0 引言

　　生物安全与国家核心利益密切相关，是国家安全的重要组成部分。2004年我国发布了生物安全实验室多项国家标准规范，近十几年国内一批高级别生物安全实验室相继建成并投入使用。近几年由于新冠疫情的影响，加速了生物安全实验室的建成及使用，同时也催生了一批实验室维护企业。如今，实验室设备日趋先进和完善，实验室系统投入高、自动化程度高、后期维护保养费用高、运行能耗高；涉及到通风空调、给排水、自控、电气等多个专业，且专业性强。国内外对于生物安全实验室的共识是“三分建设、七分维护”,运行维护在生物安全实验室全寿命周期中起到重要作用。实验室维护人员应充分了解实验室所从事活动的风险，并通过设施设备的运行维护将风险控制在可接受的范围内。

　　本文基于生物安全风险评估，通过对多家实验室和维保团队进行调研，对生物安全实验室设施设备的维保关键点进行了总结。

　　1 生物安全实验室设施现状

　　生物安全实验室专业性强，对运行维护人员能力水平要求较高。生物安全实验室设施设备性能是确保实验室生物安全的前提，需要进行定期维护检测与风险评估。目前，我国生物安全实验室的运行和维护主要由实验室机构安排专人负责或外包给专业维保团队。

　　通过对多家实验室和维保团队进行调研，汇总整理了生物安全实验室设施的维保关键控制点，如表1所示。

　　表1 不同等级生物安全实验室设施维保内容关键点 

　　 

　　 

关键点	BSL-3 实验室	ABSL-3 a类和 b1类实验室	ABSL-3 b2 类实验室	BSL-4 实验室	ABSL-4 实验室
实验室围护结构的严密性▲
静压差▲
送风量
系统启停时送排风机连锁可靠性▲
关键防护设备启停时对防护区压力梯度的影响
备用风机切换可靠性▲
公共电力线路
UPS系统▲
柴油发电机	◇	◇	◇
报警系统▲
紧急解锁系统可靠性▲
门互锁功能可靠性▲
门禁系统可靠性
对讲系统可靠性
压力传感器
生物密闭阀▲
穿墙密闭器	◇	◇

　　 

　　注：BSL为生物安全实验室，ABSL为动物生物安全实验室，3、4为生物安全实验室等级，a、b1、b2为生物安全实验室分类；▲代表生物安全风险较高的关键点，代表需要维保，◇代表部分实际案例具备。

　　 

　　生物安全实验室设施的运行维护涉及面较广，从生物安全风险控制角度出发，其关键控制项目主要包括以下几方面。

　　1.1 围护结构

　　生物安全实验室围护结构的严密性是实验室与外界环境隔离的物理屏障，是生物安全可靠性的重要保证。由于生物安全实验室在风机故障、房间密闭消毒、室内设备发热时均可能导致室内与室外环境之间出现正压情况，从而增加室内空气中的病原微生物外泄的风险。因此，我国现行GB 50346—2011《生物安全实验室建筑技术规范》^[1]对该类实验室围护结构严密性指标均有明确的要求，以减少室内空气经由围护结构向外界泄漏的风险，从而实现实验室内部与外界一定程度的隔离。生物安全实验室围护结构严密性包括以下3个层次^[2]:

　　1) BSL-4及ABSL-4实验室围护结构严密性最高，要达到气密程度，通常采用压力衰减法检测。

　　2) ABSL-3 b2类实验室要求一定程度的气密性，通常采用恒压法检测。

　　3) 对于ABSL-3 a类和b1类实验室及BSL-3实验室，要求所有板壁接缝，线路、管路、传递窗、高压灭菌器等设备穿墙处及其他易泄漏的地方密封无泄漏，通常采用发烟法检测。

　　在实验室的日常维护中，需针对不同类型实验室定期采用相应的方法检测围护结构的严密性，并需时常检查围护结构的所有接口处。

　　1.2 静压差

　　不同等级的生物安全实验室有不同程度的生物安全风险，文献[1]中规定了不同类型实验室的静压差要求，见表2。

　　表2 不同等级生物安全实验室静压差要求

　　 

　　Pa

	相对于大气 的最小负压	与室外方向上相邻相 通房间的最小负压差
BSL-3中的a类	-30	-10
BSL-3中的b1类	-40	-15
ABSL-3中的a类和b1类	-60	-15
ABSL-3中的b2类	-80	-25
BSL-4	-60	-25
ABSL-4	-100	-25

　　 

　　 

　　 

