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113现 代 工 程 科 技Modern Engineering Technology第 2 卷第 7 期2023 年 4 月Vol.2 No.7Apr.2023实验动物房设计探讨以华中科技大学转化医学研究院大楼项目为例殷国婷（武汉华中科大建筑规划设计研究院有限公司，湖北武汉 430074）摘 要：对转化大楼实验动物房的建筑设计内容进行了较为全面的总结及分析，重点阐述了 SPF 级实验动物房的平面布局、流线设计、消防设计、建筑构造、先进设备等的设计原则及方案，并对某些设计参数的确定提出了探讨性计算方法的建议，以供设计同行参考。关键词：屏障环境；洁净走廊；污物走廊；脉动真空压力蒸汽灭菌器中图分类号：TU201 文献标志码：ADiscussion on the Design of Experimental Animal RoomTake Huazhong University of Science and Technology Translational Medicine Research Institute Building Project as an Example Yin Guoting(Wuhan Huazhong University of Science and Technology Architectural Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430074)Abstract:This paper makes a comprehensive summary and analysis of the architectural design content of the experimental animal room in the transformation building,focusing on the design principles and schemes of the plane layout,streamline design,fire protection design,building structure,advanced equipment,etc.,of the SPF experimental animal room,and puts forward suggestions on the exploratory calculation method for the determination of some design parameters for the reference of the design colleagues.Keywords:barrier environment;clean corridor;dirty corridor;pulsating vacuum pressure steam sterilizer作者简介：殷国婷（1979），女，武汉华中科大建筑规划设计研究院有限公司高级工程师、一级注册建筑师，研究方向为民用建筑设计。1 项目概况华中科技大学转化医学研究院大楼项目获得了2022年度湖北省勘察设计成果（公共建筑类）一等奖。项目位于武汉市华中科技大学同济校区内，总建筑面积33252m2，其中地上27540m2，地下5712m2。建筑占地面积约1718m2，建筑高度65.7m。一类高层建筑，耐火等级 一级。项目地下共两层，其中地下一层层高5.0m，设置为公卫院、公共技术平台以及部分设备用房，地下二层层高3.6m，设置为46辆车停车库以及部分设备用房。项目地上共16层，其中一层层高4.8m，15、16层层高5.0m，其余层高4.0m；一层设置报告厅及配套用房及大楼办公，2层为公共实验平台，314层为各系所实验室和教师办公室；15层为SPF级大小鼠饲育及实验室，16层为SPF级大小鼠饲育层。2 项目特点2.1 动物实验室的位置与级别本项目是新药品开发、新治疗方法研究、新成果孵化的集散地，是学校现代化实验技术服务平台（医工、医理多学科将在此实现交叉协作），是转化医学事业一流人才的培训中心。项目包含各类型实验室和教师办公室、公共技术平台等，功能复杂，流线繁多。建筑顶层设置动物实验室可以获得相对安静的实验及饲育环境。本项目实验动物为三级无特定病原体动物，即SPF级动物。2.2 动物实验室的规模本项目地上15、16层为动物实验室及附属用房，建筑面积3458m2，为中南地区最大的实验动物工作单位。