摘　要：在總結醫藥行業(yè)實(shí)驗室工程設計心得的基礎上，歸納實(shí)驗室設計的基本思路，結合目前制藥行業(yè)實(shí)驗室設計中遇到的一些具體問(wèn)題，分享在實(shí)驗室定性、GMP 的具體要求以及節能設計的要點(diǎn)和經(jīng)驗供參考和分享。

關(guān)鍵詞：醫藥行業(yè) ；實(shí)驗室；設計要點(diǎn)

實(shí)驗室設計是醫藥工程設計的一個(gè)重要內容。一個(gè)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(shí)驗室設計。近年來(lái)，很多知名企業(yè)的研發(fā)中心在設計上也主張多種實(shí)驗室的組合設計。另外，急速發(fā)展的生物制藥領(lǐng)域，不管是生物細胞還是基因工程，很多情形下，這類(lèi)生產(chǎn)車(chē)間本質(zhì)上就是一個(gè)大實(shí)驗室。因此本文總結制藥行業(yè)實(shí)驗室設計的經(jīng)驗，歸納要點(diǎn)、重點(diǎn)，和大家分享。

一、實(shí)驗室的基本設計思路

 

1.1 設計的著(zhù)眼點(diǎn)

（1）按分析方法設置：理化分析、儀器分析、特殊項目分析等；

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

（3）按用途設置：細胞學(xué)分析、生物學(xué)分析、動(dòng)物學(xué)分析、理化分析等。

1.2 設計的布局

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

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

1.3 建筑及公用工程設計

建筑物定性的確定，民用還是生產(chǎn)，這個(gè)根據實(shí)驗室具體用途來(lái)確定。

建筑設計按《建筑設計防火規范》中相關(guān)要求考慮實(shí)驗室布局，應關(guān)注實(shí)驗室有機溶媒的使用情況，有機溶媒的耗量與實(shí)驗室布局或本建筑物定性有密切關(guān)系，應參照《建筑設計防火規范》中相關(guān)條款設計。

若是舊廠(chǎng)房改造項目，結構需復核大型滅菌柜和檔案資料室等負荷較重房間的樓板荷載。

暖通設計是實(shí)驗室設計的重點(diǎn)之一，主要有排風(fēng)和空調兩方面內容，也是實(shí)驗室節能設計的重點(diǎn)內容之一。

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

實(shí)驗區內公用工程管線(xiàn)的接入有兩種方式：一種為地板內或樓板下走線(xiàn)，至使用點(diǎn)處上翻直接連接使用點(diǎn)；另一種為常見(jiàn)的夾層內敷設管道，通過(guò)功能柱或隔墻內連接至使用點(diǎn)。

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

1.4 消防和安全設計

實(shí)驗室布局時(shí)需考慮消防疏散走廊滿(mǎn)足規范要求。

按規范要求設置水消防系統，噴淋可考慮采用預作用式噴淋系統，以免誤噴導致設備的損失。

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，宜單獨設置，面積控制到最小，布置在建筑端頭，按防爆區域設計，并考慮足夠的泄壓面積及門(mén)斗。

實(shí)驗區設緊急沖淋和洗眼器等人身防護安全措施。

與活性菌種接觸的物品及人員應考慮滅菌措施，做好生物安全防護工作。

藥廠(chǎng)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 培養基制備；⑦ 高壓滅菌 ；⑧ 會(huì )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、標準品配制間等）、公用工程輔助功能間（包括氣瓶間、制水間、配電間、空調機房等）

藥廠(chǎng)檢驗中心的功能分區概括如圖1。

圖1 藥廠(chǎng)檢驗中心的功能分區

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

二、制藥行業(yè)實(shí)驗室設計要點(diǎn)

以上為制藥行業(yè)實(shí)驗室的一些主要常規設計思路，在此基礎上筆者重點(diǎn)闡述實(shí)踐中根據不同的任務(wù)和目標，在設計中的一些經(jīng)驗和要點(diǎn)。

2.1 藥廠(chǎng)的檢驗中心

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

第六十三條質(zhì)量控制實(shí)驗室通常應當與生產(chǎn)區分開(kāi)。生物檢定、微生物和放射性同位素的實(shí)驗室還應當彼此分開(kāi)。

