林惠然,劉朝霞,馮小彪,劉敏捷,黃曉杰

(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院支撐平臺(tái)處實(shí)驗(yàn)動(dòng)物管理辦,深圳 518055)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施作為理工類高校教學(xué)與科研必不可少的一個(gè)配套平臺(tái)，是高校建設(shè)任務(wù)中不可或缺的一環(huán)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施屬于特殊功能實(shí)驗(yàn)室，由于對(duì)溫度、濕度、壓差、噪聲、潔凈度和換氣次數(shù)有嚴(yán)格要求，其設(shè)計(jì)及施工必須嚴(yán)格遵循相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，目前主要參考有GB/T 14925—2010《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物環(huán)境及設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)》及GB 50447—2008《實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建筑技術(shù)規(guī)范》［1-2］。

中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院（為中科院下屬科研院所，以下簡(jiǎn)稱先進(jìn)院）實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施面積3 928 m2，是廣東省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用單位中許可面積較大的單位之一。目前運(yùn)行管理團(tuán)隊(duì)超過40人。先進(jìn)院動(dòng)物設(shè)施于2012年首次啟用，至今已逾10年，經(jīng)過了5次改造擴(kuò)建及6次許可申請(qǐng)，涉及的動(dòng)物種類包括大鼠、小鼠、兔、豚鼠及非人靈長(zhǎng)類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，設(shè)施類別包括隔離環(huán)境、屏障環(huán)境及普通環(huán)境。在此期間，先進(jìn)院積累了豐富的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建設(shè)及管理經(jīng)驗(yàn)，可為高校及科研院所實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建設(shè)提供借鑒。

本文就先進(jìn)院近10年的建設(shè)經(jīng)歷及國(guó)內(nèi)外新近發(fā)展的施工工藝進(jìn)行探討，總結(jié)適用于高校及科研院所實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

1 設(shè)計(jì)規(guī)劃

1.1 層高及房間規(guī)劃

動(dòng)物設(shè)施分為技術(shù)夾層和實(shí)驗(yàn)室工作層。動(dòng)物設(shè)施的設(shè)備管道較多，需要較大的技術(shù)夾層空間，一般來說，層高達(dá)到2.2 m的技術(shù)夾層基本能夠滿足大部分的設(shè)備管道安裝、檢修和維護(hù)需求［2］。在有條件的單位，技術(shù)夾層可設(shè)置成帶樓梯的單獨(dú)一層、并設(shè)置檢修馬道，方便維護(hù)人員及設(shè)備進(jìn)出、參觀展示等（可參考清華大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施）。工作層層高的選擇則需要充分考慮能耗與設(shè)備擺放和維護(hù)空間。層高過低，設(shè)備安裝后可能阻礙設(shè)備上方的高效過濾器及燈管的更換或頂部清潔，同時(shí)會(huì)使處于設(shè)施內(nèi)的工作人員覺得壓抑；而隨著層高增加，空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的能耗需求量也同步增加，另外也不利于過濾器的更換及屏障設(shè)施內(nèi)屋頂?shù)那鍧崱Ｒ陨锇踩竦陌惭b為例，一般AⅡ生物安全柜凈高2.3 m，安裝要求頂部保留30 cm空間，即工作層層高至少需達(dá)到2.6 m。一般使用設(shè)施可以2.6 m作為工作層層高標(biāo)準(zhǔn)。

因科研院所的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)涉及較多專業(yè)儀器，實(shí)際操作時(shí)可提前調(diào)研需要放置入設(shè)施的設(shè)備清單及設(shè)備高度并預(yù)留一定的檢修空間，采用對(duì)應(yīng)位置頂部局部加高的方式以盡可能減少能耗［3］。

在房間規(guī)劃方面，盡可能避免面積過大的房間。大面積房間多用于生產(chǎn)設(shè)施，其優(yōu)點(diǎn)是單位面積可容納更多籠位、提高空間利用率。但較大的房間其弊端明顯，一旦房間發(fā)生病原微生物污染狀況，交叉感染及清空凈化造成的代價(jià)更高［4］。因此，使用單位可采用小而精的方式，根據(jù)學(xué)科方向或課題組需求量進(jìn)行房間劃分，更有利于管理及微生物污染風(fēng)險(xiǎn)控制。