114现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期3 动物实验室建筑设计3.1 平面布局15、16层主要功能包括SPF级大鼠和小鼠饲养、实验室、人员办公区、辅助配套设施等。其中16层以饲养为主，15层以实验为主。3.1.1 15层平面布局15层为实验室及大小鼠饲养间，双走廊设计，包括独立实验室，与大小鼠饲养间成套的实验室，小鼠IVC饲养间共计4400笼，大鼠IVC饲养间共计336笼。设置缓冲、更衣、检疫接收、洗消、物品存放、办公等辅助用房。如图1所示。独立实验室中，含小实验室8间，面积712m2，其中3间设计铜网屏蔽；大实验室1间，面积25m2。与大小鼠饲养间成套的实验室各一间，面积12m2。饲养区中含有：小鼠IVC饲养间8间，大鼠IVC饲养间1间。饲养区中洗消区含有：药品准备间、外洗消、洗消后室、洁存间等。辅助办公区含有：笼具间、尸体间、灌甲醛间、解剖间、休息室、仓库、办公室、自习室、气瓶间及男女卫 生间等。图1 15层平面布局3.1.2 16层平面布局16层为大小鼠饲养间，双走廊设计，包括小鼠IVC饲养间共计7030笼，大鼠IVC饲养间共计371笼。设置缓冲、更衣、检疫接收、洗消、物品存放、办公等辅助用房。如图2所示。饲养区中含有：小鼠IVC饲养间4间，大鼠IVC饲养间1间。饲养区中洗消区含有：药品准备间、外洗消、洗消后室、洁存间等。辅助办公区含有：胚胎暂存间、笼具间、动物饮水机房、维修间、休息室、监控室、多功能室、洗衣房及男女淋浴间等。图2 16层平面布局3.1.3 动物房垂直交通由于实验动物房与其他类别科研实验平台共存于一栋高层建筑内，需要设置专用的动物出入口，以避免与其他实验区产生相互干扰。本项目增设了一部专用外挂电梯，位于建筑交通核部位（图1、图2）。专用电梯将服务于建筑顶部两层的实验动物房。3.2 剖面实验动物房不宜过高，饲育间和实验室高一般为2.42.6m，技术夹层高为2.22.4m，实验动物房层高一般为4.8m左右。综合考虑本建筑的高度及美观问题，本项目实验动物房层高设计为5.0m。3.3 流线设计3.3.1 人流管理及实验人员从门厅进入，经电梯到达15、16层，经过换鞋、一更、二更、缓冲间后进入屏障环境，经过洁净走廊进入各饲育室、实验室。维护及管理完毕后，经污物走廊及缓冲间离开屏障环境。有需要的管理人员通过污物走廊将污物带入洗消间对物品进行分类处理，维护管理完毕后进入更衣淋浴及办公用房（图3）。115115应用科技图3 各类流线3.3.2 动物流实验动物由大楼专用电梯送至15、16层，经登记、检疫合格后经过传递窗进入屏障环境，通过洁净走廊进入饲育室或实验室。实验完毕的动物经污物走道、缓冲间离开屏障环境。小动物尸体经处理后暂存于尸体间冰柜内，定期外送。3.3.3 物品流物品经大楼专用电梯运至15、16层，经洗消间洗刷或消毒灭菌后送入洗消后室，暂存于洁存间，经洁净走廊送入各用房。实验完毕后的污染物品经过污染走廊及缓冲间离开屏障环境。3.4 消防设计“洁净走廊+污物走廊”模式的三走廊实验动物房设计中，消防疏散距离、疏散出口数量、疏散宽度的要求须符合 建筑设计防火规范（GB 500162014）（2018年版）。本项目中通过消防逃生走廊、常闭逃生门等方式，解决了疏散距离过长、无法双向疏散等消防问题；同时设置火灾事故照明。自动喷水灭火装置如果设置在屏障环境设施净化区内，自动喷洒设备一旦出现误喷，会导致该净化区出现严重的污染后果，故此区域对自动喷水灭火系统不作要求，但应设置灭火器、消火栓等灭火措施。规范规定：“面积大于50m2的屏障环境设施净化区的安全出口的数目不应少于2个，其中1个安全出口可采用固定的钢化玻璃密闭。”之所以规定其中1个安全出口可采用固定的钢化玻璃密闭，是因为考虑到这类设施对封闭性的特殊要求，目的是在紧急时刻能被击碎。安全出口处应设置疏散指示标志和应急照明灯具。一般情况下，疏散门的开启方向应为人流逃生方向，但鉴于该环境中人员实际数量有限及屏障环境特殊的洁净要求，特别规定门的开启方向可由环境压力低的空间开向环境压力高的空间。3.5 建筑构造与各专业设计要点3.5.1 地漏本项目清洗消毒室设置地漏，地面做防水处理；屏障环境设施的洁存间避免设置地漏。3.5.2 墙面和顶棚本项目墙面和顶棚的材料采用铝蜂窝夹心彩钢板，符合“易于清洗消毒、耐腐蚀、不起尘、不开裂、无反光、耐冲击、光滑防水”1的要求。墙面与地面相交位置做半径不小于30mm的圆弧处理。3.5.3 地面本项目地面材料采用PVC材质，符合踢脚不突出墙面以及防滑、耐磨、耐腐蚀、无渗漏的要求。3.5.4 门窗本项目屏障环境设施净化区的门窗具有良好的密闭性。