浅谈实验室室内工艺设计——以复星医药全球研发苏州中心为例

陈莉莉

上海安涤实验室系统工程有限公司   上海20220408

【摘要】随着现代科学技术的飞速发展，国家从传统的生产制造向科技生产力转变，科学研究也越来越多，从而，实验室的建设也就越来越多。实验室的建设项目中，实验室室内工艺设计就尤为重要。实验室与工业厂房、商业办公楼不同，其功能区域明显，而且对流线还有要求，尤其是医药行业的实验室。本文以复星医药全球研发苏州中心项目为例，结合项目用户需求说明书及建筑本身的结构特点，对工艺平面设计进行分析，并阐述工艺对各个专业设计的重要性。

【关键字】实验室；室内设计；工艺平面设计

【引言】实验室是个特殊的工作场所，不同于商业办公，不同于工业厂房。现行只有《科研建筑设计标准》的行业标准，但是对实验室内工艺设计也没有涉及。在设计院的专业划分里，实验室的工艺平面设计也比较模糊，建筑专业不管，工艺专业也不问。由于本人在实验室系统工程单位工作，主要就是从事实验室室内平面设计。这次有幸参与了复星医药全球研发苏州中心的工艺平面设计，现就对本项目的室内工艺设计进行分析，并阐述工艺对各个专业设计的重要性。

一、实验室室内工艺设计前期

不同行业的实验室，工艺设计完全不同。不同类型的实验室，工艺设计都有各自的特点。如何设计出既符合行业标准又符合用户需求的实验室？当我们接到设计任务时，首先要对项目背景做调查，对所要设计的实验室进行行业划分，对所要设计的实验室的类型进行判断。其次要分析用户需求，结合建筑本身的情况，进行流线设计、区域划分，从而进行平面设计。

1. 项目背景

本次设计项目的业主复星医药是一家在全球生命科学领域领先的企业。复星医药的业务已覆盖并延申到下列领域：医疗药品生产、生命科学与医药研发、医疗器 械与诊断、医药医疗物流配送与零售、医疗健康服务。复星为了进一步提升研发效率和技术能力，增设了全球仿创药-CMC苏州研发中心，助力于新药研发和仿制药的产品落地和业务发展。CMC 苏州研发中心重点开发以高端和特色剂型为主的仿制药，包括前期API 小试研究、API 工艺放大、制剂的处方前研究和处方工艺开发与技术转移；承接集团创新药早期临床研究用样品的生产，临床研究阶段的工艺放大、质控优化及工艺确证，III 期临床样品生产前的技术转移等。另外，从CMC角度对新产品的引进以及新药发现部门新项目的成药性进行评价，为公司制定产品策略提供依据；为已上市产品的工艺优化、产量提升、成本控制等提供专业指导。

即使同一家企业，不同领域的实验室设计工艺要求都不一样。根据本项目的背景，判断实验室的类型是集研发、QC、小试于一体。故而在工艺布局上，既要考虑各个功能区的布局，又要考虑资源的整合。

2. 项目信息

项目背景了解清楚后，需要对项目的所在建筑信息进行了解，包括建筑面积、层高、地理位置等。本项目是由厂区内的一栋青霉素粉针车间进行改建，该建筑单体的位置以及厂区相关设施的配置如规划总图（见图1）。

图1  规划总图

建筑信息如下表：

1.0	建筑占地面积：3143 m2
2.0	建筑楼层：2 层
3.0	总建筑面积：6286 m2
4.0	建筑层高：一/二层 6m
5.0	工业建筑，火灾危险等级丙类
6.0	结构荷载：车间楼面3KN/m2,屋面（不上人）0.5KN/m2，外包间与空调机房：5KN/m2
7.0	抗震烈度：6；

根据原有建筑图纸及现场勘查，本建筑的西侧道路为厂区物流通道，西侧为后期预留的空地，南侧、北侧分别临近其他的生产车间，东侧为冷库、阴凉库及动力中心，东侧道路上有遮雨棚。本建筑的出入口比较多，对于后期的流线设计比较方便。现场勘查截取多个角度的图片，如东南角（见图2）、西侧（见图3）、西北侧（见图4）、东北侧（见图5）、南侧（见图6）以及屋顶（见图7）。

