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NCP疫情下三級生物安全實驗室的設(shè)計與建造重點分析

發(fā)布時間:2020-02-11

NCP疫情下三級生物安全實驗室的設(shè)計與建造重點分析

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廣州泛美實驗室系統(tǒng)科技股份有限公司  

魏志剛  汪匯  馮灶文

摘要

新型冠狀病毒通過病原體、宿主、環(huán)境這三個方面進行疾病傳播,前兩個因素屬于醫(yī)學(xué)范疇,生物醫(yī)學(xué)及傳染病專家已經(jīng)做了大量的研究分析及寶貴文獻, 我國傳染醫(yī)院病房的設(shè)計建設(shè)已有相關(guān)規(guī)范(《傳染病醫(yī)院建筑設(shè)計規(guī)范GB50849-2014》《傳染病醫(yī)院建筑施工及驗收規(guī)范GB50686-2011》《負壓隔離病房建設(shè)配置基本要求DB11、663-2009》《醫(yī)院潔凈護理與隔離單元技術(shù)標準》-征求意見稿等),包括小湯山、火神山、雷神山醫(yī)院的設(shè)計建設(shè)都參照這些規(guī)范有了成熟的方案,有關(guān)病原體、宿主傳播控制及傳染醫(yī)院病房的整體設(shè)計建設(shè)不在我們此次討論范圍,我們重點是討論分析通過控制環(huán)境條件來切斷病毒傳播,保護患者家屬、醫(yī)務(wù)工作者及相應(yīng)區(qū)域范圍的無關(guān)人員不受感染。

      細菌和病毒區(qū)別較大,從大小,形狀,進化,生物活性很多方面都有很大的不同,細胞屬于原核微生物,已知大多數(shù)細菌約0.3-0.6微米,顯微鏡下看到它們,細菌主要是以二分裂法方式進行無性繁殖,一個細菌細胞細胞壁橫向分裂,形成兩個子代細胞,在分裂的時候可以產(chǎn)生遺傳重組,將重組的基因組傳給后代,病毒是非細胞的,必須利用宿主細胞內(nèi)的代謝工具來合成自身的拷貝,并完成病毒組裝,病毒并不是嚴格生物學(xué)意義上的繁殖,但每次釋放個體數(shù)量巨大,稱其為增殖,不同的病毒之間生命周期的差異很大,目前2019-nCoV冠狀病毒屬于正鏈RNA病毒,大小約100納米(1微米=1000納米),具有采用人類ACE2作為受體,進而在人體內(nèi)大量復(fù)制的能力,其嚴重病例表現(xiàn)出與非典型肺炎SARS和中東呼吸綜合征MERS高度相似性,排除醫(yī)學(xué)因素外,主要通過接觸、唾沫傳播進入呼吸道引起感染(根據(jù)新型冠狀病毒爆發(fā)后2020年1月25日-2月8日之間網(wǎng)上的多家報道......),但多好患者在醫(yī)院內(nèi)感染,特別是醫(yī)務(wù)工作人員被感染,讓我聯(lián)想到會有嚴重的空氣氣溶膠傳播(空氣中的煙霧灰塵形成氣溶膠,病毒粘附在氣溶膠上通過空氣流動進行傳播),包括下水道廢氣回流引起的糞口傳播。

       三級生物實驗室主要從事對人體、動植物或環(huán)境具有高度危害性的實驗,通過接觸或氣溶膠使人感染上嚴重的甚至致命的疾病或?qū)又参锘颦h(huán)境有高度危害的致病因子,目前涉及到的主要病毒有天花病毒、狂犬病毒、SARS病毒、MERS病毒、埃博拉病毒等,新型冠狀病毒肺炎沒有特效藥,這種病毒毒性不是很強(據(jù)網(wǎng)上描述),我們認為必須在P3生物安全標準環(huán)境下進行實驗,適當(dāng)考慮啟動四級標準(有待進一步論證)。

在病毒環(huán)境傳播途徑中,空氣氣溶膠傳播(空氣中的煙霧灰塵形成氣溶膠,病毒粘附在氣溶膠上通過空氣流動進行傳播)是最危險的一種傳播途徑,它是抽象的、看不到的,控制不好就達不到切斷傳播途徑,一旦引起交叉感染或逃逸,后果不堪設(shè)想,給國家環(huán)境造成重大損失,我們長期從事生物安全實驗室的設(shè)計建造,P3實驗室在環(huán)境建設(shè)控制方面恰恰有著嚴格的要求,下面結(jié)合某省級疾控中心案例,對P3實驗室的一些重點要點及保障措施進行分析,無論是控制建筑密閉性、室內(nèi)負壓、壓力梯度、塵埃粒子數(shù)、排風(fēng)過濾、氣流組織、關(guān)鍵設(shè)備材品質(zhì)、消毒措施、安全監(jiān)控、運行管理、專業(yè)驗收都對切斷新型冠狀病毒的傳播途徑(氣溶膠污染)有很重要的借鑒價值。