　　理论上，压力是由送风量和排风量之差，即余风量形成的。受控制精度影响，风阀在调节室内压力过程中会存在一定程度的偏差，从而造成房间的余风量发生波动^[3],且对于气密性较好的房间，极小的余风量变化会造成室内压力较大的波动。BSL-3及ABSL-3中的a类和b1类实验室一般采用彩钢板形式的围护结构，围护结构缝隙相对较大，阀门调节过程中造成的压力波动幅度相比气密性要求较高的ABSL-3 b2类、BSL-4及ABSL-4实验室要小，因此，不同类型围护结构相对压差评价标准有一定的差别。为避免压差波动对定向流流向的影响，文献[1]对各类型生物安全实验室核心间与相邻房间的相对压差值下限进行了规定，以降低高风险区域空气外溢的风险。

　　防护区内各房间都存在生物安全风险，保证防护区内所有房间相对室外大气的压力为负值，可有效降低实验室内病原微生物外泄风险。对于不同级别的实验室，因防护区内功能房间数量不等，例如四级实验室中需设有化学淋浴间，而三级实验室中可能不需要，因此，压力梯度存在差异，进而绝对压力也有所不同。

　　在日常运行维护中，需要定期检查闭门器、门条、门未关提示功能等，并需定期校准压力传感器、压力表、零压罐，监测实验室各房间压力。

　　1.3 空调系统

　　高等级生物安全实验室空调系统均采用全新风形式，系统由送风机组、排风机组、生物密闭阀、风量调节阀、送风高效过滤器、排风高效过滤器等组成。系统原理如图1所示。

　　

　　图1 实验室空调系统原理图   

　　 

　　空调系统中的送、排风机作为承担生物安全实验室运行的重要保障设施，其运行是否稳定关系着实验环境能否建立有效的压力状态。一旦风机出现故障，会导致实验室出现压力异常，严重时甚至会破坏围护结构，增加生物安全风险。因此，为避免发生因风机故障导致病原微生物泄漏或造成人体健康危害等情况，应定期对系统送、排风机进行维护保养，同时定期对送、排风机连锁及备用风机切换可靠性进行验证，保证实验过程中生物安全风险始终处于可控状态。

　　同时，为保证实验室操作人员的舒适性，空调系统还应注意对制冷、制热、加湿、除湿等功能段进行日常维护，保证其能够提供适宜的工作环境。

　　1.4 供电系统

　　生物安全实验室供电系统是实验室的动力核心，供电系统可靠性难以保障的实验室，其生物安全无从谈起^[2]。为保障供电安全，实验室多数采用双路市电供电方式，同时配置有不间断电源(uninterruptible power supply, UPS)供电系统，不间断电源应至少用于提供实验室系统送风机、排风机、照明、关键防护设备、监控、对讲、阀门、自控系统等的用电。应定期检查双路市电工作可靠性、市电与UPS供电切换可靠性情况，避免发生断电事故。还应定期检查供电线路，对老化破损线路进行更换；定期检查UPS蓄电池的充放电、负载工作状况，发现触点腐蚀、电池膨胀等情况，应及时进行更换。

　　对于ABSL-3 b2类实验室和四级生物安全实验室，应同时设置不间断电源和自备发电设备^[1],更大程度地保障供电安全。

　　1.5 监控、通讯、门禁及报警系统

　　监控和通讯系统是实验室内外联系的重要保障，用于观察实验过程、数据全程记录、日常操作信息互通，紧急情况内外交互通知等。因此，应确保相关线路的畅通，保障电话、传真及其他电子设备能够正常使用，通话质量清晰，实验室内部资料及数据能够顺利地通过传真设备传出。监控系统是观察实验室内部工作情况的主要途径，应确保相关线路的畅通，保证视频清晰，可以实时监视内部状态，并存储相关视频资料。监视范围不应出现死角，尤其是在核心工作区域。

　　定期检查实验室的门禁系统，保证只有获得授权的人员才能进入；检查实验室互锁门的互锁情况，保障互锁系统的正常工作，确保实验室的压力梯度及定向气流；检查紧急手动解锁开关，确保在应急情况下可以通过紧急解锁开启互锁门。

　　定期检查报警系统，确保紧急情况发生时能及时向实验室内外同时发出报警信号，以免发生人身安全事故或病原微生物泄漏事故。

　　2 关键防护设备现状

　　生物安全实验室的关键防护设备大多由实验室直接采购，因此一般由设备厂商售后维修保养。但是因为大多设备工作原理相对复杂、专业性强，所以实验室运行维护人员需要对设备熟知并定期维护。

