理化實(shí)驗室是生產(chǎn)企業(yè)和研究單位用于檢測材料和產(chǎn)品理化指標不可或缺的部門(mén)，是生產(chǎn)檢測、科學(xué)研究的前沿陣地。理化實(shí)驗室具有化學(xué)分析、力學(xué)性能和金相檢驗等綜合檢測功能�，F以某單位理化實(shí)驗室設計和籌建過(guò)程為例，綜合鋼鐵及裝備制造行業(yè)理化檢測實(shí)際情況,對理化實(shí)驗室的設計與籌建進(jìn)行探討。

     1 理化實(shí)驗室設計的基本要求

     1．1 位置要求

    理化實(shí)驗室應布置在環(huán)境安靜、振動(dòng)及電磁輻射影響小的位置，以減小檢測數據的誤差，提高檢測結果的準確性；布置在遠離粉塵且全年風(fēng)向最小頻率的下風(fēng)向地段。因此，理化實(shí)驗室一般為獨立的建筑物，與辦公樓合建時(shí)，要設置獨立的出入口；當與計量室合建時(shí)，理化與計量應分區、分片布置。理化實(shí)驗室中，力學(xué)性能檢測設備較大且重，搬運不便，有些試驗機需獨立的地基；而化學(xué)設備多屬精密儀器，對環(huán)境要求苛刻，化學(xué)實(shí)驗室排放的有害氣體需經(jīng)樓頂及時(shí)排走。建議選定一樓為力學(xué)性能實(shí)驗室，頂樓或較高樓層為化學(xué)分析和金相檢驗實(shí)驗室。

    1．2 布局及空間要求

    為保證實(shí)驗室的整體性、結構性和穩定性，實(shí)驗室設計的開(kāi)間模數一般分為3.0，3.3，3.6 m 3種，具體開(kāi)間模數的選擇需與建筑模數相結合。實(shí)驗室平面布局形式有淺進(jìn)深和大進(jìn)深兩種，進(jìn)深的選擇主要考慮房間內的采光通風(fēng)、實(shí)驗室家具的尺寸及布置等因素。傳統經(jīng)驗認為淺進(jìn)深平面使用面積率高，是合理的選擇。進(jìn)深一般在6～9 m之間，檢測中心的布局模式選為單走廊+淺進(jìn)深（6.0 m）。

    實(shí)驗室層高一般建議在3.6~3.9 m之間，如某理化實(shí)驗室設計層高為4.3 m，安裝空調、消防等管道設施后，房間內部?jì)舾邽?.3 m。力學(xué)性能由于設備高大，在設計時(shí)應將內部?jì)舾叨��?.5 m，保證設備的運輸和安裝空間。

    2 理化實(shí)驗室的總體設計規劃

    2．1 基本規劃

    實(shí)驗室建設是一項復雜的綜合系統工程，涉及土建、配電、給排水、通風(fēng)、照明、安全措施、“三廢”處理以及室內實(shí)驗設施配套安裝等。按照相關(guān)規范及標準，全面考慮，整體規劃，最終確定方案。

    2．2 以設備安裝要求為出發(fā)點(diǎn)，進(jìn)行深入規劃

    儀器設備是建設高水平實(shí)驗室的關(guān)鍵因素之一。在明確實(shí)驗室功能的基礎上，即可進(jìn)行配套儀器設備的采購。為了確保購置的設備先進(jìn)、精密和質(zhì)量穩定可靠，首先根據實(shí)際需求提出設備技術(shù)要求，由設備采購部門(mén)負責招標，采用公開(kāi)招標專(zhuān)家評標的辦法進(jìn)行購置。在簽訂儀器設備技術(shù)協(xié)議后，及時(shí)向供貨商索取設備的安裝要求，然后將設備的安裝條件如配電、排風(fēng)、上下水及使用氣體情況充分考慮到基礎建設規劃中，如設備對溫濕度的要求，ICP–MS和ICP–OES均需預留不同直徑的排風(fēng)口，且風(fēng)機要獨立控制、氧氮氫分析儀要在基建中預留上下水、掃描電鏡需要防震防電磁輻射等，為后續安裝設備提供方便的同時(shí)，也可節省改造費用。在建筑材料選擇方面重點(diǎn)考慮地磚、墻磚及給排水排風(fēng)管道的抗化學(xué)腐蝕性能，依國家相關(guān)規定進(jìn)行規劃設計、布局實(shí)驗設施。