關(guān)鍵詞:三級生物安全實驗室、新型冠狀病毒肺炎、氣流組織、氣溶膠、負壓

高等級生物實驗室的重要性

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生物安全實驗室按照研究對象的危險程度分為四類:BSL-1、BSL-2、BSL-3、BSL-4。BSL是指Biosafety Level,即生物安全等級,等級越高,意味著防護級別越強,就能研究具有更大傳染性和危害性的病原。不同級別的實驗室需要不同級別的保護,根據(jù)各級實驗室的安全設(shè)備和個體防護注意事項又分為P1、P2、P3、P4(P代表英文protection,防衛(wèi)和防護的意思)。P3、P4(BSL-3、BSL-4)是對生物安全危害高個體危害進行防護的高等級生物安全實驗室。

      高等級生物安全對行業(yè)、地域、國家具有戰(zhàn)略地位,生物核心技術(shù)和國際化進程賦予了生物安全新特征,高等級生物安全主要為了防控新突發(fā)傳染病、防控生物危險因子、保護人類遺傳資源、保障實驗室安全等可能用到的生物恐怖襲擊防范、生物武器攻擊防御。生物安全形勢日趨嚴峻,傳染病傳播方式和擴散途徑呈多樣化和快速化發(fā)展,導(dǎo)致病原微生物的跨物種感染和跨地域傳播加劇,多學(xué)科交融在促進生命科學(xué)飛速發(fā)展的同時,也導(dǎo)致生物技術(shù)誤用和濫用,風(fēng)險加大,危害加??;環(huán)境污染、外來物種入侵等會嚴重破壞生態(tài)環(huán)境和生物多樣性,威脅地區(qū)及國家安全。高等級生物安全是國家安全的核心內(nèi)涵之一,是國家安全的重要防線,建設(shè)有中國特色的高等級生物安全實驗室,能在國家安全、科技強國、國際合作等方面發(fā)揮不可替代的作用,為國家及地域經(jīng)濟社會發(fā)展提供強大支撐。

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三級生物實驗室主要從事對人體、動植物或環(huán)境具有高度危害性的實驗,通過接觸或氣溶膠使人感染上嚴重的甚至致命的疾病或?qū)又参锘颦h(huán)境有高度危害的致病因子,目前涉及到的主要病毒有天花病毒、狂犬病毒、艾滋病毒、SARS病毒、EMRS病毒、埃博拉病毒、新型冠狀病毒等,這些病毒會通過空氣氣溶膠傳播,研究實驗必須在不低于三級生物安全實驗室內(nèi)完成,三級生物安全實驗室的硬件設(shè)施性能質(zhì)量標準可靠,軟件功能成熟穩(wěn)定,圍護設(shè)施、關(guān)鍵部位密封材料的氣密性牢固可靠,排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)置檢修維護方便的具備原位消毒功能、原位檢漏、壓差檢測的高效過濾器排風(fēng)口,對實驗過程中產(chǎn)生的一切感染性材料及器具進行高溫滅菌處理,采用生物安全型雙菲高溫滅菌器,對生物廢水進行采取滅活處理措施,實驗室采用雙回路及重要設(shè)備的UPS不間斷供電,面對突發(fā)情況,可以安全撤離,自動化控制系統(tǒng)應(yīng)由計算機中央控制系統(tǒng)、通訊控制器和現(xiàn)場執(zhí)行控制器等組成,具備自動控制和手動控制的功能,應(yīng)急手動應(yīng)有優(yōu)先控制權(quán),且應(yīng)具備硬件連鎖功能,壓力梯度由清潔區(qū)到半污染區(qū)再到核心區(qū),單個房間由低污染區(qū)到高污染區(qū)(上送上排),整個氣流組織就是一道無形的屏障保護著實驗室的安全;高等級生物安全實驗室的安全運行,除了硬件設(shè)施要求高品質(zhì)外,高素質(zhì)的運營、管理、支撐、維護團隊也很重要,特別注意防止感染或病毒逃逸事件發(fā)生。

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三級生物安全實驗室建設(shè)總體要求

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醫(yī)學(xué)實驗室信息管理系統(tǒng)是實驗室管理科學(xué)發(fā)展的成果,是實驗室管理科學(xué)與現(xiàn)代信息技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,是利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)、快速數(shù)據(jù)處理技術(shù)等對實驗室進行全方位管理的計算機軟件和硬件系統(tǒng)。大力推廣建設(shè)醫(yī)學(xué)實驗室信息管理系統(tǒng)的主要目的是提高檢驗效率和效益,提高科學(xué)研究數(shù)據(jù)的準確性和整體科研水平。

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主要參照標準

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《實驗室生物安全通用要求》GB19489-2008

《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》GB50346-2011

《疾病預(yù)防控制中心建筑技術(shù)規(guī)范》 GB 50881-2013

《病原微生物實驗室生物安全通用準則》WS233-2017

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三級生物安全實驗室工藝規(guī)劃要點

三級生物安全實驗室整體工藝規(guī)劃必須遵守三區(qū)兩緩原則,明確區(qū)分輔助區(qū)和防護區(qū),包括二緩、核心工作間等,避免污染和交叉污染;在建筑物中成隔離區(qū)或為獨立的建筑物,人員進出有特殊控制要求;防護區(qū)中直接從事高風(fēng)險操作的核心工作間,人員必須通過緩沖間進入;適用于有效利用安全隔離裝置操作常規(guī)量經(jīng)空氣傳播致病性生物因子的實驗室核心工作間不直接與其他公共區(qū)域相鄰;傳遞窗,包括其它需要預(yù)留孔洞設(shè)施,其結(jié)構(gòu)承壓力及密閉性符合所在區(qū)域的要求。具體規(guī)劃如下圖所示:

