赵 明，张宗兴，牛 福，任旭东，吴金辉，衣 颖，郝丽梅，林 松，祁建城

微生物检验车的研制

赵 明，张宗兴，牛 福，任旭东，吴金辉，衣 颖，郝丽梅，林 松，祁建城

目的：研制一台主要开展病原体快速筛查检测工作的微生物检验车。方法：采用陕汽2190汽车底盘进行设计，将车厢划分为BSL-2+实验间、缓冲间、送风空气处理设备间和排风净化设备间4个区域，进行紧凑合理科学的设备空间布局设置，满足移动实验室作业条件需求。采用全新风组合式空调处理系统以及上送下排、边侧送风、对侧排风的气流组织形式，形成由洁净区向污染区的定向气流，对实验室空气进行净化处理。结果：该检验车经试验测试，各项指标均达到设计要求。结论：微生物检验车可实现车厢内部的负压隔离，能够对周围环境形成有效防护和保证实验因子不受外界污染，为新发突发传染病防控提供快速、机动、安全、高效的检验平台。

生物安全实验室；检验；负压；净化

0 引言

随着生命科学和生物技术的发展，实验室生物安全日益受到人们的关注，特别是相继爆发的SARS和高致病性禽流感疫情，以及全球流行的H1N1甲型流感疫情，给全世界实验室的生物安全敲响了警钟，引起各国广泛关注和重视。生物安全实验室（bios-afety laboratory）在应对公共卫生事件、新发传染病、动物疫病和生物恐怖袭击事件等方面起到重要的支撑平台作用。

生物安全实验室是指通过规范的实验室设计建造、实验设备的配置、个人防护装备的使用，严格遵从标准化的工作操作程序和管理规程等，确保操作生物危险因子的工作人员不受实验对象的伤害，确保周围环境不受其污染，确保实验因子保持原有本性的实验室。生物安全实验室在20世纪50～60年代首先出现在美国，主要是针对实验室意外事故感染所采取的对策。随后在一些发达国家，例如英国、前苏联、加拿大、法国、日本等也相继建造了不同级别的生物安全实验室[1-4]。

微生物检验车是在建筑式生物安全实验室技术基础上，以变换地点使用为目的，具备可移动功能，展开运行后能够达到生物安全防护要求的检验车辆，具有机动灵活、反应迅速、安全可靠等特点，可迅速到达现场快速开展卫生检验检疫工作，是保障科研人员生命安全、保障周围环境不受污染的重要装备，为现场疾病预防控制工作提供重要的技术支撑[5]。

本文以微生物检验车作为研究目标，针对西藏地区气候条件恶劣、道路情况复杂等特点，进行微生物检验车设计，并在西藏疾病预防控制中心微生物检验车实例中进行了工程实施，为今后车辆类实验室的建设提供良好的技术借鉴。

1 目的

研制一台微生物检验车，作为传染病防控检测工作平台，具备较强的机动性，适用于快速反应行

动，可公路、铁路、轮船运输，在处理新发突发传染病事件时可快速抵达疫区现场，主要开展病原体快速筛查检测工作，可实现车厢内部的负压隔离，能够对周围环境形成有效防护和保证实验因子不受外界污染，为新发突发传染病防控提供快速、机动、安全、高效的检验平台。

2 方案设计

2.1 型式设计

选用陕汽2190二类底盘进行设计，如图1所示。该车辆为军用越野底盘，具备较好的越野能力和机动能力。

图1 整体式车厢运载示意图

不改变原底盘的技术性能，将SX2190BQ汽车底盘加装副车架，保持原车驾驶室不变，在底盘驾驶室后端及底盘主梁最后端安装4个千斤顶，用于开展实验工作时调节平衡以及长期驻车贮存时辅助支撑，以减轻钢板弹簧压力，延长底盘使用寿命[6]。

2.2 车厢设计

微生物检验车厢是由带金属骨架的硬质聚氨酯泡沫夹心板拼接而成的厢式工作间，具有一定的刚度、强度，适于公路运输和铁路运输。为保证车辆具备良好的运输性能，兼顾车厢内部设备安装对车厢高度的要求，同时考虑实验人员作业的舒适性，车厢外形尺寸为6 000 mm（长）×2 400 mm（宽）×2 000 mm（高），采用厚度为52 mm的铝蒙皮聚氨酯大板制作。整车外形尺寸为8 950 mm（长）×2 460 mm（宽）× 3 348 mm（高），车厢后部设置攀爬梯及抽拉式蹬车梯。