    3 理化檢測功能區域的基本要求

    3．1 辦公區

    應在每個(gè)樓層集中設置，便于學(xué)習和探討工作中出現的問(wèn)題，民用配電即可。

    3．2 報告編制區

    用于檢測結果的輸入、檢測報告的編制及審核，滿(mǎn)足辦公用電需求即可。3．3 收樣及樣品儲存區該區域必須干燥、通風(fēng)、防塵。樣品分為待檢、在檢、已檢3類(lèi)，各存儲柜應標明收樣及檢測日期。

   3．4 樣品處理區和化學(xué)濕法分析區

   樣品處理區域在實(shí)驗過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量的有毒有害、有刺激氣味的氣體，故必須有獨立排風(fēng)設施通風(fēng)柜；一般為單獨的房間，地面應有地漏；墻面、地板、實(shí)驗臺和試劑柜等要絕緣、耐熱、耐酸堿和耐有機溶劑腐蝕；放置中央實(shí)驗臺的實(shí)驗室應預設供實(shí)驗臺用的上下水裝置和足夠的電源插座。鑒于化學(xué)分析需要用到大量的強腐蝕性藥品，建議通風(fēng)柜內部特殊定制耐500℃高溫且耐酸堿的陶瓷內襯及耐氫氟酸腐蝕的PP內襯。

    3．5 儀器分析區

    該區域主要設備一般有等離子體質(zhì)譜、發(fā)射光譜、碳硫氧氮氫分析、X光譜、原子吸收、氣相液相色譜、極譜、原子熒光、電鏡、萬(wàn)能試驗機等設備及配套穩壓電源和水循環(huán)系統。各類(lèi)儀器設備具有精度高、運行條件苛刻、耗材昂貴、部件損壞維修難度大、維修費用高等特點(diǎn)，決定了該區域應為單獨房間且空間不宜過(guò)小，盡量鋪設防靜電地板，互有干擾的儀器不能放在同一房間。該區域要求一定的潔凈度（可設置緩沖間）、溫濕度（溫度18～25℃，相對濕度60%～80%）、防震防輻射、獨立用電、獨立接地（電阻不大于1 Ω）等。設備放置距離墻體60～80 cm，以便維修檢查。根據設備的不同安裝要求，應考慮預留設備的排風(fēng)管道。對于光譜類(lèi)儀器，還應避免直射陽(yáng)光。

    3．6 稱(chēng)量區

    稱(chēng)量區應為獨立的房間，用于放置精密分析天平，應距離樓道墻面較遠，并有雙層玻璃或窗簾，防塵防震，在土建方面也應考慮防潮及保溫措施，宜設恒溫恒濕系統。建議為化學(xué)分析實(shí)驗室配置臺面厚度為40 cm的大理石天平臺，以達到三級減震的效果,天平臺須離開(kāi)墻壁至少1 cm放置。

    3．7 高溫及微波消解區

    單獨的房間，主要用來(lái)擺放干燥箱、高溫爐，應有足夠的電功率。有些高溫爐如化學(xué)實(shí)驗室的大型干燥箱體積超高或超寬，需注意預留排風(fēng)罩的尺寸和高度�？稍谠搮^域預留兩個(gè)排風(fēng)口，用于安裝通風(fēng)柜，并放置需排風(fēng)的微波消解儀、酸提純器等小型儀器。

    3．8 試劑儲藏區

    可根據實(shí)際情況安排藥品柜，應預留排風(fēng)口以放置帶抽風(fēng)試劑柜（保存揮發(fā)性藥品）；對于有一定危險性的藥品應設置單獨的危險品存儲柜。

    3．9 晶間腐蝕區

    基本同樣品處理區，該區域要預留足夠數量的上下水管路和排風(fēng)管道。

    3．10 金相顯微鏡區

    屬于金相檢驗范疇，在建筑設計中除考慮防塵、防振外，還需考慮防電磁輻射設計，室內應預留滿(mǎn)足設備要求的電源。

    3．11 沖擊、拉伸和硬度檢測區

    屬于力學(xué)性能實(shí)驗范疇，包括常規性能測試（拉伸、壓縮、彎曲、硬度、落錘、沖擊等）、高溫持久–蠕變、斷裂韌性、高溫松弛、熱疲勞試驗等。該區對通風(fēng)排風(fēng)無(wú)要求，可在高溫拉伸試驗機旁邊設置一組上下水管路，便于為剛剛檢測完的試樣冷卻降溫。

