基于风险和可追溯方法的工程设计

文/本刊记者 邵丽竹

访国际知名生物医药设计规划专家、天俱时工程科技集团董事、生物医药首席技术官Christian Bachofen——制药企业建设制药设施需要大量的投资，如果设施建设能够符合国家规范要求，实现成本可预测，缩短产品上市时间，而且具有未来重新规划的灵活性，对于制药企业来说意义重大。

国际知名生物医药设计规划专家、天俱时工程科技集团董事、生物医药首席技术官Christian Bachofen 先生

一个项目从筹划到完成，前期设计在其中发挥着举足轻重的作用。工程行业通常将概念设计和初步设计统称为前期设计，作为详细和施工图设计的基础。Christian Bachofen 指出，“制药设施工程项目的前期设计阶段是一个不断迭代的过程，旨在帮助制药企业找到可持续的投资和运营技术方案。该方案对于整个项目来说非常关键，可帮助客户在生命周期内实现前期投资成本和后期运营成本的最优化，实现真正意义上的精益生产。”

可以说前期设计影响着整个项目的方方面面。完美的前期设计质量将使设计符合规划的时间进度以及预期的投资和运行成本。在生命周期内，它将确保尽可能低的COGS（产品销售成本）。因此，每个工程设施在设计时都要重视前期设计，思考如何满足进程快、质量高、成本低、可控强、延展广的设计要求，虽然这些需要智力和时间的投入，但却能在生命周期内为业主带来丰厚的回报。

Christian Bachofen 是一位国际知名的生物医药设计规划专家，于2012 年在瑞士创立了CB Consultancy AG（CBC）咨询公司，是公司的大股东、总裁以及首席设计师。在生物医药行业从业的30 余年中，Christian Bachofen 服务了包括强生、诺华、中生集团、绿叶、百济神州、华兰生物等众多国际和国内的生物制药企业，在完成众多公司生物制药厂房、配套工程、环保工程项目的咨询工作过程中积累了丰富的生物制药工程项目规划设计实战经验。“采用基于风险的和可追溯的设计方法可以避免产生错误”，这是Christian Bachofen 所信奉的理念，这一理念已经在众多的工程项目中得到了验证。关于如何成功地进行生物制药设施的规划设计，Christian Bachofen 了然于胸。

Christian 先生与中国客户讨论设计方案

多年来，Christian Bachofen一直带领着CBC 公司在全球范围内为药品、制剂生产企业提供工程咨询、医药公用工程、暖通空调系统、自动化控制技术等领域的概念设计、基础设计、详细设计、招标和采购支持、3D 建模、施工管理、运行维护等全流程咨询服务。2020 年初，新冠疫情爆发期间，Christian Bachofen 更是克服重重困难，漂洋过海来到中国，与时间和病魔赛跑，用8 天完成了中生集团新冠疫苗车间的概念设计，直接加速了中国新冠疫苗的研发、设计、生产、接种全周期。2021 年，Christian Bachofen 又开启了新征程，国内顶尖EPC 工程服务商天俱时工程科技集团收购了Christian 创始的CBC 公司部分股权，两公司达成了深度战略合作，Christian 本人出任天俱时集团董事、生物医药首席技术官，与天俱时集团共同前行。他强调：“希望通过我们深入的合作，共同为客户以及整个行业在环境保护以及经济效益提升方面提供真正的附加值，为中国生物医药行业发展做出更大的贡献。”

遵循流程即可创造价值

很多时候，国内的一些设计并未采用科学合理的基于工艺风险评估的设计方法，而是在执行中采用固定的数值或模板。Christian Bachofen 认为这样的做法有提升空间，这种不是基于风险的且可追溯的设计方式无法实现快速、安全和符合国际GMP 的设计和施工。根据他的经验，想要帮助客户在项目的生命周期中尽可能地降低风险，让整个设计符合国际和国内的法规要求，同时实现设施的成本优化，需要在设计过程中遵循科学的、基于工艺和产品的流程。

“我们始终从工艺关键质量属性（CQA）的定义开始，然后进行工艺风险评估，以定义关键工艺参数（CPP）。一旦CPP 确定，我们就可以将所有决定追溯到这个CPP。这种基于风险和可追溯的设计方法避免了错误，因为我们有一个完美的来源可审查已完成的工作。”Christian Bachofen 强调，“做好这一工作需要大量的精力和时间。从设施整个生命周期的运行来看，前期设计阶段所做的准备工作越多，后续设施的运行就越安全和顺畅，因此前期所做的投入对于业主而言是值得的，在设施长久的运行过程中，经过时间验证的方案有助于实现节能降碳，而且可以大幅降低产品的生产成本。”

每个设施都是一个个体，工程设计将根据客户产品和生产工艺进行量身定制。以暖通空调为例，它作为非常重要的系统之一，负责房间分级、温度、湿度和压力。Christian Bachofen 指出，“我们的系统设计遵循严格的可持续和节能以及能源回收规则，在欧洲，系统的能源需求比中国低50%～60%左右。房间条件、换气率、补风百分比等数值都遵循基于风险的设计方法，而且可以在车间内变化。当然，所有这些设计都需要满足GMP 规范，而且尽可能实现节能。另一个重要方面是系统分类，除了供气和排气末端过滤外，系统被归类为非GMP，因此暖通空调系统（HVAC）和建筑管理系统（BMS）仅被视为调试系统。”