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人員、物品流動線路規(guī)劃要點

人員流動線路:三級生物安全實驗室有實驗室門禁管理制度,僅限于預(yù)先被告知危險性、并經(jīng)過特殊培訓(xùn)的工作人員及支援人員能夠進出,并貼有警告及生物性危險標志,為防止交叉污染,進入三級生物安全實驗室的人員,必須進行更衣、手消毒后才可進入,實驗后必須經(jīng)過淋浴后方可退出,以防將病毒帶出實驗室。潔凈物品或不能進行滅菌物品從互鎖結(jié)構(gòu)傳遞窗入內(nèi)走廊;需滅菌物品從傳遞滅菌器,或密封后經(jīng)傳遞窗傳入,需高壓滅菌物品經(jīng)雙扉滅菌器滅菌后進入內(nèi)走廊;在傳遞窗設(shè)消毒裝置,對某些不能高壓滅菌物品可通過盛有消毒裝置的傳遞窗傳遞,使容器外側(cè)受到滅菌處理;工作人員再從內(nèi)走廊的傳遞窗取出物品后經(jīng)傳遞窗進入主實驗室;污染物品、實驗后器械置于耐用、防漏密閉的容器中,經(jīng)高壓滅菌后才可廢棄;實驗人員淋浴后一次性衣物,裝入密閉膠袋后,經(jīng)傳遞窗到滅菌器中處理后廢棄,三級生物安全實驗室內(nèi)配備高壓滅菌器,使用雙門傳遞型。


進入:走廊→一更 → 二更 → 一緩 → 內(nèi)走廊 → 二緩 →核心實驗室 ;


退出:核心實驗室→二緩 →內(nèi)走廊 →一緩 →淋浴 →二更 → 一更 →走廊;

三級生物安全實驗室裝配要求(滿足密封及防腐要求)

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1、高密封性圍護設(shè)施:三級生物安全實驗室屬于高危險實驗室,宜采用裝配式圍護材料,安裝方便快捷,保證質(zhì)量,墻體厚度不小于100mm+1.0厚SS316面板,通過密封材料保證氣密性可靠,地腳宜與墻面齊平或略縮進,圍護結(jié)構(gòu)的相交位置采取圓弧處理,減少衛(wèi)生死角,便于清潔和消毒處理。

2、地面:三級生物安全實驗室屬于高危險實驗室,地面要求采用無縫的水性聚氨酯超耐磨地面,厚度不小于4mm,具有防滑、耐化學(xué)性、耐腐蝕、抑菌、防靜電、自清潔功能,保證人員不被滑倒,地腳宜與墻面齊平,圍護結(jié)構(gòu)的相交位置采取圓弧處理,減少衛(wèi)生死角,便于清潔和消毒處理。

3、 生物安全型密閉門:三級生物安全實驗室的門均不帶鎖(門兩側(cè)安裝U型不銹鋼把手),門上設(shè)安全視窗,采用雙層鋼化玻璃,窗框和門扇一體復(fù)合,不必進入室內(nèi)便可方便地對實驗進行觀察。由于生物安全實驗室非常封閉,風(fēng)險大、安全性要求高,設(shè)置安全視窗可便于外界隨時了解室內(nèi)各種情況,同時也有助于提高實驗室操作人員的心理安全感,并規(guī)定了門的開啟方向(開向正壓方向),設(shè)計采用生物安全型密閉門(三框密閉門、四框密閉門),均配置閉門器,一更、二更、一緩的門電子互鎖,二緩與主實驗室門電子互鎖,電子互鎖的門附近均設(shè)置緊急手動解除互鎖開關(guān),且可以通過中控室解除所有門或指 定門的互鎖,實驗室入口及主實驗室緩沖間入口配置帶文字顯示裝置。

4、生物安全型傳遞窗:箱體為≥3mm厚304不銹鋼整體焊接,整體無間斷密封圈,機械壓緊式密封門,傳遞窗內(nèi)腔四角圓弧,內(nèi)腔無接縫處理,視窗門,雙層≥5mm厚鋼化玻璃,電子互鎖,帶暗藏式紫外燈,配備標準的過氧化氫熏蒸接口,安裝時不得影響實驗室墻體的密封性。

5、防護區(qū)安全門:常閉,僅用于緊急逃生,滿足逃生要求,同時保證三級生物安全實驗室的氣密性安全要求,開向逃生方向。門內(nèi)面設(shè)置緊急逃生推桿并有明顯警告標記,門上帶暗裝閉門器,使門能自動柔和的閉合。帶圓角視窗,門扇視窗要求采用雙層鋼化玻璃,整體成型出廠,窗框和門扇一體復(fù)合,不易脫落,觀察窗與面板平齊無縫無死角,可防止玻璃因室內(nèi)與室外存在溫差時結(jié)霧,視窗玻璃要求采用鋼制玻璃壓條固定;設(shè)計選用≥8mm厚雙層真空鋼化玻璃,門附近顯著位置標有安全門文字、操作說明等安全提示。