    該區域需估算設備用電功率并考慮安全系數，預留設備電源，保持清潔、干燥、無(wú)振動(dòng)且溫度均勻，在設備安放點(diǎn)的周?chē)鷳�留出足夠的空間，以便于進(jìn)行試驗與維修。制作設備預留基礎工程時(shí)按照相應安裝地基圖施工，設備的主機應安裝在混凝土的地基上，一般設備應用地腳螺栓調整儀器水平使用，待基礎干燥后（約15 d），再進(jìn)一步安裝設備。

    3．12 實(shí)驗用水制備區

    該區工作臺面應堅固耐熱，配備能滿(mǎn)足制水設備功率要求的電源線(xiàn)路；供水水龍頭應有隔渣網(wǎng)。制水環(huán)境應盡可能避免污染，制備超純水應該達到一定的潔凈度。

    3．13 氣體存放區

    該區樓板承重應大于300 kg／m2，預留排風(fēng)口，用于接駁可燃性或危險氣體氣瓶柜。

    3．14 預留實(shí)驗區

    該區域為實(shí)驗室發(fā)展預留的空間，應在保持清潔的基礎上，將上下水和電源容量留足并在地面預定位置留有地漏即可。

    4 實(shí)驗室內部裝修系統規劃

    4．1 供電系統

    在實(shí)驗室內同時(shí)運行多臺大功率設備，會(huì )使供電線(xiàn)路過(guò)載發(fā)熱，時(shí)間過(guò)長(cháng)，可能會(huì )導致電線(xiàn)絕緣層強度下降而燃燒，并引燃周?chē)�物品發(fā)生火災。因此必須重視電器設備的用電設計。

    首先考慮供電電壓，有的設備需220 V，而有的需380 V，由于是新建實(shí)驗室，多數儀器設備是在實(shí)驗室主體建成后進(jìn)貨，在給欲訂貨的儀器設備預留電容量的基礎上，還要考慮電源負荷大小和今后可能的發(fā)展情況，應設置總電源控制開(kāi)關(guān)，當實(shí)驗室無(wú)人時(shí)能切斷室內電源；對于24 h運轉的設備如烘箱、恒溫箱、冰箱、純水發(fā)生系統等，應設有專(zhuān)用電源，不至于因切斷實(shí)驗室的總電源而影響其工作。建議每個(gè)實(shí)驗房間都設有獨立的電控柜，以220 V為主，留有380 V供電，多個(gè)空氣開(kāi)關(guān)分別控制，保證使用過(guò)程中如有漏電現象立刻自動(dòng)切斷電源。力學(xué)性能實(shí)驗室的大功率設備供電，可預設1個(gè)40 kW、2個(gè)20 kW、2個(gè)10 kW的動(dòng)力電源，每路均設有空氣開(kāi)關(guān)和接觸器。

    根據實(shí)驗臺桌及儀器設備的安放位置，要考慮到將來(lái)會(huì )逐漸增添新的儀器設備，在敷設電線(xiàn)、安裝插座時(shí)應留有余量，配電導線(xiàn)應采用銅芯線(xiàn)，最好配合小型儀器布局電源插座，在實(shí)驗室的墻壁上應安裝多處單相和三相插座，方便臨時(shí)使用。實(shí)驗室的安全關(guān)系到檢測人員和設備的安全，為確保防止觸電事故及儀器設備的正常運行，供電系統必須有良好的地線(xiàn)。

    4．2 供排水系統

    水是實(shí)驗不可缺少的基礎條件之一，除極少數儀器設備房間外，理化實(shí)驗室每個(gè)實(shí)驗房間都要求有水供應，如有條件，最好安裝蓄水裝置，防止實(shí)驗過(guò)程中突然停水。實(shí)驗室的供水有城市自來(lái)水和實(shí)驗用純水，應安裝超純水發(fā)生裝置，盡可能增加取水終端便于超純水的使用，滿(mǎn)足精密儀器使用要求。

