科研装置辐射防护的建筑设计关键技术研究.docx

The Key Technologies Research of Architectural The Key Technologies Research of Architectural Radiation Protection in Scientific Research Facility 撰文 潘嘉凝 上海建筑设计研究院有限公司 摘 要 随着国家综合科技实力的提升，我国自主设计、建造大型科学装置类研究平台的能力也在不断加强，并逐步被国际所认可。 在这类项目的建筑设计中，辐射防护技术是非常基础和重要的内容。结合对我国重大科学工程上海光源工程以及近年来一些 类似项目的辐射防护建筑设计关键技术研究，阐述科研装置建筑辐射防护的设计要点，以供类似项目的建设借鉴参考。 辐射防护 建筑技术 人员安全 关键词 1 前言 上海光源同步辐射装置是我国迄今为止建成的规模最大的科学装 置和多学科研究平台，项目自 2009 年 5 月投入使用以来，促进了我 国多个学科的快速发展，亦使我国的结构生物学研究步入世界研究的 前列。 设计、建造此类科研建筑，必须有相应的辐射防护技术作为安全 保障。从衡量辐射防护等级的职业照射标准（对工作人员所受职业照 射上限值的控制指标）来看，我国上世纪 50 年代的国家标准 150 毫 希弗 / 年（150mSv/y）几乎是现今此类科研装置的 30 倍，这一演变 充分体现了伴随着社会进步、技术进步及经济发展，人们的自身安全 意识、环境意识都大幅提升，对辐射防护技术的精细化发展也提出了 更高的要求。 2 辐射防护设计原则 ALARA 原则（As Low As Reasonably Achievable） 是国际上 辐射防护设计的最基本原则，要求辐射类项目对人员的照射应做到合 理可行、尽可能低。这条原则中的合理（Reasonably）可以理解为 符合国际或国家的标准，“可行（Achievable）、尽可能低（Low）” 即根据各国、各地具体的经济、技术等综合实力和水平来为“安全” 投资。这条原则看似灵活，但实际对执行者具有非常高的要求，考验 决策者对“度”的把握能力，不仅要有合理的科学定位（安全且不浪 费），同时还必须包含一定的前瞻性和公众性视角。 在辐射防护环节，建筑师真正参与的部分主要是整体屏蔽系统的 平面形式优化，人行迷宫、货物进出通道以及屏蔽墙贯穿部位的平面 布局及构造做法等。虽然不直接参与确定设计标准和具体屏蔽墙厚度 的计算，但如何在充分理解工艺要求及原则的基础上，体现建筑技术 与艺术水平，是建筑师的责任。“正确的辐射屏蔽理论，只能也只有 通过建筑形式（如构造设计）和材料（如使用的混凝土成分）以及施 工工艺体现出来。”上海光源工程辐射防护专家曾这样对我们说。 科研装置类项目的建筑设计往往会遇到一系列非常庞杂、繁复的 工艺要求，其中的很多内容需要在与工艺专家充分沟通的基础上，由 建筑师自己来挖掘和体悟。从某种意义上说，好的建筑师就是一位好 的“翻译家”，用最合理贴切的建筑语汇来诠释、回应工艺需求。 3 科研装置项目特点和社会意义 上海光源工程是我们设计的第一个此类科研建筑。 项目位于 上海浦东张江高科园区内，从前期建筑设计介入到建成出光历时近 5 年时间。主体建筑占地 35 500m2，为环形建筑。实验装置部分由 100MeV 电子直线加速器隧道、3.5GeV 增强器隧道、3.5GeV 储存环 隧道组成，涉及大量辐射防护的设计内容。装置建成 4 年多来，上海 光源以安全的运行、优异的性能获得国内外同行的广泛认可，成为国 际上性能指标领先的中能第三代同步辐射光源之一。 我国一系列大型科研装置类建筑的陆续立项和建设，意味着此类 建筑在国家科技实力提升方面将起到越来越广泛的作用。此类科研装 置一般都由一个或数个加速器隧道组成，隧道内的装置设备承担从光 束线注入、加速、调节到出光的全过程运行。几乎所有的辐射防护技 术都围绕隧道区域部署，主要科研装置所处的“隧道”其实就是装置 的整体屏蔽“壳”。 图1 建设中的上海光源主体建筑储存环隧道 图2 建成后的上海光源主体建筑实验大厅 113 图3 隧道墙内平图5 人行迷宫平面图6 人行迷宫剖面图4 隧道墙外平图7 隧道墙上的货物进出通道——可拆卸的屏蔽墙（环形、末端）4 图3 隧道墙内平 图5 人行迷宫平面 图6 人行迷宫剖面 图4 隧道墙外平 图7 隧道墙上的货物进出通道——可拆卸的屏蔽墙（环形、末端） 4 整体屏蔽与局部屏蔽 隧道墙的混凝土密度略高于普通混凝土墙体，并在局部使用重晶 石混凝土块和少量铅砖预埋加强。隧道墙（含顶面）的厚度计算一般 由辐射防护专家计算确定，辐射强度是决定隧道墙厚度的主要因素， 不同项目、不同隧道在隧道墙的厚度上都会存在差异。从经济、科学 的角度在