在核设施的设计和运行过程中，都需要考虑辐射防护的要求。乏燃料后处理厂房作为核设施中重要的一类物项，其厂房规模，建筑形态以及设计规范等都与核电厂有着明显的不同。虽然我国乏燃料后处理厂房有着几十年的设计、建造及运行历史，但直到近几年才有蓬勃的发展。随着规范的发展，以及对核电厂设计经验的大量借鉴，后处理厂的设计理念及方法均发生了显著变化，对于辐射防护要求的响应也面临着许多新的问题。通过对辐射防护对各专业设计的影响及对策分析，找到满足辐射防护要求的设计方案，并归纳总结，可以对后续的后处理厂房设计提供较好的参考和借鉴。

1 辐射防护对建筑设计的关系及影响概述

建筑设计是乏燃料后处理厂房设计的重要环节。作为建筑设计的专业人员，其主要工作是对工艺流程进行深入分析，同时对不同专业及系统的要求进行解构分析，将抽象的需求转化为具象的空间进行组合，以实现主工艺及各辅助工艺的需求。可以说，建筑设计是从虚到实的重要环节，不仅关系到厂房的各项功能能否实现，还关系到厂房运行期间各项功能使用、维护的便捷性和合理性^[1-2]。

辐射防护是乏燃料后处理厂房中一个非常重要的设计要求，也是所有主工艺厂房的设计中均需要首要考虑的设计要求之一^[3]。在建筑设计的过程中，需要对辐射防护的要求进行各种专项的设计，不仅包括狭义的建筑设计本身，还需要包括对各辅助专业系统做出适应性的响应^[4]。

现阶段国内的建筑设计，主要是满足2个方面的要求，一是功能需求，二是安全要求。其中，功能需求是指实现厂房的工艺及其他辅助系统的功能需求，其中也包括工作人员的使用和感官需求。由于厂房的建筑特征，相较于公共建筑和居住建筑，其使用人员的感官需求往往被置于较为次要的地位。安全要求是指厂房的安全性要得到保证，对于乏燃料后处理厂房，除了工业安全、消防安全，还包括了辐射安全及临界安全等^[5]。

相较于普通厂房，有辐射防护要求的乏燃料后处理厂房在空间组织和人流物流控制方面，均有着更高的要求^[6]。同时，由于后处理厂房中辐射安全的引入，会与通常的一些设计原则不一致，不能妥善处理的话，极大可能会影响厂房的安全性^[7]。随着社会发展，后处理厂房的设计标准也在相应提高，目前的后处理厂房均按安全级厂房的要求进行设计^[8]，其抗震要求也参考核电厂的抗震要求进行设计^[9]。

2 辐射防护要求对于建筑物各系统造成的影响及相应对策 2.1 建筑设计

这里讨论的建筑设计，是指狭义的建筑设计，具体来说是指接收主工艺及各辅助专业的各种需求，综合考虑厂房的功能性和安全性，通过空间组织，形成厂房的建筑设计图纸的过程。在这一过程中，需要重点考虑的包括消防设计，人流物流设计等。

2.1.1 影响

在乏燃料后处理厂房的设计中，一般通过对厂房划分不同的辐射分区，并对工作人员加以控制，来实现使工作人员远离辐射源，或减少在高辐射区工作时间的目的^[10]。因此，一般后处理厂房的人员进出控制较为严格，放射性厂房人员进出需要经过专用的卫生出入口或者卫生闸门，禁止随意穿越不同的辐射分区。由此可见，辐射防护对于人员的控制原则是单一、集中、封闭^[11]。

作为建筑设计中极为重要的消防设计，其要求在火灾发生时，人员能以最短路径尽快疏散到室外安全区域，同时应设置多条疏散路线，避免人流集中，或者单一路线被大火封闭导致无法疏散的情况发生。因此消防设计对于人员疏散的控制原则是分流、多线、开放^[12-13]。