    實(shí)驗室的實(shí)驗臺應盡可能都安裝水管、單頭或多頭水龍頭、水槽和洗眼器。根據房間的既定功能，確定供排水的大致位置和數量，選用不同材料的排水管道，例如大量使用有機溶劑的化學(xué)實(shí)驗室應安裝耐有機溶劑的鑄鐵排水管道、經(jīng)常產(chǎn)生酸堿廢水的實(shí)驗室宜采用耐酸減的排水管道等�；瘜W(xué)實(shí)驗對環(huán)境的影響和潛在危害是客觀(guān)存在的，在建設實(shí)驗室過(guò)程中必須充分重視。實(shí)驗室產(chǎn)生的一般廢水無(wú)須處理就可排入城市下水網(wǎng)道，有害廢水在向室外排放前，必須對其進(jìn)行凈化處理，使之達到國家規定的排污標準。在設計時(shí)配備足夠數量的廢液收集裝置，便于收集實(shí)驗過(guò)程中產(chǎn)生的廢液，定期交由相關(guān)部門(mén)處理。

    4．3 通風(fēng)、排風(fēng)系統

    理化實(shí)驗室通風(fēng)設計以化學(xué)實(shí)驗室為主，其通風(fēng)方式主要有通風(fēng)柜、排氣罩和排風(fēng)管，其目的是為避免人員因長(cháng)期在危險空氣中工作而傷害到身體健康；排走儀器設備產(chǎn)生的熱量和雜質(zhì)。宜根據設備的要求，用通風(fēng)管道及風(fēng)機進(jìn)行通風(fēng)排氣以保證設備正常運行。

    實(shí)驗室通風(fēng)柜的排風(fēng)系統宜獨立設置，采用每臺或同房間的通風(fēng)柜使用一套風(fēng)機和管路，每套系統在各房間獨立控制，不共用風(fēng)道，也不得借用消防風(fēng)道。同一個(gè)房間若有兩臺以上的通風(fēng)柜，應劃為一個(gè)系統，避免一臺通風(fēng)柜使用時(shí)，其它通風(fēng)柜產(chǎn)生倒流污染室內。一個(gè)房間內宜裝一套排風(fēng)設備。實(shí)驗室的補風(fēng)由新風(fēng)機所送入的新風(fēng)、通過(guò)門(mén)縫或預留百葉補風(fēng)口滲入的新風(fēng)和經(jīng)中央空調送入的新風(fēng)組成。通風(fēng)柜應布置在遠離新風(fēng)口的地方，避免新風(fēng)剛進(jìn)入就被排出。為避免實(shí)驗室內的有害氣體污染其余房間和走廊，室內一般可通過(guò)調整排風(fēng)量大小以及風(fēng)機的開(kāi)停順序設計成負壓狀態(tài)，新風(fēng)可通過(guò)房間的門(mén)縫滲入到室內。

    實(shí)驗室要有一定的換氣次數，以保證室內揮發(fā)性有害物質(zhì)及時(shí)排出室外，換氣次數與通風(fēng)柜數量及每個(gè)通風(fēng)柜換氣量有關(guān)，通常實(shí)驗室無(wú)人時(shí)換氣次數為5～6次／h。實(shí)驗室的噪聲一般應小于55 dB，故用于提供室內排風(fēng)的風(fēng)機應盡量放置于室外，必要時(shí)可設通風(fēng)機房�？蓪�風(fēng)機放置于樓頂，便于檢修，易于消聲和減振，同時(shí)置于樓頂不占用使用面積，且使室內的排風(fēng)管道處于負壓狀態(tài)，以免有害物質(zhì)由于管道的腐蝕或損壞而滲入室內。

    4．4 供氣排氣系統

    實(shí)驗室用氣主要有燃氣和設備用氣兩類(lèi)。燃氣主要有天然氣、煤氣、液化石油氣以及酒精噴燈等，分析實(shí)驗使用燃氣用于試樣熔融分解和小型玻璃器皿制造。實(shí)驗室不同種類(lèi)和等級的氣體裝在鋼瓶中放置在專(zhuān)用區域。設置氣體匯流排的區域最好是單獨的房間，要嚴禁明火，遠離火源，防暴曬，如使用易燃易爆氣體要裝有特殊的防護和報警裝置。
   

    理化實(shí)驗室在建設、裝修過(guò)程中，設計要有一定的前瞻性，應對不同檢測內容實(shí)驗室建筑要求深入了解，包括一般要求及特殊要求，合理布局和設計，充分考慮供電、供水、供氣、通風(fēng)、空氣凈化、安防、環(huán)保等基礎條件，從而保證建設后的理化實(shí)驗室安全、有效地長(cháng)期運行。

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