生物安全洁净室设计和施工应注意的问题
fujingtx
fujingtx Lv.4
2006年05月16日 10:03:06
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1、前言  实验室工作人员在处理病原微生物、含有病原微生物的实验材料或寄生虫时,为确保实验对象不对人和动植物造成生物危害,确保周围环境不受其污染,对实验室和动物实验室的设计与建造都有特别的要求。依据实验对象的危害程度,一般把生物安全实验室分为四级,其中一级对生物安全隔离的要求最低,四级最高,生物安全实验室的分级见表1。其中三级和四级属于高级别生物安全实验室,有时也称为生物安全洁净室,即常说的P3、P4实验室。

1、前言
  实验室工作人员在处理病原微生物、含有病原微生物的实验材料或寄生虫时,为确保实验对象不对人和动植物造成生物危害,确保周围环境不受其污染,对实验室和动物实验室的设计与建造都有特别的要求。依据实验对象的危害程度,一般把生物安全实验室分为四级,其中一级对生物安全隔离的要求最低,四级最高,生物安全实验室的分级见表1。其中三级和四级属于高级别生物安全实验室,有时也称为生物安全洁净室,即常说的P3、P4实验室。
表1 生物安全实验室的分级
实验室分级 处理对象的危害程度,
一级 对人体、动植物或环境危害较低,不具有对健康成人、动植物致病的致病因子。
二级 对人体、动植物或环境具有中等危害或具有潜在危险的致病因子,对健康成人、动物和环境不会造成严重危害。有有效的预防和治疗措施。
三级 对人体、动植物或环境具有高度危险性,主要通过气溶胶使人传染上严重的甚至是致命疾病,或对动植物和环境具有高度危害的致病因子。通常有预防治疗措施。
四级 对人体、动植物或环境具有高度危险性,通过气溶胶途径传播或传播途径不明,或未知的、危险的致病因子。没有预防治疗措施。
  最近几年以来,特别是“非典”疫情发生之后,不少科研单位、高等学校、医院、商检和卫生防疫部门都已经建设了或正要建设生物安全实验室。由于生物安全实验室的专业性强,加上我国相应的规范标准不完善,建设方也缺乏相关经验,在建设中难免存在一些问题。现根据笔者的经验提出一些注意事项,供生物安全实验室的业主、设计单位和施工单位参考。
2、经济性方面
  (1)对于高级别的生物安全实验室,由于其造价昂贵,不宜盲目攀比建设,避免造成浪费。在立项建造生物安全实验室前,首先应对实验室的主要用途,基本的性能指标,以及建造实验室的目的等有透彻的了解。要根据试验对象的危害性确定生物安全实验室的等级,不能盲目的追求高等级,因为级别越高,建造和运行费用也越高。
  (2)要平衡初次投资和运行费用之间的关系,不能只追求很低的初投资,选择廉价的设备或简易的系统形式,而忽略了运行费用,避免出现建得起而用不起的尴尬情况。设计时要进行寿命周期费用(life cycle costing)分析方法,经技术经济分析后选择合理、经济的设计方案。
3、慎重选择设计和施工单位
  (1)由于想要建造生物安全实验室的单位逐渐增多,一些对生物安全实验室一知半解的公司也想挤入生物安全实验室的建设市场。但由于生物安全实验室的特殊性,特别是在技术上和生物安全上的一系
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fujingtx
2006年05月16日 10:04:07
2楼
列特殊的要求,如果没有建设过高级别的生物安全实验室或者对生物安全实验室不甚了解,很难建造出合格的生物安全实验室,造成人力物力上的浪费。
