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道虎沟古生物化石保护馆位于宁城县五化镇道虎沟村，主体馆建立在完整的地层剖面上。建筑面积2993平方米，东西跨度68米，南北跨度50米，高度27.3米。
保护馆主体为笼盖三层地质剖面的球形外观。外观设计蕴含两层寓意：第一，每一层分别代表在道虎沟发现的世界上最早会游泳的哺乳动物、陆生动物和最早会飞翔的哺乳动物；第二，最高层的一层象征热河生物群，最下面的一层象征燕辽生物群，中间的一层就代表起到衔接作用的道虎沟生物群。以道虎沟古生物化石赋存的地质剖面为展示主线，辅以该地区出土的特色化石及相关知识介绍，向游人展示古生物化石形成的过程及赋存埋藏状态。