2.3 实验室分区设计

微生物检验车划分为BSL-2+实验间、缓冲间、送风空气处理设备间和排风净化设备间4个区域，采用密封隔板分隔，如图2所示。

实验间是系统的实验工作区，是实验室的核心区域，用于主要设备（生物安全柜、灭菌器和培养、检验设备等）的安放，是开展微生物检验工作的场所。缓冲间是实验室的入口，人员可进行实验准备工作，检测人员在此区域可进行防护服更换[7]，同时也是整套实验室系统的中控系统操作区域。其内部设置储物柜以及控制系统。

送风空气处理设备间用于安装及控制对送入实验间和缓冲间的空气进行处理的设备，主要包括初中效过滤器、空调机组、送风机、生物安全净化箱、生物密闭阀和调节阀等设备。排风净化设备间用于对BSL-2+实验间排出的空气进行净化处理，防止未经处理的空气排除车外，对外部环境形成污染[8]，主要包括生物安全高效空气过滤装置、生物密闭阀、风量调节阀和排风机等。

微生物检验车共设置2道门，一个设置在舱体入口处，另一个设置在缓冲间与实验间之间。这2道门通过控制系统实现互锁，2扇门不能同时打开，保证实验间对负压及空气洁净度的要求[9]。

2.4 车厢内部布局

实验间左右侧布置工作台，中间为人员通道。端部设置生物安全柜，如图3所示。

右侧设置工作台，工作台一侧设置洗手装置，台上固定相应仪器设备，台下设置储物柜，如图4所示。左侧设置工作台，台上设置固定相应仪器设备，台下设置储物柜，如图5所示。

2.5 通风空调系统设计

通风空调是保证实验室安全运行达到生物安全防护要求的关键。微生物检验车是负压型BSL-2实验室，其生物安全防护系统接近于BSL-3级实验室中对通风空调系统的技术要求，因此，微生物检验车通风流程及控制等有关生物安全防护要求参照GB 50346—2011《生物安全实验室建筑技术规范》中的有关BSL-3实验室要求的强制性条文规定要求。

图2 移动式BSL-2+实验室功能间设置与平面布局图

图3 实验室平面布局示意图

图4 实验室右侧布局示意图

图5 实验室左侧布局示意图

2.5.1 空调系统设计

微生物检验车空调系统应能适应西藏地区的气候环境，并保证实现以下技术参数：实验室防护区各房间的最小换气次数应不小于12次/h，工作间温度应保持在18～25℃。实验室功能间设计参数见表1。

表1 各功能间室内参数表

实验室通风空调（heating ventilation amp;air-condition，HVAC）采用组合式空调处理系统。为了保证生物检验车的内部气流的单向性，避免送排风形式影响气流组织变化，该车的通风空调采用了全新风系统。送风系统通过送风机保证实验室所需风量，实验室的送风量通过送风管道上的阀门或风机频率控制。经过上述HVAC系统处理的空气通过生物安全送风净化装置（内装HEPA过滤器）统一处理后送入管道，再通过气流分配器（送风口）送入实验间内。

2.5.2 气流组织设计

污染控制是高等级生物安全实验室的核心，其核心技术是利用阶梯压力和合理的气流组织来封闭核心实验室内检验操作产生的要害气溶胶，防止其溢出实验室外，即通过压力递减的方式来进行污染控制。

较高等级的实验室为防止有害因子无序或逆向扩散，实验室整体区域气流方向为由外向内，经清洁区流向核心工作间，形成单向（定向）气流组织，如图6所示。

图6 实验室整体气流组织

微生物检验车BSL-2+实验间的气流组织形式为上送下排，即主实验间送、排风口对面布置，实验间一侧上部均匀布置3个上送送风口，另一侧下部底角位置处布置一排风口，以形成低污染区向高污染区的定向气流，如图7所示。

图7 气流组织设计示意图

空调送风经初效过滤器、中效过滤器、高效过滤器三级过滤后，通过送风管道、室内气流分配器送入至实验间和缓冲间。缓冲间入口上方设送风口，缓冲间的排风主要依靠其与实验之间的负压差作用经设置的百叶孔（内装高效空气过滤器）送入实验间内。

BSL-2实验间的送风主要来源于2个部分：一是空调通风系统直接送入，二是缓冲间通过百叶风口、门渗透。实验间的排风经由生物安全防护箱过滤后排出舱外。实验间内的生物安全柜为单人Ⅱ级A2型，其排风则直接排入实验室内。