 

图2 东南侧                               图3 西侧

 

图4 西北侧                              图5 东北侧

 

图6 南侧                                图7 屋顶

3. 用户需求

在尽量不改动建筑结构的基础上，满足研发实验室用户、公共区域（办公、行政、休闲、会议等）的需求，综合规划设计建筑内部空间的功能布局。结合已有建筑物的楼梯间、电梯，综合规划设计建筑内部空间的合理人流、物流组织、消防逃生路径。

分析实验中心的需求：满足至少研发人员工位80-100人，分析实验区面积约1350 m2，另外，分析实验中心还提供了功能间及所需的主要实验仪器设备表。

制剂中心的需求：满足至少研发人员工位35人，制剂实验区面积约1100 m2，另外，制剂中心还提供了功能间及所需的主要实验仪器设备表。同时要求固体和液体（注射剂）制剂研发区域相对独立布置，但2个区域通过走廊互通，可以共享更衣区，其他实验区域独立设置，总面积约850平方米。抗肿瘤制剂研发实验区位于本楼内的一个独立区域，面积约250平方米，具体独立的人流和物流。

合成实验中心的需求：满足至少研发人员工位40人，分析实验区面积约820 m2，另外，合成实验中心还提供了功能间及所需的主要实验仪器设备表。

公共区域的需求：要求设计前台接待区与企业展厅，活动室面积约30 m2，档案间面积约100 m2，开放办公室满足员工工位不少于80~100 人，数据服务器机房面积约48 m2，满足30员工位的会议室一间，中间暂存间85 m2。

实验室辅助区域的需求：危险化学品的储存、气瓶间、废弃物的暂存、耗材品的暂存、样品的存储等。

4. 流线分析

实验室工艺流线设计是实验室室内工艺平面设计的基础，所有功能区域的设计都需要顺着流线。实验室流线设计主要为人流流线设计、物流流线设计、样品流线设计、污物流线设计。

根据对用户需求的分析，本项目里涉及到气瓶间、危险化学品的储存、加氢实验、制剂区域的防爆实验，这些功能房间的危险性都比较高，而且需要泄爆面，这些对建筑法规及消防法规都是一种挑战。这些功能房间的位置的确定，对我们的流线制定以及整个工艺平面都有很大的影响。所以，首先需要确定这些功能房间在建筑里的区域。

根据现场的勘查及本建筑图纸的分析，确定这些功能房间设置在建筑的西侧。首先，本建筑的南北侧为其他生产车间，东侧有临时建筑，西侧为后期预留的空地，从建筑的地理位置及泄爆的要求上来看，只有西侧可以满足。其次，西侧是物流通道，后期气体钢瓶、化学品的装卸都比较方便。最后，西侧外墙上原本就有个物流的卷帘，正好改建为气瓶间的入口。

从本建筑在整个厂区的位置来看，东侧作为人员的主入口比较合适，也正好与西侧的防爆区相错开。再根据电梯的位置来确定物流流线、污物流线及样品流线（见图8）。

人流流线            物流流线           样品流线           污物流线

图8 流线图

5. 区域划分

实验室工艺流线确定后，开始功能区域的划分。根据人流的主入口位置，确定前台及展厅的位置。原本建筑的公共基础配套用房一般保持位置不变，如：冷水机房、变电所，这类公共基础配套用房非必要不移位。

1楼的西侧偏北位置布置了气瓶间，将危险废弃物的暂存也布置在旁边，共用防爆隔墙。加氢实验需要用到氢气，与气瓶间的位置要越近越好，故而布置在西侧气瓶间的楼上位置。加氢实验属于合成实验中心，同时考虑合成的排风设备比较多，设置在2楼对后期风管的布置也比较方便。原先2楼南侧为新风机房，这部分区域结构做过加固。这块区域保持原先的功能不变，继续作为新风机房。这样制剂中心就考虑设计在2楼，一是通风就近，二是还可以利用西侧作为泄爆面。整个分析实验中心就设计在1楼，同时也解决了稳定性实验室荷载的问题，剩余的面积设置实验室所需的辅助用房，如：纯化水制备、样品的存储等。

