基于風險和可追溯方法的工程設計

文/本刊記者 邵麗竹

訪國際知名生物醫藥設計規劃專家、天俱時工程科技集團董事、生物醫藥首席技術官Christian Bachofen——制藥企業建設制藥設施需要大量的投資，如果設施建設能夠符合國家規范要求，實現成本可預測，縮短產品上市時間，而且具有未來重新規劃的靈活性，對于制藥企業來說意義重大。

國際知名生物醫藥設計規劃專家、天俱時工程科技集團董事、生物醫藥首席技術官Christian Bachofen 先生

一個項目從籌劃到完成，前期設計在其中發揮著舉足輕重的作用。工程行業通常將概念設計和初步設計統稱為前期設計，作為詳細和施工圖設計的基礎。Christian Bachofen 指出，“制藥設施工程項目的前期設計階段是一個不斷迭代的過程，旨在幫助制藥企業找到可持續的投資和運營技術方案。該方案對于整個項目來說非常關鍵，可幫助客戶在生命周期內實現前期投資成本和后期運營成本的最優化，實現真正意義上的精益生產。”

可以說前期設計影響著整個項目的方方面面。完美的前期設計質量將使設計符合規劃的時間進度以及預期的投資和運行成本。在生命周期內，它將確保盡可能低的COGS（產品銷售成本）。因此，每個工程設施在設計時都要重視前期設計，思考如何滿足進程快、質量高、成本低、可控強、延展廣的設計要求，雖然這些需要智力和時間的投入，但卻能在生命周期內為業主帶來豐厚的回報。

Christian Bachofen 是一位國際知名的生物醫藥設計規劃專家，于2012 年在瑞士創立了CB Consultancy AG（CBC）咨詢公司，是公司的大股東、總裁以及首席設計師。在生物醫藥行業從業的30 余年中，Christian Bachofen 服務了包括強生、諾華、中生集團、綠葉、百濟神州、華蘭生物等眾多國際和國內的生物制藥企業，在完成眾多公司生物制藥廠房、配套工程、環保工程項目的咨詢工作過程中積累了豐富的生物制藥工程項目規劃設計實戰經驗。“采用基于風險的和可追溯的設計方法可以避免產生錯誤”，這是Christian Bachofen 所信奉的理念，這一理念已經在眾多的工程項目中得到了驗證。關于如何成功地進行生物制藥設施的規劃設計，Christian Bachofen 了然于胸。

Christian 先生與中國客戶討論設計方案

多年來，Christian Bachofen一直帶領著CBC 公司在全球范圍內為藥品、制劑生產企業提供工程咨詢、醫藥公用工程、暖通空調系統、自動化控制技術等領域的概念設計、基礎設計、詳細設計、招標和采購支持、3D 建模、施工管理、運行維護等全流程咨詢服務。2020 年初，新冠疫情爆發期間，Christian Bachofen 更是克服重重困難，漂洋過海來到中國，與時間和病魔賽跑，用8 天完成了中生集團新冠疫苗車間的概念設計，直接加速了中國新冠疫苗的研發、設計、生產、接種全周期。2021 年，Christian Bachofen 又開啟了新征程，國內頂尖EPC 工程服務商天俱時工程科技集團收購了Christian 創始的CBC 公司部分股權，兩公司達成了深度戰略合作，Christian 本人出任天俱時集團董事、生物醫藥首席技術官，與天俱時集團共同前行。他強調：“希望通過我們深入的合作，共同為客戶以及整個行業在環境保護以及經濟效益提升方面提供真正的附加值，為中國生物醫藥行業發展做出更大的貢獻。”

遵循流程即可創造價值

很多時候，國內的一些設計并未采用科學合理的基于工藝風險評估的設計方法，而是在執行中采用固定的數值或模板。Christian Bachofen 認為這樣的做法有提升空間，這種不是基于風險的且可追溯的設計方式無法實現快速、安全和符合國際GMP 的設計和施工。根據他的經驗，想要幫助客戶在項目的生命周期中盡可能地降低風險，讓整個設計符合國際和國內的法規要求，同時實現設施的成本優化，需要在設計過程中遵循科學的、基于工藝和產品的流程。

“我們始終從工藝關鍵質量屬性（CQA）的定義開始，然后進行工藝風險評估，以定義關鍵工藝參數（CPP）。一旦CPP 確定，我們就可以將所有決定追溯到這個CPP。這種基于風險和可追溯的設計方法避免了錯誤，因為我們有一個完美的來源可審查已完成的工作。”Christian Bachofen 強調，“做好這一工作需要大量的精力和時間。從設施整個生命周期的運行來看，前期設計階段所做的準備工作越多，后續設施的運行就越安全和順暢，因此前期所做的投入對于業主而言是值得的，在設施長久的運行過程中，經過時間驗證的方案有助于實現節能降碳，而且可以大幅降低產品的生產成本。”

每個設施都是一個個體，工程設計將根據客戶產品和生產工藝進行量身定制。以暖通空調為例，它作為非常重要的系統之一，負責房間分級、溫度、濕度和壓力。Christian Bachofen 指出，“我們的系統設計遵循嚴格的可持續和節能以及能源回收規則，在歐洲，系統的能源需求比中國低50%～60%左右。房間條件、換氣率、補風百分比等數值都遵循基于風險的設計方法，而且可以在車間內變化。當然，所有這些設計都需要滿足GMP 規范，而且盡可能實現節能。另一個重要方面是系統分類，除了供氣和排氣末端過濾外，系統被歸類為非GMP，因此暖通空調系統（HVAC）和建筑管理系統（BMS）僅被視為調試系統。”