6、檢修通道:三級生物安全實驗室天花上方的維護條件非常關(guān)鍵,這點我們通常不太重視,三級生物安全實驗室防護區(qū)內(nèi)的頂棚上不得設(shè)置檢修口,從工藝空調(diào)機房內(nèi)開始到三級生物安全實驗室防護區(qū)夾層內(nèi)設(shè)置檢修通道,走道兩側(cè)設(shè)置檢修人員上下臺階,方便檢修。

7、安全警示標識:三級生物安全實驗室的操作對象對人員和環(huán)境有致命的危害性,根據(jù)相關(guān)標準,實驗室入口處必須明確標示出國際通用生物危險符號,并標明生物防護級別、操作的致病性生物因子、實驗室負責(zé)人姓名、緊急聯(lián)系方式,且進入實驗室外門設(shè)置電子磁卡密碼門禁系統(tǒng)。

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三級生物安全實驗室工藝空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)分析

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1、主要環(huán)境參數(shù)要求,三級生物安全實驗室對環(huán)境參數(shù)控制有嚴格要求,尤其對氣流組織及房間負壓及壓力梯度更為嚴格,最大程度保護實驗人員安全。

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附壓力梯度圖:

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2、三級生物安全實驗室送風(fēng)系統(tǒng):設(shè)置獨立全新風(fēng)恒溫恒濕凈化空調(diào)機組,機組一備一用,當(dāng)主用機組出現(xiàn)故障時,備用機組自動啟動,可維持實驗室相對壓力和定向流;送風(fēng)系統(tǒng)末端高效送風(fēng)口設(shè)置可監(jiān)測高效過濾器阻力的壓差檢測裝置,為保持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定,房間送風(fēng)總管設(shè)置生物安全型定風(fēng)量閥及生物安全型電動密閉閥,必要時可完全關(guān)閉;

3、三級生物安全實驗室排風(fēng)系統(tǒng):設(shè)置獨立排風(fēng)系統(tǒng),采用無蝸殼不銹鋼離心通風(fēng)機,機組一備一用;主用排風(fēng)機出現(xiàn)故障時,備用排風(fēng)機自動啟動,系統(tǒng)不間斷運行,保證室內(nèi)壓力及氣流組織不被破壞;排風(fēng)機設(shè)置在屋面最高位,主導(dǎo)風(fēng)向的下風(fēng)向,經(jīng)過帶原位消毒及原位檢漏的高效過濾器處理后高空排放,使排風(fēng)盡快在大氣中擴散稀釋;為保持系統(tǒng)壓力的穩(wěn)定,房間排風(fēng)總管設(shè)置生物安全型變風(fēng)量閥及生物安全型電動密閉閥,必要時可完全關(guān)閉;室內(nèi)排風(fēng)口采用風(fēng)口型掃描檢漏高效空氣過濾裝置,可實現(xiàn)對過濾器及箱體內(nèi)部原位氣體消毒并效率驗證,配置壓力傳感器,監(jiān)控過濾器壓差變化,實現(xiàn)信號遠程傳輸;在空氣壓力維持在1000Pa時,高效送風(fēng)口腔室內(nèi)每分鐘泄漏的空氣量不超過腔室凈容積0.1%。三級生物安全實驗室專用排風(fēng)高效空氣過濾裝置采用與實驗室同步消毒的方式對過濾器進行消毒,也可采用氣體循環(huán)消毒裝置對該設(shè)備進行消毒,消毒時根據(jù)實驗室消毒具體情況與實驗室一并進行消毒,附排風(fēng)過濾裝置消毒原理圖:

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4、IVC籠具設(shè)備排風(fēng):核心區(qū)動物隔離設(shè)備IVC籠具設(shè)置一套獨立的排風(fēng)系統(tǒng),機組一備一用,排風(fēng)管上裝高效空氣過濾單元,具體要求與室內(nèi)高效排風(fēng)口要求一致。

5、三級生物安全實驗室系統(tǒng)消毒:防護區(qū)內(nèi)要求采用過氧化氫消毒方式,工藝空調(diào)系統(tǒng)控制設(shè)置消毒工況模式,對實驗室排風(fēng)高效過濾器原位消毒及實驗室消毒時,滿足《病原微生物實驗室生物安全通用準則》WS233-2017等規(guī)范要求。

6、空調(diào)冷源的選擇:空調(diào)冷熱源獨立設(shè)置,采用風(fēng)冷熱泵冷熱水機組+風(fēng)冷熱泵主機系統(tǒng),機組互為備用,更好保證三級生物安全實驗室的安全運行。


