專案管理執行與BL3、BL4高階生物實驗室
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建 築 部 專案經理 |
邱威仁 |
建築部 工程師 |
洪至讀 |
建築部 工程師 |
彭貴釗 |
一、前言
中華顧問工程司執行專案管理服務以來，工程之類型繁多，其中國家衛生研究院、榮總醫學科技大樓，均沒有BL3、BL4之高階生物實驗室執行經驗，建築部因而聘有國際知名之專業機構，澳洲COX GROUP擔任顧問，値此SARS傳染期間，特將高階生物實驗室加以介紹與經驗分享。
依據美國Centers for Disease Control and Prevention (CDC)將生物實驗室安全分為由低至高的BL1、BL2、BL3、BL4 四個主要等級，而所謂次高的BL3（P3）及最高的BL4（P4）高階生物實驗室，即此實驗室安全等級可以處理未知或致命病原體或是可能會引起嚴重之流行病。又依據該機構相關建議，一般之細菌或寄生蟲並不需要BL4等級防護只要在BL2（P2）、BL3（P3）等級生物實驗室裡處理即可，美國政府最近列出數種致命病原體，必須在最高的BL4 等級生物實驗室內操作，而一些較為人知的病原體如下：
1. Ebola（衣波拉病毒）
2. Hemorrhagic fever
3. Marburg
4. Lassa
5. Hanta virus（漢它病毒）
6. Anthrax（炭疽熱）等
今年大陸、香港、台灣所流行之嚴重急性呼吸道症候群-SARS病毒，從其快速傳染、致命而引起之嚴重流行病（尚未證實能藉由空氣傳播），只有在次高的BL3、最高的BL4等級實驗室才可以安全處理及研究，以保證研究人員及其附近環境安全，而此次SARS病毒不但造成社會極度恐慌及經濟蕭條，以致整個國家及社會付出很高代價。因此，我國對BL3、BL4等級之高階實驗室之需要已到刻不容緩的地步，以培養國家生物科技研究發展能力，高階實驗室興建不再是奢侈浪費。
趨 勢
直至西元2000年底，全世界大約已建立了25~30座 最高的BL4等級生物實驗室，計有美國、澳洲、德國、英國、瑞典、法國及俄羅斯等國家擁有BL4生物實驗室，而這個數字正在增加，至於BL3生物實驗室更是現代國家興建任一座新建生物實驗室大樓之標準配備，其總數全世界已多至無法統計，但需特別注意的是BL3、BL4生物實驗室要蓋在那裡，尤其是BL4生物實驗室？而它的鄰居會如何反應更應特別重視，所以目前BL4生物實驗室興建最大困難就是如何排除鄰里社區的反對。
由於地球村的來臨，飛行旅遊非常普遍，因此致命病原體的擴向全世界的機會逐漸增加，且生化戰和生化恐怖主義盛行，病原體之抗藥性越來越多發現，及人類不斷的太空探險、原始森林破壞，而造成更多未知病原體來到我們世界。
BL3、BL4所需設施及設備
依據美國CDC所提供BMBL（Biosafety in Microbiological and Biomedical Laboratories）規定，簡單地說，次高等級的BL3生物實驗室建造主要規範就是實驗室無論是地板、牆壁、天花板的任何穿洞、裂縫都必須密封（可用silicone sealant填縫）及避免開孔，使其容易日日清潔，且附有實驗室專用的滅菌鍋、並設置前室及附連鎖氣密門、自動感應水龍頭、獨立HEPA排氣等設備之負壓、隔離、安全管制的生物實驗室。
而最高的BL4等級的生物實驗室主要設施及設備為：除了BL3生物實驗室規定外，必須單獨建築在人口密度較低區域，不與其他建物相連，獨立HEPA進、排氣並配備真空箱（手套式排煙櫃或生物安全櫃）和防護衣，科學家利用手套式真空箱工作，這些病原體決不外露至真空箱外，而科學家必須穿上具正壓且能提供本身維生系統之防護衣。因為所有系統需要極複雜之支援設備，估計只有15~20%空間用在工作空間，其餘空間主要用在安全維護上，如更衣室、淋浴室、廢棄物處理室及相關之機械、電子支援設備。BL4生物實驗室需考慮能支援科學家在地震或恐怖攻擊下繼續工作。(參圖一、圖二、圖三)
