备则不必考虑此因素。 工振源 （ 1）交通运输工具 如火车、汽车等振动多属高频，有瞬时冲击作用，对精密仪器有影响，实验 室应与它们保持一定的防护间距，同时应注意公路路面质量，路面的质量越差，振动越大。 （ 2）土建施工中的打桩爆破等属临时性 的振动 在实验室的设计中可不予考虑，但矿山和采石场的 爆矿则不是临时性的振动，在开始设计时就应予以注意。 （ 3）邻近建筑物内产生振动的设备 一般地说，所发出周期性振对实验室的影响较小，如为非周期 性振动，能使基础产生振动，对实验室的影响较大。 靠近实验室建筑的车间内所设的车床、铣床、磨床等有周期性的不平衡扰力，但仅在离设备几米 范围内有影响。在作一般零件加工时其扰力为 10右，作非一般零件加工时其扰力在 10 30右， 所以在实验室的总体设计中一般可不考虑它们对实验室所产生的影响。 邻近 建筑物内的鼓风机，作周期性旋转运动，属低频和中频范围（ 300 1500 次 /它的振 动强度虽与其型号有关，但是如已采用弹簧或软木等的隔振措施后，经调查实测，其 15 振动强度随与离风机 的距离的增大而迅速衰减，一般在离风机 5m 处已减小一半，而在 10m 处几乎已测不出，所以在实验室的 总体设计中也可不考虑它们对实验室所产生的影响。此外，小型通风器，只要采取有效的隔振措施（包括 风道穿墙处的隔振措施）亦可安设在实验室的上面。 邻近建筑物内的压缩机，一般属低频（ 100 200 次 /动，易使建筑 物发生共振，并有时能 传布到 1外， V 形或 W 形气缸的压缩机，其扰力较小一些， L 型气缸的扰力就较大一些。总之，实验 室应与它们保持一定的防护间距。 附近车间里的锻锤与冲床是一种重要的振源，它们产生不固定的、非周期性的冲击力，实验室必须与它 们保持较大的防护间距。 （ 4）其他振源 如人的行走、关门、搬运东西等，在总体设计中就无需考虑，但在实验室的单体 设计中应予以注意。 3、实验室总体设计中的防振间距 确定防振间距的因素很多，如果防振间距达不到一定的数值时，必须对振源或要求防振的设备基础采 取 有效的隔振措施，或是对整个实验室建筑物采取防振措施。 4、实验室建筑物和实验室内的防振措施 在总体设计中遇到防振间距达不到要求时，可采取这样的做法：房屋四周用玻璃棉下脚料作隔振材料 使实验室与室外地表面隔绝，以阴止地面波的影响。这种做法比开挖人工防振沟或防振河道简单、卫生， 同时在用地上也较经济。 实验室内的防振措施主要有以下四种情况。 （ 1）风振动较大，或防振要求较高的精密仪器设备应尽可能设置在底层 以利于采取有效的隔振措 施。 （ 2）可将精密仪器设备放置在防振基础或防振工作台上 这种消极隔振设计，是根据 精密仪器、设 备的允许振动极限值以及动力设备的干扰力通过计算，选择隔振措施，包括决定隔振器类型的数量、位置 和尺寸，以满足精密仪器设备的正常使用。消极隔振必须考虑有足够的阻尼，否则体系晃动过大，长时间 不易稳定会影响使用。消极隔振一般可采用下列两种形式。 支承式隔振措施。构造较简单，自振频率最低可设计成 3 4般适用于外界干扰频率较高 时，这是使用较多的一种措施。 悬吊式隔振措施。构造较复杂，自振频率最低可达 1 2用于对水平振动要求较高，仪器设 备本身没有干扰振动。 （ 3）对实验楼内产 生较大振动的设备采取积极隔振措施 这是必要的有效措施，可以从两个方面进 行处理。 降低机器基础的振动，使其影响范围缩小，一般采用放宽基础底面积，或加深基础（但这对水平 振动的机器反而不利），或采用人工基础的方法来加强地基则度。 在机器基础里设有隔振装置。 （ 4）利用增加地坪刚度的防振措施 可应用于低层精密计量室以及其他要求高度防振的房间，地坪 与四周墙身脱开，（可用万利板或泡沫塑料板隔开），使墙身的振动不传到室内地坪，同时采用砂垫层以 减少土壤传来的振动，较厚的混凝土垫层可减少人员走动时所产生的振动影响 ，同时精密仪器可以设在室 内的任何位置，这就提供了一定的 灵活性 。 16 八、实验室的接地 分析实验室所使用的电器装置和仪器设备均应接地。实验室的接地种类较多，有工作接地、保护接地、过电压保护接地、设备仪器接地、屏蔽接地以及防雷接地等，前三种接地按一般接地规定设计。 设备接地是为了保证设备和人身安全，也为了设备工作时一个统一的电位参考点和防止外界电磁场的干 扰。设备接地又分信号地、功率地、安全地。由于各种分析仪器内的电子设备已在设备内部，可将各种接地汇接在机壳上。因此把几个电子设备的汇接点接在环状接地体上。 如果电子设备安装在楼上，可接在总 接地体端子上， 然后引至地下的环状接地体上。 接地体也可与防雷接地系统共用。 特殊要求分析测试仪器， 可采用单独接地引下线，再接在环状接地体上。许多旧的实验室没有接地系统，应充分考虑设备的接地系 统。 设备接地最普通的方法是连接到一个金属系统（如自来水管）去接触地面。利用水管接地时，由于导线与 水泛的接触不良，或是由于水管系统缺少电的连续性，因此，这种接地方式常常是不合要求的。 使用这种 接地系统时，须经严格的检查，以保证达到合适的接地要求。第二种接地方法是对危险设备安装一个 单独 的接地系统，这种系统需要较多的费用，但比较可靠。可保证合适和有效的接地。 对质于磁场敏感的分析仪器，不应放置在相邻的两间实验室内，以减少相互干扰。 九、建筑实例 1、上海某大学化学实验室 该实验室为教学实验楼，实验楼由教学、实验和办公三个部分组成，分区清楚，互不干扰，联系方便。总 建筑面积为 6066平面局上，将一般教室布置在楼的左侧， 82 人的梯形教室布置在大厅的上部， 120 人的梯形教室布置在大楼的后部，这样，学生上下课疏散与实验室联系均较