也就是說，在潔凈室設計中，房間采用C 級還是D 級設計，取決于風險評估的結果，如果采用密閉工藝，則意味著房間換氣次數大大減少，能源大幅節約。房間的溫濕度范圍設定亦是如此，需要基于風險進行設定。例如，某個工藝是封閉的并且位于冷鏈中，房間溫度和房間的濕度不再成為產品GMP 的關鍵方面，房間條件在這種情況下是為了操作員的舒適并避免操作員造成微生物污染。“基于風險的設計方法才能實現設計的最優化，從而幫助客戶節約50%～70%的能源運行成本。”Christian Bachofen 強調。

信達生物制藥（蘇州）有限公司概念設計

另外，在暖通空調設計方面，國內外在設計理念上有所不同，國外會將補風系統和排風系統分開，實現能源高效回收利用，而國內的設計很少采用這種方式。同時在熱能方面，國內的利用率并不高，空壓機產生的熱能很多時候都是直接通過排風管道排掉了，沒有進行回收再利用。這與國外對大型設備產生的熱能進行回收的做法不同。Christian Bachofen 指出，“這些都是需要在設計階段思考的方面，也是我們為客戶提供高附加值的地方。”

高質量的設計方案可保證項目各個環節高效落實。而項目能否快速交付，則取決于設計師的技術水平和項目管理能力。Christian Bachofen 指出，具有豐富經驗的基于風險的設計方法可以實現設計和施工的安全和快速交付。CBC 為中國生物技術股份有限公司設計的InCov 19 DS 設施充分證實了這一觀點。這些快速交付的設施不僅安全、合規、符合cGMP 和WHO 要求，而且高效和精益。另外，高質量的設計方案還會減少變更的發生，避免引發額外的費用和工期延誤。

設計創新方能面向未來

面向未來的設計意味著創造多個靈活的空間。其中設施外殼必須具有靈活性。生產車間的生命周期通常為15～20 年，而整個建筑物外殼的生命周期大概為50～60年。這意味著這座建筑外殼里，周期為15～20 年的車間的設計最少需要考慮2～3 個迭代過程。這種設計思路不僅考慮了設施現在的生產情況，也為其未來若干年后潛在的運行問題進行了思考。

天俱時集團董事、副總裁、生物醫藥事業部董事長宋曉暉先生

這是Christian Bachofen 創新的設計思路，它打破了固有的思維框架，實施了平臺化技術，使得車間可以實現多品種生產，實現了生產空間的可重復利用。Christian Bachofen 表示，“我們在設計建筑外殼時，布置了一些初步的基礎設施，如純化水接口，補風或者排風管道。這樣的設計思路為后續進行產品生產提供了靈活性，日后在車間中進行某種產品生產時，只需將生產車間中的管道與基礎設施的管道對接起來即可，即“即插即用”思想。因此我們在進行設施整體設計時，可以采用這種平臺化技術手段增強設施的靈活性。當然這需要客戶深入融入到設計理念中，設計的靈活性對于車間、建筑物、維護以及生命周期來說重要性毋庸置疑。”

強強聯手促進共同進步

近年來，隨著生物制藥行業的快速發展，生物藥品上市速度的加快，越來越多的制藥企業選擇投資建廠。國外工程公司憑借著先進的設計理念，獲得了為制藥企業提供設計咨詢服務的機會。但是因為國內外工程設計公司在設計理念、設計思路和慣常做法上存在差異，工程項目在實施過程中，常常出現國內工程公司對現代化的設計理念不熟悉的情況。為了提升對國際期待的符合性，天俱時集團與CBC 達成合作，致力于將國際優秀的設計理念完整深入地落實到項目設施的建設之中。

天俱時集團董事、副總裁、生物醫藥事業部董事長宋曉暉表示，“天俱時集團通過與CBC 團隊進行深度合作，增強了在生物制藥工程領域的綜合實力。他們作為我們生物醫藥事業部的前沿團隊，將以領頭羊的身份指導我們在生物制藥市場中發揮更加重要的作用。設計向下延伸，工程向上延伸，我們是一個有機的服務鏈條，我們有信心，也有能力讓中國生物制藥企業實現國際先進設計理念在中國的本土化落地，今后，我們將通過更多的培訓和合作，加深對彼此的了解，梳理各自的職責，為客戶提供全套健全的EPC 工程服務。”

凈零二氧化碳、節能、能源回收、精益制造、大量減少員工、封閉流程和減少房間要求，將成為制藥工程的未來發展趨勢。面對行業的發展，天俱時集團一直思考如何輔助企業降低生命周期運營成本，使用更少的能源，實現更好的質量控制。天俱時集團聯手CBC，將憑借著對GMP 法規的深入理解，以及在節能設計概念方面積累的豐富技術經驗，進行開發，以符合未來的趨勢。“客戶的成功就是我們的主要目標。”Christian Bachofen 強調。