實驗動物屏障設施工藝布局設計思路探討

曾曉虹

（中國電子系統工程第二建設有限公司，江蘇 無錫 214135）

實驗動物是人類進行科學研究的重要工具，其作為人類的替身被廣泛應用于藥品的有效性、安全性評價及其他目的的實驗中。隨著人類社會文明的進步，動物福利已成為規范動物實驗行為的重要指導原則，同時，為了保證研究結果的準確性，保證實驗數據的真實、可靠、可重現性，必須為實驗動物提供一個最適宜的生態環境。近些年，隨著科研工作的開展，國內許多科研機構逐漸意識到缺乏科學合理的設施規劃所衍生的問題。構建一個良好的實驗動物屏障設施需要進行有效的籌劃和構思，才能設計出實用、高效的設施。

1 功能區需求

一般而言，標準化實驗動物屏障設施應具有下列基本功能[1]：

（1）動物飼養區

由繁殖、生產和飼養、觀察的房間組成。

（2）動物實驗區

靠近或鄰近飼養室布置，原則上要和動物飼養區分開。主要是進行實驗藥物的配制及給藥、外科手術、術后護理觀察、醫療診斷等的操作實驗。實驗做完后，活的動物需返回到飼養室，因此，動物實驗區要盡可能接近動物飼養區并避免交叉污染。

（3）動物接收檢疫區

對運入的動物進行檢查、檢疫，保持適當觀察期間的區域。由接收室、檢疫室、檢查室組成。接收區域內設立的飼養間，主要用于在確定動物健康狀態前臨時的隔離飼養。常見的無特定病原體嚙齒類動物的接收流程包括：拆箱、檢疫（隔離包等層流工作站）、更換清潔籠具。接受區域內設有相應功能的區域如：層流工作站、清潔籠具的存儲區域等。

（4）物品運入、儲存區

為滿足籠架等的循環使用，通常在消毒前室和消毒后室設置雙扉設備，如高壓滅菌器、渡槽、傳遞窗（艙）等滿足屏障及清潔級動物房的飼料、墊料、設備等進入的需要。少量實驗用物品也可在實驗人員更衣鄰近處設置傳遞窗等方式傳入。

（5）廢棄物處理區

一般包含污物庫、尸體庫、化糞池、污水處理設備等。

固體廢物：尸體暫存間根據動物尸體的存量、處理周期確定，可采用-18 ℃冰柜或者-18 ℃拼裝冷庫。與解剖間鄰近設置。一般固體廢物存放于污物庫，如果存在放射性等其他危險物品，需根據專項環評要求實施嚴格管理。所有尸體及廢棄物需經有資質的專業公司運走處理。

污水處理：實驗動物設施的生產區和實驗區排水宜分開，與其他生活排水需分開設置。動物設施排水需考慮單獨設置化糞池或消毒池，如有活毒廢水，需考慮滅活處理后方可排放。

（6）庫房

一般包含飼料、墊料、籠架、籠盒、實驗耗材庫、污廢庫、尸體庫等。

飼料、墊料的存儲庫應保持房間的清潔、干燥，控制好室內的溫、濕度，注意防蛀防潮防異味。

（7）管理辦公區

包括實驗人員辦公、會議，運營工作管理人員休息、辦公、淋浴室、衛生間等。

（8）清洗、消毒、滅菌區（洗消區域）

洗消區與動物飼養區的輸送聯系應當便利，如果存在垂直交通需要，則清洗區域應靠近運輸通道設置。清洗區域操作室產生的噪聲較大，清洗區域若與動物實驗室較近，應考慮采取減噪措施。

一般來說，洗消區可以分為清洗消毒前室和消毒后室，兩個區域用墻體隔開。消毒前室溫度和濕度均較高，且由于處理清洗污染的籠器具，房間異味較大，應注意通風換氣的問題，為了控制房間氣味，建議洗消前室做負壓。消毒前室工作人員較密集，同時應考慮房間補新風，增加操作人員的舒適度?？臻g上消毒前室需考慮：① 未洗消的設備存放；② 人員操作；③ 打開籠盒、取出污染的墊料等前處理區域、人工洗刷的洗刷區等；④ 工作人員衣物清洗烘干區域等；⑤ 清洗消毒設備放置、操作、檢修空間等，確保流程順暢，空間大小位置規劃合理。消毒后室則需考慮洗消后籠器具的接收、清潔物品的暫存等。消毒后室設置在潔凈屏障區內，按屏障區的潔凈要求設計。

