王 漪，張道茹，戴玉英，劉 冕，王吉星

（1.中國中元國際工程公司，北京 100010；2.北京市動物管理辦公室，北京 100010）

借中國工程院夏咸柱院士發(fā)起，中國工程院主辦的“中國工程科技論壇——實驗動物與生命科學研究”大會之機，就實驗動物建筑設施設計的特點、以及存在的一些問題和建議與大家交流。

現(xiàn)代實驗動物科學技術對于生物、醫(yī)藥、農(nóng)牧、生態(tài)、環(huán)保、化工、航天、軍事等科技的發(fā)展起著越來越重要的作用，其應用領域極其廣泛，包含醫(yī)院、藥廠、科研院所、大專院校、質(zhì)檢部門、疾病預防控制中心（CDC）系統(tǒng)等。

1 現(xiàn)狀

1.1 動物種類

常用實驗動物有哺乳類動物：如大小鼠、倉鼠、地鼠、豚鼠、兔子、猴、犬、豬、牛等。

最常用的實驗動物是大小鼠、豚鼠、兔、比格犬和恒河猴。

禽類：如雞、鴿子、鴨子等；

水生動物：如斑馬魚等；

兩棲動物：如爪蟾等；

昆蟲類：如果蠅等；

1.2 設施級別

實驗動物環(huán)境設施按照使用功能不同，分為實驗動物生產(chǎn)設施和動物實驗設施。在每種使用功能中，根據(jù)空氣凈化的控制程度要求不同，實驗動物環(huán)境設施又劃分為普通環(huán)境設施、屏障環(huán)境設施和隔離環(huán)境設施，這三種設施環(huán)境又針對實驗動物安全性的考慮，分別分為正壓環(huán)境和負壓環(huán)境。

實驗動物環(huán)境設施的分類

2 實驗動物設施的設計特點

2.1 工藝設計

實驗動物設施不同于普通的民用建筑，有較復雜的功能分區(qū)，工藝流程（包括人流、物流、動物流、污物流），以及動物飼養(yǎng)方式和設備選型的多樣性。所以對工藝設計有著較高的要求。

（1）屏障系統(tǒng)+IVC的設計

我公司設計項目涉及的國內(nèi)實驗動物設施種類繁多：以動物的種類分為牛、馬、豬、猴、犬、兔、雞、豚鼠、大小鼠、果蠅、斑馬魚等數(shù)十種；根據(jù)凈化控制級別有普通環(huán)境、屏障環(huán)境和隔離環(huán)境；從微生物安全級別分有正壓屏障環(huán)境和負壓屏障環(huán)境，負壓屏障環(huán)境級別涵蓋ABSL-1～ABSL-4，此外還包括屏障環(huán)境的放射動物的實驗設施。以上實驗動物設施具有共性，但每種設施又各有特點，以下僅以屏障環(huán)境正壓系統(tǒng)的小動物（一般為大小鼠）設施為例，具體說明實驗動物設施中小動物設施的特點。

動物設施的運行，能源消耗巨大，很多設施出現(xiàn)了“建得起而用不起”的狀況。IVC籠架的使用可以在一定程度上改善目前設備運行成本高這一現(xiàn)實問題。該系統(tǒng)采用籠具水平的隔離技術，通過在籠子內(nèi)部輸送經(jīng)過高效過濾的空氣以保證動物免受微生物的污染。使其具有許多傳統(tǒng)SPF實驗動物設施無法比擬的優(yōu)勢。

IVC籠具的推廣應用將成為嚙齒類實驗動物飼養(yǎng)設施重要的發(fā)展趨勢。在國內(nèi)外很多研究所的動物實驗設施中，IVC籠具的應用已占很大比例，并有逐漸增加的趨勢。將重要的實驗研究動物品系飼養(yǎng)于IVC籠具中更是得到了廣泛使用。IVC籠具優(yōu)勢明顯，不同籠具中動物互不干擾，確保實驗動物的凈化要求，加強了對實驗者和飼養(yǎng)人員的保護，同時使得系統(tǒng)更加節(jié)能。該籠具的缺點是應用程序比較繁瑣，造成飼養(yǎng)人員工作量增加。

采取將IVC籠具放置在屏障環(huán)境內(nèi)的方法，可以克服以上缺點。此方法在國外的動物實驗設施中已有多年實踐。屏障環(huán)境中IVC籠架內(nèi)動物的飼喂和更換墊料操作將大大簡化。

