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醫療機構解決方案

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一、生物安全實驗室的工藝設計
(一)引言
國際水准的專業第四代生物實驗室規劃與設計對一座成功的現代化實驗設施具有極其重要的意義。生物實驗室設施和設備水平越高、越現代化、生物實驗室等級越高,其意義也越爲重大。中國的生物實驗室設施建設正處于向現代化高速發展的階段,這就要求生物實驗室設施的規劃與設計者能夠提出既切合實際又具有前瞻性的建築方案和工藝設計。
如何引進國際先進的生物實驗室/醫療建築設計與規劃理論和技術,同時將生物實驗室建築的功能及其文化內涵融合爲有機的整體,將是國內生物實驗室設計人員面臨的挑戰。
(二)第四代生物實驗室設計理念與原則
1. 最大限度地尊重基地环境,表达对环境的尊重 -??生态建筑设计
在對現狀地充分分析基礎上,對方案構思中將建築作爲環境的背景的設計理念,將單體建築包容于環境之中。
2. 前瞻性的设计理念
生物實驗室具有下列特點:
●靈活性:每一個實驗室都能有足夠的空間來放置儀器和設備。單獨板塊還可以獨立的控制它們各自的用途,以便在保證不影響相關實驗室的情況下也不必改變模塊配置。
●經濟性:實驗室考慮到爲防護、工作以及配置方面的效率利用進行區域劃分,從而避免了面積和空間的浪費。
●擴展性:建立在可增添結構的模塊形式和可重複使用的運行系統基礎上的實驗室系統,能夠在不犧牲一定功能或不影響相關實驗室的情況之下進行必要的收縮和擴張。
●安全性:實驗室內的區域配置需要按其潛在的危險程度來劃分。煙霧防護罩和酸性物質以及易燃物質的儲存位置和爲生物安全倉分派的空間將被配置在較高危險帶即處于實驗室後部(遠離出口)。一定的空間和足夠的廢棄物通道將被用來爲較高危險帶形成第二層的防護。每個實驗室的低危帶將用來安排各種幹燥台面活動比如放置寫字桌、計算機和儀器等。潮濕台面活動則被安置在中危帶。
通暢性:實驗室走道和出入口將提供簡便的行動通道以及提供符合國內相關規範的相應通道。
3. 适应生物技术发展趋势
爲確保實驗室人員的安全、防止環境汙染是開展致病微生物實驗研究的先決條件。因爲實驗室是造成實驗人員或周圍環境可感染疾病的高危工作區。在設計中,不僅要滿足功能要求,而且必須按照國家標准規範和有關行業專業標准,並借鑒參考國內外生物實驗室有關設計標准、及相關規範,達到微生物和生物醫學實驗室安全通用准則。
4. 促进最佳的科学研究能力
現代實驗室強調實驗人員互相交流,特別是學習交流及實驗室人員的團隊精神。考慮到研究活動活躍性的特點,建築必須能夠適應技術、設備、過程和技能各方面的變化並能快速和簡便地做出反應,能夠促進研究人員和訪問學者之間知識的共享與傳遞,從而形成一種互相影響和信息交流的學術氛圍。
5. 合理使用空间,充分考虑灵活性与可适应性
在現代實驗室的設計中采用統一柱網,並劃分出不同安全防護等級單元化模塊,以適合不同工藝要求。這種模塊化布局既吸收國內外CDC先進流程,又結合實際情況使實驗室布置更具通用性、靈活性,並滿足以後改造可能性。
6. 室内外环境的人性化处理
在先进的设计理念指导下,以人性化的设计理念布置室内外环境, 为实验室工作人员提供高效的工作场所及环境舒适休闲空间。
7. 生物实验室安全和保安
工程中大部分實驗室爲二級生物安全防護實驗室,適合于對工作人員或環境具有中等潛在危害的微生物的研究工作;部分實驗區域爲三級生物安全防護實驗室,適合于主要通過呼吸途徑使人傳染上嚴重的甚至是致死疾病的致病微生物及其毒素的研究工作。防止微生物災害,生物安全二級、生物安全三級實驗室的設計是重點。