2.1.2 对策

由上节可见，辐射防护和消防设计原则在一定程度上有所冲突，通过分析厂房的运行情景，通过将厂房分为正常工况及应急工况2种模式可以最低成本解决这个问题。在正常工况下，执行辐射防护的控制原则，在应急工况下，执行应急疏散原则。

具体到实际工程中，通过辐射分区边界设置受控的过渡间，同时应急过渡间的门采用和消防及应急报警系统联动的手段，可以达到从正常工况同步向应急工况切换的目的。在正常工况下，过渡间受控，人员不能跨区流动。当切换到应急工况下，应急疏散门解锁，工作人员可通过手动开启疏散门，紧急疏散到安全地带（如图1）。

2.2 结构设计

结构设计中，辐射防护所需要的混凝土墙体厚度是需要考虑的重要内容。满足辐射防护厚度的墙体会带来布置方面的不便。

2.2.1 影响

即便是采用抗震Ⅰ类的乏燃料后处理厂房^[14]，墙体厚度一般也不超过600 mm。但是对于后处理流程中的辐射防护要求来说，混凝土墙体厚度通常要求在1000 mm以上。这会导致局部刚度过大而产生应力集中，同时也会带来较大的结构荷载，给地震危险性分析带来较大的不确定性^[15]。为此结构专业常常需要把此类厚墙直接落在建筑物的筏板上，以减轻其对地震分析的影响。而本来不在筏板层布置的热室或者设备室的墙体继续下探至筏板层，往往会导致不应有墙体的位置因受力影响而不得不布置墙体，影响设备的摆放或者人员的通行。

2.2.2 对策

针对此类问题，结合结构专业技术人员的计算，对于不承担辐射防护功能，而仅仅作为承担上方辐射防护墙体而设置的厚墙，可采取在墙体上局部开设合理尺寸的洞口，以满足设备布置或者人员通行的要求（如图2）。

2.3 排水设计

水工专业受辐射防护影响主要是排水系统。在乏燃料后处理厂房中，排水系统主要可分为特下水系统和普通排水系统。特下水系统是收集、处理橙区及以上的生产排水的系统。为了避免废水载带的放射性物质扩散，对人员及环境造成伤害，特下水系统需要对橙区产生的废水进行收集，检测以及必要的处理。特下水输送管道属于重力流的排水管道，因此要求收集特下水的房间应置于整个建筑物的最底层。同时，从辐射防护的角度来看，为了防止特下水输送管道泄漏，尽量减少输送路径上的放射性物质扩散的可能，在建筑布置方面，特下水输送管道路径上不应布置绿区或者白区的房间，以避免特下水对其他辐射分区造成放射性污染。

2.3.1 影响

特下水最主要的来源是工艺流程中产生的放射性废水^[16]。一般在热室或者设备室中进行收集，因为工艺设备布置较为集中，这部分特下水对于布置的影响较小。对于建筑布置影响较大的反而是排水量较小，但分布较为分散的诸多辅助系统用房，如红区、橙区等排风机房的设备冷凝水，部分有酸碱及粉尘房间内设置的洗眼器，卫生闸门的洗消间，以及为橙区消防系统设置的特下水收集系统等等。此类房间种类繁多，涉及橙区内的各类设备用房、楼梯间、洗消间等等。从而给建筑物的整体布置带来了较大困难。

2.3.2 对策

在实际工程中，通过对诸多工程经验的摸索，总结了几条涉及原则，可供设计人员参考借鉴：①特下水槽间应布置于主要用水房间的正下方，并且位于建筑物的最底层。②橙区有排水的房间，不宜布置于白区及绿区房间上方。③橙区排水管道路径不应穿越橙区及白区。④因布置原因无法满足上述要求的，可采用同层排水或设置专用竖井布置排水管道，但会导致排水系统检修不便，应慎用。

