張旭云胡大文

（1.上海志真檢測技術(shù)有限公司，上海 200431；2.中國醫(yī)藥集團(tuán)聯(lián)合工程有限公司上海公司，上海 200235）

醫(yī)藥行業(yè)實驗室的工程設(shè)計要點歸納

張旭云1胡大文2

（1.上海志真檢測技術(shù)有限公司，上海 200431；2.中國醫(yī)藥集團(tuán)聯(lián)合工程有限公司上海公司，上海 200235）

在總結(jié)醫(yī)藥行業(yè)實驗室工程設(shè)計心得的基礎(chǔ)上，歸納實驗室設(shè)計的基本思路，結(jié)合目前制藥行業(yè)實驗室設(shè)計中遇到的一些具體問題，分享在實驗室定性、GMP的具體要求以及節(jié)能設(shè)計的要點和經(jīng)驗供參考和分享。

醫(yī)藥行業(yè)；實驗室；設(shè)計要點

實驗室設(shè)計是醫(yī)藥工程設(shè)計的一個重要內(nèi)容。一個完整的藥企需要有配套的多元化的質(zhì)量檢驗中心，這就涉及到多種實驗室設(shè)計。近年來，很多知名企業(yè)的研發(fā)中心在設(shè)計上也主張多種實驗室的組合設(shè)計。另外，急速發(fā)展的生物制藥領(lǐng)域，不管是生物細(xì)胞還是基因工程，很多情形下，這類生產(chǎn)車間本質(zhì)上就是一個大實驗室。因此本文總結(jié)制藥行業(yè)實驗室設(shè)計的經(jīng)驗，歸納要點、重點，和大家分享。

1 實驗室的基本設(shè)計思路

1.1 設(shè)計的著眼點

（1）按分析方法設(shè)置：理化分析、儀器分析、特殊項目分析等；

（2）按工作性質(zhì)設(shè)置：研發(fā)、檢測、中試生產(chǎn)等；

（3）按用途設(shè)置：細(xì)胞學(xué)分析、生物學(xué)分析、動物學(xué)分析、理化分析等。

1.2 設(shè)計的布局

關(guān)于實驗室布局有多種樣式，如一字形單通道實驗室布局，口字形雙走道實驗室布局，大間套小間實驗室布局以及混合性實驗室布局，可以根據(jù)具體情況選用。

推薦按實驗室實際工作流程或相同用途的實驗間集中設(shè)置來考慮布局，不同實驗間（區(qū)域）以完成不同的實驗操作，各實驗間（區(qū)域）按實驗操作順序排布。具體可按下列工作流向來排布：樣品流，廢物流（帶毒廢物流）。

1.3 建筑及公用工程設(shè)計

建筑物定性的確定，民用還是生產(chǎn)，這個根據(jù)實驗室具體用途來確定。

建筑設(shè)計按《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中相關(guān)要求考慮實驗室布局，應(yīng)關(guān)注實驗室有機(jī)溶媒的使用情況，有機(jī)溶媒的耗量與實驗室布局或本建筑物定性有密切關(guān)系，應(yīng)參照《建筑設(shè)計防火規(guī)范》中相關(guān)條款設(shè)計。

若是舊廠房改造項目，結(jié)構(gòu)需復(fù)核大型滅菌柜和檔案資料室等負(fù)荷較重房間的樓板荷載。

暖通設(shè)計是實驗室設(shè)計的重點之一，主要有排風(fēng)和空調(diào)兩方面內(nèi)容，也是實驗室節(jié)能設(shè)計的重點內(nèi)容之一。

氣源的設(shè)計有兩種方式：一種是園區(qū)或廠區(qū)集中供應(yīng)，管道直接連至使用點；另一種是從氣體鋼瓶供氣，鋼瓶設(shè)于氣瓶間，通過匯流排送至用氣點。

實驗區(qū)內(nèi)公用工程管線的接入有兩種方式：一種為地板內(nèi)或樓板下走線，至使用點處上翻直接連接使用點；另一種為常見的夾層內(nèi)敷設(shè)管道，通過功能柱或隔墻內(nèi)連接至使用點。