2.5.3 洁净度控制技术

洁净度是生物实验室内空气环境的重要技术参数之一。车厢内洁净度通过如下设计保证：实验间内洁净度要求8级，且为负压环境，车厢外部气溶胶颗粒可通过实验间送风风道、门窗、孔口、缝隙等进入车厢内部，因此，送风系统采用高效过滤的方式对空气中的气溶胶颗粒进行拦截，以防止污染内部实验因子。高效空气过滤器对0.3 μm气溶胶颗粒过滤效率≮99.97%，需对过滤器进行有效安装，防止气溶胶颗粒通过安装缝隙渗漏[10]。

送风净化系统设置在空调间内，位于舱体左后部。送风净化系统主要由进风口、初效过滤器、中效过滤器、送风风道、空调机组、风机、空气高效净化单元、静压箱、风量调节阀、生物密闭阀、出风口等组成，如图8所示。它的主要作用是将进入进风口的空气经初、中效过滤器过滤后被空调内机吸入而后由风机抽送入高效净化单元经过高效过滤后再经静压箱、风量调节阀分配，最终经风道送入实验间和

缓冲间。

图8 送风系统流程图

2.5.4 污染空气排放处置技术

实验间的受污染空气经过高效过滤后，将空气中混杂的生物气溶胶拦截滤除后排放到车厢外部，以达到无害化空气排放要求，防止污染外部环境。

根据微生物检验车车厢结构和布局要求，排风系统设置在排风净化设备间内，位于车厢的右前部。排风系统的主要组成为：生物安全型高效空气过滤装置、生物密闭阀、风量调节阀、排风机、出风百叶口等。实验室内的受污染空气经由实验室排风口，经过高效空气过滤装置净化后通过排风机吸入排风净化管道排出舱外，通过风机的持续工作及风量调节阀的调整维持实验间内负压要求，如图9、10所示。在靠近生物安全高效过滤装置近端设置生物密闭阀，与送风生物密闭阀门相对应，通过阀门的截止和车厢壁板可将整个实验室封闭，已达到车厢内实验室熏蒸消毒的目的[11]。

图9 污染空气排放原理图

2.5.5 负压及压力控制

生物安全实验室负压实验环境实现的核心就是送风系统和排风系统二者之间的协调。目前，常用的实验室压差控制方式主要有2种：定风量控制和变风量控制。定风量压差控制是通过控制实验室的送、排风量以保持二者之间一定的风量差，该控制方法是一种间接式的压差控制方法，在运行过程中并不以室内压差作为目标值进行调节。对于生物安全实验室而言，为了保证相对负压，其送风量要少于排风量，此风量差又称为“余风量”，即为所设定压差下实验室的漏风量。

图10 排风净化系统结构示意图

变风量压差控制是一种主动式的压力控制策略，它通过电动或气动风量调节阀实时调节送风量或排风量，以达到并维持所设定的压差。通常是采用定送（保证房间换气次数）变排的控制原则，即使用定风量调节阀调节并维持送风量，而变风量调节阀则实时调节排风量。

由于该生物检验车只有2个区域，其中缓冲间的体积非常小，且2个房间的气密性非常好，气密性越好的房间其压差控制难度也就越大。为了解决2个房间压差控制的技术难题，缓冲间与实验间的压差控制分别采用了定风量压差控制及变风量压差控制方式，该技术策略可有效降低因缓冲间与实验间之间的密闭门开关而导致的压差波动，大大提高生物检验车的压差控制稳定性，具体方式为：缓冲间的压差控制也并非单纯的定送定排控制，而是送风采用定风量调节阀控制，而排风则是在缓冲间与实验间的压差作用下通过可调节百叶风口排至实验间内，如图11所示。

图11 压差负反馈闭环控制系统图

实验间采用了纯压差控制与漏风控制相结合的

方法，即实验间的送风采用定风量控制，其主要由2个部分组成，即管路送风及缓冲间的渗透风，排风采用变风量控制，由压差传感器将测量的实验室间与参照区域（室外大气）的压差传输至过程控制器，与压差设定值比较后，控制器根据压差偏差按所设定的控制算法实时调节排风量调节阀，从而达到并维持所设定的压差。