(三) 第四代生物实验室工艺设计内容及要求
1. 第四代生物实验室工艺设计任务书制定
生物實驗室工藝設計任務書制定包括制定實驗樓每個部門和每個實驗室面積和功能要求;制定生物實驗室每間房的建築、裝修內容,門窗要求,環境控制,電力(照明、通訊及網絡),氣體管道,給排水,空調,消防控制,結構等工藝設計要求;制定每間生物實驗室所需固定實驗設備清單。
2. 第四代生物实验室工艺设计/设备规划
生物實驗室工藝設計/設備規劃包括按照國際生物實驗室標准及項目工藝任務書的要求,完成生物實驗室固定設備規劃、工藝布置圖、典型生物實驗室放大工藝平面圖、主要立面圖和主要剖面圖;完成生物實驗室固定設備廠商資料及工程設計數據歸總。
3. 第四代生物实验室建筑工程设计要求
生物實驗室建築工程設計包括:
●基地環境設計-在對現狀地充分分析基礎上,將建築作爲環境的背景的設計理念,將單體建築包容于環境之中。
●建築工藝設計要求-主要包括生物實驗室建築設計、室內裝修材料要求等。
實驗室基本工作區域尺度(ELM)是以保證生物醫學研究的安全運行而對其所需工作區域尺度的規劃。實驗室的ELM一般包括有操作台、實驗設備(包括儲藏櫃)、工作台、化學排煙罩以及生物安全櫃的長度要求。實驗室設計當前的趨勢已經開始朝著規劃區域空間尺度的方向發展,而不僅僅限于規劃區域長度。這種趨勢是起源于模塊化實驗室形式的采用。
建築面積由于包括流通區域、建築核心區域、牆體以及公共區域的面積,必然在整體上大于特定功能區域的使用面積。參考根據AIA使用面積與建築面積的換算方式,實驗室(包括內部流通和功能分配區域)面積的基本換算系數在1.7至2.2之間。換算出的工程總面積在實際規劃時還需要做相應調整。
實驗室建築的材料應該選擇耐用和易清洗的類型,並且能有助于創造一個舒適安全的工作環境。材料設計的關鍵因素在于易清洗、易維護、易儲藏並且盡量減少毒害傳播。所選材料作穿牆以及樓板處理時,還必須考慮到保證實驗室人員的安全。
●結構設計工藝要求-包括生物實驗室結構設計、結構負荷要求等。由于振動會幹擾到實驗室的敏感性儀器,設計者們必須考慮適當控制振動和將振動源的放置遠離敏感性儀器,必須對于建築結構的振動反應做細致分析,爲了控制振動在實驗室區域的傳導,工程師在設計前期需要考慮一些結構因素。
實驗室開間的大小(高、寬)設定必須考慮到實驗室模塊、功能分配、振動標准和後期發展等,寬度應該根據實驗室模塊的大小有相應變化,既保證靈活性又符合常規門窗設計,並且形成統一的實驗室輔助連接的整體。實驗室模塊內不應設置柱,以避免妨礙到實驗室的內部流通和空間使用,結構系統與空調系統應緊密協調防止互相幹擾。
●暖通空調設計工藝要求-包括生物實驗室暖通空間系統設計、空氣過濾、排氣系統、生物安全櫃排氣系統要求。
暖通空调系统必须满足实验室研究要求。除对温度、湿度需严格控制外,需有足够的通风量处理烟尘、异味、空气中污物,满足烟罩通风以及实验室内热负荷要求。同时必须充分考虑系统的可靠性并考虑富裕量。不同性质区域需保证不同的相对压力,并要根据相关标准从长远上考虑节能。实验室中间操作罩口NC最大值不宜超过50dB,除非设备本身允许外,NC一般不宜超过60 dB。
暖通空調、水、電、照明設備需根據可有效利用能源的原則進行選擇,同時應易于控制管理。防結露最小保溫厚度需滿足節能標准並參考國內相關推薦值。建築圍護材料必須保證居住者的健康與安全,建議選用環保節能材料。所有耗能系統及部件要進行全程控制管理,是否采用熱回收應進行相應的比較評價。