  一些非正规的单位虽然利用低价竞争,强占市场,已经取得一些工程业绩,然而业绩不等于专业,低价更不等于优质,其所谓的工程业绩,充其量只能是负压实验室,与安全性极高的生物安全实验室相去甚远。
  (2)目前国内有能力承接高级别生物安全实验室设计和施工任务的企业并不多,因此用户在选择承建单位时要特别谨慎。应当选择那些曾经设计或建造过高级别生物安全实验室并且具有相关资质的企业,这是对自己负责,也是对社会负责。特别应该强调的是,生物安全实验室的空气净化和负压控制系统比一般的采暖通风空调系统要重要得多,必须进行详细的设计计算。
  (3)近年来,一些国外企业也在国内建造了一些三级生物安全实验室,其中某些是成功的,但也确有一些存在某些缺陷,主要是他们对生物安全实验室的技术要点不十分清楚。因此,尽管他们使用了许多高级昂贵的建筑材料,但仍然不符合要求。还有一些小公司,打着国外公司的牌子,而他们提供的设计图纸实质上是普通的负压试验室,根本无法达到生物安全实验室的要求。
4、平面布局的问题
  过于繁琐的平面布局,只能增加使用中的不便,并不能真正起多少实际作用;照搬国外简单的实验室布局,也不符合中国的环境特点和管理水平。一些实际工程由于平面布局不合理,增加了初投资和管理难度,有的影响了实验室内的空气洁净度。因此,一个完善合理的布局非常重要,这就要求业主和设计方要有对生物安全的充分理解以及相互之间的充分沟通。
5、空调通风系统
  (1)某些设计人员对生物安全的概念不清楚,造成生物安全实验室内气流组织不合理,死角过大。生物安全实验室要求气流必须从清洁区流向污染区,室内送风口和排风口的位置应使气流停滞的空间降到最小,并且室内排风口应设置在最危险区域,单侧布置,不得有障碍。有的工程送风口对着生物安全柜吹,送风气流和生物安全柜工作窗口的保护气流互相干扰,加重了致病因子的泄露。
  (2)密闭性能差,包括实验室围护结构的密封性和空调通风管道的密封性。围护结构的密封性差主要是在门窗部位,也有些隔墙的连接处密封性差;空调通风管道的制作过程不符合要求,密封材料不合格。这些都违背了高度生物安全实验室要求密封性好的基本原则。
  (3)排风系统的过滤器安装位置不合理,把高效过滤器安装在排风机的正压端,不能满足污染的排风段必须负压的要求。
  (4)排风系统不加高效过滤器,而是采用高空排放,这也是不允许的。有些设计或施工单位对高速排放的理解也有问题,他们认为高速排放就是排风管中的风速要超过13米/秒,结果排风阻力大,达不到要求的排风量,室内很难保持要求的负压。或者排风机压头加大,噪音和电耗也同时加大。有些工程已经由于排风噪声超标与周围居民引起矛盾。
  (5)高效过滤器的更换和检漏问题,特别是排风高效过滤器。排风高效过滤器更换前必须首先消毒灭菌,设计和安装时必须考虑消毒问题,同时便于更换。为了确保环境安全,排风高效过滤器也应考虑检漏的可能性,或采取其他确保不泄露的措施。我国很多P3实验室没有做到这一点。
  (6)室内安装分体空调或立柜式空调器,这在生物类洁净室中是不允许的,因为空调器中的换热器事实上是一个微生物孳生装置,严重污染实验室环境。有些施工单位虽然不把分体空调或立柜式空调器安装在实验室内,而是安装在邻近房间,用风管进行送风。但由于高级别生物安全实验室必须采用直流风,而普通空调的换热器是按室内循环风设计,达不到直流风要求的大焓差,再加上为了降低造价,设备容量没有富裕,根本达不到要求的室内温度。在高级别生物安全实验室做实验需要穿特制的防护服,有时需要穿多层,如果温度达不到要求,实验人员的感受会可想而知。