需要特別指出的是：清洗消毒設備均為大型設備，需考慮設備安裝要求及搬運要求、生產能力不同，耗電、耗水、耗氣等用量也有差異。選擇什么規格的設備對消毒前室的布局會有很大影響，因此在早期規劃就應對大型設備進行選型計算，確定數量，同時，需規劃好大型設備的搬運路徑。選用人工洗消還是設備洗消需要結合實際運營能力、投入成本和人工成本比較等一系列因素確定。

（9）動力站房等

包括變配電站，空調機房、冷凍站、給水制備間、空壓動力站等。

（10）其他

包括走廊（清潔、污染、一般）、緩沖、樓梯、電梯等。

科學布局動物屏障設施，要充分考慮輔助區的配置設計，尤其是洗消間、儲存間及設備機房的面積，輔助區的需求面積與設施的體量大小及工作操作流程相關。實際設計中，輔助區的設置往往被忽視，盲目放大動物飼養（實驗）區，導致后續使用造成諸多不便。根據美國、日本等先進國家的經驗，以及國內許多設施的實例，各功能區域占總面積比例分配可參考表1 的數據[2]。

表 1 實驗動物設施各功能區域所占面積比例Tab.1 The proportion of the area occupied by each functional area of the laboratory animal facility

2 布局規劃

2.1 平面布局

實驗動物屏障設施一般可劃分為：

（1）屏障受控區（核心區）包括：更衣、緩沖、動物飼養室、前室、實驗室、清潔物存放室、清、污走廊、隔離檢疫室、。

（2）屏障輔助區包括：洗消間、飼料、墊料間、籠器具暫存間、耗材暫存間、廢棄物處理存放間、機械設備室、淋浴間、工作人員休息室、動物尸體存放間、一般走廊、辦公室、維護室、庫房。

屏障輔助區設計的一個重要原則就是就近原則，但可以較為靈活機動地調整，而屏障受控區有潔凈度要求，且需兼顧各種工藝操作流線的設計，要求盡可能避免交叉污染，因此，以下主要討論屏障受控區的工藝平面設計。實驗動物屏障設施的布局有單走廊型、雙走廊型及多走廊型或無走廊的布局。無走廊型的布局一般是只有一到兩間飼養間的小規模飼養設施，規模一般在兩百平以下；如規模稍大且空間有限的情況下，為了放大飼養量，一般采用單走廊型的布局；但如果空間允許的話，雙走廊型的布局更有利于實現人、物單向流，較為有效地避免潔、污交叉污染，但空間利用率較低；如果飼養規模更大且要實現人、物單向流控制，受空間縱深的限制，則可能需要采用多走廊型的布局。

單走廊型是實驗動物生產、實驗的布局方法中，一種使可利用空間最大化的做法（如圖1 所示）。缺點也很明顯：人流、物流、污物流不可避免地產生交叉。這種設計對動物設施的運營管理提出了較高要 求。

圖1 實驗動物屏障區單走廊布局方塊示意圖Fig.1 Schematic diagram of the single corridor layout in SPF area

雙走廊型是一種常用的實驗動物屏障設施的做法。將清潔走廊和污染走廊分開，分設在飼養室兩側的形式，在微生物控制方面有其優點（如圖2 所示）。但是對布局造成限制，使得有效利用面積減小。

圖2 實驗動物屏障區雙走廊布局方塊示意圖Fig.2 Schematic diagram of the double corridor layout in SPF area

多走廊型是一種比較理想化的設計概念，人員、動物、物品由專門的通道進入，可有效避免交叉流向（如圖3 所示）。如果長期大量飼養動物，這種設施設計可以更為可靠地避免污染，但是空間利用率低、設施運營費用高等成為了限制這種設施發展的瓶頸。

圖3 實驗動物屏障區多走廊布局方塊示意圖Fig.3 Schematic diagram of the multiple corridor layout in SPF area

2.2 工藝流線規劃

實驗動物屏障設施的工藝流線的規劃包括有人員進出線、物料進出線、動物進出線，其中，物料包括清潔物料、污廢物料及大型儀器、設備。

（1）人員流線

進出動物實驗室的人員主要包括動物飼養管理人員、動物實驗人員和保潔人員。此外，還會有送貨人員、維護人員、來訪人員、檢查人員、安保人員等。為保證各類人員的進出有序，需要合理設計路線和設置不同級別的物理限制。合理的設計需要基于對工作類型、流程以及控制要求深入了解。對于不同工作類型的人員之間盡量避免交叉，可以通過區域劃分、時間順序、不同通道，如傳遞窗、雙扉滅菌設備等方式實現。通常，核心工作區設置在整個設施的內圈，人員進出可以走同一路線，穿越控制要求不同的區域時，可以通過緩沖間/氣鎖，并更換個體防護裝備或消毒，來達到控制要求。更衣室和淋浴間是人員進出的關鍵房間?？刂茀^域內主要通過設置緩沖間/氣鎖和走廊來規劃人員移動的路線，根據場地情況，可以考慮采用單走廊、雙走廊、多走廊等。人員進出管理的基本原則有分級/分層管理、分區管理或分時管理。