1.2 局部加固及下沉設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)樓樓層的承重量一般為200～400 kg/m2。大型設(shè)備如高壓滅菌器、步入式洗籠機(jī)、空調(diào)機(jī)組等應(yīng)盡量安放在結(jié)構(gòu)梁上或跨度較小的樓板上，通常還需要進(jìn)行局部加固。先進(jìn)院動(dòng)物設(shè)施為既有建筑改建，局部加固會(huì)增加地面的高度，導(dǎo)致物品在轉(zhuǎn)移過程中需要上下坡或借用一定高度的裝卸車，給工作帶來不便，同時(shí)增加了職業(yè)安全風(fēng)險(xiǎn)（圖1A）。

若新建動(dòng)物設(shè)施，在土建工程之前宜預(yù)先做好規(guī)劃設(shè)計(jì)，確定好滅菌器、洗籠機(jī)等大型設(shè)備的安裝位點(diǎn)及安裝高度要求，提前布置好局部加固及樓板下沉設(shè)計(jì)，避免設(shè)備安裝后出現(xiàn)坡或坎，將為后續(xù)物品轉(zhuǎn)運(yùn)提供較大便利（圖1B）。

圖1 樓板下沉設(shè)計(jì)對(duì)洗籠機(jī)安裝使用的影響Figure 1 Influence of floor sinking design on the installation and use of the cage washer

1.3 節(jié)能設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施屬于高耗能設(shè)施，地處深圳的先進(jìn)院建筑面積約1 500 m2的小動(dòng)物設(shè)施每月耗電量達(dá)到150 000 kWh。節(jié)能是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施設(shè)計(jì)中需要考慮的要點(diǎn)，除上述提到的通過控制層高減少能耗外，設(shè)計(jì)時(shí)還需在如下方面加以考慮：（1）動(dòng)物設(shè)施基本采用人工照明和機(jī)械通風(fēng)，在滿足需求的前提下，盡量減少窗戶的設(shè)置及避免自然通風(fēng)，減少能源損耗。（2）動(dòng)物設(shè)施的能耗絕大部分來自凈化空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行。對(duì)華南地區(qū)濕度較大的區(qū)域，采用溶液調(diào)濕空調(diào)節(jié)能效果最優(yōu)，但需考慮其初始投資較大（如深圳灣實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施）。（3）優(yōu)化布局，縮短空調(diào)機(jī)房與設(shè)施的距離以減少中途能量的損耗。（4）空調(diào)系統(tǒng)設(shè)立分區(qū)，可實(shí)現(xiàn)分期分批投入使用；實(shí)驗(yàn)區(qū)域相較飼養(yǎng)區(qū)域其換氣次數(shù)可適當(dāng)降低，既方便管理，也能有效節(jié)能［5］。（5）采用獨(dú)立通氣籠盒系統(tǒng)（individual ventilated cages，IVC）或?qū)恿骷埽ǘㄏ蛄黠曫B(yǎng)架）的，可獨(dú)立設(shè)置飼養(yǎng)架及房間的排風(fēng)系統(tǒng)，采用飼養(yǎng)架全排、房間部分回風(fēng)的設(shè)計(jì)以減少能耗［6］。目前，部分新建設(shè)施配備電控變風(fēng)量排風(fēng)閥，配合自控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)夜間降頻可降低能耗，但對(duì)排風(fēng)系統(tǒng)的性能有較高要求。

除硬件設(shè)計(jì)外，還能通過一些管理手段實(shí)現(xiàn)節(jié)能。如在不同季節(jié)根據(jù)室外溫、濕度適當(dāng)調(diào)節(jié)設(shè)施溫、濕度參數(shù)，以保證在滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，盡可能減少與外界環(huán)境的差值。但是需注意，如不同季節(jié)溫、濕度波動(dòng)較大，可能會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)條件的一致性、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重復(fù)性產(chǎn)生影響，操作時(shí)需權(quán)衡利弊，找到平衡點(diǎn)［7］。

