生物醫(yī)藥研發(fā)中心設(shè)施設(shè)計(jì)要點(diǎn)

路陶鵬

（中國海誠工程科技股份有限公司，上海200031）

1 引言

近年來，我國生物醫(yī)藥行業(yè)發(fā)展迅速，不僅有大量海外科學(xué)家回國創(chuàng)立生物醫(yī)藥科技公司，也有傳統(tǒng)制藥巨頭向生物醫(yī)藥領(lǐng)域進(jìn)行開拓發(fā)展，生物醫(yī)藥行業(yè)已被國家定義為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)。與過去傳統(tǒng)制藥行業(yè)的發(fā)展不同（以仿制藥為主），目前的很多生物醫(yī)藥企業(yè)都在創(chuàng)新原研藥方向發(fā)力，大量投資建設(shè)生物醫(yī)藥研發(fā)中心。

2 生物醫(yī)藥研發(fā)中心的功能需求分析

2.1 藥品研發(fā)的不同階段

藥品從研發(fā)到上市一般要經(jīng)歷臨床前研究、Ⅰ期臨床、Ⅱ期臨床、Ⅲ期臨床、Ⅳ期臨床。其中，臨床前研究主要包含實(shí)驗(yàn)室研究、生物學(xué)篩選和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)等；Ⅰ期臨床為20～100 例，正常人，安全性評(píng)價(jià)；Ⅱ期臨床為100～300 例，病人，有效性評(píng)價(jià)；Ⅲ期臨床為1 000～5 000 例，病人，進(jìn)一步評(píng)價(jià)；Ⅳ期臨床為上市后研究，受試者要大于2 000 例，同時(shí)，要進(jìn)行社會(huì)性考察。

2.2 生物醫(yī)藥研發(fā)中心主要功能區(qū)域

近年來，國內(nèi)新建生物醫(yī)藥研發(fā)中心中，不少都用于臨床前研究，主要功能區(qū)域包括動(dòng)物房（含動(dòng)物飼養(yǎng)間、操作間、準(zhǔn)備間、解剖室、暫存間等）、病理室、細(xì)胞室、化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室、質(zhì)譜室等實(shí)驗(yàn)功能區(qū)及輔助區(qū)，另外，還包括大廳、辦公區(qū)、會(huì)議室等非實(shí)驗(yàn)功能區(qū)。

除了實(shí)驗(yàn)、研發(fā)、辦公的基本功能需求，還需要在設(shè)計(jì)過程中考慮參觀需求。因?yàn)檠邪l(fā)中心同時(shí)也是企業(yè)科研技術(shù)能力的展示的場(chǎng)所，在門廳、接待區(qū)等位置往往需要做一些企業(yè)發(fā)展歷程、文化、核心高管的宣傳與展示，在實(shí)驗(yàn)區(qū)的平面設(shè)計(jì)中，需要考慮必要的參觀走道，以及考慮在主要參觀區(qū)域布置值得展示的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)。

3 平面布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 動(dòng)物房區(qū)域布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)

動(dòng)物房區(qū)域布局設(shè)計(jì)最需要關(guān)注的核心問題是流線設(shè)計(jì)，包括動(dòng)物流、人流、潔物流、污物流，應(yīng)充分考慮避免交叉污染。流線設(shè)計(jì)是實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用許可證辦理過程中專家審查的重點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物設(shè)施主體建筑的出入口不宜少有2 個(gè)，人員出入口、潔物入口、污物出口宜分設(shè)[1]（見圖1）。

圖1 動(dòng)物房人、物流示意圖

3.2 生物及化學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)

實(shí)驗(yàn)區(qū)的布局同樣要考慮合理的任務(wù)流線設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)區(qū)內(nèi)一般都會(huì)存在化學(xué)試劑揮發(fā)物質(zhì)以及生物安全風(fēng)險(xiǎn)，因此，實(shí)驗(yàn)記錄區(qū)與實(shí)驗(yàn)區(qū)必須有明確的隔離，2 個(gè)區(qū)域中間可以設(shè)置走廊或緩沖間。實(shí)驗(yàn)區(qū)的人員出入口和物流出入口盡可能分別獨(dú)立設(shè)置（見圖2）。

圖2 實(shí)驗(yàn)區(qū)人、物流示意圖

對(duì)于二級(jí)生物安全實(shí)驗(yàn)室區(qū)域的布置，需注意以下5 個(gè)方面[2]：（1）布置于建筑平面圖中相對(duì)獨(dú)立的區(qū)域；（2）必須設(shè)置緩沖間/更衣室，更衣室內(nèi)須設(shè)置洗手池；（3）物品進(jìn)出需分別設(shè)置獨(dú)立的傳遞窗，避免物料交叉污染；（4）操作室內(nèi)需設(shè)置滅菌鍋等滅菌設(shè)備；（5）生物安全柜位置盡可能靠房間內(nèi)單側(cè)墻面布置，下排風(fēng)口靠近生物安全柜設(shè)置，這樣有利于形成較好的房間氣流組織。