一般非高等級生物安全動物屏障設施的人員流線如下：

如圖1 所示，單走廊屏障區人員流向：外環境→換鞋→更衣→風淋→混合走廊→飼養、實驗室→混合走廊→緩沖間→外環境。

如圖2，3 所示，雙走廊或多走廊屏障區人員流向：外環境→換鞋→更衣→風淋→潔凈走廊→實驗室→污物走廊→緩沖間→外環境。

（2）動物流線

動物的進出，基本原則是盡量保持單向流。實驗動物是工作對象，其在設施內的流轉應根據工作流程合理設置。從控制污染的角度，單向流是最好的控制方法，但如果在某些環節做不到，需要考慮特殊的設計，如使用隔離傳遞裝置等。在動物流動的過程中，應該始終考慮如何清潔和處置動物的排泄物、分泌物、毛發等。涉及高等級生物安全動物設施出入的設計需要重點關注病原微生物的控制問題，運入或運出設施的動物/尸體可能存在被感染的風險，需按照生物安全動物設施設計要求[3，4]執行，應分開單獨設置，感染的動物需滅活處理后方可送出屏障區。

一般非高等級生物安全動物屏障設施的動物流線如下：

如圖1 所示，單走廊屏障區動物流向：外購來的小動物→動物傳遞柜→檢疫間（經檢疫合格）→混合走廊→動物飼養室（實驗后的動物錯峰送出）→混合走廊→緩沖→解剖室→尸體間；

如圖2，3 所示，雙走廊或多走廊屏障區動物流向：外購來的小動物→動物傳遞柜→檢疫間（經檢疫合格）→清潔走廊→動物飼養室（實驗后的動物）→污物走廊→緩沖→解剖室→尸體間。

（3）物料進出路線

物料可分為清潔物料、污染物料以及大型設備搬運路線（進場或檢修）等。進入潔凈屏障區的物料，需根據物料特性，考慮高溫滅菌或非高溫滅菌兩種形式，應同時考慮設置物料進口和出口。傳遞窗、渡槽、雙扉高壓滅菌器、雙扉VHP 傳遞艙等通道對物料的進出控制有重要意義，設計時需綜合考慮，尤其是大型雙扉滅菌設備和傳遞艙需考慮足夠的安裝、操作及檢修空間，且其中一側操作面應與潔凈區相通。

屏障設施內需考慮大型設備的進出（如滅菌設備、洗籠機等），設備進出通道的寬度（如走廊寬度、電梯開門寬度或吊裝孔尺寸）均需根據搬運要求設計，如大型設備的外形尺寸、推車的大小等。

廢物可分為危險廢物和普通廢物。風險等級為生物安全二級（ABSL-2）以下的感染性廢物可以按要求包裝后運出動物設施委托專業機構處理，風險等級為生物安全二級（ABSL-2）以上（包括ABSL-2）的感染性廢物須在設施內消毒滅菌后運出實驗室處理。廢物的形態包括固態、液態和氣態。如果涉及大動物，其不含有害因子可以運出，由有資質的專業機構處置，如果其含有害因子，需要先在設施內消毒滅菌，動物尸體的處理也是大中型動物實驗的難點和高風險環節之一。

一般非高等級生物安全動物屏障設施的物料進出路線如下：

如圖1 所示，單走廊屏障區物料流向：物料暫存室（如飼料/墊料、籠具）→消毒室→傳遞窗（輻照滅菌）或雙扉滅菌器→潔存室→混合走廊→動物飼養室（污廢錯峰送出）→混合走廊→緩沖→洗消間（密封打包或真空輸送）→垃圾房；

如圖2 ～ 3 所示，雙走廊或多走廊屏障區物料流向：物料暫存室（如飼料/墊料、籠具）→消毒室→傳遞窗（輻照滅菌）或雙扉滅菌器→潔存室→清潔走廊→動物飼養室（污廢錯峰送出）→污物走廊→緩沖→洗消間（密封打包或真空輸送）→垃圾房。

3 結束語

綜上，實驗動物屏障設施工藝布局設計，首先需考慮配置哪些功能區域，功能區面積如何分配，然后對功能區進行防護等級劃分，對受控核心區要進行合理的人物流線規劃，包括人員流線、動物流線、物料流線三條控制路線，結合場地情況，最終確定工藝平面布局，本文列舉分析了三種布局形式：單走廊型、雙走廊型及多走廊型形式的優缺點以及相應的流線設計，期望有助于設計同行共同探討。