通過對實驗室設備的維護費用的經濟分析,選用不同的暖通空調系統。經濟分析應有足夠的數據進行經濟性、能效比的全面計算。經濟分析主要包括工程初投資、能耗、運行費用、系統可靠性、適應性等方面分析比較。每個系統的選擇需滿足運行的靈活、可靠、易于維護並預留余量,工程總投資內包含維護費用。
●給排水工藝設計要求-包括實驗樓給排水系統設計、設備要求。
給排水系統應與實驗室模塊相符合,排水系統應設計靈活,並預留部分設施以保證實驗室的可靠和持續運行,盡量避免在實驗室區域做穿牆處理。
汙、廢水系統應設置生活汙水與生産廢水分流排水管網,生活汙水處理達到中水回用標准後備用,再回用于綠化及水景補水。科研生産廢水采取局部處理經消毒後與集中處理相結合的方式。對被毒菌汙染廢水及放射性廢水,就近設置失活及衰減??處理裝置,嚴格控制,處理合格後排放。
地面雨水經雨水管道有組織的彙集用流槽卵石層過濾後儲存回用,余量及洪水就近排入明渠。
●強弱電設計要求-包括生物實驗室電力系統設計、室配電系統設計、照明設計、智能化系統設計、保安系統設計、通訊系統設計要求。
●消防工藝設計要求-主要指生物實驗室消防系統設計要求。
實驗室建築防火的特殊要求應按照當地相關規範考慮實驗室區域的設置和按照實驗室建築放火規範采用符合防火等級的防火材料、設置防火閥、自動噴淋系統、防火信號系統、風管煙氣檢測系統、室內消火栓和消防泵等消防設施。
生物實驗室用家具及設備要求包括衛生器具、工作台面、化學煙罩及生物安全櫃、實驗設備要求。
●生物實驗室安全工藝設計要求-主要包括常規安全工藝設計、輻射安全工藝設計要求。
安全健康的指導方針要求建築盡可能在工程上對工作人員的安全保護形成有效控制,從而將工作間潛在的職業危險降至最低。這些指導方針還必須與工程師提交的具體建築設計文件內容相適應,以便安全保護在建築施工時能夠體現出來。雖然健康安全的方針與工程技術的要求許多內容可以統一起來,但是仍不可能含概所有的因素。因此建議讓健康安全專家成爲建築設計團隊的一部分。
設計的所有實驗室必須保證放射性物質安全可靠的存放。放射性物質的容量和類型取決于實驗室研究功能的類型和數量。因此,設計者們需要根據實驗室的功能要求來決定供使用和處理放射性物質的必要區域。所有實驗室必須設有相應的普通級別的廢棄放射性物質存放容器。每個實驗室廢料的存放位置必須標准化以便于緊急防護人員在火災或意外情況下迅速采取措施。
●環境保護工藝設計要求-主要包括汙水汙物處理、噪音防護、輻射防護、生物安全防護要求。
注意環境保護和適當處理廢料對于保證實驗室建築中工作人員、訪問學者和周圍設施的健康運行和建築學術氛圍的維護十分重要。因此,需對實驗室的有害建築材料、有害廢料儲備與處理、分散儲備設施、廢液排放、固態廢料的管理與回收、氣體散發等做出嚴格控制。
????4. BSL3生物实验室、动物实验室规划、工艺设计/设备规划及工程设计要求-主要是完成BSL3生物实验室、动物实验室平面工艺布置图、立面图和剖面图设计;完成P3生物实验室、动物实验室工程设计要求和说明。
生物安全三級實驗室必須設置淨化設備(推薦采用高壓滅菌器)。高壓滅菌器區應滿足相應要求。生物安全三級實驗室的真空系統必須設置保護性過濾器。當生物安全三級實驗室的氣流與設計不相符時應有圖像和聲音報警結合實際情況考慮人員安全及材料的選用設置高效過濾器。排風夾帶有蒸汽,排風所帶的過濾器必須設置相應的過濾器(0.2微米濾水過濾器或等同)高效過濾器安裝:必須滿足相應特殊的測試要求。
(四)第四代生物實驗室建築設計理念
設計理念:
●最大限度的尊重基地自然環境,保護環境
●前瞻性的設計理念