第六十四條實(shí)驗室的設計應當確保其適用于預定的用途，并能夠避免混淆和交叉污染，應當有足夠的區域用于樣品處置、留樣和穩定性考察樣品的存放以及記錄的保存。

第六十六條處理生物樣品或放射性樣品等特殊物品的實(shí)驗室應當符合國家的有關(guān)要求。

對第六十三條而言，大規模藥廠(chǎng)基本不存在問(wèn)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)區域及檢驗中心在一棟建筑甚至一層內，設計上應將檢驗中心和生產(chǎn)區域分開(kāi)。

對第六十四條而言，對實(shí)驗室設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果為目的，我們提交的設計應有利于減少潛在的對樣品的污染。對有潔凈要求的工作區域應有明確的標識，并能有效進(jìn)行監測和記錄。要注意實(shí)驗室間的有效隔離并有適當的措施防止交叉污染。

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

（2）實(shí)驗室的功能應涵蓋工廠(chǎng)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(shí)兼顧環(huán)境監測、原輔料和包材的檢測項目。

（3）注意根據產(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措施，在減少樣品檢測的相互干擾的同時(shí)，強化對實(shí)驗人員的保護。

2.2 關(guān)于實(shí)驗室生產(chǎn)

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

普通實(shí)驗室布置必須滿(mǎn)足《建筑防火設計規范》要求，一般在民用建筑內也可設置，當然必須做好相應的三廢處理措施，并按民用建筑的消防疏散要求設計。

如果是實(shí)驗室生產(chǎn)，原則上按生產(chǎn)車(chē)間考慮，建筑單體按丙類(lèi)廠(chǎng)房設計。

丙類(lèi)廠(chǎng)房里可以設生產(chǎn)性實(shí)驗室，但不應該設民用設施，即不能有辦公用房。

關(guān)鍵的難點(diǎn)是介于兩者之間的，如中試研發(fā)。

——現在較常見(jiàn)的布置是開(kāi)放式實(shí)驗區布置，建筑會(huì )將此區域的消防疏散設計按民用建筑要求設計，這樣即使在丙類(lèi)廠(chǎng)房，實(shí)驗區最遠點(diǎn)疏散距離從車(chē)間要求的不超過(guò)60 m 減小為民用要求的不超過(guò)30 m ；

——中試研發(fā)實(shí)驗室或氣體分析實(shí)驗室會(huì )使用較多種類(lèi)的溶劑，總量也不會(huì )少，可能還會(huì )使用到氫氣、氧氣、乙炔等甲、乙類(lèi)氣體，因此要充分考慮防火防爆措施，如易燃氣體探頭、帶通風(fēng)設施的試劑貯存柜，同時(shí)盡可能限制試劑存放量和使用量；

——丙類(lèi)車(chē)間內不宜設置辦公區；——注意原輔料廢棄物貯存運輸要求，同時(shí)盡量不穿越無(wú)關(guān)區域；

——甲、乙類(lèi)氣體管道需明敷，并設有氣體探頭。

2.3 關(guān)于特殊的實(shí)驗室

▲ 特殊實(shí)驗室

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

（1）動(dòng)物實(shí)驗室（此類(lèi)實(shí)驗室主要聽(tīng)從動(dòng)管會(huì )的指導意見(jiàn)）。

A. 動(dòng)物實(shí)驗室和動(dòng)物飼養應分區設置；

B. 人流、凈物流、污物流分開(kāi)設計，避免交叉污染；

C. 注意動(dòng)物尸體和排泄物的收集處理，注意實(shí)驗室廢水、廢氣的處理。

（2）生物實(shí)驗室（防護措施設計是關(guān)鍵）。

A . 兩個(gè)規范

GB 19489—2008《實(shí)驗室生物安全通用要求》：確定生物安全實(shí)驗室分級。

GB 50346—2011《生物安全實(shí)驗室建筑技術(shù)規范》：規定了在實(shí)驗室設計、建設、運行過(guò)程中的土建、消防、暖通、強弱電、自動(dòng)控制、給排水等設計要求。