每个实验中心的人员办公都设计在各自的实验室周边，缩短实验室与办公室之间的路径，提高效率。公共区域对称重有要求的档案室、数据机房都考虑布置在1楼，公共区域的办公位置待实验室区域布置好之后，看空间再进行调配。

另外，1楼的人员主入口位置确认，但是入口处有个卫生间，这个对整体布局及后面的管理都不太方便，而且对大厅和展厅的布局都有影响。同时，建筑平面图上东侧的电梯取消了，所以，考虑将卫生间调换位置至原先电梯的位置，靠近上下楼梯。

二、实验室室内工艺设计中期

实验室工艺流线和区域划分设计好后，就开始实验室室内的详细设计了。对各个实验中心的具体要求进行梳理及整理，根据各个实验中心的工艺流程，梳理各个功能间的顺序及位置划分。根据建筑柱距及建筑外墙的情况，划分实验室内主通道。将设备按照1:1的模块填入，有效的规划功能间的尺寸。工艺设计中期的时间要充足，设计期间要吸收用户需求或是实验习惯的改动，还要根据各个专业规范进行调整。

整个建筑东西向1-10轴，总长63.5米，柱距7米。南北向A-H轴，总长49.5米，柱距7米。1层南侧为冷水机房、变电所，房间的门均对外开，室内无开门。西侧有原先的纯水机房，同时设计气瓶间，原先建筑门洞多，外窗少。北侧与东侧外墙每个柱距间均有外窗。2层南侧靠近外墙有原先的空调机房和配电房。从整个建筑的情况来看，办公位会选择北侧或东侧，将公共辅助用房或是人员少去的区域，设计在南侧或是西侧。

1. 分析实验中心

根据建筑的信息，结合流线分析，先框出1楼的主通道，一般方形的建筑，主通道会设计为“回”字形。先从人流流线来分析，人员从东侧进入，门厅后侧设计展厅兼会议，东侧设计通道，分别通向分析中心的办公区及实验室的主入口。南侧通道，东起展厅西至西出口，中间设计门禁，分隔公共区域与实验区域。

根据样品的流程，主要功能区有样品的收发、暂存、留样以及对照品、参比试剂的存储，样品的称量、制备，理化分析、仪器分析、溶出实验、稳定性实验，最后的数据处理。分析实验中心配套辅助房间有试剂、耗材的存储、清洗间、固废/液废暂存间等。

实验室具有较强的参观性，是业主对外充分展示实力和能力的地方。分析中心对外最有力的展示就是仪器分析区域，所以，再展厅对面就设计为仪器区，设计参观可视窗。

根据以上几点的综合考虑，结合分析实验中心的工艺流程（见图9），开始实验室内部核心区域的布置。

图9 分析实验中心工艺流程图

分析中心的样品分为GMP和R&D，样品的存储、留样存储以及样品制备及分析都要分开，主要是避免样品之间的交叉污染，影响各自的检测结果。样品通过传递窗传入收发室，送样品的人员原路返回，不允许进入实验室。样品进入样品室登记后，再进入天平室称量，GMP的样品称量需要单独一个天平室，用来称量肿瘤药物，这个需要进入天平室之前设计缓冲间，一是避免气流对天平造成影响，而是避免称量的样品是气流外溢，造成对外界环境的污染。

样品制备室采取开放式设计，由中心往四周发散的方式，与理化分析、溶出、仪器分析相接，缩短路径，提交效率。制备区的通风柜、冰箱使用频率较高的设备，设计在中心位置。设计玻璃器皿储存柜，用于存储干净的玻璃器皿，减少去清洁间领取的次数。前处理配套的高温室临近设置，设计安全设备-紧急冲淋及洗眼器，安全半径小于15米。