  除此以外,还有更令人啼笑皆非的例子,如把三级生物安全实验室建成正压实验室,不按规定安装防火阀,选用净化工作台来代替生物安全柜,用安全柜的排风代替房间排风等,这些都是严重的错误。普通净化工作台与生物安全柜工作原理和用途完全不同,根本无法保护人体免受微生物感染,是十分危险的。
  以上仅是一些例子,由此可以看出国内生物安全实验室建设市场的混乱。为了杜绝这些现象的发生,除了制定相关的规范标准,让设计和施工单位有“法”可依外,还应建立相应的管理、检测、认证机构,以确保生物安全实验室的建设质量。
6、设备备用问题
  (1)没有设置备用电源。如三级生物安全实验室要求双路独立供电,或采用备用发电机组,而四级生物安全试验室要求有第三备用电源。条件不具备时需要另设不间断电源,不间断电源的供电能力要求不少于45分钟。有的三级生物安全试验室仅采用普通市政供电,没有任何备用措施,显然不满足要求。
  (2)排风机的备用问题。为了保证实验室内在任何情况下都保持负压,三级、四级生物安全实验室的排风系统要求应设置备用排风机,但很多工程没有设置。更有甚者排风系统没有备用风机,但送风设置了备用风机。
7、系统的调节和控制功能
  系统的调节和控制功能。为了严格保证实验室内各个区域内的压差和压力梯度,送风和排风系统上应安装必要的风量调节装置,而不能用普通调节阀代替。有些工程生物安全柜和房间的排风没有经过严格的设计计算,在系统调试时不能满足设计要求的压力梯度,或压力梯度不稳定。
  没有完善的自控系统,缺少应对突发事件的能力,也是目前已竣工实验室的一个主要问题。虽然竣工验收时各区域的压力梯度可以调整到满足要求,但在实际运行过程中,由于高效过滤器阻力变化,缺乏专业运行管理人员等原因,没有自控系统的实验室不能确保压力梯度。因此必须重视生物安全实验室的自控系统。
8、要重视工程检测
  生物安全实验室竣工后,首先应经过国家授权的检测机构的检测,这是很重要的一个环节。检测的内容应包括实验室的严密程度、各个房间之间的负压值、空气气流流向、高效过滤器检漏、洁净度级别、自控系统等多个方面。
9、其他注意事项
  严禁把生物安全实验室建成正压实验室,应按规定安装防火阀,严禁用净化工作台来代替生物安全柜,严禁用安全柜的排风代替房间排风等。普通净化工作台与生物安全柜工作原理和用途完全不同,根本无法保护人体免受微生物感染,这是十分危险的。
10、结语
  美国生物恐怖事件发生后,特别是SARS疫情过后,我国进行生物安全研究显得更加重要。因为我国人口多,居住密集,容易遭受传染性疾病和恐怖组织的生物恐怖袭击,包括生物武器对我国的威胁。我国医药研发和生物技术的飞速发展也急需大量各种生物安全实验室。生物安全实验室建设的监督管理已经提上议事日程。
  目前,经过各国政府、科学工作者、医务工作者和社会各界的共同努力,SARS疫情已得到有效控制,但是在抗击SARS和生物医学研究的道路上,我们仍然任重而道远。在研究和探讨各种致病因子的致病机理以及疫苗、早期诊断试剂、抗病毒药物和新型防护设施及材料的过程中,生物安全问题显得尤为重要[6]。在生物安全实验室的建设中,我们也应该抱着对人类负责、对环境负责的态度,并遵守对科学负责的“SARS规则”:即具有安全意识(Safety)、进行严格管理(Administration)、肩负社会责任(Responsibility)和按照科学规律(Science)去进行生物安全实验室的建设和管理,努力使我国生物安全实验室的建设向着标准化、安全性和实用性的方向发展,为我国医药和生物技术的发展创造良好的实验环境