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實驗室氣流組織分析

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三級生物安全實驗室要求采用恒溫恒濕、三級過濾凈化送風(fēng),上送上排,高效送風(fēng)口加裝生物安全型電動式密閥及生物安全型定風(fēng)量閥,排風(fēng)口采用風(fēng)口型掃描檢漏高效空氣過濾裝置加裝生物安全型電動式密閥及生物安全型變風(fēng)量閥;氣流方向由輔助工作區(qū)流向防護區(qū)符合定向氣流原則,減少房間內(nèi)的渦流和氣流死角;高效送風(fēng)口的布置遠離生物安全柜面或其他有氣溶膠產(chǎn)生點的上方或附近,避免破壞生物安全柜工作面的進風(fēng)氣流,或把帶有致病因子的氣溶膠吹散到其他地方而造成污染;高效排風(fēng)口設(shè)在室內(nèi)被污染風(fēng)險最高的區(qū)域(遠離房間門),滿足生物安全實驗室內(nèi)氣流由清潔空間流向污染空間。

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工藝通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)的控制

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1、排風(fēng)機控制系統(tǒng)

要求采用等靜壓變頻控制,根據(jù)壓差傳感器來的信號,通過內(nèi)部PID程序,改變輸出頻率,保持靜壓值恒定,緊急情況時切換到最大排風(fēng)狀態(tài),主用風(fēng)機故障時切換到備用風(fēng)機且保持運行平衡與穩(wěn)定,如切換不正常,先將自動送風(fēng)機關(guān)閉,待備用排風(fēng)機自動啟動后,再自動啟動送風(fēng)機,避免實驗室出現(xiàn)正壓;采用PLC程序控制器,與中央監(jiān)控通訊連接,實現(xiàn)遠程監(jiān)控等報警功能。

2、工藝空調(diào)機組系統(tǒng)自控

采用四管制恒溫恒濕控制,電動比例積分閥控制器將裝設(shè)在送風(fēng)管上的溫濕度傳感器所檢測的溫濕度信號與控制器設(shè)定的溫濕度值相比較,并根據(jù)PI運算的結(jié)果輸出相應(yīng)的信號,對電動比例積分閥及加溫器進行調(diào)節(jié)控制,使送風(fēng)溫濕度保持在設(shè)定值范圍;送風(fēng)機采用等靜壓變頻控制,根據(jù)壓差傳感器來的信號,通過內(nèi)部PID程序,改變輸出頻率,保持靜壓值恒定,緊急情況時切換到最大排風(fēng)狀態(tài),主用風(fēng)機故障時切換到備用風(fēng)機且保持運行平衡與穩(wěn)定,采用PLC程序控制器,與中央監(jiān)控通訊連接,實現(xiàn)遠程監(jiān)控等報警功能。

3、生物安全實驗室壓差控制:

設(shè)計采用房間壓差控制器,定送變排的余風(fēng)量控制方式,選用生物安全型控制閥,配置快速執(zhí)行器及多段位風(fēng)量控制,精準控制風(fēng)量,保障安全措施,室內(nèi)安裝壓差傳感器,中控室顯示壓力狀態(tài),核心工作間還要求顯示房間壓差,且在房間內(nèi)可視;當(dāng)壓差出異常時,中控室的設(shè)備管理人員能及時得到聲光報警重要信號。要求緊急情況時,通過中控實現(xiàn)對的送風(fēng)閥關(guān)閉及排風(fēng)閥完全打開,保證安全,采用PLC程序控制器,通用的Modbus或Bacnet通訊接口,與中央監(jiān)控通訊連接,實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

4、三級生物安全實驗室智能中控系統(tǒng)