3.3 輔助功能區(qū)布局設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）物料暫存間建議設(shè)置于建筑1 層，靠近貨流入口位置，利于物流的運(yùn)輸及存放；

2）制水間等有較重設(shè)備的機(jī)房建議設(shè)置在建筑底層，尤其對(duì)于既有建筑改造項(xiàng)目，可以避免結(jié)構(gòu)承載力不足帶來的結(jié)構(gòu)加固問題；

3）空調(diào)機(jī)房如設(shè)置在樓層中，建議考慮檢修人員通道的合理性，最好可以不通過實(shí)驗(yàn)室區(qū)域直接到達(dá)機(jī)房；

4）對(duì)于存放甲乙類化學(xué)品的危險(xiǎn)化學(xué)品暫存間（存放量不得超過一晝夜使用量），需采用防爆墻與其他區(qū)域隔離，必須靠外墻側(cè)布置，面積必須小于本層或本防火分區(qū)建筑面積的5%[3]，同時(shí)，需根據(jù)具體存放物質(zhì)計(jì)算泄爆面積。

4 空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

4.1 空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)

1）為了控制實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的溫濕度環(huán)境，生物醫(yī)藥研發(fā)中心全年都有同時(shí)供冷供熱的需求。當(dāng)項(xiàng)目有穩(wěn)定的供熱熱源如市政蒸汽或者鍋爐供熱時(shí)，冷源可以采用風(fēng)冷或水冷冷水機(jī)組；當(dāng)沒有供熱熱源時(shí)，可以采用同時(shí)供冷供熱的風(fēng)冷熱泵機(jī)組，市場(chǎng)也有稱為“四管制”熱泵機(jī)組，它與傳統(tǒng)熱回收風(fēng)冷熱泵機(jī)組的主要區(qū)別是除了熱回收，還能夠同時(shí)提供更加穩(wěn)定的空調(diào)冷凍水和熱水的水溫。

2）由于生物醫(yī)藥研發(fā)中心某些區(qū)域要求7 d×24 h×365 d持續(xù)穩(wěn)定的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境，如動(dòng)物房區(qū)域、穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)室等，因此，空調(diào)冷熱源設(shè)計(jì)必須考慮備用機(jī)組的設(shè)置。

3）對(duì)于配置風(fēng)冷熱泵機(jī)組的項(xiàng)目，需要注意考慮應(yīng)對(duì)低負(fù)荷工況下的運(yùn)行，常用的有2 個(gè)技術(shù)手段：（1）“大小機(jī)”搭配設(shè)計(jì)，利用“小機(jī)”在空調(diào)負(fù)荷較低的情況下運(yùn)行；（2）設(shè)置合理容積的緩沖水罐，增加空調(diào)水系統(tǒng)的保有水量，可以有效減少機(jī)組在低負(fù)荷下頻繁啟停的問題[4]。

4.2 空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)功能區(qū)合理劃分空調(diào)及通風(fēng)系統(tǒng)，動(dòng)物房區(qū)域需設(shè)置獨(dú)立的空調(diào)及排風(fēng)系統(tǒng)，生物安全實(shí)驗(yàn)室區(qū)域需要設(shè)置獨(dú)立的空調(diào)及排風(fēng)系統(tǒng)，有潔凈等級(jí)要求的潔凈實(shí)驗(yàn)室需要設(shè)置獨(dú)立的空調(diào)系統(tǒng)，有全天24 h 運(yùn)行要求空調(diào)系統(tǒng)需獨(dú)立設(shè)置，含有有害物質(zhì)排放的排風(fēng)系統(tǒng)需獨(dú)立設(shè)置。

2）對(duì)于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備、儀器信息要予以關(guān)注，在負(fù)荷計(jì)算及系統(tǒng)劃分時(shí)進(jìn)行充分響應(yīng)，生物醫(yī)藥研發(fā)中心常見的設(shè)備特點(diǎn)總結(jié)見表1。

表1 生物醫(yī)藥研發(fā)中心實(shí)驗(yàn)室常見設(shè)備特點(diǎn)

3）實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)設(shè)施的同時(shí)使用系數(shù)會(huì)直接影響排風(fēng)系統(tǒng)容量的設(shè)計(jì)，也關(guān)系到空調(diào)系統(tǒng)總負(fù)荷計(jì)算，如業(yè)主方有明確企業(yè)規(guī)范要求，可以按企業(yè)規(guī)范進(jìn)行設(shè)計(jì)，如業(yè)主方?jīng)]有明確企業(yè)規(guī)范要求，建議在設(shè)計(jì)初期與業(yè)主方進(jìn)行約定。例如，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室內(nèi)有6 臺(tái)通風(fēng)柜，可以約定其中2 臺(tái)通風(fēng)柜柜門處于最大開啟狀態(tài)；2 臺(tái)通風(fēng)柜柜門處于半開啟狀態(tài)；2 臺(tái)通風(fēng)柜柜門處于最小排風(fēng)狀態(tài)。