也就是说，在洁净室设计中，房间采用C 级还是D 级设计，取决于风险评估的结果，如果采用密闭工艺，则意味着房间换气次数大大减少，能源大幅节约。房间的温湿度范围设定亦是如此，需要基于风险进行设定。例如，某个工艺是封闭的并且位于冷链中，房间温度和房间的湿度不再成为产品GMP 的关键方面，房间条件在这种情况下是为了操作员的舒适并避免操作员造成微生物污染。“基于风险的设计方法才能实现设计的最优化，从而帮助客户节约50%～70%的能源运行成本。”Christian Bachofen 强调。

信达生物制药（苏州）有限公司概念设计

另外，在暖通空调设计方面，国内外在设计理念上有所不同，国外会将补风系统和排风系统分开，实现能源高效回收利用，而国内的设计很少采用这种方式。同时在热能方面，国内的利用率并不高，空压机产生的热能很多时候都是直接通过排风管道排掉了，没有进行回收再利用。这与国外对大型设备产生的热能进行回收的做法不同。Christian Bachofen 指出，“这些都是需要在设计阶段思考的方面，也是我们为客户提供高附加值的地方。”

高质量的设计方案可保证项目各个环节高效落实。而项目能否快速交付，则取决于设计师的技术水平和项目管理能力。Christian Bachofen 指出，具有丰富经验的基于风险的设计方法可以实现设计和施工的安全和快速交付。CBC 为中国生物技术股份有限公司设计的InCov 19 DS 设施充分证实了这一观点。这些快速交付的设施不仅安全、合规、符合cGMP 和WHO 要求，而且高效和精益。另外，高质量的设计方案还会减少变更的发生，避免引发额外的费用和工期延误。

设计创新方能面向未来

面向未来的设计意味着创造多个灵活的空间。其中设施外壳必须具有灵活性。生产车间的生命周期通常为15～20 年，而整个建筑物外壳的生命周期大概为50～60年。这意味着这座建筑外壳里，周期为15～20 年的车间的设计最少需要考虑2～3 个迭代过程。这种设计思路不仅考虑了设施现在的生产情况，也为其未来若干年后潜在的运行问题进行了思考。

天俱时集团董事、副总裁、生物医药事业部董事长宋晓晖先生

这是Christian Bachofen 创新的设计思路，它打破了固有的思维框架，实施了平台化技术，使得车间可以实现多品种生产，实现了生产空间的可重复利用。Christian Bachofen 表示，“我们在设计建筑外壳时，布置了一些初步的基础设施，如纯化水接口，补风或者排风管道。这样的设计思路为后续进行产品生产提供了灵活性，日后在车间中进行某种产品生产时，只需将生产车间中的管道与基础设施的管道对接起来即可，即“即插即用”思想。因此我们在进行设施整体设计时，可以采用这种平台化技术手段增强设施的灵活性。当然这需要客户深入融入到设计理念中，设计的灵活性对于车间、建筑物、维护以及生命周期来说重要性毋庸置疑。”

强强联手促进共同进步

近年来，随着生物制药行业的快速发展，生物药品上市速度的加快，越来越多的制药企业选择投资建厂。国外工程公司凭借着先进的设计理念，获得了为制药企业提供设计咨询服务的机会。但是因为国内外工程设计公司在设计理念、设计思路和惯常做法上存在差异，工程项目在实施过程中，常常出现国内工程公司对现代化的设计理念不熟悉的情况。为了提升对国际期待的符合性，天俱时集团与CBC 达成合作，致力于将国际优秀的设计理念完整深入地落实到项目设施的建设之中。

天俱时集团董事、副总裁、生物医药事业部董事长宋晓晖表示，“天俱时集团通过与CBC 团队进行深度合作，增强了在生物制药工程领域的综合实力。他们作为我们生物医药事业部的前沿团队，将以领头羊的身份指导我们在生物制药市场中发挥更加重要的作用。设计向下延伸，工程向上延伸，我们是一个有机的服务链条，我们有信心，也有能力让中国生物制药企业实现国际先进设计理念在中国的本土化落地，今后，我们将通过更多的培训和合作，加深对彼此的了解，梳理各自的职责，为客户提供全套健全的EPC 工程服务。”

净零二氧化碳、节能、能源回收、精益制造、大量减少员工、封闭流程和减少房间要求，将成为制药工程的未来发展趋势。面对行业的发展，天俱时集团一直思考如何辅助企业降低生命周期运营成本，使用更少的能源，实现更好的质量控制。天俱时集团联手CBC，将凭借着对GMP 法规的深入理解，以及在节能设计概念方面积累的丰富技术经验，进行开发，以符合未来的趋势。“客户的成功就是我们的主要目标。”Christian Bachofen 强调。