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vincent_nk
2006年05月16日 10:58:52
3楼
感觉高级生物安全实验室的主要问题还是运行管理方面,毕竟操作对象都是高危病源。
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anew321
2006年06月07日 11:46:03
4楼
药品检验实验室通风系统设计
摘要: 本文介绍了药品检验所实验室通风系统的特点和要求以及通风柜的选择;通过实验室通风和空调系统的优化设计,保证空调通风系统的安全、舒适、节能运行;介绍了各检测部门的实验室、仪器室和辅助用房的通风系统,并针对不同实验室通风系统进行分析和讨论。

  关键词: 药品检验所 实验室通风 通风柜

  1.概述

  本文作者参与了深圳市药品检验所新建工程空调通风系统的设计,该所是负责深圳市药品、保健品、化妆品、医疗器械等产品检验及质量监督的法定机构,建筑物主要功能是对多种药品及医疗器械进行检验检测。该建筑从功能上分为管理部门、检验部门和配套服务部门。其中检测部门包括药品检验,医疗器械检测,保健品、化妆品检验,公共检测中心,动物房及动物实验室。检测部门总建筑面积约一万平方米。

  各不同功能实验室分布如下:地上部分实验楼主楼呈Z型,分前楼及后楼,前楼为五层,后楼四层,中间由电梯厅走廊,卫生间及辅助用房连接。主楼底层前楼为检品收发厅及业务科,后楼为留样区及总务库房。主楼的二层,前楼为行政办公,后楼为中药室。主楼的三层,前楼为化学室,后楼为生测室及洁净区细胞实验室。主楼的四层,前楼为抗生素室,后楼(顶层)为洁净区细胞实验室。主楼的五层,前楼(顶层)为保健品化妆品室。北段医疗器械检测楼共四层。一层设有单独的检品收发室。 一~三层为医械检测实验及办公室。四层为公共检测中心。

  本文介绍实验室通风系统的特点和要求以及通风柜的选择;介绍实验室通风系统和空调系统的设计方案选择;介绍各检测部门的实验室、仪器室和辅助用房的通风系统,并针对不同实验室通风系统进行分析和讨论。

  2.实验室通风系统简介

  2.1 实验室通风的目的和要求

  实验室通风与舒适性空调系统的通风设计要求不同,主要目的是提供安全、舒适的工作环境,减少人员暴露在危险空气下的可能。通风主要解决的是工作环境对实验人员的身体健康和劳动保护问题。

  实验室通风要求新风全部来自室外,然后100%排出室外,通风柜的排气不在室内循环。化学实验室换气要求每小时大于10次,物理实验室每小时大于10次,实验室无人时换气可减少为6次。实验室通风柜设计数量要足够,并且不作为唯一的室内排风装置,仪器室或产生危险物质的仪器上方设局部排风系统。

  实验室的补风一部分来自空调系统直接送入实验室的新风,这部分新风根据实验室排风量的变化而变化;另一部分通过空调系统送入非实验室区域的走道、房间再通过实验室的门缝补给。实验室的负压通过送、排风风量和送排风口的布置来实现,气流组织从办公、管理用房、内走道、到产生危险物质的实验房间。通风柜的位置布置在远离空气流动、紊流大的地方,远离行走区域和空气新风区。新风从远离通风柜的地方引入,空气流动路径远离通风柜。

  2.2 通风柜的类别

  建设现代化的实验室是个综合的系统工程。在装备各种仪器设备及其配套设施的同时,既要考虑供电、给水、排水、送风、排风、净化、排污等要求,还要考虑到对人员、物体、周边环境的安全性,噪音、异味、视觉环境的舒适性,仪器设备的可操作性、功能性,以及信息处理的便捷性。因此,现代化的实验室必须有最佳的设计和高品质的设备去满足。

  在现代化实验室设备中有通风柜、中央实验台、边台、药品柜、器皿柜、气瓶柜等,其中通风柜是生化实验室设备中担负着十分重要的功能,是必不可少的设备。因此,选择通风柜是实验室建设中的重要问题,必须引起足够的重视。

  通风柜按照排风方式分类:分为上部排风式、下部排风式和上下同时排风式三类。为保证工作区风速均匀,对于冷过程的通风柜应采用下部排风式,对于热过程的通风柜采用上部排风式,对于发热量不稳定的过程,可在上下均设排风口随柜内发热量的变化调节上下排风量的比例,从而得到均匀的风速。

  通风柜按照进风方式分类也分三类。通过室内进风在柜内循环后排出室外称为全排风式,这是应用非常广泛的一种类型。

  当通风柜设置于采暖或对温湿度有控制要求房间时,为节省采暖,空调能耗,采用从室外取补给风在柜内循环后排出室外的方式称为补风式通风柜。

  再一种就是变风量控制式的通风柜。普通的定风量系统需要人工调整固定叶片的风阀,调节通风柜的排风量,当调节阀门到某一角度时达到希望的面风速。变风量控制是通过调节阀门的传感器改变风量达到给定的面风速,当然标准式成本低、变风量成本高,适用于要求精度高的场合。

  通风柜按照使用状态分类可分为整体式下部开放式、落地式、两面式、三面玻璃式、桌上式、连体式以及根据不同实验使用需要而设计的对放射性实验的、对合成实验的,对过氯酸实验的专用通风柜。