B. 具體要求

① 限制進(jìn)入（人員、節肢和嚙齒動(dòng)物）；

② 廢棄物的滅活滅菌措施 ；

③ 合適的壓差設置 ；

④ 供水排水的防回流措施 ；

⑤ 高風(fēng)險排風(fēng)兩級高效過(guò)濾，3 級、4 級生物實(shí)驗室采用全新風(fēng)系統設計；

⑥ 應急供電保證 30 min ；

⑦ 事故狀態(tài)下高風(fēng)險撤出的人員還應沖淋 ；

⑧ 不設水噴淋系統，機械排煙 ；

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(shí)驗室的節能設計

通常的節能設計是以綠色建筑的理念付諸具體實(shí)施。

實(shí)驗室里最大的能耗是通風(fēng)柜或設備排風(fēng)帶走的空氣能量，因此實(shí)驗室的通風(fēng)空調設計是節能的重點(diǎn)。

通風(fēng)柜工作時(shí)要連續排風(fēng)至室外，夏季和冬季時(shí)連續將房間內經(jīng)過(guò)冷卻和加熱的室內空調空氣排向室外，增加不少能耗，為此我們有幾種設計方案：

（1）自然補風(fēng)：在布置通風(fēng)柜的房間內開(kāi)窗，這樣在維持正常送回風(fēng)量的同時(shí)，大量的連續排風(fēng)量主要來(lái)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(lái)負面影響，即實(shí)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)的做法是在室內設直接進(jìn)風(fēng)口，但這些風(fēng)經(jīng)過(guò)加設的一段盤(pán)管處理（按需要進(jìn)行加熱和冷卻），再補進(jìn)室內，這樣房間內的溫度可以有明顯的改善，也就是說(shuō)春秋天直接補風(fēng)，冬夏季對補風(fēng)進(jìn)行適當的加熱和冷卻，這樣環(huán)境溫度可以在可接受的范圍內。

（2）排風(fēng)機變頻控制：一般設計排風(fēng)時(shí)，肯定將多個(gè)通風(fēng)柜的排風(fēng)串在一起排出，如果末端的總排風(fēng)機功率固定，那么無(wú)論一臺還是多臺通風(fēng)柜開(kāi)啟狀態(tài)下，排風(fēng)量是固定的。如果我們將末端風(fēng)機加變頻調節，同時(shí)監測排風(fēng)系統內每臺通風(fēng)柜排風(fēng)支管的風(fēng)量，按支管風(fēng)量總和來(lái)調節末端排風(fēng)機的功率，就會(huì )有效減少排風(fēng)量。但由于風(fēng)機變頻范圍為額定功率的25 % 左右，因此這種方案對于數量不多的通風(fēng)柜串聯(lián)系統較為適用，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，會(huì )提高直接投資費用。

（3）目前效果最好的通風(fēng)系統設計為將通風(fēng)柜內補風(fēng)管直接設計成內循環(huán)，就是自帶補風(fēng)的通風(fēng)柜，即通過(guò)特殊的管路設計，將進(jìn)入通風(fēng)柜內的補風(fēng)通過(guò)操作臺面直接進(jìn)入排風(fēng)管，新風(fēng)只要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單過(guò)濾處理而不進(jìn)行溫度濕度控制，因為內循環(huán)通道在通風(fēng)柜內，不會(huì )影響操作間的溫度。另外，考慮到防倒灌，設計的補風(fēng)量是排風(fēng)量的70 % ~ 80 %（可通過(guò)送風(fēng)總管和排風(fēng)總管風(fēng)量聯(lián)鎖來(lái)實(shí)現，同時(shí)結合操作面板的開(kāi)啟度，可以將通風(fēng)柜排風(fēng)機設置高、低不同的排風(fēng)量，有效控制實(shí)際排風(fēng)量以達到節能目的。這種看起來(lái)簡(jiǎn)單的解決方案實(shí)際操作并不簡(jiǎn)單，因為內部補風(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(shí)驗臺操作面，目前還僅僅在進(jìn)口通風(fēng)柜上得到應用。國內的大部分通風(fēng)柜還只能做到在通風(fēng)柜操作面板外設補風(fēng)管的方式解決，補風(fēng)管離得近了，肯定影響操作；離得遠了又會(huì )在某種意義上回到從室內取風(fēng)的方式上，又會(huì )影響室內溫度。希望隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步，國內通風(fēng)柜的設計制造能盡快與國際接軌，為實(shí)驗室設計提供更優(yōu)化的設備。

三、結束語(yǔ)

實(shí)驗室設計也是一個(gè)系統工程，在首先滿(mǎn)足功能需要的前提下，我們還要兼顧法規、節能、設備選型、人性化操作環(huán)境的綜合因素來(lái)進(jìn)行統籌兼顧，以得到一個(gè)相對完善的方案。

來(lái)源：東海岸DKEC

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