　　通过对多家实验室和维保团队进行调研，汇总整理了生物安全实验室若干主要设备的维保关键控制点，如表3所示。

　　表3 不同等级生物安全实验室设备维保内容关键点 

　　 

　　 

关键设备	关键点	BSL-3 实验室	ABSL-3 a类和 b1类实验室	ABSL-3 b2 类实验室	BSL-4 实验室	ABSL-4 实验室
生物安全柜	排风高效过滤器
	工作窗口气流流向
	工作窗口风速
非气密式动物隔离设备	排风高效过滤器
	工作窗口气流流向
	箱体内外压差
气密式动物隔离设备	排风高效过滤器
	箱体气密性
	箱体内外压差
	手套口风速
独立通风笼具	排风高效过滤器
	笼盒气密性
	笼盒内外压差
气密门	气密性
排风高效过滤装置	气密性
	高效过滤器
生命支持系统	UPS
	主、备空气压缩机
	自动切换阀
	储气罐压力
正压防护服	气密性
化学淋浴装置	气密性
	排风高效过滤器
	液位报警可靠性
活毒废水处理系统	罐体、阀门、管道等气密性
	压力传感器
	温度传感器
动物残体处理系统	罐体泄压管道排气高效过滤器
	罐体、阀门、管道等气密性
	压力传感器
	温度传感器
压力蒸汽灭菌器	压力表
	安全阀
	温度传感器
	压力传感器

　　 

　　注：代表需要维保，代表不需要维保；加强型生物安全二级实验室参考BSL-3实验室。

　　 

　　2.1 生物安全柜

　　生物安全柜是生物安全实验室的重要操作平台，是实验室生物安全防护的初级屏障。生物安全柜按照级别划分为Ⅰ级、Ⅱ级和Ⅲ级，其中Ⅱ级又分为A1、A2、B1和B2型。安全柜分类见表4。

　　表4 生物安全柜分类^[4]

　　 

	类型	排风	循环空气比例/%	柜内气流	工作窗口进风平均风速	保护对象
Ⅰ级		可向室内排风	0	乱流	≥0.40 m/s	使用者和环境
Ⅱ级	A1型	可向室内排风	70	单向流	≥0.40 m/s	使用者、受试样本和环境
	A2型	可向室内排风	70	单向流	≥0.50 m/s
	B1型	不可向室内排风	30	单向流	≥0.50 m/s
	B2型	不可向室内排风	0	单向流	≥0.50 m/s
Ⅲ级		不可向室内排风	0	单向流或乱流	无工作窗进风口，当1只手套筒取下时，手套口风速≥0.50 m/s	主要保护使用者和环境，必要时兼顾受试样本

　　 

　　 

　　 

　　国内实验室内常用的生物安全柜是Ⅱ级A2和Ⅱ级B2型。安全柜的窗口高度过高或过低、窗口风速过小、垂直气流风速过大都会对气流产生影响，可能导致气流出现外逸，给操作人员带来生物安全暴露风险；高效过滤器阻力过大会造成风速不达标，高效过滤器过滤效率不合格可能导致病原微生物外泄。因此，日常维护中需特别关注气流流型、垂直风速、工作窗口风速及高效过滤器。对于Ⅱ级B2型生物安全柜，日常维护工作还应注意系统送、排风量匹配情况，避免生物安全柜启停时出现实验室压力梯度波动过大的问题。

　　2.2 独立通风笼具

　　独立通风笼具属于动物屏障设备的一种，笼具的笼盒用于饲养小型动物，因此笼盒的气密性及盒内外压差对于防止病原微生物外泄有重要作用。在调研中发现，笼盒的气密性不符合要求大多与盒盖的密封圈有关，密封圈经过多次高压后密封性能会大大降低，需要定期更换。笼具的排风量直接影响笼盒内外的压差，也影响笼盒内的换气次数。因此，独立通风笼具在日常维护中要特别关注以下几点：

　　1) 定期检查主机的参数，应特别关注笼盒内外压差、排风量等；

　　2) 定期检查过滤器，及时消毒并且更换；

　　3) 定期检查笼盒盖(尤其是密封圈),确保笼盒的气密性。

　　2.3 隔离器

　　隔离器作为一种生物安全一级隔离屏障，主要用于携有或感染了高致病性病原微生物的实验动物的饲养和实验。隔离器分为气密式隔离器与非气密式隔离器。对于气密式隔离器，其腔体的气密性和腔体内外压差是非常重要的防护指标；对于非气密式隔离器，其腔体内外压差和工作窗口的气流流向是非常重要的防护指标。这些指标直接影响操作人员的安全，容易引起生物安全暴露风险。因此，从生物安全风险角度出发，隔离器的日常维护关键点如下：

