生物醫(yī)藥研發(fā)中心設施設計要點

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)藥領域進行開拓發(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驗室研究、生物學篩選和動物實驗等；Ⅰ期臨床為20～100 例，正常人，安全性評價；Ⅱ期臨床為100～300 例，病人，有效性評價；Ⅲ期臨床為1 000～5 000 例，病人，進一步評價；Ⅳ期臨床為上市后研究，受試者要大于2 000 例，同時，要進行社會性考察。

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)域包括動物房（含動物飼養(yǎng)間、操作間、準備間、解剖室、暫存間等）、病理室、細胞室、化學分析實驗室、質(zhì)譜室等實驗功能區(qū)及輔助區(qū)，另外，還包括大廳、辦公區(qū)、會議室等非實驗功能區(qū)。

除了實驗、研發(fā)、辦公的基本功能需求，還需要在設計過程中考慮參觀需求。因為研發(fā)中心同時也是企業(yè)科研技術(shù)能力的展示的場所，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，在實驗區(qū)的平面設計中，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驗操作環(huán)節(jié)。

3 平面布局設計要點

3.1 動物房區(qū)域布局設計要點

動物房區(qū)域布局設計最需要關注的核心問題是流線設計，包括動物流、人流、潔物流、污物流，應充分考慮避免交叉污染。流線設計是實驗動物使用許可證辦理過程中專家審查的重點。實驗動物設施主體建筑的出入口不宜少有2 個，人員出入口、潔物入口、污物出口宜分設[1]（見圖1）。

圖1 動物房人、物流示意圖

3.2 生物及化學實驗區(qū)布局設計要點

實驗區(qū)的布局同樣要考慮合理的任務流線設計，實驗區(qū)內(nèi)一般都會存在化學試劑揮發(fā)物質(zhì)以及生物安全風險，因此，實驗記錄區(qū)與實驗區(qū)必須有明確的隔離，2 個區(qū)域中間可以設置走廊或緩沖間。實驗區(qū)的人員出入口和物流出入口盡可能分別獨立設置（見圖2）。

圖2 實驗區(qū)人、物流示意圖

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

3.3 輔助功能區(qū)布局設計要點

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

2）制水間等有較重設備的機房建議設置在建筑底層，尤其對于既有建筑改造項目，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)機房如設置在樓層中，建議考慮檢修人員通道的合理性，最好可以不通過實驗室區(qū)域直接到達機房；

4）對于存放甲乙類化學品的危險化學品暫存間（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，需根據(jù)具體存放物質(zhì)計算泄爆面積。

4 空調(diào)及通風系統(tǒng)設計要點

4.1 空調(diào)冷熱源設計

1）為了控制實驗室內(nèi)的溫濕度環(huán)境，生物醫(yī)藥研發(fā)中心全年都有同時供冷供熱的需求。當項目有穩(wěn)定的供熱熱源如市政蒸汽或者鍋爐供熱時，冷源可以采用風冷或水冷冷水機組；當沒有供熱熱源時，可以采用同時供冷供熱的風冷熱泵機組，市場也有稱為“四管制”熱泵機組，它與傳統(tǒng)熱回收風冷熱泵機組的主要區(qū)別是除了熱回收，還能夠同時提供更加穩(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，如動物房區(qū)域、穩(wěn)定性實驗室等，因此，空調(diào)冷熱源設計必須考慮備用機組的設置。

3）對于配置風冷熱泵機組的項目，需要注意考慮應對低負荷工況下的運行，常用的有2 個技術(shù)手段：（1）“大小機”搭配設計，利用“小機”在空調(diào)負荷較低的情況下運行；（2）設置合理容積的緩沖水罐，增加空調(diào)水系統(tǒng)的保有水量，可以有效減少機組在低負荷下頻繁啟停的問題[4]。

4.2 空調(diào)及通風系統(tǒng)設計

1）根據(jù)不同實驗功能區(qū)合理劃分空調(diào)及通風系統(tǒng)，動物房區(qū)域需設置獨立的空調(diào)及排風系統(tǒng)，生物安全實驗室區(qū)域需要設置獨立的空調(diào)及排風系統(tǒng)，有潔凈等級要求的潔凈實驗室需要設置獨立的空調(diào)系統(tǒng)，有全天24 h 運行要求空調(diào)系統(tǒng)需獨立設置，含有有害物質(zhì)排放的排風系統(tǒng)需獨立設置。