 
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anew321
2006年06月07日 11:46:16
5楼
 2.3 通风柜的主要功能

  通风柜的功能中最主要的是排气功能,在化学实验室中,实验操作时产生各种有害气体、臭气、湿气以及易燃、易爆、腐蚀性物质,为了保护使用者的安全,防止实验中的污染物质向实验室扩散,在污染源附近要使用通风柜。

  以往通风柜使用台数较少,只在特别有害且危险的气体及产生大量热的实验中使用。通风柜只担负实验台的辅助功能。近年来考虑到改善实验环境,在实验台上进行的实验逐渐转移到通风柜内,这就要求在通风柜里要有最适于设备使用的功能。

  新建的实验室设计有空调,因此通风柜的使用台数必须纳入空调系统的计划。由于通风柜在生化实验室中占有非常重要的位置,从改善实验室环境、改善劳动卫生条件,提高工作效率等方面考虑,通风柜的使用台数日益增多。随之而来的是通风管道,配管、配线、排风等都成为实验室建设的重要课题。

  使用通风柜的最大目的是排出实验中产生的有害气体,保护实验人员的健康,也就是说要有高度的安全性和优越的操作性,这就要求通风柜应具有如下功能:

  (1)释放功能:应具备将通风柜内部产生的有害气体用吸收柜外气体的方式,使其稀释后排至室外的机构。

  (2)不倒流功能:应具有在通风柜内部由排风机产生的气流将有害气体从通风柜内部不反向流进室内的功能。为确保这一功能的实现,一台通风柜与一台通风机用单一管道连接是最好的方法,不能用单一管道连接的,也只限于同层同一房间的可并联,通风机尽可能安装在管道的末端(或屋顶处)。

  (3)隔离功能:在通风柜前面应具用不滑动的玻璃视窗将通风柜内外进行分隔。

  (4)补充功能:应具有在排出有害气体时,从通风柜外吸入空气的通道或替代装置。

  (5)控制风速功能:为防止通风柜内有害气体逸出,需要有一定的吸入速度。决定通风柜进风的吸入速度的要素有:实验内容产生的热量及与换气次数的关系。其中主要的是实验内容和有害物的性质。通常规定,一般无毒的污染物为0.25―0.38m/s ,有毒或有危险的有害物为0.4―0.5 m/s ,剧毒或有少量放射性为0.5―0.6m/s ,气状物为0.5m/s ,粒状物为1m/s 。为了确保这样的风速,排风机应有必要的静压,即空气通过通风管道时的摩擦阻力。确定风速时还必须注意噪音问题,通过空气在管道内流动时以7―10m为限,超过10m将产生噪音,通常实验室的噪声(室内背景噪声级)限制值为70dB(A),增加管道裁面积会降低风速,也就降低噪音,考虑到管道的经费和施工问题,必须慎重选择管道及排风机的功率。

  (6)耐热及耐酸碱腐蚀功能:通风柜内有的要安置电炉,有的实验产生大量酸碱等有毒有害气体具有极强的腐蚀性。通风柜的台面,衬板、侧板及选用的水咀、气咀等都应具有防腐功能。

  2.4 气体排放处理

  由于实验室气体排放中存在着很多有毒和酸碱腐蚀性极强的气体,所以在排入大气前要对气体进行过滤处理,通常情况下:酸性气体选用立式酸雾塔;有毒和有机气体选用光学催化净化箱。两种设备分别安装在排风系统末端,立式酸雾塔安装在风机的正压段,光学催化净化箱安装在风机负压段。动物房的气体经过初效和中效过滤后,直接排入大气,但在排风口处做高压喷射流处理,喷射高度在3米以上。

  3.实验室通风系统设计方法

  综上所述,实验室通风系统对设备(特别是通风柜)是有一定标准和要求的。抛开设备因素,单纯从系统设计上考虑,实验室通风空调系统的设计要考虑以下几个主要因素:(1)保证实验室的安全性,保证一定数量的换气次数;(2)解决实验室通风系统负压的设计和系统控制;(3)在满足换气次数和全新风条件下,控制能耗。(4)系统稳定可靠。