目前SPF級的動物飼養(yǎng)和實驗大多采用屏障系統(tǒng)或通風籠架的方法。但這兩種方法各有其不足。前者操作簡便，但能耗大；后者節(jié)能，但操作繁瑣。小動物的飼養(yǎng)采用屏障系統(tǒng)和獨立通風籠架（IVC）相結合的方式（屏障系統(tǒng)和通風籠架有各自獨立的送排風系統(tǒng)，以及各自獨立的空氣凈化和溫濕度保證），對動物的簡單操作和換籠等工作可直接在屏障系統(tǒng)內(nèi)進行，省去了超凈工作臺，簡化了操作步驟，改善了工作條件，提高了工作效率。在夜間或無人工作時，通風籠架可正常工作，而屏障系統(tǒng)內(nèi)只需維持風量，可大大降低換氣次數(shù)，節(jié)約能源。

但是，采用屏障系統(tǒng)和獨立通風籠架（IVC）相結合的方式會造成設施建設的初期投入增加。

（2）大型設備的采用

屏障環(huán)境除必要的高壓滅菌器等設備外，大型設施采用先進的自動化、機械化設備（洗瓶機、洗籠機、動物自動飲水系統(tǒng)等）是建設現(xiàn)代化的實驗動物設施的必然選擇，給規(guī)范化的操作提供了保障。但是目前多數(shù)大型設備均為進口，價格昂貴，前期建設的巨大投入使設施的建設者望而卻步。為了確保實驗動物事業(yè)健康穩(wěn)健的發(fā)展，希望政府有關部門扶植國內(nèi)有實力的廠家進行開發(fā)和研制符合國際標準又適應我國具體國情的實驗動物設施設備，或在進口設備關稅等方面能給予政策支持。

2.2 建筑結構設計

屏障環(huán)境設施的結構安全等級不宜低于二級。

應充分考慮空調(diào)機組等設備的面積需求，并對噪音和震動進行處理。二層以上的實驗動物設施宜設置貨梯。電梯不宜與動物生產(chǎn)室和動物實驗室相鄰，應避免運行時氣流和噪音對實驗區(qū)的影響。屏障環(huán)境設施的層高不宜小于4.2m。室內(nèi)凈高不宜低于2.4m，并應滿足設備對凈高的需求。設計實踐中我們層高通常采用4.2～5.5m之間，凈高采用2.4m～2.8m之間。

門窗應有良好的密閉性。屏障環(huán)境設施的密閉門宜朝空氣壓力較高的房間開啟，并能自動關閉，各房間門上宜設觀察窗，緩沖室的門宜設互鎖裝置。

飼養(yǎng)室的門，要能經(jīng)受反復消毒和清洗，最好選用金屬制的光面門（上面涂耐藥性兼耐熱性的涂料）或不銹鋼光面門。

所有圍護結構應選用無毒、無放射性材料。應易于清洗消毒、耐腐蝕、不起塵、不開裂、無反光、耐沖擊、光滑防水。屏障環(huán)境內(nèi)所有相交位置應做半徑不小于30mm的圓弧處理。目前一般選用彩色夾芯鋼板，厚度一般為100mm，60mm和50mm。為符合防火要求，屏障系統(tǒng)一般采用巖棉夾芯板。

圍護結構需要消毒，所以必須選用具有耐藥性和耐水性的材料和施工方法。根據(jù)情況還可能需要考慮耐熱性。

犬和猴等動物的實驗設施，須考慮相適應的吸音、隔音措施。若在發(fā)聲處把吸音和隔音材料進行組合則隔聲效果更好，但必須注意使用的材料需兼有耐水性、耐藥性。

目前動物設施的吊頂分為兩種形式，一種稱為硬吊頂，可供人在其內(nèi)部站立行走，是用于設備管線安裝、維修的設備層。其優(yōu)點是設備和管道布置的自由度大，無需進入房間就可以進行管理維修和改造，缺點是建筑費用高，設備布置的靈活性相應減小。所以目前在動物實驗室的設計中，軟吊頂（彩鋼板）的采用較為廣泛。