4）對(duì)于存在窒息性氣體使用的實(shí)驗(yàn)室，需設(shè)置氧氣濃度探頭及事故排風(fēng)系統(tǒng)。

5）對(duì)于存在可燃性氣體使用的實(shí)驗(yàn)室，需設(shè)置可燃性氣體探頭及事故排風(fēng)系統(tǒng)，風(fēng)管系統(tǒng)需做防靜電接地，風(fēng)機(jī)防爆。

6）動(dòng)物房區(qū)域、穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)室等要求有7 d×24 h×365 d 持續(xù)穩(wěn)定的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境，必須設(shè)置備份空調(diào)機(jī)組以及排風(fēng)機(jī)組。

7）空調(diào)系統(tǒng)的能耗在整個(gè)研發(fā)中心的能耗中的占比達(dá)到40%～60%，因此，在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，一定要充分考慮節(jié)能技術(shù)措施的采用。最常用的技術(shù)手段就是設(shè)備變頻，以及新風(fēng)與排風(fēng)系統(tǒng)之間的能量回收系統(tǒng)。

5 給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

5.1 給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

研發(fā)中心分為生物實(shí)驗(yàn)區(qū)、化學(xué)實(shí)驗(yàn)區(qū)、一般實(shí)驗(yàn)區(qū)、非實(shí)驗(yàn)區(qū)，根據(jù)不同實(shí)驗(yàn)區(qū)進(jìn)行給水系統(tǒng)的劃分，其中，有生物安全危險(xiǎn)等級(jí)的實(shí)驗(yàn)室供水管路必須設(shè)置倒流防止器。同時(shí)，當(dāng)不同末端用水點(diǎn)位的資用壓力水頭的需求不同時(shí)，也應(yīng)考慮分設(shè)不同的供水系統(tǒng)，如果某些工藝用水點(diǎn)位需要的給水壓力較高，可以采用增設(shè)末端增壓水泵的方式來處理。

5.2 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

需根據(jù)不同類型的排水水質(zhì)進(jìn)行排水系統(tǒng)的劃分，一般包括生活排水、一般實(shí)驗(yàn)區(qū)工藝排水、有生物危害風(fēng)險(xiǎn)的活毒廢水排水、高溫廢水排水等。其中，還需根據(jù)環(huán)評(píng)報(bào)告的要求設(shè)置不同類型排水的廢水處理裝置。

6 電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

6.1 供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

1）重要設(shè)備負(fù)荷的識(shí)別是值得注意的問題，在生物醫(yī)藥研發(fā)中心有很多高價(jià)值的設(shè)備以及一些不能停止的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)節(jié)，一旦停電損失巨大。所以，除了兩路供電，往往還需要考慮UPS 系統(tǒng)以及柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。重要設(shè)備負(fù)荷的識(shí)別一定要在項(xiàng)目開始初期就與工藝專業(yè)進(jìn)行逐一確認(rèn)。

2）有些實(shí)驗(yàn)工藝設(shè)備儀器有特殊供電要求，例如，實(shí)驗(yàn)室常用的質(zhì)譜儀，要求“供電線路零線（N）和地線（G）間電壓差值必須穩(wěn)定并小于1 V”，否則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損害。因此，在設(shè)計(jì)初期，需要求業(yè)主方提供有特殊供電要求設(shè)備的安裝條件說明，避免電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)不能滿足工藝要求。

6.2 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在生物醫(yī)藥研發(fā)中心中一般存在一些有特殊照明要求的區(qū)域，例如，動(dòng)物房照明系統(tǒng)、潔凈實(shí)驗(yàn)區(qū)照明系統(tǒng)、暗室等。需要根據(jù)不用區(qū)域的特殊要求，分別設(shè)計(jì)滿足使用要求的燈具以及照明控制系統(tǒng)。

7 結(jié)語

隨著我國生物醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展，將會(huì)建設(shè)越來越多的生物醫(yī)藥研發(fā)中心。隨著技術(shù)的進(jìn)步，會(huì)有更多的新技術(shù)應(yīng)用到項(xiàng)目中，例如，實(shí)驗(yàn)室信息管理系統(tǒng)、智能能耗管理系統(tǒng)等。因此，我們?cè)谶M(jìn)行研發(fā)中心設(shè)施設(shè)計(jì)的過程中，還需要考慮一定的靈活性和前瞻性，為設(shè)施未來的升級(jí)改造提供可能的條件。

總結(jié)生物醫(yī)藥研發(fā)中心設(shè)施設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，充分分析實(shí)驗(yàn)室工藝需求，巨細(xì)無遺的逐一響應(yīng)，合理進(jìn)行平面布局以及系統(tǒng)劃分，關(guān)注節(jié)能設(shè)計(jì)，考慮設(shè)施未來的可變性，這樣可以設(shè)計(jì)出滿足用戶需求的符合時(shí)代發(fā)展的優(yōu)秀的生物醫(yī)藥研發(fā)中心設(shè)施。