造 價
BL3、BL4生物實驗室之設施都非常昂貴，無論是規劃、建造、經營、維持。但實際造價是很難估計，因為每一套設備都是特別的，平均造價每一平方公尺約需新台幣10~14萬元，尤其是BL4生物實驗室設備平均每一平方公尺約需新台幣30~40萬元。
而從以上資訊可以了解興建BL3、BL4生物實驗室將會遭遇到三個課題：
1. BL4生物實驗室興建地點選擇
因安全考量，地點應選在
(1) 避免在人口稠密區域。
(2) 可防止攻擊且容易加強防護。
(3) 避開強震區。
2. 規劃、建造、經營、維持經費昂貴
BL3、BL4生物實驗室不只是規劃、建造經費昂貴，經營、維持更需長期支援，如因經費不足無法維持BL3、BL4生物實驗室最佳狀態，恐會造成安全顧慮，也是BL3、BL4生物實驗室興建需特別考慮。
3. 興建技術及品質
現今國內擁有BL3、BL4等級生物實驗室並不多，只有台大醫院及衛生署疾病管制局屬BL3（P3）等級及國防大學預防醫學研究所屬BL4（P4）等級，但都無經國際實驗室組織之安全認證，因此有關BL3、BL4生物實驗室興建，在國內更是需要付出心力和技術，而借重先進國家經驗與國外顧問合作也是可行方法之一，下一章 BL3、BL4生物實驗室興建可提供一些參考。
二、 BL3、BL4生物實驗室興建
(一)生物實驗室安全
生物實驗室通常是特別且獨特，工作環境可能遇到特別感染疾病危險，因此安全防護是必需而不可免，也因工作危險程度不同，而需要不同等級的安全防護。實驗室安全防護可歸納為三個主要條件：
1. 實驗室的訓練及技術
每一實驗室的每一項實驗皆有其特殊性及危險性，工作人員應在實驗進行前，熟悉每一項實驗的操作手續準則，以防止因操作不當對人員、環境造成危險。
2. 安全裝備﹝第一道防護設備﹞
安全裝備是保障實驗室安全的第一道防護設備，主要設備為排煙櫃和生物安全櫃。
排煙櫃為工作人員在處理化學藥品時工作檯及防護設備，其功能是排去化學藥品產生之揮發氣體，以保障工作人員及實驗室的安全。
生物安全櫃是實驗室處理微生物安全工作檯及防護設備，會因處理危險等級不同，使用不同等級生物安全櫃（依美國CDC ＆ NIH現行實驗室生物安全準則建議使用）。
3.﹝第二道防護設備﹞
是指不同等級安全防護之生物實驗室設計計和建造方式，通常亦採用美國CDC ＆ NIH現行實驗室生物安全準則建議。(參圖四)
(二)BL4生物實驗室興建
目前有關BL4生物實驗室設計、興建規範各國大致相似，如美國CDC ＆ NIH、中華民國農委會、澳洲國家標準及歐洲等國都有其規定：
如美國CDC ＆ NIH現行實驗室生物安全準則，對生物實驗室安全及生物安全櫃分級有以下規定（其內容都用敘述性說明，無量化要求）：
生物實驗室安全分級：(參表1)
生物安全櫃分級：(參表2)
我國農委會對實驗室生物安全準則亦有規定，內容大致與美國CDC＆NIH現行實驗室生物安全準則相同，而澳洲國家標準則有較詳述說明及量化說明，可作為上述內容之補充說明：
依現行澳洲國家標準生物實驗室規定（PC1、PC2、 PC3 、PC4in the Australian Standard）：
實驗室安全符合微生物實驗室安全AS/NZS2243.3 之規定
實驗室設計及建造符合AS 2982 之規定
1. 生物實驗室(BL1、BL2、BL3、BL4)建立，標準規定說明：(參圖五)
(1) 一般實驗室符合AS/NZS2243、AS 2982之一般實驗室規定
(2) 生物實驗室符合AS/NZS2243.3、AS 2982之生物實驗室規定
(3) BL1生物實驗室符合AS/NZS2243.3、AS 2982之生物實驗室及Appendix B：PC1規定。
(4) BL2生物實驗室符合AS/NZS2243.3、AS 2982之生物實驗室及Appendix B：PC1、PC2規定。