實驗室自動化控制系統(tǒng)由計算機中央控制系統(tǒng)、通訊控制器和現(xiàn)場執(zhí)行控制器等組成,主要監(jiān)測各功能間空氣壓力、送排風(fēng)機工作狀態(tài)、UPS工作狀態(tài)、IVC工作狀態(tài)、送排風(fēng)機故障、市電故障、空調(diào)主機及水泵等進行監(jiān)控。具備自動控制和手動控制的功能,應(yīng)急手動有優(yōu)先控制權(quán),且具備硬件連鎖功能,中控上位機實現(xiàn)一鍵啟停,觸摸屏實現(xiàn)人機畫面,只監(jiān)不控;進入實驗室的門設(shè)置門禁系統(tǒng),保證只有獲得授權(quán)的人員才能進入實驗室,當(dāng)出現(xiàn)緊急情況時,所有門禁處于可開啟狀態(tài);關(guān)鍵區(qū)域設(shè)置攝像機,可實時監(jiān)控并記錄實驗室活動情況和實驗室周圍情況,監(jiān)視設(shè)備有足夠的分辨率和影像儲存容量;機組初、中效由壓差開關(guān)檢測過濾器前后端壓差,判斷過濾器是否堵塞;送排風(fēng)高效器由壓差傳感器傳輸數(shù)據(jù)實時監(jiān)測過濾器阻力變化情況,判斷過濾器是否更換并發(fā)出壓力報警提示;觸摸屏、中控室上位機可同步監(jiān)控、記錄、存儲實驗室內(nèi)溫度、濕度、壓力、壓力梯度、生物安全型變風(fēng)量閥、生物安全型電動密閉閥、高效過濾、凈化機組、排風(fēng)機組等有控制要求的參數(shù)及空調(diào)主機運行狀態(tài),電力供應(yīng)的當(dāng)前狀態(tài),設(shè)置歷史記錄檔案系統(tǒng),能監(jiān)控、記錄和存儲故障的現(xiàn)象、發(fā)生時間和持續(xù)時間,可以隨時查看歷史記錄;中央控制系統(tǒng)設(shè)置一般報警和緊急報警;一般報警包括過濾器阻力、溫濕度偏離正常值、風(fēng)機的正常切換等暫時不影響安全實驗活動可持續(xù)的報警;在實驗室的核心工作間內(nèi)設(shè)置緊急報警按鈕,系統(tǒng)緊急報警包括實驗室出現(xiàn)正壓、壓力梯度持續(xù)喪失(控制系統(tǒng)設(shè)置開門狀態(tài)延時功能,不予報警)風(fēng)機切換失敗、停電、火災(zāi)、安防等對安全有影響,向?qū)嶒炇覂?nèi)外人員同時顯示示報警和聲光報警,及時終止實驗活動;中控室可選擇關(guān)閉對房間的生物安全型密封閥及其它電動型密閉閥,滿足實驗室防護區(qū)域及與其相通的管道進行消毒滅菌的條件;聲光報警控制系統(tǒng)與安全防范系統(tǒng)、火災(zāi)報警系統(tǒng)及市電故障信號聯(lián)動;一旦發(fā)生報警,能及時有效地將此信息通知設(shè)備管理人員,及時采取措施;三級生物安全實驗室互鎖的門會影響工作人員的通過速度,一旦發(fā)生緊急報警,當(dāng)工作人員需要緊急撤離時,可通過中控系統(tǒng)解除所有門或指定門的互鎖,也可按互鎖門附近的緊急解鎖按鈕解除門鎖,使工作人員快速撤離;

5、三級生物安全實驗室中控系統(tǒng)軟件

軟件操作平臺成熟先進,采用冗余技術(shù),確保監(jiān)控主機出現(xiàn)故障時不影響控制器獨立完成監(jiān)控功能,在控制器外接電源斷電時,其相關(guān)的狀態(tài)資料也能送至監(jiān)控主機,所有受斷電影響的設(shè)備能自動復(fù)位,而不需重新設(shè)定。支持存儲各種2D和3D實時圖表,實時和歷史數(shù)據(jù)回放,多節(jié)點遠程數(shù)據(jù)采集,數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)、集成冗余、自主歸檔及備份,歷史數(shù)據(jù)至少保存2年以上,可將實時和歷史數(shù)據(jù)直接輸出至報表軟件,支持移動端設(shè)備包括Windows平板、手機等,提供系統(tǒng)安全級管理,系統(tǒng)管理員提供windows的用戶名和口令。

附中控室效果圖:

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三級生物安全實驗室電氣系統(tǒng)要求

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1、三級生物安全實驗室,設(shè)計采用一級負荷供電,同時設(shè)計了200KVA持續(xù)放電大于30min不間斷電源作為應(yīng)急UPS電源,滿足特別負荷的供電要求,實驗室特別重要負荷包括防護區(qū)的送風(fēng)機、排風(fēng)機、生物安全柜、動物隔離設(shè)備、照明系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及報警系統(tǒng)、培養(yǎng)箱、冰箱供電。

2、生物安全實驗室配置專用配電箱,動力配電箱設(shè)置于強電間,智能照明配電箱設(shè)置于中控室內(nèi),中控室內(nèi)設(shè)置手動照明開關(guān),生物安全實驗室內(nèi)設(shè)置鋁合金插座線槽,重要設(shè)備(包括但不限于送排風(fēng)系統(tǒng)、IVC籠具、控制系統(tǒng)、生物安全柜、門禁系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、中控室電腦等)單獨回路配電,且設(shè)置漏電保護裝置,配電管線要求采用金屬管敷設(shè),穿過墻和樓板的電線加套管或采用電纜穿墻密封裝置,套管內(nèi)填充不收縮、不燃材料密封,實現(xiàn)物理隔離。

3、三級生物安全實驗室內(nèi)照明燈具要求采用吸頂式生物安全型密閉潔凈燈,并具有防水、耐消毒功能,采用智能照明,工作照明與UV照明互鎖,室內(nèi)不設(shè)置照明類開關(guān);

4、三級生物安全實驗室內(nèi)(主實驗室及二緩、內(nèi)走廊、洗消間安全門)及外走廊設(shè)置相應(yīng)不少于30min的應(yīng)急照明及消防疏散指示燈,設(shè)置火災(zāi)自動報警系統(tǒng)及消防廣播系統(tǒng),相關(guān)信號與三級生物安全實驗室的聲光報警系統(tǒng)聯(lián)動,并傳輸?shù)较拦芾碇行摹?