仪器室采取人机分离的方式，通过网络将仪器是数据传输到电脑操作间，这种设计方式，一是节省空间，二是隔绝仪器设备的噪音及气味环境。气相质谱与液相质谱分别单独设计房间，质谱仪器对环境的要求更高，而且质谱仪器发热量比较大。设计质谱仪器专用的实验台，隔绝噪音的同时设计排风，解决散热问题。

稳定性实验室设计在楼层的西北角落，稳定性实验操作少，设计再较偏的位置。另外设计清洗间，用于浸泡、清洗、烘干玻璃器皿，分别设计未清洗、清洁的暂存区，设计洗衣房，用于清洗本中心的工作服。清洗间附近设计废弃物暂存间，分为固体与液体，临近污物通道，与气瓶间共用防爆实墙。

中间核心区域对外界的通道上设计门扇，对外主通道上设计门禁，符合实验室的安全管理。办公室至实验室设计更衣间，所以进入实验室区域的人员，均需要更换实验服。

2. 合成实验中心

人员通过东侧的楼梯上至2楼，根据前面区域划分分析，2楼北侧设计为合成实验室。合成的办公室设计再东侧楼梯及北侧靠窗处。西侧靠外墙处设计为加氢反应室，设计防爆门斗，单独设计操作间。临近设计危废暂存间，其中废液暂存间设计防爆门斗。相邻设计试剂暂存间，同样设计防爆门斗，满足危险化学品的存储。合成实验的物品及污物通过西侧的电梯垂直运输。

合成实验的工艺流程简单（见图10），基本在单个实验间内完成。

图10 合成实验工艺流程图

合成实验室的设计基本是两侧通风柜、中央实验台的布局。合成室内设计称量区、高温烘干区、试剂存储区、垃圾桶，设计安全设置-紧急冲淋及洗眼器，设计消防沙箱。也有合成室除了主要操作区，设计统一的称量室与烘箱室，主要取决于客户的实验样品的性质。

合成实验室设计最难的部分是气流控制、气味控制。很多人说合成实验室设计为负压，气流就不会外溢，其实不然。人员的进出、物品的进出都会带出实验室内的气味。本项目采用分流设计，北侧为办公室，进入合成实验室前设计缓冲间，一是避免合成区域的气流直接进入办公区，二是在缓冲区域内设计更衣区，这样实验服就不会进入办公区，不会带出合成室内的气味。在合成实验室的南侧设计物流通道，物品和实验产生的污物都通过合成室南侧的物流门离开。此设计有效的解决了长期困扰业主气味的问题，当然这样的设计，也要建筑本身有这样的空间条件才行。

3. 制剂中心

制剂中心分为固体制剂、液体制剂，固体制剂分为普通药物和抗肿瘤药物。抗肿瘤制剂需要独立的区域，独立的人流与物流。西侧设计为固体制剂，满足防爆区的泄爆要求。制剂的物流通过西南侧的电梯，普通药物的污物与合同的污物共用一个物流通道。实验室与办公室的通道上设计门扇及门禁，满足实验室内部的安全管理。

固体制剂（见图11）和液体制剂（见图12）的工艺流程比较复杂，每个功能间面积小，但是基本上按照流程步骤布置房间，没有交叉进行的。在设计的时候，能合并为大房间的尽量合并，提升房间的利用率。普通固体药物制剂与液体制剂公共更衣区、物流中转区、稳定性实验区，满足要求的基础上节省空间。物流进入前设计缓冲区，清洁外包装，每个制剂区的污物设计单独的缓冲间，保证核心区域的洁净环境。肿瘤制剂设计独立的退更间，避免交叉污染。

  

图11 固体制剂的工艺流程图                   图12 固体制剂的工艺流程图

三、实验室室内工艺设计后期

实验室室内工艺设计中期主要是工艺平面的设计、调整、确认。工艺平面确认后，开始进行设计后期的机电提资、编制设备清单。有的室内工艺设计师不出机电提资图，只编制设备清单，后期施工图阶段让各个专业设计师对着表格找信息。但是，我认为机电提资图更清晰明了的体现点位需求，不仅方便业主确认，还方便施工图阶段各个专业设计师查找信息。

