应用EHS理念建设化学智慧实验室的探索与实践_段辉.pdf

ISSN 1006 7167CN 31 1707/TESEACH AND EXPLOATION IN LABOATOY第 42 卷 第 1 期Vol 42 No12023 年 1 月Jan 2023DOI:10 19927/j cnki syyt 2023 01 055应用 EHS 理念建设化学智慧实验室的探索与实践段辉a，曹同成a，高欣b，周晔b，黄国珍b，许秀锋c(同济大学 a 化学科学与工程学院;b 资产与实验室管理处;c 采购与招标管理办公室，上海 200092)摘要:介绍了实验室建设与改造的各项措施，包含采用通透的视线设计，重新规划实验室开放式分区布局，实现实验室在教学和科研用途之间灵活地转换等。通过计算确定通风量，精心设计实验室内的空气流通路径，更换新风排风联动的变风量控制系统，始终保持实验室内微负压的正向气流流动。同时规范危险化学品存储和健全实验室安全管理机制。在整个建设改造过程中，引入了 EHS 体系中环保、健康的理念，融合了信息化和智慧化因素，EHS 理念也将持续融入实验室后续的运行管理工作。本案例作为化学类智慧实验室建设领域的一次有益探索，对老旧实验室的改造和提升提供了一个典型的范例，为后续工作积累了经验。关键词:环境、健康与安全体系;智慧实验室;实验室通风;变风量控制系统中图分类号:G 482文献标志码:A文章编号:1006 7167(2023)01 0281 04收稿日期:2022-05-18基金项目:同 济 大 学 第 十 六 期 实 验 教 学 改 革 专 项 基 金 项 目(1380104125)作者简介:段辉(1981 )，男，湖南株洲人，硕士，工程师，工科化学实验教学中心副主任，主要研究方向为大型仪器的运行管理与实验室安全。Tel:021-65982670;E-mail:dhui tongji edu cn通信作者:许秀锋(1977 )，男，山东平邑人，博士，副研究员，采招办公室主任，主要研究方向为机械电子工程，高等教育管理研究，实验室建设与设备管理、采购管理研究。Tel:021-65988638;E-mail:xuxiufeng tongji edu cnExploration and Practice of Intelligent Chemistry LaboratoryConstruction by Using EHS IdeaDUAN Huia，CAO Tongchenga，GAO Xinb，ZHOU Yeb，HUANG Guozhenb，XU Xiufengc(a School of Chemical Science and Engineering;b Office of Assets and Laboratory Management;c Procurement and Bidding Management Office，Tongji University，Shanghai 200092，China)Abstract:Taking the construction project of the organic chemistry laboratory of Tongji University as an example，thispaper introduces various measures for the construction and transformation of the laboratory，including adoptingtransparent vision design，planning the open layout of the laboratory，and realizing the conversion between the teachingand research uses of the laboratoryThrough scientific calculation of the required ventilation，we design the aircirculation path in the laboratory，it replaces the VAV system to maintain the air flow under micro negative pressure inthe laboratory，standardizes the storage of hazardous chemicals and improves the laboratory safety management In thewhole construction process，the concept of environmental protection and health in the EHS system is introduced，and theinformation and intelligence factors are integrated After that，the EHS concept continues to be integrated into thesubsequent operation and management of the laboratory This case，as a useful exploration in the field of the constructionof smart chemical laboratories，provides a typical example for the transformation and upgrading of old laboratories andaccumulates experience for subsequent workKey words:environment，health and safety(EHS)system;intelligent laboratory;laboratory ventilation;variable airvolume control(VAV)system第 42 卷0引言实验室作为培养学生动手能力和解决问题能力的重要场所1，随着“985”工程和“双一流”学校和学科的建设，高校也逐渐加大了对实验室建设的投入，同时在校园信息化建设的大力推动下，实验室建设中的智慧化元素也越来越多地被考虑进去2-3。