5、三級生物安全實驗室與走廊之間設(shè)置門禁系統(tǒng),實驗室入口及主實驗室緩沖間入口配置帶文字顯示裝置,保證只有獲得授權(quán)的人員才能進入實驗室并能記錄人員出入信息,緊急情況下所有門禁能自動打開。

6、一更、二更、一緩的門電子互鎖,二緩與主實驗室門電子互鎖,電子互鎖的門附近均設(shè)置緊急手動解除互鎖開關(guān),且可以通過中控室解除所有門或指定門的互鎖。

7、UPS不間斷電源主要用于特別重要負荷包括防護區(qū)的送風(fēng)機、排風(fēng)機、生物安全柜、動物隔離設(shè)備、照明系統(tǒng)、自控系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)及報警系統(tǒng)、培養(yǎng)箱、冰箱等供電;功率200KVA,持續(xù)放電大于30min,具備遠程控制與監(jiān)控輸入電壓、輸出電壓、輸出電流、輸出頻率、充電電流、標示蓄電池電壓、標示蓄電池溫度。

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三級生物安全實驗室實驗給排水——廢水滅活消毒系統(tǒng)

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三級生物安全實驗室的給水管道在進入三級生物安全實驗室防護區(qū)前設(shè)置倒流防止器及檢修閥門和止回閥,并涂上醒目的顏色,所有給排水管要求采用套管安裝,套管內(nèi)填充不收縮、不燃材料密封,實現(xiàn)物理隔離,給排水管均要求采用316L不銹鋼材質(zhì),焊接連接,與三級生物安全實驗室防護區(qū)域無關(guān)的管道不穿越實驗室防護區(qū)域,排水管道獨立排放,采用生物安全密閉型地漏,水封深度充分滿足室內(nèi)空氣壓力要求,三級生物安全實驗室的排水通氣口單獨設(shè)置,配置高效過濾器。

三級生物安全實驗室內(nèi)盡可能不要設(shè)置給排水及地漏,特別是地漏會引起氣流倒灌(核心工作間負壓可達到60Pa)引起污染,三級生物安全實驗室產(chǎn)生的廢水須設(shè)置獨立的廢水管網(wǎng),不能隨意排放,先排到廢水消毒間的廢水滅活設(shè)備內(nèi),經(jīng)高溫滅活消毒處理后再統(tǒng)一排放到處理池,廢水滅活設(shè)備自帶廢水取樣檢測口;廢水消毒間須安裝強制排風(fēng)口,對廢水滅活設(shè)備間進行散熱換氣,排風(fēng)窗的風(fēng)管要求耐溫、耐腐蝕,獨立設(shè)置,滅活消毒處理流程如下:高壓蒸汽→污染區(qū)廢水→集水滅菌罐(生物安全型)→污水管道。

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三級生物安全實驗室系統(tǒng)驗收保證措施

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目前參與三級生物安全實驗室驗收專業(yè)驗收認證的主要單位有“國家衛(wèi)生部、國家實驗室認可委員會等相關(guān)業(yè)務(wù)單位”,根據(jù)《病原微生物實驗室生物安全管理條例》規(guī)定,三級生物安全實驗室應(yīng)“符合國家生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范”并要求通過實驗室國家認可。三級生物安全實驗室從事高致病性病原微生物實驗活動,工程驗收涉及的內(nèi)容廣泛,檢測的內(nèi)容主要包括實驗室圍護的嚴密程度、高效過濾器檢漏、靜壓差、空氣氣流流向、送風(fēng)量、潔凈度級別、噪聲和溫濕度等多個方面,檢測涉及到照度及BA系統(tǒng)、自控和故障報警系統(tǒng)的可靠性,此外還包括工程前期、施工過程中的相關(guān)文件和過程的審核驗收,經(jīng)過由國家授權(quán)的檢測機構(gòu)進行工程檢測和綜合性能評定,應(yīng)由驗收小組得出工程驗收的結(jié)論,驗收小組的組成應(yīng)包括涉及生物安全實驗室建設(shè)的各個技術(shù)專業(yè)。具體主要檢測驗收內(nèi)容如下:

1、生物安全實驗室在投入使用之前,必須進行綜合性能全面檢測和評定,由建設(shè)方組織委托,施工方配合。檢測前,施工方提供合格的竣工調(diào)試報告。

2、在《潔凈室及相關(guān)受控環(huán)境》ISO 14644 中, 對于 7 級、8 級潔凈室的潔凈度、風(fēng)量、壓差的最長檢測時間間隔為12個月,對于生物安全實驗室,除日常檢測外,每年至少進行一次各項綜合性能的全面檢測是有必要的。另外,更換了送風(fēng)、排風(fēng)高效過濾器后,由于系統(tǒng)阻力的變化,會對房間風(fēng)量、壓差產(chǎn)生影響,必須重新進行調(diào)整,經(jīng)檢測確認符合要求后,方可使用。

3、生物安全柜、動物隔離設(shè)備、IVC等設(shè)備是保證生物安全的一級屏障,因此十分關(guān)鍵,其安全作用高于生物安全實驗室建筑的二級屏障,生物安全柜、動物隔離設(shè)備等的現(xiàn)場檢測滿足《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》GB50346-2011第10.2.3條要求;另外其運行狀態(tài)也會影響實驗室通風(fēng)系統(tǒng),因此首先確認其運行狀態(tài)符合要求后,再進行實驗室系統(tǒng)的檢測。