動物實驗室的地面材料應防滑、耐磨、耐腐蝕、無滲漏，踢腳不應突出墻面。屏障環(huán)境設施的凈化區(qū)內(nèi)的地面墊層宜配筋，潮濕地區(qū)的地面墊層應做防潮處理。實驗動物室的清潔要求各有不同，因此，要選用與之相適應的材料和防水工程。SPF級大鼠、小鼠等的飼養(yǎng)室地面，原則上只擦抹而無需清洗；一般小動物和豚鼠、兔子等的飼養(yǎng)室，不僅需擦抹還要清洗；養(yǎng)狗室原則上用水清掃，養(yǎng)猴室除用水清掃之外，有時要與熱水或蒸氣并用進行清洗。

此外，動物實驗室地面的顏色要使用不眩目，使亮度分布均勻的明亮材料，還需在紫外線的照射下抗變色和抗老化。目前大多采用優(yōu)質(zhì)的PVC卷材或環(huán)氧樹脂自流平的地面材料。

2.3 給排水設計

屏障環(huán)境設施的凈化區(qū)和隔離環(huán)境設施的用水應達到無菌要求。

大型實驗動物生產(chǎn)的場所每天要消耗大量的無菌水，須安裝無菌水生產(chǎn)系統(tǒng)，以滿足實驗動物生產(chǎn)的需要。無菌水生產(chǎn)一般采用超濾法和反滲透法。

管材最好選用不銹鋼管和具有高生物穩(wěn)定性（適用于嚴格的溶出標準）的塑料管等材質(zhì)。另外，使用不銹鋼等金屬管材時，必須有防止異種金屬之間產(chǎn)生電蝕等的措施。

大動物的生產(chǎn)區(qū)和實驗區(qū)的排水宜單獨設置化糞池。動物生產(chǎn)和實驗設施的排水宜與建筑生活排水分開設置。

2.4 通風空調(diào)系統(tǒng)的設計

（1）空調(diào)方式的分類

根據(jù)具體用途不同，實驗動物生產(chǎn)設施和動物實驗設施應分別設置空調(diào)系統(tǒng)。

空調(diào)系統(tǒng)應經(jīng)技術經(jīng)濟比較確定系統(tǒng)劃分和空調(diào)方式，并采取有效措施避免污染和交叉污染。系統(tǒng)的劃分和空調(diào)方式應有利于實驗動物設施的消毒滅菌、自動控制系統(tǒng)的設置和節(jié)能運行。對于普通環(huán)境，生產(chǎn)區(qū)、實驗區(qū)及輔助區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)宜分開設置。

（2）空調(diào)系統(tǒng)的設計

空調(diào)系統(tǒng)的設計應充分考慮動物隔離器、動物飼養(yǎng)架、生物安全柜、高壓滅菌器等動物、人員、設備的污染負荷及冷、熱、濕負荷。送、排風系統(tǒng)的設計應考慮所用動物飼養(yǎng)設備、生物安全柜、潔凈工作臺等設備的使用。動物隔離器、動物解剖臺及其他產(chǎn)生污染氣溶膠的設備不應向室內(nèi)排風?？照{(diào)凈化系統(tǒng)送、排風支管宜安裝氣密閥門?？照{(diào)凈化系統(tǒng)的風機宜選用風壓變化較大時風量變化較小的類型。對于采用屏障環(huán)境設施的動物生產(chǎn)區(qū)，送風機和排風機應考慮備用，當風機故障時，應能維持實驗動物設施所需最低通風量及溫度要求。對于采用屏障環(huán)境設施的動物實驗區(qū)，送風機和排風機宜考慮備用，當風機故障時，宜能維持實驗動物設施所需最低通風量及溫度要求。屏障環(huán)境和隔離環(huán)境過渡季節(jié)應有冷熱源。包括使用開放式籠具的屏障環(huán)境設施的動物生產(chǎn)區(qū)和動物實驗區(qū)以及普通環(huán)境的IVC、隔離器。

（3）送風系統(tǒng)的設計

使用開放式籠架具的屏障環(huán)境送風系統(tǒng)宜采用全新風系統(tǒng)。使用獨立通風籠具的實驗動物設施室內(nèi)可以采用回風，其空調(diào)系統(tǒng)的新風量應取以下兩項中較大值：補充室內(nèi)排風與保持室內(nèi)壓力梯度所需風量之和；實驗動物和工作人員所需新風量。