注意滅菌柜等大功率設(shè)備（特別是電加熱設(shè)備）的供電設(shè)計；精密儀器考慮穩(wěn)壓電源和UPS；考慮部分精密儀器的單獨接地設(shè)計；考慮合理的網(wǎng)絡(luò)、監(jiān)控及插座設(shè)計等。

1.4 消防和安全設(shè)計

實驗室布局時需考慮消防疏散走廊滿足規(guī)范要求。

按規(guī)范要求設(shè)置水消防系統(tǒng)，噴淋可考慮采用預(yù)作用式噴淋系統(tǒng)，以免誤噴導(dǎo)致設(shè)備的損失。

控制試劑存放總量，選用帶排風(fēng)的試劑存放柜。

如有氫化反應(yīng)，宜單獨設(shè)置，面積控制到最小，布置在建筑端頭，按防爆區(qū)域設(shè)計，并考慮足夠的泄壓面積及門斗。

實驗區(qū)設(shè)緊急沖淋和洗眼器等人身防護(hù)安全措施。

與活性菌種接觸的物品及人員應(yīng)考慮滅菌措施，做好生物安全防護(hù)工作。

藥廠的質(zhì)量檢驗中心布置主要由以下功能間組成：

① 樣品收集；② 樣品記錄和分發(fā)；③ 樣品分析；④ 試劑存放間；⑤ 清洗、干燥間；⑥ 培養(yǎng)基制備；⑦ 高壓滅菌；⑧ 會議室；⑨ 資料檔案室；⑩ 員工辦公室和洗手間。留樣間、分析輔助功能間（包括天平室、精密儀器室、標(biāo)準(zhǔn)品配制間等）、公用工程輔助功能間（包括氣瓶間、制水間、配電間、空調(diào)機(jī)房等）

藥廠檢驗中心的功能分區(qū)概括如圖1[1]。

圖1 藥廠檢驗中心的功能分區(qū)Fig.1 Function area of testing center in pharmaceutical plant

藥廠研發(fā)中心的設(shè)計則需根據(jù)研發(fā)目的，設(shè)立適合的獨立實驗室，但上述功能間也是必不可少的。研發(fā)中心的分區(qū)設(shè)計一般以樓層為自然分隔以達(dá)到減少相互干擾的目的。

2 制藥行業(yè)實驗室設(shè)計要點

以上為制藥行業(yè)實驗室的一些主要常規(guī)設(shè)計思路，在此基礎(chǔ)上筆者重點闡述實踐中根據(jù)不同的任務(wù)和目標(biāo)，在設(shè)計中的一些經(jīng)驗和要點。

2.1 藥廠的檢驗中心

（1）《藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范》（2010年修訂）的相關(guān)要求及解析。

第六十三條 質(zhì)量控制實驗室通常應(yīng)當(dāng)與生產(chǎn)區(qū)分開。生物檢定、微生物和放射性同位素的實驗室還應(yīng)當(dāng)彼此分開。[2]

第六十四條 實驗室的設(shè)計應(yīng)當(dāng)確保其適用于預(yù)定的用途，并能夠避免混淆和交叉污染，應(yīng)當(dāng)有足夠的區(qū)域用于樣品處置、留樣和穩(wěn)定性考察樣品的存放以及記錄的保存。[2]

第六十六條 處理生物樣品或放射性樣品等特殊物品的實驗室應(yīng)當(dāng)符合國家的有關(guān)要求[2]。

對第六十三條而言，大規(guī)模藥廠基本不存在問題，但此條中、小型企業(yè)尤其要注意，往往中、小企業(yè)生產(chǎn)區(qū)域及檢驗中心在一棟建筑甚至一層內(nèi)，設(shè)計上應(yīng)將檢驗中心和生產(chǎn)區(qū)域分開。

對第六十四條而言，對實驗室設(shè)施的要求是以能有效控制檢測環(huán)境并獲得可靠的檢測結(jié)果為目的，我們提交的設(shè)計應(yīng)有利于減少潛在的對樣品的污染。對有潔凈要求的工作區(qū)域應(yīng)有明確的標(biāo)識，并能有效進(jìn)行監(jiān)測和記錄。要注意實驗室間的有效隔離并有適當(dāng)?shù)拇胧┓乐菇徊嫖廴尽?/p>