1.4 自動(dòng)化水平

先進(jìn)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域規(guī)模均不大，自動(dòng)化程度較低，高度依賴人工。在深圳地區(qū)，因生活消費(fèi)水平較高，一線員工招聘困難。為提高運(yùn)行效率，減少人力成本，新建大型動(dòng)物設(shè)施時(shí)可規(guī)劃多個(gè)環(huán)節(jié)的自動(dòng)化程序，包括籠器具清洗、墊料裝載、廢棄物傾倒及轉(zhuǎn)移、自動(dòng)飲水系統(tǒng)等［8］。要求提前預(yù)設(shè)隧道式洗籠機(jī)擺放場(chǎng)地、機(jī)械臂操作空間、干凈墊料存儲(chǔ)和傳輸通道、臟墊料傳輸及暫存空間、自動(dòng)飲水管道系統(tǒng)等。

2 設(shè)備選型

2.1 暖通系統(tǒng)

動(dòng)物設(shè)施環(huán)境指標(biāo)的控制高度依賴于空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)。空調(diào)系統(tǒng)的劃分應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理、有利于設(shè)施的消毒、自動(dòng)控制和節(jié)能運(yùn)行，同時(shí)避免交叉污染［2］。空調(diào)機(jī)組在安裝過程中，應(yīng)做好減震、降噪措施，避免對(duì)動(dòng)物繁育產(chǎn)生影響。此外，應(yīng)設(shè)置備用送排風(fēng)機(jī)，在風(fēng)機(jī)故障時(shí)，確保系統(tǒng)能夠維持設(shè)施穩(wěn)定運(yùn)行。

目前已建成的動(dòng)物設(shè)施多采用全新風(fēng)系統(tǒng)，能耗較高，運(yùn)行成本大。但當(dāng)大鼠、小鼠采用獨(dú)立通氣籠具飼養(yǎng)時(shí)，動(dòng)物產(chǎn)生的廢氣直接通過排風(fēng)管排到室外，對(duì)房間空氣質(zhì)量影響較小，房間送風(fēng)采用部分回風(fēng)，可達(dá)到節(jié)能效果。

近幾年，較多設(shè)施開始采用集成式的溶液空調(diào)，具有高效節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)，并且能夠更穩(wěn)定地控制溫、濕度，但需要考慮其初始投資較大［9］。

2.2 飼養(yǎng)籠具

普通級(jí)動(dòng)物多選用開放籠盒。但大鼠、小鼠可選擇的籠具類型較多，包括開放式籠盒、層流架、微屏障飼養(yǎng)系統(tǒng)、IVC、中央排氣通風(fēng)籠盒系統(tǒng)（exhaust ventilation central cages，EVC）和隔離包等，需根據(jù)飼養(yǎng)目的、管理要求進(jìn)行選擇［10-11］。飼養(yǎng)無菌鼠、重度免疫缺陷鼠及進(jìn)行隔離檢疫時(shí)多選用IVC或隔離包；用于示教用的大鼠、小鼠對(duì)微生物控制要求較低，可采用開放籠盒飼養(yǎng)；大規(guī)模生產(chǎn)可采用微屏障飼養(yǎng)系統(tǒng)；同一房間內(nèi)飼養(yǎng)多個(gè)課題組或多品系實(shí)驗(yàn)用大鼠、小鼠，可采用IVC或EVC。

根據(jù)是否自帶風(fēng)機(jī)及廢氣的排放方式不同，每一種籠器具對(duì)房間的送排風(fēng)量計(jì)算都有影響。房間的尺寸規(guī)劃也需要根據(jù)籠具的長(zhǎng)寬及擺放方式確定。籠具的選型直接影響設(shè)施排風(fēng)量的計(jì)算、房間尺寸的劃分，因此建議在設(shè)計(jì)之初就確定好籠具選型。

2.3 水處理

清潔級(jí)及以上級(jí)別動(dòng)物的飲用水要求無菌，無菌水的處理工藝有多種，價(jià)格差異也很大。最簡(jiǎn)單的采用過濾及UV殺菌，另外還有微電解、超濾、高壓蒸汽等處理方法［12］。為延長(zhǎng)處理后無菌水的有效期，還會(huì)通過酸化或氯化以控制水體中綠膿桿菌等環(huán)境菌的繁殖。