　　1) 检查隔离器腔体内外压差；

　　2) 检查隔离器手套口或工作窗口等开口处的气流流向；

　　3) 检查橡胶手套的密闭性，发现有破损及时更换(适用于密闭式隔离器);

　　4) 定期检查高效过滤器并及时更换。

　　2.4 排风高效过滤装置

　　排风高效过滤装置可以有效阻挡病原微生物泄漏至室外大气，是实验室内空气排向室外的最后一道物理防线，若有泄漏，可能导致病原微生物外逸。在日常运行维护时，需监测高效过滤器压力变化，通过对风速、过滤器阻力的监测，了解高效过滤器的工作状况，对于不符合过滤效率及送排风要求的过滤器应及时消毒并更换。同时，应定期检查置于防护区外的排风高效过滤装置腔体及相关管道的气密性。

　　2.5 正压防护服

　　正压防护服主要用于生物安全四级实验室，主要特点是防护服内的气体压力高于环境的气体压力，以此来控制防护区内实验人员暴露在气溶胶、放射性尘埃、喷溅物及病原体等环境中的风险。正压防护服的气密性直接影响其内的压力，在正压防护服的日常维护中，须特别注重防护服焊缝和褶皱处的气密性，防止防护服被刮坏，在清洗消毒后应悬挂放置。此外，正压防护服的排气相当于室内多了送风，对室内压力梯度有一定的影响，尤其是面积较小的房间。在日常维护中要时常关注正压防护服的供气流量，以免造成房间压力出现异常。

　　2.6 生命支持系统

　　生命支持系统是为满足正压防护服的使用而配套的系统，主要由空气压缩机、紧急支援气罐、不间断电源、储气罐、气体浓度报警装置、空气过滤装置及相应的阀门、管道、元器件等组成。其中空气压缩机配有备用机组，其中1台故障时，可切换至另外1台供气。一旦主用压缩机和备用压缩机都无法正常工作，则紧急支援气罐需立即投入使用，以保障操作人员的供气。不间断电源用于市电缺失情况下生命支持系统的供电，确保在断电时持续供气。气体浓度报警装置实时监测系统供给的压缩空气的主要成分的浓度，来保证实验室操作人员的供气健康。气体管路的气密性要满足文献[5]的要求，以免终端供气流量不足。在运行维护中，生命支持系统风险控制的关键点应考虑以下几点：

　　1) 空气压缩机的可靠性；

　　2) 紧急支援气罐的压力；

　　3) 不间断电源定期充放电；

　　4) 检查气体探测器、各种阀门、仪表等；

　　5) 气体管路的气密性。

　　2.7 化学淋浴系统

　　化学淋浴系统是生物安全四级实验室中一种关键的防护设备，适用于正压防护服的消毒，防止人员离开高风险区时带出污染。化学淋浴系统在喷淋过程中有可能出现化学淋浴间与大气之间正压的情况，导致病原微生物泄漏，因此化学淋浴间围护结构的气密性就至关重要，能实现化学淋浴间内部与外界一定程度的隔离。为防止将有害生物因子带离高风险区，正压防护服需在化学淋浴间内进行消毒，所以需特别关注化学淋浴系统的加药系统、液位及喷淋装置，以免因药量不足导致消毒不彻底，造成生物安全风险。化学淋浴系统在运行维护中一般关注以下几点：

　　1) 定期检查围护结构的气密性，包括生物密闭阀、化学淋浴箱体和气密门；

　　2) 注意加药系统的液体补充；

　　3) 定期检查液位报警功能；

　　4) 检查防回流措施；

　　5) 检查喷淋装置，防止堵塞；

　　6) 定期检查高效过滤器并及时更换。

　　3 结语

　　生物安全实验室设施设备各组成单元之间联系较为复杂，良好、全面的维护工作是保障实验室正常运转的必要条件，可以使实验室的运行更加安全、稳定、持续、高效。防范生物安全风险是运维过程中需要考虑的重中之重，因此，在充分评估生物安全风险的基础上，全面、可行的关键控制点可以为烦琐的运维工作提供重要的指导，同时为编制中的《生物安全实验室运行维护评价规范》提供技术支撑，以期提高我国生物安全实验室维护水平，强化生物安全保障能力。

　　

　　本文引用格式：陈方圆，党宇，袁艺荣，等．基于生物安全风险评估的实验室运行维护关键控制点探讨［Ｊ］．暖通空调，2023,53（3）：37-41，57．