對第六十六條而言，要求配設(shè)合理的處理廢棄樣品和有害廢棄物的設(shè)施和區(qū)域，并采取有效防護(hù)措施保證人員、環(huán)境和樣品不受污染，保證生物安全性，此時，人員和環(huán)境是被要求保護(hù)的。

（2）實驗室的功能應(yīng)涵蓋工廠藥品生產(chǎn)批文或藥典中所提及的全部檢測項目（備案向外委托項目除外），同時兼顧環(huán)境監(jiān)測、原輔料和包材的檢測項目。

（3）注意根據(jù)產(chǎn)品的自身性質(zhì)，充分考慮其高致敏性和毒性，選用合適的人員防護(hù)措施，在減少樣品檢測的相互干擾的同時，強(qiáng)化對實驗人員的保護(hù)。

2.2 關(guān)于實驗室生產(chǎn)

本文開頭已說過，現(xiàn)在一些生化藥品（或中間體、原液）的生產(chǎn)，往往就在實驗室中進(jìn)行，因此我們首先要明確是實驗室實驗還是實驗室生產(chǎn)。

普通實驗室布置必須滿足《建筑防火設(shè)計規(guī)范》要求，一般在民用建筑內(nèi)也可設(shè)置，當(dāng)然必須做好相應(yīng)的三廢處理措施，并按民用建筑的消防疏散要求設(shè)計。

如果是實驗室生產(chǎn)，原則上按生產(chǎn)車間考慮，建筑單體按丙類廠房設(shè)計。

丙類廠房里可以設(shè)生產(chǎn)性實驗室，但不應(yīng)該設(shè)民用設(shè)施，即不能有辦公用房。

關(guān)鍵的難點是介于兩者之間的，如中試研發(fā)。

——現(xiàn)在較常見的布置是開放式實驗區(qū)布置，建筑會將此區(qū)域的消防疏散設(shè)計按民用建筑要求設(shè)計，這樣即使在丙類廠房，實驗區(qū)最遠(yuǎn)點疏散距離從車間要求的不超過60 m減小為民用要求的不超過30 m；

——中試研發(fā)實驗室或氣體分析實驗室會使用較多種類的溶劑，總量也不會少，可能還會使用到氫氣、氧氣、乙炔等甲、乙類氣體，因此要充分考慮防火防爆措施，如易燃?xì)怏w探頭、帶通風(fēng)設(shè)施的試劑貯存柜，同時盡可能限制試劑存放量和使用量；

——丙類車間內(nèi)不宜設(shè)置辦公區(qū)；

——注意原輔料廢棄物貯存運輸要求，同時盡量不穿越無關(guān)區(qū)域；

——甲、乙類氣體管道需明敷，并設(shè)有氣體探頭。

2.3 關(guān)于特殊的實驗室

主要指特種生物實驗室和動物實驗室。關(guān)于這兩類特殊實驗室，已有較多文章論述，此處不再展開，只是按自己的實踐經(jīng)驗提出以下幾個要點：

（1）動物實驗室（此類實驗室主要聽從動管會的指導(dǎo)意見）。

A.動物實驗室和動物飼養(yǎng)應(yīng)分區(qū)設(shè)置；

B.人流、凈物流、污物流分開設(shè)計，避免交叉污染；

C.注意動物尸體和排泄物的收集處理，注意實驗室廢水、廢氣的處理。

（2）生物實驗室（防護(hù)措施設(shè)計是關(guān)鍵）。

A .兩個規(guī)范

GB 19489—2008《實驗室生物安全通用要求》：確定生物安全實驗室分級[3]。

GB 50346—2011《生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范》：規(guī)定了在實驗室設(shè)計、建設(shè)、運行過程中的土建、消防、暖通、強(qiáng)弱電、自動控制、給排水等設(shè)計要求。[4]

B.具體要求

① 限制進(jìn)入（人員、節(jié)肢和嚙齒動物）；

② 廢棄物的滅活滅菌措施；

③ 合適的壓差設(shè)置；

④ 供水排水的防回流措施；

⑤ 高風(fēng)險排風(fēng)兩級高效過濾，3級、4級生物實驗室采用全新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計；