屏障环境设施的密闭门能自动关闭并朝空气压力较高的房间开启，同时具有防止实验动物外逃及昆虫、野鼠等动物进入的措施。3.5.5 电源及照明实验动物房照明设计有工作照度和动物照度两个照度要求：工作照度在150300lx之间；依实验动物不同的生理特性而导致动物照度不同：鼠类1520lx，昼夜明暗交替时间为12h12h或10h14h，以满足鼠类正常生长繁殖。本项目工作照明灯的开关安装在走廊里，便于控制。屏障环境设施净化区内的照明灯具，采用密闭洁净灯，吸顶安装2。为确保动物房及实验室的不间断供电，大楼总配电间供电到15层、16层，柴油发电机组作为备用应急电源。3.5.6 饮用水、饲料和垫料灭菌设施屏障和隔离环境实验动物饮用水须经灭菌处理，本项目以饮水瓶饮水为主，水灭菌方法为高压蒸汽灭菌；饲料灭菌采用高压灭菌；垫料采用臭氧灭菌、紫外线照射等方法。3.5.7 屏障环境的压力梯度屏障环境中必须使空气保持固定的流向，避免空气对流，这样才能防止动物饲养室内空气交叉污染、有害殷国婷：实验动物房设计探讨 以华中科技大学转化医学研究院大楼项目为例116现 代 工 程 科 技2023 年 4 月第 2 卷第 7 期气体扩散。因此，洁净走廊、饲养室、污物走廊、缓冲区及非屏障区之间的压力梯度应该是由洁净到污染、逐渐递减的关系3，本项目设置的压力参数梯度：洁净走廊饲养室污物走廊缓冲区非屏障区。3.5.8 气流组织本项目饲育区采用上送下回的气流组织形式，确保室内被污染的空气以最快的速度流向回风口，尽可能减少气流停滞区域。洁净走廊、污物走廊则采用上送上回的方式4。3.6 相关设备3.6.1 IVC笼具本项目饲养间内使用了IVC笼具，即独立通风笼，该笼具是国际上最先进的大小鼠饲养设备，为动物提供了相对密闭的生活环境，主要用于啮齿类小动物的SPF屏障环境饲养。IVC系统由笼盒系统、笼架系统、主机系统组成。每个IVC笼盒都带有终端过滤器，通过动力及设备对空气进行高效过滤后，经管道持续输入洁净气流至相对独立、密封的笼内，经过充分、流畅的循环后，废气从笼内经另一条管道输出，并经高效过滤后排出。笼内微环境指标可达到或超过屏障环境标准，适宜饲养繁殖SPF级实验动物，防止交叉感染。笼具设备节省占地面积，轻便灵巧，带可方便移动的灵活滚轮。IVC笼具（图4）最多耐受134高温，耐腐蚀、抗变形，使用寿命长，能够有效保证操作人员、动物及环境的安全，并大大节约运行费用。图4 IVC笼具3.6.2 脉动真空压力蒸汽灭菌器脉动真空压力蒸汽灭菌器又名高压蒸汽灭菌锅，主要利用高压蒸汽进行消毒灭菌。该设备集中放置在15、16层的洗消间内，基本用于动物笼盒和水瓶的消毒灭 菌5。灭菌锅配备数量须经计算得到。按照小鼠笼、大鼠笼每周各更换2次，一周5个工作日进行计算。15层：15层共有小鼠4400笼，大鼠336笼。灭菌器每天的处理量为：小鼠1760笼/天，大鼠135笼/天。本层选用的灭菌器容积为2.5m3，每锅次可处理小鼠笼约330个，大鼠笼约120个，则每天需要约6.5锅次。饮水瓶的处理量约为笼盒处理量的1/4，则饮水瓶每日处理量约为474个，每锅次可处理饮水瓶约180个，则每日需要约2.7锅次。笼盒与饮水瓶每日共需要9.2锅次。按照蒸汽灭菌器每台每日工作8小时6锅次计算，故设置两台。16层：16层共有小鼠7030笼，大鼠371笼。灭菌器每天的处理量为：小鼠2812笼/天，大鼠149笼/天。本层选用的灭菌器容积为3.1m3，每锅次可处理小鼠笼约408个，大鼠笼约148个，则每天需要约7.9锅次。饮水瓶的处理量约为笼盒处理量的1/4，则饮水瓶每日处理量约为741个，每锅次可处理饮水瓶约223个，则每日需要约3.3锅次。笼盒与饮水瓶每日共需要11.2锅次。按照蒸汽灭菌器每台每日工作8小时6锅次计算，故设置两台。4 结语实验动物房的设计既要符合动物饲育和实验操作等功能需求，又要遵循国家相关法规和标准。作为一个系统工程，涉及各个专业的设计。只有各专业配合协调，才能得到一个实用便捷的实验动物房建筑设计 方案。参考文献1 实验动物设施建筑技术规范:GB 504472008S.北京:中国建筑工 业出版社,2008.2 生物安全实验室建筑技术规范:GB 503462011S.北京:中国建筑 工业出版社，2011.3 实验动物环境与设施:GB/T 149252001S.北京:中国标准出版社,2001.4 马净.生物安全动物隔离实验室的建筑设计J.工业建筑,2013,43 (11):143-147.5 徐兆颖,宋俊国,徐剑,等.深圳市药检所动物实验室工艺设计探讨J.工程管理年刊,2020-2021(10-11):149-157.