  深圳市药检所的实验室通风设计采用以下步骤和方案:(1)实验室根据工艺要求和功能布置选择一定数量的通风柜,有的还兼有部分局部排风罩。通常校核下来换气次数远远大于10次,一般在20-30次以上,满足换气次数要求。但是此换气次数是按照通风柜最大开启面积计算的通风量,资料和经验表明100台通风柜99%的时间只有18个或更少的人在使用。故还应校核通风柜最小开启面积时的通风量和换气次数,若小于换气次数要求,则增加综合排风系统。(2)实验室通风采用全新风系统,通风柜的排气不在室内循环。由于实验室要求房间相对其他辅助区域为负压。所以实验室的新风量设计为排风量的70﹪-80﹪。另外20﹪-30﹪的新风送至实验室辅助房间、办公、管理用房、内走道等,再由门窗缝隙补充到房间。(3)通风柜的风量平衡可以采用定风量控制系统,即排风量恒定,送风量和门窗缝隙补充风量恒定。此方法适用于最大排风量满足最小换气次数要求的实验室。(4)对于排风量远大于最小通风量要求的房间还可以采用两段式通风控制系统保证风量平衡,即根据通风柜的位移信号,排风机、送风机有2种送风工况,低风量工况应用于维持最小换气次数的要求,节约能耗。此情形药检所采用了变风量控制系统。通风柜风量变化时,排风量也会相对变小,此时要求放置在屋顶的排风机随着通风柜柜门的位置变化而变频,降低风量,保证通风柜面风速恒定。同时自控系统改变全新风风机的频率,降低风量,维持负压平衡。变风量系统可以降低系统能耗。系统最大、最小换气次数接近则考虑采用定风量系统,使得系统简单,降低初投资。

  通风系统除上文所述对通风柜有特殊要求外,对其他设备和控制系统也有一定的要求和标准。通风柜的选择除满足排风和捕捉能力外,还要注意需要根据调节门移动而立即改变风量,维持表面风速的恒定。笔者建议系统风量的测定和控制以柜门位移为信号而不是测定表面风速来测定。实验室压力控制和最小通风量的控制除了设备选型因素以外,通风系统设计和控制系统是关键因素,要保证系统的反应时间要足够短(<1秒),通风系统不平衡会导致通风柜排风和捕捉能力散失,气流流出实验室,建筑物内压力不稳定。

  还有一点要注意的是系统应该是压力变化无关型的,即系统风量的变化不会因为风管内静压的变化而使得反应时间缓慢影响系统流量的精确性。压力相关型的系统也会造成系统流量设备无法精确控制,缓慢的反应时间会让送排风设备产生震荡,速度不稳定会有大量的平衡问题存在,波动的送、排风系统使气流平衡复杂化,从而自控系统无法实现调节功能。

  所以,系统首先监测的是通风柜的状态,接受调节门感应器信号后可以计算调节门面积(风量),此时向(压力无关型)阀门送出风量控制信号,调节阀门的开度,送风量跟随排风量即刻变化,送排风机变频调节送风量。

  4.结论

  本文介绍了实验室通风设计的目的,实验室通风柜的的要求和功能,排放气体的处理方法和实验室通风系统设计方法。实验室的通风设计首要解决的问题是安全性问题,通风柜的捕捉集尘能力要符合一定的标准和规定,气流方向为流向实验室,实验室要随时保持负压。实验室通风设计还要考虑到为实验人员创造一个舒适的工作环境,解决温度、气流、噪音的问题,同时要保证最低的能源消耗,系统稳定,容易控制,易于操作管理。简而言之就是要从安全、舒适、节能、可靠运行方面进行设计。
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fujingtx
2006年06月28日 14:17:56
6楼
一些好的经验描述,怎么没有人来支持呢?
郁闷啊
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bus999
2006年07月14日 21:41:15
7楼
很详细,受益匪浅
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jtllee
2006年07月18日 13:26:04
8楼
下载了 现在在做一个动物实验室 缺资料 谢谢搂住
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zhengfeiqing
2006年07月18日 22:04:07
9楼
很不错的,应该支持一下,班主应该给予奖励啊!!!!
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boy1234boy
2006年07月22日 07:20:47
10楼
衷心感谢二位!
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fujingtx
2006年09月07日 12:35:03
11楼
不用谢。因该的
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