2.4 排风设计

暖通与辐射防护相关的设计内容，主要包括橙区排风过滤系统及红区排风过滤系统。将橙区或者红区的排风由若干级过滤器进行吸附净化，去除空气中含有的放射性粉尘，达到环境排放标准后，由设置于厂区的排风烟囱进行统一排放。每个排风过滤系统通常由排风机房及过滤器间等构成，均布置在建筑物的橙区内。

2.4.1 影响

橙区排风过滤系统通常由一级过滤器及风机构成，其系统较为简单，布置也更为自由灵活。而红区排风过滤系统由两级过滤器及风机构成，其第一级过滤是处理由热室或者设备室排出的气体。因此，第一级排风过滤器应紧邻热室或者设备室进行布置，否则由上述红区到第一级排风过滤器间的风管路径上的房间有较大的辐射防护风险。但在实际工程中，由于热室两侧分别需要布置操作间和检修区，导致红区第一级排风过滤器间很难紧靠热室进行布置。在此情况下，需要专门设置红区管道夹层，为红区排风管道提供路径，浪费了较大面积，同时会造成红区排风管道过长，排风阻力较大，检修不便等问题。

2.4.2 对策

后续的类似工程，建筑设计人员通过充分利用竖向空间，通过层高差，将热室的检修区和第一级排风过滤器间进行错层设置，使检修区和第一级排风过滤器间都紧邻热室进行布置，摸索出了一条较为合理可行的布置方案（图3）。

2.5 电气及通信

电气和通信电缆跨区时造成的辐射防护风险较水工和暖通小。由于水工、暖通的管道输送物质（水、气体）均有可能载带放射性物质，且管道接口法兰等部位的密封有老化泄露的风险。而电气、通信专业布置的桥架均为电缆，在采用专业封堵方案的情况下，辐射分区边界渗漏的风险较小，易于后期维修补漏。且电缆不会载带放射性物质进行扩散。通信及电气的主要用房（配电间、控制室、实保用房等）均布置于白区，通过电缆桥架将信号，电力等输送到各区的设备用房，路径布置较为自由，检修维护十分方便。

2.5.1 影响

电气及通信设计中需要注意的辐射防护相关问题是竖井布置。由于电缆竖井需要上下层位置一致，以便于走线，并且每层都需要开设检修门。因此一个上下层连续的电缆竖井，可能会因为上下层分属不同的辐射分区，而分属不同的辐射分区。

2.5.2 对策

在实际工程中，由于电缆桥架易封堵、不载带放射性物质的特性，且按防火要求，电缆竖井在每层楼板处均需要采用楼板进行分隔，因此，可以按实际工程要求进行竖井布置，无需考虑放射性分区的一致性问题。电缆竖井每层可以分属不同的辐射分区，在实际工程中，为了便于检修，竖井的辐射分区往往与其每层检修门开向处外侧的辐射分区一致。

3 结　论

辐射防护要求对于厂房布置的诸多方面均有不同程度的影响。疏散设计方面，在分析不同工况下的使用要求的前提下，通过区分正常和应急2种工况下的人员流动模式，并设置应急过渡间的方式同时满足辐射防护要求与疏散要求；结构设计方面，可通过对设备及人员通行需求的分析，结合合理的结构计算，尽量减少辐射屏蔽墙体对于建筑功能的影响；特下水及红区排风设计方面，应通过在建筑设计阶段合理布置相关用房，尽量缩短放射性气体、液体在建筑物内的输送路径，同时避免路径跨越辐射分区，以免扩大辐射防护风险；电缆竖井设计方面，应合理确定竖井不同部位的辐射分区类型，在满足辐射防护要求的前提下，达到便于使用及检修的目的。

本文结合实际工程，提供了一些乏燃料后处理厂房布置中满足辐射防护要求的设计原则、应对策略和具体措施。后处理厂房的布置与其他种类的厂房有着极大的差异，辐射防护是保障放射性包容的重要条件，在建筑设计中，一定要深入分析了解工艺及各专业的实际需求，才能做出“安全、适用、经济、美观”的厂房建筑。