4、在管道安裝前對全部送風(fēng)、排風(fēng)管道的嚴密性進行檢測確認,并要求有監(jiān)理單位或建設(shè)單位簽署的管道嚴密性自檢報告,尤其是三級生物安全實驗室的送風(fēng)、排風(fēng)系統(tǒng)密閉閥與生物安全實驗室防護區(qū)相通的送風(fēng)、排風(fēng)管道的嚴密性。

5、三級生物安全實驗室工程靜態(tài)檢測的按《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》GB50346-2011第10.1.5條要求;

6、圍護結(jié)構(gòu)的嚴密性檢測方法按《潔凈室施工及驗收規(guī)范》GB50591和《實驗室生物安全通用要求》GB19486的有關(guān)規(guī)定進行,圍護結(jié)構(gòu)的嚴密性符合《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》GB50346 -2011第3.3.2條的要求;

7、排風(fēng)高效過濾器檢漏的檢測滿足《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》GB50346 -2011第10.1.7條的要求;嚴密性符合《實驗室 生物安全通用要求》GB19486的有關(guān)規(guī)定,并采用壓力衰減法進行檢測;

8、氣流方向檢測時主要是注意生物安全實驗室的整體布局、生物安全柜及風(fēng)口位置等是否符合規(guī)律,關(guān)鍵位置,如生物安全柜窗口等處,有無干擾氣流等。

9、三級生物安全實驗室的靜壓差、送風(fēng)量、潔凈度等級、溫度、相對濕度、噪聲等室內(nèi)環(huán)境參數(shù)的檢測方法和要求按照《潔凈室施工及驗收規(guī)范》GB50591的有關(guān)規(guī)定。

10、傳遞窗、雙菲高壓滅菌器。成品淋浴房等設(shè)施與實驗室圍護結(jié)構(gòu)連接時,保證箱體的嚴密性;與輕體墻體連接時,在連接部位采取加固措施;

11、檢測工作區(qū)潔凈度時,對于開敞式的生物安全柜或動物隔離設(shè)備等,靠近窗口的測點不宜太向外,以避免吸入氣流對潔凈度檢測的影響,對于封閉式的設(shè)備,將檢驗儀器置于被測設(shè)備內(nèi),將檢測儀器設(shè)為自動狀態(tài),封閉設(shè)備后,進行檢測。

12、部分生物安全柜和動物隔離設(shè)備已經(jīng)預(yù)留了發(fā)塵和檢測位置,對于沒有預(yù)留位置的生物安全柜和動物隔離設(shè)備,可在操作區(qū)發(fā)人工塵,在排風(fēng)過濾器出風(fēng)面檢漏,或在排風(fēng)管開孔進行檢漏。

13、檢測時將風(fēng)速儀置于生物安全柜或動物隔離設(shè)備內(nèi), 重新封閉生物安全柜或動物隔離設(shè)備,利用操作手套進行檢測。

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結(jié)束語

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 目前新型冠狀病毒存在氣溶膠傳播可能,我國P3實驗室對控制氣溶膠傳播做了很多有效控制措施并具有很多寶貴運行管理經(jīng)驗,包括對空氣中塵埃粒子的控制,對排風(fēng)過濾器要求帶原位消毒功能,送排風(fēng)過濾器不低于H14等級、排風(fēng)氣流組織要求上送上排、核心實驗間負壓要求-40Pa以上,廢水滅活、過氧化氫消毒、精準穩(wěn)定的監(jiān)控系統(tǒng)等等,都為了消除空氣中病毒,防止病毒隨著氣溶膠通過排風(fēng)交叉污染進入新風(fēng)系統(tǒng)引起傳播,目前我們所建的臨時醫(yī)院,包括改造的負壓隔離病房,時間倉促,設(shè)施簡陋,系統(tǒng)不完善,存在交叉污染可能性較大,亡羊補牢,未為晚也,需要盡快彌補缺失,完善環(huán)境設(shè)施及控制管理系統(tǒng),充分保證人民生命健康及國家安全。

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泛美實驗案例展示

廣東省疾病預(yù)防控中心



廣州市疾病預(yù)防控中心



中山大學(xué)中山眼科中心


中山大學(xué)附屬腫瘤醫(yī)院中心知識城科研實驗



西安交通大學(xué)科研實驗室



濟南市公安局刑偵實驗室



廣東省食品藥品檢驗所



深圳市藥品檢驗院



海南醫(yī)學(xué)院

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2003年的SARS疫情已經(jīng)過去整整17年,之后的十幾年中,我們又經(jīng)歷了禽流感、甲型H1N1、直到今天的新型冠狀病毒。在這些病毒的危害下,生物安全的建設(shè)如此之重要,高等級的生物安全實驗室為我的寶貴的實驗人員、白衣天使提供最有效的保護措施。災(zāi)難面前,泛美人希望用我們之所學(xué)、經(jīng)驗為疫情防控工作貢獻一分力量。我們希望在黨和中央的領(lǐng)導(dǎo)下打贏這場沒有硝煙的戰(zhàn)爭,我們?nèi)绱藷崆械仄谂沃?,這一天早日到來!

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