智慧实验室利用信息技术和物联网为师生的使用提供了一个智能感知的实验环境，并可以针对使用需求及时进行功能调整。此外，环境、健康与安全(Environment，Healthand Safety，EHS)体系作为一项衡量环保、健康和安全指标的管理体系4-5，目前已经广泛应用于大多数跨国企业、高校和科研院所，EHS 体系在实验室管理中应用也取得了非常好的效果，而其中硬件条件的建设是 EHS 的基础和前提6。此次利用暑假教学空闲期间，在学校资产与实验室管理处的支持和指导下，秉持安全是教育事业不断发展、学生成长成才基本保障的理念，牢固树立安全发展理念，弘扬生命至上、安全第一的思想，共投入 190余万元，对 4 间有机化学实验室和准备室进行了全方位的建设和改造。作为传统的基础学科，化学一直存在老旧实验室的改造和升级困难的问题，及时改造升级也难以摆脱传统观念和做法的局限，在这次实验室建设和改造升级过程中，依照 EHS 理念，从师生使用的角度出发引入智慧化元素7，积极听取师生的使用感受和建议。特别是经过多次设计和优化布局、通过计算需求通风量8、购置匹配的节能环保变风量控制系统9-10，使改造后的实验室环境和条件都有很大的提升，实验室整体较好地契合了智慧化和 EHS 体系理念，师生们也反馈了良好的使用体验，师生的使用满意度调查好评率达到 99%。1原实验室改造和建设的必要性有机化学实验室最近一次实验室改造与建设距今已经超过 10 年，大部分实验设备已经超过正常使用年限，通风设备和实验家具也经过多次维修，目前使用效果差强人意。实验室存在较为明显的有机溶剂挥发现象和实验产生的各种异味和有害气体无法及时排出的情况，在实验室安全日益重要的今天，实验室的硬件条件已无法满足安全管理的要求。此外，由于当时实验室建设的局限性，对于实验室的规划和功能设计存在瑕疵，实验室的功能较为单一，在使用和管理上存在视线遮挡、无设备平台等诸多不便捷等因素。不仅严重影响在此进行实验的教学效果，而且异味和有害气体也不利于在此进行实验的师生的身心健康，无法满足学科“双一流”建设的要求。针对有机化学实验室的现状，按照以人为本的理念，将师生的健康安全放在首位，组织实验室安全和管理专家对实验室场地的基础情况使用整体调研，系统了解此前通风系统和实验家具存在的问题和弊端，并多次与实验教学的一线教师和学生进行交流，掌握了有机化学实验教学需要的实验室功能和效果。在此基础上，在改造方案中引入 EHS 体系的要求，使改造后的实验室能较好满足 EHS 体系的理念，实验室在环保、安全和师生健康方面的保障都有很大程度的提升;同时，还就实验室智慧化建设展开了多次头脑风暴，鼓励大家大胆提出自己的改造思路和措施，并论证决定最终改造方案。2实验室建设措施2 1重新设计实验室整体布局，兼顾教学、科研双重功能作为实验室改造的重点，实验室布局决定了实验室的功能和教学效果。有机实验室原布局如图 1 所示，整个实验室中间为双向对开的桌上型通风柜，讲解区位于实验室一端。该布局虽然可以满足实验教学的基本要求，但是无法有效利用侧边墙的空间，同时实验台都集中在中央区域，容易造成视线遮挡，无法实现实验讲解和互动讨论时对学生的全覆盖。此外，实验室内行进线路混乱，过道较为狭窄，容易引发安全事故。图 1实验室原布局针对原有布局的缺点，新方案设计思路是:在满足30 人同时实验的基础上，能开辟出一片讨论讲解区，同时在教学空闲时间能迅速转为科研用途，满足科研小组化实验使用需求，实现教学科研兼顾功能。按照该思路我们重新规划设计的实验室布局如图 2 所示，实验室内将大部分通风柜靠墙放置，中间区域规划为教学讨论区，并放置不遮挡视线的常规仪器和设备。在进行实验教学时，教师可以在中央教学讨论区和学生进行实验讲解和互动讨论;在学生进行实验操作时，教师位于中央域也能很好地观察每一位学生的操作情况，防范特殊情况发生。合理设置移动线，可使实验室各区域的同学都能以较短的专属路径到达中央设备平282第 1 期段辉，等:应用 EHS 理念建设化学智慧实验室的探索与实践图 2实验室现布局立体台，既提高了常规仪器和设备(如旋转蒸发仪、熔点仪等)的使用效率，也避免了人流对冲可能引发的安全问题(见图 3)。此外，通过中央设备平台的分割，整个实验室可以分为左右两个相对独立的区域，在教学空闲期时，可以有序开放给 2 个不同的科研课题组进行相应的科研活动和实验11。此外，通过规划实验室安全通道线路(绿色标示)也提升了实验室的安全水平12。该布局不仅契合智慧化实验室多功能、灵活性强的理念，也符合 EHS 体系中实验室安全管理的要求。图 3改造后实验室实景2 2更换通风柜及新增变风量控制系统原有机化学实验室通风系统采用桌上型吸风罩，该套设备经多年使用，老化严重，限于当时条件通风管路设计较不合理，有效风量不足，连接处易损坏泄漏，并且配备的定频风机超出使用年限，噪音和抽风量都不能满足使用要求，且存在实验产生各种异味和有害气体无法及时排出现象，系统整体通风效果差强人意。在本次改造中，将异味和有害气体及时排出列为首要改造目标，希望切实改善和保护实验师生的身心健康。在此理念指导下，实地参观考察了部分最近新建变风量通风系统的实验室/楼(上海科技大学等)，并针对有机化学实验室使用实际情况，邀请专业的设计团队对实验室通风系统进行整体方案设计。通风柜的相关研究和使用经验表明:面风速为0 50 m/s 时通风柜气流抑制性能最好，此时能较好实现气流定向流动，防止有害气体外溢13，保护使用人员的健