（4）排風系統(tǒng)的設計

有正壓要求的實驗動物設施，排風系統(tǒng)的風機宜與送風連鎖，送風先于排風開啟，后于排風關閉。

有負壓要求的實驗動物設施排風應與送風連鎖，排風先于送風開啟，后于送風關閉。

動物房排風除氨氣目前主要采用的方法為吸附法。吸附法主要采用活性炭、活性二氧化錳、活性鋁等吸附劑進行吸附。但多數(shù)吸附劑對各種產(chǎn)生異味的成分吸附性能存在差異，吸附時效短，因此吸附劑針對某一種或幾種異味氣體的吸附能力有一定了解后才能進行最優(yōu)選擇。

（5）節(jié)能措施

實驗動物設施區(qū)別于其他建筑的特點之一是：全年365天每天24小時連續(xù)運行。尤其是屏障系統(tǒng)，能耗極大。據(jù)統(tǒng)計：建成的屏障系統(tǒng)動物設施每年的運行費用約為每平方米600元以上。很多動物設施建成后，巨大的日常運行費用成為業(yè)主沉重的經(jīng)濟負擔。

減少能耗的能力是動物房設計水平極其重要的指標，而空氣換氣次數(shù)過多是能量消耗的主要因素。目前，確定合理的新風量、設法降低空氣換氣次數(shù)是動物設施節(jié)能的關鍵。

動物飼養(yǎng)室、實驗室的換氣次數(shù)多，以全新風方式運行，冷熱源設備和容量需求非常大，全年24小時運行的部分也多。因此，實驗動物房的空調(diào)系統(tǒng)是高能耗的，因而其運行費用也非常大。為此，有必要在設計階段充分采取節(jié)能措施。

實驗動物設施空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能措施有下面幾項：

圍護結構：加強外墻、屋面的隔熱保溫能力；降低空調(diào)冷熱負荷。

空調(diào)系統(tǒng)：根據(jù)實驗目的、動物種類和房間功能的不同進行分區(qū)，特別是24小時運行和間斷運行的部分要區(qū)分開來；根據(jù)動物飼養(yǎng)室內(nèi)的動物數(shù)量調(diào)整換氣次數(shù)，宜采用變頻方式。飼養(yǎng)室內(nèi)采用換氣效率高的送風口及氣流控制方式，以及部分排風再循環(huán)，減少新風使用量。

冷熱源系統(tǒng)：采用地源、水源熱泵機組，制冷制熱工況穩(wěn)定，能效比高，節(jié)能效果顯著。

能量回收系統(tǒng)：采用顯熱能量回收裝置，在寒冷及嚴寒地區(qū)冬季大溫差工況下，顯熱回收率50～60％，節(jié)能效果較為顯著。據(jù)了解歐洲已有實驗室動物設施采用3A分子篩式全熱能量回收裝置，全熱回收效率70％以上，節(jié)能效果顯著。

2.5 電氣設計

屏障環(huán)境和隔離環(huán)境的用電負荷不宜低于2級。當供電負荷達不到要求時，宜設置備用電源。

動物飼養(yǎng)室內(nèi)的燈具，要有防水性能，同時必須具有對滅菌消毒劑的耐蝕性。小動物（雞、鼠等）的照明應采用照度可調(diào)的開關。

2.6 弱電自控的設計

實驗動物設施一般設專用的監(jiān)控室，以保證設施的正常運行。

屏障環(huán)境設施宜設門禁系統(tǒng)。緩沖間的門，宜采取互鎖措施。

屏障環(huán)境應具有送、排風機是否正常運轉(zhuǎn)的指示，風機故障時應能報警，相應的備用風機應能自動或手動投入運行。

屏障環(huán)境的送風和排風機必須可靠連鎖，風機的開機順序應根據(jù)設施內(nèi)的壓力梯度不同符合有關要求。

空調(diào)通風系統(tǒng)的配電應設置自動和手動控制。

空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)的電加熱器應與送風機連鎖，并應設無風斷電、超溫斷電保護裝置，電加熱器的金屬風管應接地。