⑥ 應(yīng)急供電保證30 min；

⑦ 事故狀態(tài)下高風(fēng)險撤出的人員還應(yīng)沖淋；

⑧ 不設(shè)水噴淋系統(tǒng)，機(jī)械排煙；

⑨ 使用II級或III級生物安全柜，并保證壓差，緊急處置用電。

2.4 實驗室的節(jié)能設(shè)計

通常的節(jié)能設(shè)計是以綠色建筑的理念付諸具體實施。

實驗室里最大的能耗是通風(fēng)柜或設(shè)備排風(fēng)帶走的空氣能量，因此實驗室的通風(fēng)空調(diào)設(shè)計是節(jié)能的重點。

通風(fēng)柜工作時要連續(xù)排風(fēng)至室外，夏季和冬季時連續(xù)將房間內(nèi)經(jīng)過冷卻和加熱的室內(nèi)空調(diào)空氣排向室外，增加不少能耗，為此我們有幾種設(shè)計方案：

（1）自然補風(fēng)：在布置通風(fēng)柜的房間內(nèi)開窗，這樣在維持正常送回風(fēng)量的同時，大量的連續(xù)排風(fēng)量主要來自室外新風(fēng)補充，但正是這種未經(jīng)溫度濕度處理的新風(fēng)，給房間的環(huán)境溫度濕度帶來負(fù)面影響，即實驗室冬天冷夏天熱，因此不推薦這種方案作為主流做法。一種改進(jìn)的做法是在室內(nèi)設(shè)直接進(jìn)風(fēng)口，但這些風(fēng)經(jīng)過加設(shè)的一段盤管處理（按需要進(jìn)行加熱和冷卻），再補進(jìn)室內(nèi)，這樣房間內(nèi)的溫度可以有明顯的改善，也就是說春秋天直接補風(fēng)，冬夏季對補風(fēng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜岷屠鋮s，這樣環(huán)境溫度可以在可接受的范圍內(nèi)。

（2）排風(fēng)機(jī)變頻控制：一般設(shè)計排風(fēng)時，肯定將多個通風(fēng)柜的排風(fēng)串在一起排出，如果末端的總排風(fēng)機(jī)功率固定，那么無論一臺還是多臺通風(fēng)柜開啟狀態(tài)下，排風(fēng)量是固定的。如果我們將末端風(fēng)機(jī)加變頻調(diào)節(jié)，同時監(jiān)測排風(fēng)系統(tǒng)內(nèi)每臺通風(fēng)柜排風(fēng)支管的風(fēng)量，按支管風(fēng)量總和來調(diào)節(jié)末端排風(fēng)機(jī)的功率，就會有效減少排風(fēng)量。但由于風(fēng)機(jī)變頻范圍為額定功率的25 %左右，因此這種方案對于數(shù)量不多的通風(fēng)柜串聯(lián)系統(tǒng)較為適用，目前這種方式較為常用。需要提醒的是，這種方式增加了支管風(fēng)量檢測及變頻、聯(lián)鎖系統(tǒng)，會提高直接投資費用。