2）對于實驗室設備、儀器信息要予以關注，在負荷計算及系統(tǒng)劃分時進行充分響應，生物醫(yī)藥研發(fā)中心常見的設備特點總結(jié)見表1。

表1 生物醫(yī)藥研發(fā)中心實驗室常見設備特點

3）實驗室通風設施的同時使用系數(shù)會直接影響排風系統(tǒng)容量的設計，也關系到空調(diào)系統(tǒng)總負荷計算，如業(yè)主方有明確企業(yè)規(guī)范要求，可以按企業(yè)規(guī)范進行設計，如業(yè)主方?jīng)]有明確企業(yè)規(guī)范要求，建議在設計初期與業(yè)主方進行約定。例如，一個實驗室內(nèi)有6 臺通風柜，可以約定其中2 臺通風柜柜門處于最大開啟狀態(tài)；2 臺通風柜柜門處于半開啟狀態(tài)；2 臺通風柜柜門處于最小排風狀態(tài)。

4）對于存在窒息性氣體使用的實驗室，需設置氧氣濃度探頭及事故排風系統(tǒng)。

5）對于存在可燃性氣體使用的實驗室，需設置可燃性氣體探頭及事故排風系統(tǒng)，風管系統(tǒng)需做防靜電接地，風機防爆。

6）動物房區(qū)域、穩(wěn)定性實驗室等要求有7 d×24 h×365 d 持續(xù)穩(wěn)定的室內(nèi)空調(diào)環(huán)境，必須設置備份空調(diào)機組以及排風機組。

7）空調(diào)系統(tǒng)的能耗在整個研發(fā)中心的能耗中的占比達到40%～60%，因此，在空調(diào)系統(tǒng)設計過程中，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)手段就是設備變頻，以及新風與排風系統(tǒng)之間的能量回收系統(tǒng)。

5 給排水系統(tǒng)設計

5.1 給水系統(tǒng)設計要點

研發(fā)中心分為生物實驗區(qū)、化學實驗區(qū)、一般實驗區(qū)、非實驗區(qū)，根據(jù)不同實驗區(qū)進行給水系統(tǒng)的劃分，其中，有生物安全危險等級的實驗室供水管路必須設置倒流防止器。同時，當不同末端用水點位的資用壓力水頭的需求不同時，也應考慮分設不同的供水系統(tǒng)，如果某些工藝用水點位需要的給水壓力較高，可以采用增設末端增壓水泵的方式來處理。

5.2 排水系統(tǒng)設計要點

需根據(jù)不同類型的排水水質(zhì)進行排水系統(tǒng)的劃分，一般包括生活排水、一般實驗區(qū)工藝排水、有生物危害風險的活毒廢水排水、高溫廢水排水等。其中，還需根據(jù)環(huán)評報告的要求設置不同類型排水的廢水處理裝置。

6 電氣系統(tǒng)設計要點

6.1 供電系統(tǒng)設計要點

1）重要設備負荷的識別是值得注意的問題，在生物醫(yī)藥研發(fā)中心有很多高價值的設備以及一些不能停止的實驗操作環(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)電機系統(tǒng)的設計。重要設備負荷的識別一定要在項目開始初期就與工藝專業(yè)進行逐一確認。

2）有些實驗工藝設備儀器有特殊供電要求，例如，實驗室常用的質(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”，否則會導致設備損害。因此，在設計初期，需要求業(yè)主方提供有特殊供電要求設備的安裝條件說明，避免電氣系統(tǒng)設計不能滿足工藝要求。

6.2 照明系統(tǒng)設計要點

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，動物房照明系統(tǒng)、潔凈實驗區(qū)照明系統(tǒng)、暗室等。需要根據(jù)不用區(qū)域的特殊要求，分別設計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，將會建設越來越多的生物醫(yī)藥研發(fā)中心。隨著技術(shù)的進步，會有更多的新技術(shù)應用到項目中，例如，實驗室信息管理系統(tǒng)、智能能耗管理系統(tǒng)等。因此，我們在進行研發(fā)中心設施設計的過程中，還需要考慮一定的靈活性和前瞻性，為設施未來的升級改造提供可能的條件。

總結(jié)生物醫(yī)藥研發(fā)中心設施設計的要點，充分分析實驗室工藝需求，巨細無遺的逐一響應，合理進行平面布局以及系統(tǒng)劃分，關注節(jié)能設計，考慮設施未來的可變性，這樣可以設計出滿足用戶需求的符合時代發(fā)展的優(yōu)秀的生物醫(yī)藥研發(fā)中心設施。