3 试验

微生物检验车设计研制完成后，参照生物安全实验室检测标准对微生物检验车实验室系统进行环境控制实验，包括车厢密闭性、排风净化效果、压力等。对保证车厢环境人机功效性能的温湿度、噪声、照度等关键指标进行实验测试，实验结果表明，生物检验车的各技术指标均达到设计要求，采用负压防护技术实现核心实验室内部污染空气安全排放，保证内部气溶胶颗粒不通过门窗、孔口、缝隙等向外界渗漏，且核心实验间与缓冲间形成压力梯度。采用上送下排的气流组织形式，保证洁净空气由危险程度低向危险程度高方向形成定向气流，最大程度地降低对周围环境污染的风险。采用全新风空调技术的送风模式，保证舱室内部换气要求，减少舱内气流扰动。送风经初、中、高三级过滤保证车厢内部洁净度，避免检测样本受外界因素干扰，从而影响检测数据的准确性和真实性。

4 结语

本文构建了微生物检验车系统技术方案，进行了车辆设计，开展保障生物安全核心的结构布局、通风空调系统设计，进行实验室防护性能与人机功效性能实验，运用人机工效学设计理念，综合集成生物安全防护技术、车厢密封技术、通风空调控制技术等，采用各设备模块化组合的思路，针对实验室核心要素，充分利用有限空间，进行科学合理布局与设计，提高车厢内环境舒适性和功效保障能力，构建安全稳定、人机和谐、先进实用的传染病现场检验技术平台。本文研究成果已在西藏自治区疾病预防控制中心微生物检验车得到推广应用。

[1]中国实验室国家认可委员会.实验室生物安全基础知识[M].北京：中国计量出版社，2004.

[2]GB 19489—2008 实验室生物安全通用要求[S].

[3]GB 50346—2011 生物安全实验室建筑技术规范[S].

[4]Word Health Organization.Laboratory Biosafety Manual[M].2nd ed. Geneva：Word Health Organization，1993.

[5]王厚照.野战环境下的医学检验工作探讨[J].人民军医，2002，45（8）：485.

[6]GB 1589—2004 道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值[S].

[7]Johnathan Y Richmond.Biosafety in Microbiological and Bio-medica l Laboratories[M].4th ed.Washington：U.S.Government Printing Office，1999.

[8]祁国明.病原微生物实验室生物安全[M].2版.北京：人民卫生出版社，2006.

[9]范志顺.生物安全实验室负压环境控制研究及应用[D].武汉：武汉理工大学，2005.

[10]俞詠霆.生物安全实验室建设[M].北京：化学工业出版社，2006.

[11]国家环境保护总局规划与财务司.危险废物和医疗废物处置设施建设手册[M].北京：中国环境科学出版社，2004.

（收稿：2014-02-17 修回：2014-03-03）

Development of Microbial Assay Vehicle

ZHAO Ming1,2,ZHANG Zong-xing1,2,NIU Fu1,REN Xu-dong1,WU Jin-hui1,2, YI Ying1,2,HAO Li-mei1,2,LIN Song1,2,QI Jian-cheng1,2
（1.Institute of Medical Equipment,Academy of Military Medical Sciences,Tianjin 300161,China; 2.National Bio-Protection Engineering Center,Tianjin 300161,China）

Objective To develop amicrobialassay vehicle for rapid screening and detection ofpathogen.Methods Shanqi2190 chassis was adopted,and the compartmentwas divided into BSL-2+laboratory,buffer room,and equipment sections for air supply treatment as well as air exhausting and purification.Overall layoutwas performed tomeet the requirements ofmobile laboratory.A combined air-conditioning system was adopted to form the air flow blew from above and one side and exhausted downwards and to the other side.The air flow was from the clean area to the polluted area to purify the air in the laboratory.Results Trials proved that the vehicle could meet the desired requirements.Conclusion The vehicle can realize the negative-pressure isolation in the compartment and the protection of experiment factors against surrounding environment.[Chinese Medical Equipment Journal，2014，35（3）：101-105]

bio-safety laboratory;inspection;negative pressure;purification

R318.6；U270.2

A

1003-8868（2014）03-0101-05

10.7687/J.ISSN1003-8868.2014.03.101

赵 明（1981—），男，硕士，助理研究员，主要从事生物防护技术与装备方面的研究工作，E-mail：zhaom@npec.org.cn。

300161天津，军事医学科学院卫生装备研究所（赵 明，张宗兴，牛 福，任旭东，吴金辉，衣 颖，郝丽梅，林 松，祁建城）；国家生物防护装备工程技术研究中心（赵 明，张宗兴，吴金辉，衣 颖，郝丽梅，林松，祁建城）

祁建城，E-mail：qijc@npec.org.cn