●模塊化的國際生物實驗室的設計
●靈活性與可發展性
三、疾控中心實驗室規劃設計淡淺
疾控中心實驗室(又稱生物安全實驗室)。它是一個設施齊全,功能完備,智能化程度較高,有高度的安全保護措施的新醫療建築。從其進出的人、材、物都要滿足生物安全標准的要求,排出的空氣(氣體)、水(液體)、廢棄物和垃圾都要達到勞動保護和環境保護要求。實驗室的試驗品和産成品要嚴格登記備案,要有專門的庫房和車輛,庫房要與實驗室連成一體,車輛要專車專用,並且達到生物安全標准的要求。
一、總體布局
疾控中心實驗室的建設要符合國家現行的有關生物安全標准。
疾控中心實驗室的空氣具有潔淨度的要求,潔淨等級按病原性微生物實驗和汙染程度確定,其地理位置應選擇遠離人煙稠密、交通繁忙和空氣、水源、噪聲嚴重汙染地區。疾控中心實驗室要按照功能用途劃區布置,將實驗室與各區嚴格分開,人流、物流路徑分明,有汙染排放的區域要設在實驗室的下風向,吸風口設在上風向,實驗室周圍不宜種植飛揚花粉、絨毛和落葉的植物。
疾控中心實驗室不同于其他醫療工程。其區別在于,不僅要求防止環境因素對實驗室的汙染和實驗之間的交叉汙染,同時還要防止實驗過程中所使用的生物危害和潛在生物危害不致向周圍環境釋放造成汙染。
二、設計概念
1.設計理念
(1)確認實驗室內的物理控制對産品、環境和操作人員的保護作用;
(2)確定潔淨區、非潔淨區、汙染區和半汙染區,以及連帶輔助區的功能和用途;
(3)確定需要封閉或不需要封閉的操作區域;
(4)確定一次屏障、二次屏障的淨化控制方法;
(5)試驗和化驗要合理的分開;
(6)暖通空調、真空、壓縮空氣、供水系統、消毒滅菌要符合GMP要求;
(7)確定不同區域的氣流流向和流速;
(8)確定原材料、設備、産品和生物廢料的流向;
(9)滿足“三廢”排放標准;
(10)確定人員,特別是關鍵實驗操作人員的流向和控制;
(11)確定防止潛在危害物質釋放的措施;
(12)突發性“故障”的緊急關閉和自救方案;
(13)防火、保衛設施;
(14)備用:電源、通訊、控制設施。
2.生物危害因素
生物危害的根源是病原微生物,其危害程度的大小取決于病原性微生物的種屬、形態、抗原、變異等特性以及人體的免疫防禦功能。病原性微生物形成生物危害的致病作用,取決于病原性微生物的毒力、侵襲力、數量和侵入部位。
3.生物危害的汙染途徑
病原性微生物對實驗工作者的感染,一般都是意外的吸入、吞咽以及創傷、接種或注射等途徑造成的。吞咽和皮膚接觸這兩種侵入方式均可在操作時當場察覺,能從操作步驟上注意防範。吸入途徑的感染,由于其數量較小,散發于實驗室的環境氣氛中,除非濃度過高,形成可見的類似黴菌孢子的雲霧或成品飛揚的粉塵以外,一般往往難以察覺。這些數量較小的病原性微生物隨著氣溶膠進行傳播,據統計實驗過程80%的感染都起因于氣溶膠的危害造成。
氣溶膠是以膠體狀態懸浮在大氣中的液態或固體微粒,其直徑在0.01μm~200μm之間,一般約爲1-5μm,是最適宜引起感染作用的尺寸,肉眼不能發現。氣溶膠的顆粒大小與其危害程度的關系至關密切,顆粒越細,在空氣中的懸浮時間越長,越容易穿透普通的過濾介質,越容易潛入呼吸系統的深部。
氣溶膠的幾種類型:
(1)滴核 溶液或悬浮液表面在操作时的振动等破坏性应力,则溅出液滴。微小的液滴经过大气迅速蒸发,体积大为缩小,成为滴核。如:用移液管连续稀释,用平皿移种培养,对培养液强力振荡,进行离心分离操作不慎而产生溅滴和发泡,或在实验罐培养过程中通气鼓泡,排气夹带液滴,取样操作的液流喷射,液滴飞溅等。
(2)干粉 在某些常规操作散发的细微颗粒,在热空气对流循环下极易传播。如:打开菌种砂土管,拨动孢子菌落,粉碎冻干培养物,旋开盛有培养物的瓶盖,拔出瓶塞等。