（3）目前效果最好的通風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計為將通風(fēng)柜內(nèi)補風(fēng)管直接設(shè)計成內(nèi)循環(huán)，就是自帶補風(fēng)的通風(fēng)柜，即通過特殊的管路設(shè)計，將進(jìn)入通風(fēng)柜內(nèi)的補風(fēng)通過操作臺面直接進(jìn)入排風(fēng)管，新風(fēng)只要經(jīng)過簡單過濾處理而不進(jìn)行溫度濕度控制，因為內(nèi)循環(huán)通道在通風(fēng)柜內(nèi)，不會影響操作間的溫度。另外，考慮到防倒灌，設(shè)計的補風(fēng)量是排風(fēng)量的70 % ～ 80 %（可通過送風(fēng)總管和排風(fēng)總管風(fēng)量聯(lián)鎖來實現(xiàn)，同時結(jié)合操作面板的開啟度，可以將通風(fēng)柜排風(fēng)機(jī)設(shè)置高、低不同的排風(fēng)量，有效控制實際排風(fēng)量以達(dá)到節(jié)能目的。這種看起來簡單的解決方案實際操作并不簡單，因為內(nèi)部補風(fēng)還涉及到在最大補風(fēng)量的情況下控制合適的補風(fēng)風(fēng)速，也就需要提供合理的補風(fēng)口面積又不擠占實驗臺操作面，目前還僅僅在進(jìn)口通風(fēng)柜上得到應(yīng)用。國內(nèi)的大部分通風(fēng)柜還只能做到在通風(fēng)柜操作面板外設(shè)補風(fēng)管的方式解決，補風(fēng)管離得近了，肯定影響操作；離得遠(yuǎn)了又會在某種意義上回到從室內(nèi)取風(fēng)的方式上，又會影響室內(nèi)溫度。希望隨著技術(shù)進(jìn)步，國內(nèi)通風(fēng)柜的設(shè)計制造能盡快與國際接軌，為實驗室設(shè)計提供更優(yōu)化的設(shè)備。

3 結(jié)束語

實驗室設(shè)計也是一個系統(tǒng)工程，在首先滿足功能需要的前提下，我們還要兼顧法規(guī)、節(jié)能、設(shè)備選型、人性化操作環(huán)境的綜合因素來進(jìn)行統(tǒng)籌兼顧，以得到一個相對完善的方案。

[1]奇貝德學(xué)院/學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)/質(zhì)量管理體系/02實驗室管理課程[EB/OL].http：//www.sinogeptech.com/index.php.

[2]藥品生產(chǎn)質(zhì)量管理規(guī)范（2010年修訂）[S].

[3]GB 19489—2008.實驗室生物安全通用要求[S].

[4]GB 50346—2011.生物安全實驗室建筑技術(shù)規(guī)范[S].

神華陜西甲醇下游加工項目烯烴分離裝置準(zhǔn)點中交

2015年5月15日，中石化上海工程有限公司總承包的神華陜西甲醇下游加工項目600 kt/a烯烴分離裝置按合同實現(xiàn)中交目標(biāo)。

神華陜西甲醇下游加工項目位于陜西省榆林市榆神開發(fā)區(qū)清水工業(yè)園內(nèi)，烯烴分離裝置為該項目四套主裝置之一，裝置于2013年4月2日召開工程開工會，2013年5月25日現(xiàn)場樁基工程開工，2015年5月15日中交，歷時774天。

該項目是中石化上海工程公司繼神華包頭、中煤榆林、中煤蒙大項目后，再次高標(biāo)準(zhǔn)完成烯烴分離裝置的EPC總承包工程。為推動蒙陜當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展，實現(xiàn)資源深度利用，具有重要的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，也為公司在煤制烯烴領(lǐng)域再添業(yè)績。

（魏永忠）

中石化上海工程有限公司榮獲

“2014年度靜安區(qū)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)百強(qiáng)企業(yè)”稱號

2015年4月30日，靜安區(qū)人民政府在上海展覽館召開2014年度經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)百強(qiáng)企業(yè)頒獎儀式。中石化上海工程有限公司榮獲“2014年度靜安區(qū)經(jīng)濟(jì)貢獻(xiàn)百強(qiáng)企業(yè)”第33名。

（魏永忠）

Summary of Key Points in Engineering Design of Laboratory in Pharmaceutical Industry

Zhang Xuyun1, Hu Dawen2
（1.Evertrust Testing International (Shanghai) Co., Ltd.Shanghai, 200431; 2.SINOPHARMENGIN Corporation Shanghai Company, Shanghai, 200235）

Based on the experiences in engineering design of laboratory used in pharmaceutical industry and combined with practical examples, some methods and key points in the classification of laboratories, consistence with GMP requirements and energy saving design were shared in this article.

pharmaceutical industry； lab； key point in design

TQ 460.8

：A

：2095-817X（2015）03-0028-004

2015-03-17

張旭云（1983—），女，工程師，主要從事醫(yī)藥工程設(shè)計工作，主要研究方向為制藥行業(yè)無菌制劑及實驗室操作。