屏障动物实验室设施的功能分区设计

依据《实验动物环境及设施》，按照功能区分动物实验室设施可划分为3级功能区：动物实验区（如饲养间、手术室、解剖室、行为学实验室）、辅助实验区（如准备室、麻醉复苏室）、辅助区（如更衣室、缓冲室、淋浴室、清洗消毒后室、储藏室)组成，即“三级功能区”。从功能和微生物控制要求的角度，设施还可按照“三区分离”原则布局分为：洁净区（饲养间、清洗消毒后室、洁净物资储存室、手术室、行为学实验室、洁净走廊、隔离室)、污染区（解剖室、污物走廊、废弃物处理间、污物器具清洗消毒室）、辅助区（更衣室、缓冲间、淋浴间、办公室），以实现人员与物流、洁净与污染的有效隔离。“三级功能区”和“三区分离”都是设施内分区设计常用的模式。按照“三级功能区”布局,还是按照“三区分离”布局,设施内均含有以动物饲养区、动物实验区、清洁走廊、消毒后室为代表的核心功能区,它是设施内面积最大、功能最关键、使用频率最高、对动物健康与实验质量影响最大的区域。

1.核心功能区的基本要求和布局设计

《实验动物设施建筑技术规范》明确规定:“不同级别和不同种类的动物均要分开饲养”。该规定是对核心功能区饲养任务、空间设计、运行实践的总结性要求。核心功能区的基本设计要求，不同级别和不同种类的动物均要分开饲养，意味着核心功能区的布局须满足以下3个基本要求:

(1) 空间分隔

即使饲养的动物均为无特定病原体及以上,也须根据动物的种类和微生物学状态,在独立的空间进行饲养和操作。在实际运行中优先在室内通过物理隔断来实现空间独立,如设置独立房间、独立区域,也可依靠独立通风笼具、隔离器等设备形成的微环境隔离空间,以此防止交叉感染,减少种间应激干扰。

(2) 流线控制。

人员流线、物品流线和动物流线之间应做到分离,并通过单向流动避免逆向与交叉。这就要求在核心功能区的布局设计中应综合考虑单向流设计,如采用单走廊、双走廊或多走廊布局,确保“洁物―动物―污物”单向流动,防止交叉污染。

(3) 压差梯度

不同功能区域之间须建立由洁净区指向污染区的合理压差层级,以气流方向控制空气流动,从而维持屏障环境的洁净状态。在实际设计中,常通过洁净走廊作为不同洁净区之间的压力过渡带,防止交叉污染。

2.核心功能区空间构造设计

核心功能区内合理的空间构造,不仅直接关系设备安装、空气净化及人员操作的便利性,还影响屏障环境的稳定性与动物福利。空间构造要求主要包括整体层高的设计规范与功能区的科学分配,共同保证设施长期、安全、高效运行。屏障环境设施生产区的层高不宜小于4.2m,室内净高不宜低于2.4m,满足设备安装及检修需求。就工程实践而言,上述规定主要考虑节能、技术夹层与管线布置的空间需要,例如夹层安装空调通风管路、高效过滤器、小型排风机组等设备安装,室内安装Ⅱ级生物安全柜、顶式IVC机架、部分落地式高压蒸汽灭菌器等设备,均依赖室内≥2.4m的净高保障。该高度虽可满足前期大部分设备安装,但在后期安装大型设备、拆装大型风管、吊装过滤单元或布置独立排风机时仍显紧凑。因此如先期条件允许,建议层高设计≥5m,室内净高可提升至2.8m,夹层高度相应增加至2.2m,甚至设置成带楼梯的单独一层,可显著改善施工、维护和运行时的人机工程条件。

3.饲养间内空间分配

动物饲养间的平面尺寸应根据饲养量、饲养方式、笼具规格、排列方式、室内环境、饲养管理及操作模式等因素综合确定。以实验动物使用设施为例,单个饲养间宜布置3~5个动物笼架为宜(单面或多面),房间面积约15~20m2。以在饲养间内安装6个单面IVC笼架为例,目前高校及科研机构常用的小鼠IVC笼架规格多为约1.8m×0.6m×1.9m,每间可容纳300~450个笼盒,每个房间可饲养约1500~2250只小鼠。笼架之间的主通道宽度应≥1.2m,以满足推车通行、转身、下蹲操作及2人错身等安全操作空间。笼架与墙面距离应≥0.3m,以便走线(电源、数据、IVC管道)、清洁维护及通风回风流通。在此条件下,当房间5.5m×4.0m(约22m2)时,可形成典型的饲养间模块。若需在饲养间内同时安装生物安全柜、多辆工作推车或工作台桌等,则独立使用的IVC饲养间的面积可适当扩大至约30m²,例如6m×5m的布局可提供更充足的设备操作与通行空间。

4.走廊布局及人员流动线路

走廊布局不仅是建筑平面结构问题,更是洁污分流策略、气流组织、压差控制、人员物流管理的综合体现。走廊布局可划分为单走廊型、双走廊型、多走廊型。单走廊布局的动物实验设施是指人员、物品、动物、笼具及污物共用同一条洁净走廊,饲养间与及操作间的门均开向该走廊。人员流动路线通常为:外部区域→更衣室→洁净走廊→饲养室→消毒后室→洁净走廊→外部区域,不同区域的压差约为10Pa。以实验动物中心一层设施单走廊布局,该布局的优点在于设计简洁、流线清晰,显著减少通道面积,从而增加房间的可用空间。然而单走廊的缺点也十分明显:多种流向在同一走廊交汇,存在交叉污染的潜在风险,对现场缓冲互锁、实时压差监测、走廊定期消毒及人流管理均构成。但通过优化标准操作规程和严格监督措施可防止污染物在区域间反复携带,减少区域重叠使用的频率,以降低交叉污染。本中心通过自动和人工的方式增加洁净走廊清洁和消毒频率,能明显提升洁净走廊的洁净度。

5.双走廊布局

双走廊布局是指将洁净走廊与污物走廊完全分离,实现洁污分流。 双走廊设施的人员流线通常为:外部区域→更衣室→洁净走廊→饲养间→缓冲间→污物走廊→更衣→外部区域。以实验动物中心三层生产设施双走廊布局,该布局下实验操作间的门分别朝向两侧走廊,洁净走廊用于人员与洁净物资进入,污物走廊作为废弃物、脏物料的出口。双走廊布局流线清晰、洁污分隔明显,可显著降低交叉污染,同时便于管理。走廊布局应综合设施规模、动物等级、生物安全需求与资金条件进行权衡。根据国内外相关标准与经验,当设施面积<1000m2、IVC笼位数<3000,且饲养单一物种时, 可考虑单走廊布局, 并通过严格SOP、定期走廊消毒及时间错峰等方式控制;当设施面积>2000m2、IVC笼位数>8000 ,且同时包含饲养区和多类型实验区、物种多样时,应优先采用双走廊或多走廊布局,以确保洁污分流和运行安全。中净环球净化可提供动物实验室、实验室等的咨询、规划、设计、施工、安装、改造等配套服务。