(3)浮尘 这类气溶胶大都是已经被污染的粒屑,绒毛,皮肤屑,短纤维,灰烬,粉尘,尘团等。
4.常見的實驗操作的危險
液體操作、接種操作、瓊脂培養、深層培養、離心分離、注射操作、塞蓋操作,以及使用的器械、工具和器皿等。
三、設計方案
自上所述,疾控中心實驗室的建設是一個分工極細、專業極強、施工技術極高的生物醫療工程。設計中還要注意到:
(1)征求使用者和操作者的意見,確定工藝流程圖;
(2)按照四類病原體的特性和汙染途徑,確定控制技術方案和滅菌殺菌方案;
(3)根據氣溶膠特性和實驗操作的危險,制定出潔淨度、氣流流向、流速和壓差梯度參數;
(4)有實驗動物的實驗室自成一區,獨立傳遞,動物屍體要完全焚屍滅菌後,才能傳出;
(5)確定所有的實驗設備、工具、箱櫃、台案數量和尺寸;
(6)確定實驗室的預警、關閉、自救和逃生方案;
1.人流和物流
(1)人流:初更室—氣閘更衣室—淋浴更衣室—緩沖室—進入實驗區。離開時進入淨身室(房間負壓),脫下身上所有的衣物,衣物放入雙門藥液浸泡櫃(或其他方式消毒櫃)內(雙門藥液浸泡櫃的門設計成控制式的,不允許同時打開);然後進入淋浴室淋浴;淋浴後進入記錄室,登記記錄自己的工作和身體汙染情況,然後拿著身體狀況表進入體檢室,作汙染和常規檢查或住室觀察,無問題進入氣閘更衣室換上自己的衣服下班。
(2)物流:設計成單向性的,從專門的庫房(或暫存間)進入緩沖間,再進入實驗室。離開時必須通過雙門熱壓滅菌鍋進入另一個緩沖間(雙門熱壓滅菌櫃的門設計成控制式的,不允許同時打開)。任何物料只要進入是實驗區,不能原路返回。
(3)三廢處理
a.废液 废液处理的方法是根据废液的性质确定的处理方法的。一般采取的方法有:化学处理方法、物理处理方法、生物处理方法。
b.废气 废气处理可采用的方法有:加热灭菌方法、高效过滤器方法、混合灭菌方法、火焰灭菌方法等。
c.固体废料 固体废料的处理方法有:蒸汽灭菌方法、气体熏蒸方法、液体浸泡方法、辐射灭菌方法、焚烧处理方法等。
2.建築
主體結構采用土建方法,有抗8級以上地震能力,在溫度變化和振動情況下不産生裂紋和縫隙,建築爲單層和多層均可。最好是獨立的多層建築,按工藝要求分層劃區,便于實驗和管理。
(1)牆板和頂板
室內裝修材料與潔淨廠房的裝修材料不一樣,彩鋼複合板不宜在疾控中心實驗室中使用;原因在于板與板之間的插接縫隙太大,雖然打膠密封,但在四季溫度變化中很快裂出縫隙。
參考方法:
a.裝修的牆板和頂板可采用機加工金屬板方法。四邊制成有密封墊的咬口槽,通過卡口槽密封,房間的陰仰角制成120度角的斜邊;他的特點在于卡口嚴密,螺栓緊固密封,無滲漏,不受溫度影響,不怕撞擊變形,強度大。缺點是裝配速度和機加工速度慢些。
b.裝修可分成兩部分,淨化區采用彩鋼複合板,汙染區和半汙染區采用第一方法。
c.在土建過程中牆壁預埋下金屬構件,打不透眼孔,攻絲;頂棚與技術夾層采用鋼筋水泥澆注,預留下孔洞,埋下金屬構件;牆壁和頂棚表面塗膠粘貼不鏽鋼板,板與板之間采用不鏽鋼板壓條,注膠,用螺栓緊固密封;陰仰角采用圓弧R50金屬材料,特殊加工後,粘貼在牆角上。
d.在土建過程中的牆壁和頂棚上預埋下塑料構件,裝修時焊接塑料版,陰仰角用塑料板加工制作,防靜電可鑲嵌金屬條,地面作成防靜電地板或金屬地板。
e.其他材料,可選用表面光潔、平整、無縫隙、不起灰、耐腐蝕、耐沖擊、易清洗的材料。
(2)地面 地面应光滑、平整、不起灰、耐腐蚀、耐冲击、不积聚静电、易除尘清洗。