(5) BL3生物實驗室符合AS/NZS2243.3、AS 2982之生物實驗室及Appendix B: PC1、PC2、PC3規定。
(6) BL4生物實驗室符合AS/NZS2243.3、AS 2982之生物實驗室及Appendix B: PC1、PC2、PC3、PC4 規定。
2. 實驗室安全 (AS/NZS2243)說明
有關實驗室硬體設施及生物安全規定，依現行澳洲實驗室規定將遵守以下規定：
(1) 實驗室規劃符合AS 2982規定
(2) 實驗室安全責任及緊急事件程序
(3) 普通安全程序
3. 實驗室規劃
(1) 建造及設計﹝依AS 2982規定﹞
a. 出入口寬度：大於12.5M或大於周長1/5 。
b. 逃生距離﹝最近出口﹞：單一出口小於7M，雙出口小於30M 。
c. 逃生距離﹝出口及防火逃生梯﹞：同一隔間小於45M，不同間口小於60M
d. 設備安裝：包含危險的操作及危險物品儲藏須遠離出口大門。
e. 門：
(a) 防火門
(b) 裝設檢視窗
(c) 出口門設門弓器及門閂。
f. 走廊：寬度大於1500mm ，距離防煙門小於30M 。
g. 裝出口指示燈。
h. 避免陽光直射。
i. 禁止飲食。
j. 充分洗手設施 。
k. 儲藏空間供放實驗室記錄或暫時不用設備。
l. 供行動不便者使用。
(2) 火災偵測及爆炸防護：裝設於預知可能發生之處
(3) 緊急警報系統及運作﹝當火災發生時﹞：
a. 釋放全區可聽見的緊急警笛及可見的緊急警燈。
b. 遙控訊號系統﹝中央監控盤﹞。
c. 提供救火隊清楚所有火災偵測、滅火設備指示盤及建物位置圖。
d. 排煙系統應繼續運作，直到被人為關閉。
e. 防火或防煙門應自動打開﹝電動門﹞。
(4) 危險物品資訊：
a. 清單：安全人員能取得實驗室危險物品使用及物料安全資料清單。
b. 危險物品適當標示。
c. 每一實驗室外需有適當告示﹝指出每一實驗室可能危險﹞。
d. 與緊急處理機構之聯繫。
(5) 安全檢查：成立生物安全委員會定期發現及改善不安全操作。
(6) 安全設備﹝依AS 2982規定準備﹞ ：
a. 滅火器。
b. 防火毯。
c. 洗眼設備﹝ 每一實驗室﹞。
d. 至少一處安全淋浴。
e. 合適急救設備。
f. 合適不燃且具吸收物料﹝吸收溢出﹞。
g. 佈告欄刊出重要安全規定。
h. 安全操作手冊。
i. 安全玻璃、頭盔、手套及面罩。
j. 合適手電筒型式。
k. 聽覺保護。
l. 適當地點裝置輔助呼吸設備。
(7) 危險物品儲存：依新功能調整儲存隔間。
(8) 通風﹝排除實驗室操作所產生之污染﹞
a. 輸送管速度
蒸汽及氣體大於10m/s
清除污染濃縮水氣建議介於12m/s~ 15m/s
特殊物質建議介於17m/s~ 22m/s
b. 排煙櫃
c. 局部排煙通風﹝每一實驗台需排除吸入危險物質﹞。
d. 實驗室運作時保持攝氏20度以下。
(9) 電氣安全
(四)實驗室安全責任及緊急事件程序
1. 安全責任
2. 失火、緊急事件及解救程序
3. 急救
(五)普通安全程序
1.安全指揮建議
2.個人防護設備使用
3.危險物品容器
4.排煙櫃使用
5.普通實驗室操作
6.儀器操作
7.真空吸管操作
8.內部壓力下操作
9.微波分解
10.實驗室廢棄物處理
(六)實驗室設計及建造：醫學科技大樓實驗室將依AS 2982規定，其規定內容如下：
一般實驗室：
1. 一般實驗室建造需求
2. 管線設施
3. 電氣設施
4. 通風及空氣品質
5. 健康及安全需求
6. 危險物品儲存
7. 特殊實驗室
8. 生物實驗室
9. 放射物品及離子化放射使用
10.初、高級中學實驗室
額外需求：微生物實驗室 PC1、PC2、PC3、PC4規範
醫學科技大樓生物實驗室需遵守一般實驗室、生物實驗室、放射物品及離子化放射使用、BL1(PC1)、BL2(PC2)、BL3(PC3)、BL4(PC4)規範及輻射物品及離子化放射使用相關規定。