1. 机电提资

机电提资是室内工艺设计后期最重要的工作，也整个项目后期施工设计的前提。机电提资按照专业分强弱电、给排水、工艺气体、暖通。

强电提资：标识落地设备的用电信息，如：电压、电流、功率、插座类型、插座高度、插座数量。标识实验台的用电信息，如：用电功率、插座数量、插座高度、下线位置。实验台的配电，一般在实验台上安装小型配电箱，上端一根电缆线接入，小型配电箱内配漏电保护及空气开关，实验台上单个回路的插座数量一般6个左右。

弱电提资：标识仪器设备或实验台上的网络/电话的点位及下线位置，标识门禁、CCTV的位置、标识无线AP需求的位置等。

给排水：标记用水点位、管线下线点位、标明用水水质要求、标记排水点位。实验室末端水龙头的给水管一般采用DN20的管径，紧急冲淋采用DN32的管径，水槽排水管采用DN50的管径。

工艺气体：标识用气点位、气体种类、纯度、压力或流量要求。实验室的气体分为机器制备气体、气体钢瓶、大型液体气体储罐汽化气。分析仪器的气体纯度一般为5.0（即99.999%），采用SS316L BA级气管。前处理或是操作使用气体一般可以用纯度2.0（即99%），若用纯度5.0的气体，建议与分析用气分开供应。

暖通：标识排风点位、接管管径、设备排风量、压损等信息，标识特殊房间的温湿度要求、压差要求，标识特殊设备的排风风速要求。实验室里排风设备的排风里及接管管径：通风柜一般按照面风速0.5m/s来计算风量，接管管径250mm。万向排风罩排风量150m3/h接管管径110mm、试剂柜排风量100 m3/h接管管径100mm、烘箱排风罩风量500 m3/h接管管径160mm。

另外，对建筑专业，提资信息如：实验室窗户位置/高度、门扇高度/宽度、电梯开门宽度/高度/吨位。对结构专业，提供设备重量、占地尺寸，以便结构复核建筑荷载。

2. 编制设备清单

编制仪器设备清单，按照各个实验中心制定单独的表格。每台仪器编制编号，注明所在房间名称，填写仪器尺寸、重量、用电信息、给排水信息、用气信息、排风要求、房间温湿度/压差要求等。仪器编号对应标识在平面图上，以便后期信息核实。

编制实验室家具清单，注明每个房间内的实验室家具的名称、尺寸、插座数量、水槽水龙头要求及数量、气体阀门类型/压力/纯度等要求。此清单后期业主可用作于项目招投标的清单。

四、结束语

实验室室内工艺设计，在整个项目过程里，又称之为概念设计，是实验室建造的基础设计。在时间上、空间上要满足业主的需求，还要兼顾人文与科学。在设计理念上，要更好的融合开放与封闭设计，更要把握灵活与固定的尺度。要遵从行业与各个专业的规范和标准，还要兼顾职业卫生与安全的要求。所以，实验室室内工艺设计，是个综合性特别强的设计，不仅需要多方面的专业知识，还需要丰富的经验，才能将整个设计项目的基础搭建牢固。

参考文献：

[1] [美]克莱尔·库珀·马库斯、卡罗琳·弗朗西斯编著，俞孔坚、孙鹏、王志芳等译 · 人性场所——城市开放空间设计导则[M] · 中国建筑工业出版社，2001，

[2]《科研建筑设计标准》（JGJ91-2019）

[3]《微生物和生物医学实验室生物安全通用准则》（WS233-2002）

[4]王逸.公共建筑室内空间设计及发展趋势探析[J].智能建筑与智慧城市，2020（04），58：63.

作者简介：姓名 ：陈莉莉
性别 ：女
出生年月：1981年9月26日
籍贯（精确到市）：江苏省南通市如东县
学历：本科/学士学位
职称：中级
研究方向：实验室室内设计
单位：上海安涤实验室系统工程有限公司
单位邮编 ：201199