傳統(tǒng)給水方式為飲水瓶灌裝，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格低廉、操作及維護(hù)簡(jiǎn)便。但因動(dòng)物舔舐后會(huì)有空氣進(jìn)入水瓶，因此需要較為頻繁的更換水瓶以控制微生物；水瓶的老化、變形可能引起漏水導(dǎo)致動(dòng)物死亡；水瓶清洗、滅菌、更換需要較大人力成本。因此，水瓶喂養(yǎng)適合較小規(guī)模的設(shè)施使用，前期投入較低。國(guó)外某水純化技術(shù)公司設(shè)計(jì)的一款一次性無菌水袋飲水系統(tǒng)，可保證飲水期間無內(nèi)外空氣交換，使用周期內(nèi)始終保持無菌，每個(gè)水袋可提供2周飲水，更安全、便捷。

如為飼養(yǎng)量較大的新建設(shè)施，可規(guī)劃使用自動(dòng)飲水系統(tǒng)，無菌水通過定制的管道輸送到每一個(gè)籠盒內(nèi)，可以大大減少對(duì)人力的依賴及動(dòng)物缺水風(fēng)險(xiǎn)［13］。

2.4 廢氣處理

目前環(huán)境影響評(píng)價(jià)對(duì)廢氣處理的要求亦日趨嚴(yán)格，為避免影響周圍環(huán)境的空氣質(zhì)量，空調(diào)系統(tǒng)排風(fēng)末端需設(shè)置廢氣處理裝置?；钚蕴窟^濾裝置維護(hù)較方便，但需定期更換活性炭。而除臭噴淋塔需要使用濃酸對(duì)氨氣等進(jìn)行中和，前期設(shè)計(jì)時(shí)需考慮硫酸來源及廢液處理問題。

目前先進(jìn)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)室采用除臭噴淋塔進(jìn)行廢氣處理，由第三方公司進(jìn)行日常維護(hù)，如定期加酸、換水。但硫酸只能中和氨氣，對(duì)于動(dòng)物糞便產(chǎn)生的硫化氫等硫化物、糞臭素等吲哚類物質(zhì)作用較微。光觸媒廢氣處理工藝是一種新近引入到實(shí)驗(yàn)動(dòng)物行業(yè)廢氣處理的工藝技術(shù)，其對(duì)多種臭氣均有較強(qiáng)的分解能力，同時(shí)其安裝、維護(hù)簡(jiǎn)便，幾乎無耗材損耗。因此，新規(guī)劃動(dòng)物設(shè)施可考慮采用光觸媒除臭裝置與擾流噴淋裝置相結(jié)合，避免廢氣對(duì)周邊環(huán)境的影響［14］。

3 討論

舊設(shè)施改建具有較多局限性，直接影響到日常操作的便利性及運(yùn)行效率。如新建實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施，在建設(shè)初期應(yīng)提前做好充分的需求調(diào)研、規(guī)劃與設(shè)備選型，有利于后續(xù)設(shè)施使用過程中維持環(huán)境指標(biāo)穩(wěn)定、保障動(dòng)物質(zhì)量與工作人員的職業(yè)健康安全、方便操作，達(dá)到節(jié)省人力、節(jié)約能耗的效果。

先進(jìn)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施近10年的建設(shè)及改造經(jīng)歷了重重困難，也積累了大量寶貴經(jīng)驗(yàn)。高校及科研院所動(dòng)物設(shè)施在規(guī)劃及建設(shè)過程中，可以加以借鑒。另一方面，相比科研院所，高校實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施存在較高的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物教學(xué)需求，需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容做好示教區(qū)的規(guī)劃設(shè)計(jì)；同時(shí)預(yù)留可用于彈性改造的區(qū)域，減少后期因?qū)W科方向發(fā)展對(duì)設(shè)施進(jìn)行較大規(guī)模的改動(dòng)。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施的建設(shè)與初期設(shè)備采購(gòu)需投入較多經(jīng)費(fèi)，因此，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施建設(shè)全流程需要機(jī)構(gòu)領(lǐng)導(dǎo)的大力支持與相關(guān)同事的高度配合，不可忽視前期選址、設(shè)計(jì)及建設(shè)工作，否則可能會(huì)影響后續(xù)申領(lǐng)相關(guān)許可證及設(shè)施運(yùn)行管理的便利性和實(shí)用性。

[作者貢獻(xiàn)Author Contribution]

林惠然主筆撰寫，并組織討論和修改；劉朝霞、馮小彪、劉敏捷、黃曉杰參與討論修改及論文定稿。

[利益聲明Declaration of Interest]

所有作者均聲明本文不存在利益沖突。