(七)實驗室設計及建造內容說明
1. 普通實驗室建造需求
(1) 避免陽光直射﹝小於70W/m2﹞
(2) 樓板：
a. 樓板完工時需具以下特性：
(a) 平坦
(b) 不滲透的
(c) 耐得住的化學藥品
(d) 適當機械及結構強度
(e) 合適實驗室操作及令操作者愉快
(f) 止滑
(g) 容易清洗
b. 樓板需封蓋防止危險物質穿透
c. 樓板開口需防止液體穿透
d. 濺出溶液易清洗
(3) 牆：完工時需具以下特性：
a. 整平
b. 防止穿透
c. 耐得住的化學藥品
d. 容易清洗
(4) 天花板：需固定、平整、不吸收，採取材料如礦纖板、石膏板、水泥纖維或水泥塗抹認可塗料﹝可洗、光亮、淡色﹞
(5) 窗：可開窗面積不小於樓板面積2%。
(6) 實驗桌：實驗桌需具以下特性：
a. 桌面需具以下特性：
(a) 平坦
(b) 不滲透的
(c) 耐得住的化學藥品
(d) 防刮
(e) 容易清洗
(f) 防靜電
(g) 防眩
(h) 無接縫或減少接縫以避免滲漏，如連接牆或洗手台則需密封
b. 實驗桌安裝﹝固定、接頭、裝設﹞要讓地板容易清洗。
c. 工作寬度﹝實驗桌間或與設備間距離﹞詳圖六
(a) 單邊無穿越交通 1020mm
(b) 單邊加上穿越交通 1200mm
(c) 雙邊無穿越交通 1350mm
(d) 雙邊加上穿越交通 1800mm
(7) 架子：所有架子儲存物品無化學上反應。
a. 開放式架子應減少灰塵聚集。
b. 使用儲櫃﹝密閉式較好﹞。
(8) 排煙櫃：依AS2243.8規定。
(9) 餐廳及休息室應不放置實驗室區域。
(10) 管制進出是必要地，並在入口處告示實驗室用途、危險、有關區域管制進出，員工須被允許才能進入。
(11) 熱水器：瓦斯熱水器或熱水器不應裝置在實驗室內。
2.管線設施
(1) 辨識及顏色規定：清楚標示、位置清楚易接近。
(2) 與出口分開之獨立裝置需清楚標示。
(3) 外露管線設施須固定於托架，與牆面並保留至少25mm淨空。
(4) 從氣體鋼瓶分出管線：
a. 管線材料需防撞擊。
b. 需遵守危險物品規定。
c. 鋼瓶儲存及安全操作將遵守規定。
d. 控制在操作最小壓力、自動關閉、流量限制。
e. 管線容易接近，並作適當保護避免損害。
(5) 真空吸管管線：
a. 防止吸管倒流。
b. 病理及微小生物可能需要特別型式吸嘴。
(6) 供水設施：
a. 供水及污水排放避免交互感染。
b. 飲用水需從實驗室外無危險之虞處提供。
c. 提供安全淋浴及洗眼設施。
d. 廢液丟棄槽需遠離進風口。
3.電氣設施
(1) 遵守電氣AS3000規定。
(2) 實驗室動力出口需依AS2430規定。
(3) 提供高品質動力。
(4) 插座高度離實驗桌至少300mm高。
(5) 有關電器安全及電動設備作必要之練習。
(6) 實驗室亮度：需符合AS1680.1及特殊工作需要之亮度。
4.通風及空氣品質
(1) 符合AS1668.2規定。
(2) 自然通風系統。
(3) 機械通風系統。
(4) 空中傳播污染物。
a. 限於空中傳播污染物在安全範圍內。
b. 控制可燃氣體及揮發物在安全範圍內。
(5) 區域排氣通風
a. 排氣避免再導入進風口。
b. 排氣等級符合政府機關規定。
c. 使用循環排氣必先驅除污染物。
d. 利用排放管道排氣並保持負壓。
e. 排放管道避免死角。
f. 風扇馬達不能放在氣流處。
g. 提供警告標示及限制範圍。
(6) 儲藏室依不同物品需符合不同通風要求。
5.健康及安全需求
(1) 提供安全裝備如滅火器、防火毯、合適不燃且具吸收物料等個人保護裝備。
(2) 至少提供一處緊急淋浴及每一實驗室設洗眼設備，並距離實驗室內任何一點不超過10M。
(3) 提供洗手設施於實驗室出口處，含冷、熱水。
(4) 明顯處放置安全告示，內容至少包括：