(3)根據病原性微生物的生物危害和致病特點,要合理匹配實驗室房間和淨化設施,每個實驗項目與淨化設施要自成系統,而且操作中的傳遞距離要最近,最好是在淨化設施內傳遞,這樣淨化設備可以制造成群組性的,傳遞停留處設有氣閘倉,而且每個實驗階段的淨化設備要獨立房間自成系統,房間之間用氣閘倉連接,防止環境汙染。不同的實驗項目,采取不同的潔淨技術手段。如放射性元素的實驗室淨化,就區別于其它的實驗室淨化。在制造淨化設備時,在結構上要安裝防射線穿透的材料,根據放射性元素的慣性和擴散原理,采用霧化離心技術,並且根據放射性元素的衰變期來決定排放控制方法和時間。在制造淨化設備時,可以安裝機械手和電視監控系統。疾控中心實驗室要有高水平的自動化控制系統和安全報警系統,有的房間要設立平衡壓力的值班風機,要害房間要安裝緊急關閉系統和自救逃生系統,確保疾控中心實驗室的安全使用。
四、實驗動物的環境和設施的技術要求
1 主题内容与适用范围 
本標准規定了術語、建築設施、設施分類、設施區的設置、飼育區環境要求、
墊料、飼料、飲水及籠器具的要求和試驗方法等。
本標准適用于北京地區新建和改建實驗動物建築用。
2 引用标准
GBJ 73 洁净厂房设计规范
GBJ 68 建筑结构设计统一标准
GB 49 综合医院建筑设计规范
GB 232 电器装置安装工程及验收规范
GB 243 通风与空调工程施工及验收规范
GB 5749生活饮用水卫生标准
GB 3095 大气环境质量标准
GB 3096 城市区域环境噪声标准
3 术语
3.1 开放系统(Open System)
動物飼育環境與外界相通,飲料、飲水要符合衛生標准,墊料要消毒。有防鼠防蟲
設施。
3.2 屏障系统(Barrier System)
動物飼育于隔離屏障系統內,一切進入屏障的人、動物、飼料、水空氣、墊料及
其他用品均需有嚴格的微生物控制。
3.3 亚屏障系统(Semi-Sarrier System)
設施的構造和設備均按屏障系統的要求,但空所經亞高效過濾後送入。
3.4 隔离系统(Isolation System)
以隔离器为主及其他 附属装置成的饲育系统,工作人员不直接接触动物。
4 建筑设施
4.1 选址按GBJ73规定
4.2 建筑要求
4.2.1 动物饲育室的内墙表面应中平整,阴阳角均为圆弧形,易于清洗、消毒。墙面
應采用不易脫落、耐腐蝕、無反不、耐沖的塗料。地面應防滑、耐磨、無滲漏。天花
板應耐腐蝕,飼育室應有良好密封性。飼育清潔級以上實驗動物房間不設窗戶。走廊
寬爲1.5-2.5m,門寬不應小于1m。送風應的符合所飼養動物級別的清潔度要求。排風
應符合大氣環境標准。地屏障系統、屏障系統的排風不應循環使用。其他應符合GBJ73
的規定。
4.2.2 动物饲育室的用电装置按GBJ73的规定,并应备有应急电源。在用水冲洗的区域,
應使用防水開關和電源插座。
4.2.3屏障与亚屏障系统应设置双路照 明节律性控制装置。
5 设施分类
5.1 开放系统:饲育普通能级动物。
5.2 亚屏障系统:饲育清洁级动物。
5.3 屏障系统:饲育无特定病原体级动物。
5.4隔離器系統:飼育無菌和悉生動物。
6 设施区域的设置
設施區域的設置和布局應避免交叉感染。
6.1 前区包括隔离检疫室、管理室、饲料库、维修室、值班室等。
6.2 饲育区包括淋浴室、缓冲间、保种室、饲养繁育室、待发室、清洁物品贮藏室、
清潔走廊等。
6.3 服务区包括洗刷消毒室、废弃物品及动物尸体处理室、机械设备室、卫生间等。
6.4 亚屏障障系统应尽可能符合单向流程要求,屏障系统进出口处应有缓冲設施。
6.5 动物实验区的设置应视所用动物的级别和相应级别的饲育室要求一致,并应同饲
育系統分開設置。