屏障環(huán)境和隔離環(huán)境的壓力梯度超過設定范圍時，宜有聲光報警功能。

屏障環(huán)境設施內(nèi)宜設必要的攝像監(jiān)控（隨時監(jiān)控特定環(huán)境內(nèi)的動物活動情況）。

3 存在問題

3.1 規(guī)范問題

（1）設計領域不規(guī)范

有些設計單位僅具有建筑資質(zhì)，對實驗動物領域缺乏專業(yè)基礎知識，不了解實驗動物和生物安全的有關規(guī)范、實驗動物設施的基本布局、實驗動物本身的基本習性，也不了解設施內(nèi)使用的相關設備的性能和要求。如果對動物實驗設施的設計缺乏足夠的認識，就會給日后設施的質(zhì)量和功能留下隱患。缺乏經(jīng)驗的設計單位在設計時通常采用兩種方法，一種是甩項的做法，僅預留一般的電量或通風量，待二次裝修時再設計，結果往往造成預留的電量、通風量、管井、機房面積等嚴重不足，給后續(xù)工作帶來很大的困難。再一種方式是讓業(yè)主提出工藝平面或布局，但業(yè)主往往對工程設計缺乏認識，對設施的全面把握不夠，無法達到和工程的標準和規(guī)范有機結合，不可避免給工程帶來缺憾。

（2）施工領域不規(guī)范

如果讓沒有經(jīng)驗，缺乏資質(zhì)認證的施工隊伍進行施工，施工單位不了解實驗動物建筑設施的特殊性，導致眾多的“病態(tài)”實驗動物設施的出現(xiàn)。有些業(yè)主在設施建成后又不得不進行再改造，造成了人力、物力的巨大浪費。

3.2 資金問題

資金短缺，自動化程度較低，人為因素（不可控因素）較大都會對實驗動物設施建設造成較大影響。有些單位缺乏對國情等許多不可預見因素的考慮，或?qū)ν度牍烙嫴蛔?，建成基礎設施后無資金購置籠具等設備，使耗巨資建成的設施不能投入使用。這些問題急需既符合國家標準、又符合中國國情，還能夠充分滿足實驗動物生產(chǎn)及動物實驗要求的實驗動物設施設備的出現(xiàn)。

4 解決辦法

4.1 對設計和施工單位進行資質(zhì)認可

（1）對實驗動物設施設計單位資質(zhì)和資格的認證

實驗動物設施的設計是一個系統(tǒng)工程，需要很強的工藝性，它既要符合各專業(yè)的設計規(guī)范（包括實驗動物、生物安全、潔凈實驗室等），又要有豐富的經(jīng)驗。對于該設施的設計特點、對各種各樣的實驗動物的了解、對相關參數(shù)的統(tǒng)計、對常用設備性能參數(shù)的收集綜合集成取舍的能力，以及與實驗動物設施的使用者溝通的能力，都對設施的設計者提出了明確嚴格的要求。只有這樣，才有設計好該類設施的基礎條件。

（2）對實驗動物設施施工單位資質(zhì)和資格的認證

正因為實驗動物設施的重要性和特殊性，決定了施工的重要性。施工單位的資質(zhì)、經(jīng)驗、管理、就成為該設施質(zhì)量的好壞的關鍵。

4.2 希望國家給予經(jīng)費支持

（1）在設施的建設經(jīng)費上給予支持

在實驗動物設施的設計特點中可以看出，其設施不但在主體結構、使用材料、給排水及污水處理、通風空調(diào)的配備、電氣自控等都與一般實驗室有很大的不同，都需要更多的建設費用和運行費用。

（2）對提高自動化程度給予支持

實驗動物自動化水平的高低，對于節(jié)約人力成本、提高飼養(yǎng)水平、保障各個飼養(yǎng)環(huán)節(jié)規(guī)范操作，有著重要的作用，但建設先期的投資費用較高，希望國家對前期建設的投入給予較寬松的政策，使實驗動物設施的配置標準有所提高、采用優(yōu)質(zhì)材料，使設施的整體水平處在一個協(xié)調(diào)的狀態(tài)。大大的提升設施的使用能力。

（3）對節(jié)能新技術的研究給予支持

實驗動物設施的建設和使用是一項耗能巨大的系統(tǒng)工程，在耗能大的環(huán)節(jié)上采取節(jié)能措施是降低能耗的關鍵，比如動物實驗設施的回風問題，希望國家給予一定的政策扶持和經(jīng)費支持，并組織有關專家進行攻關，將節(jié)約巨大的開支。