a. 緊急事件處理過程。
b. 強調特別危險物。
(5) 安全標誌需符合規定。
(6) 危險標誌及告示﹝依政府規定告示危險物品﹞
6. 危險物品儲存
(1) 可燃液體、壓縮氣體鋼瓶、腐蝕物品需分開放置。
(2) 可燃液體：
a. 實驗室不存放超過一定容量。
b. 不相容物品應分開存放。
c. 每一實驗室之儲藏櫃不超過 250L，實驗桌下儲藏櫃不超過30L 。
d. 儲藏櫃通風需符合規定。
(3) 可燃液體儲藏每處不超過500L，並符合政府規定。
(4) 壓縮氣體鋼瓶儲藏符合AS2243.10,AS2030.1規定。
(5) 腐蝕物品儲藏區：
a. 儲藏架高不超過樓板高度1M。
b. 牆面材料需用如水泥或石塊加上防蝕保護層，防止化學反應。
c. 樓板材料需用水泥加上防蝕保護層，並提防溢出。
d. 儲藏區入口處標示儲藏內容，如：酸、腐蝕物品。
(6) 化學物品儲藏櫃：
a. 化學物需與其他物品分開儲存。
b. 至少提供一個儲藏櫃供會排放危險氣體之化學物。
c. 會排放極危險氣體需與其他化學物分開儲存。
(7) 提供暫時儲存之固體與液體廢棄物區域。
7.生物實驗室
(1) 實驗室規劃 ：
a. 工作區域分開﹝行政及研究區域分開﹞
b. 微生物工作區域提供消毒及預先準備設施。
c. 已消毒物及污染物、廢棄物需分開。
(2) 通風需符合相關規定。
(3) 使用高壓滅菌鍋消毒會再使用物品。
(4) 微生物廢棄物丟棄
a. 提供有效使用消毒及廢棄物丟棄之裝備。
b. 將廢棄物丟入焚化爐，並提供方便出入和安全運送。
c. 焚化爐需符合政府規定。
8.放射物品及離子化放射使用
(1) 一般規定：
a. 放射區域入口處需張貼放射警告標誌﹝依政府規定﹞。
b. 放射、放射性同位素實驗室需設保護體﹝保護體儘可能減低放射量﹞。
c. 依不同放射源作不同層次保護體。
d. 限制進出。
e. 放射實驗室一般需求：
(a) 隔離：
(i) X光機器、產生放射線儀器、密封放射源需單獨使用。
(ii) 遠離一般行政辦公室。
(b) 規劃：有以下事項需特別注意。
(i) 放射保護及光束沒有永久設於儀器內。
(ii)放射光束及擴散方向沒有內在保護。
(iii) 放射相連區域包括樓上或樓下。
(iv) 儀器操作和出入。
(v) 結構體保護裝置。
(vi) 樓板載重需考慮沉重保護體，實驗室出入通道。
(vii) 電力及冷凍需求。
(viii) 門設連結鎖控制進入，防止意外。
(ix) 放射區域設警告標誌告示。
(x) 提供合適儲藏空間。
f. 放射性同位素實驗室一般需求：
(a) 隔離：
(i) 放射核種儲藏室及操作區域分開。
(ii) 放射性同位素實驗室需遠離辦公室。
(b) 規劃：有以下事項需特別注意。
(i) 提供設備、空調、通風及排水設計。
(ii) 緊急事故設備進入及實驗室緊急出口。
(iii) 提供固體、液體、氣體廢棄物丟棄。
(iv) 提供放射物質及廢棄物儲存空間。
(v) 必須有放射保護體。
(c) 放射性同位素實驗室及儲存室不適合作為建築擴充連接處。
(d) 實驗室依低、中、高等級層度不同要求乾淨要求。
(e) 管道及管線作密封保護。
(f) 提供每人10 m2工作區域，天花高度2.4m。
(g) 提供一處非常乾淨區域。
(h) 實驗室認證：每一實驗室門上需張貼告示，告示內容如下：
(i) 實驗室工作內容確認。
(ii) 指出主要潛在危險。
(iii) 告示緊急事故之個人保護裝備。
(iv) 告示緊急事故發生時需聯絡之人名及電話號碼。
g. 含放射性液體廢棄物之排放口與建築物內其他之排水系統分開。
(2) 放射性同位素實驗室最小規定
a. 實驗室分級：依AS2243.4規定分低、中、高等級。
b. 除非提供適當屏障，廁所、餐廳、飲水設施不能直接開放在放射性同位素實驗室前。
c. 放射及非放射區域間屏障處提供換鞋設施。
d. 高等級實驗室不能提供開放式儲櫃。
