高生物安全風險疫苗生產車間環境監視系統設計探討

田云 麻然 呂強 孫淼

摘要：結合當前生物安全問題已經成為影響世界和人類生存、發展的一大威脅這一背景，對比傳統疫苗生產車間環境監視系統的設計理念，同時結合相關法規要求，對高生物安全風險疫苗生產車間環境監視系統的設計要點進行了探討，對其在生物制藥領域生物安全防護應用方面起到了指導作用。

關鍵詞：自動化監測;生物安全;環境監視系統;疫苗生產車間

0 ? ?引言

近些年來，全球范圍內不斷新發、突發傳染病疫情，非典、埃博拉、中東呼吸綜合征、新冠肺炎等傳染疾病在世界范圍內的暴發流行給人類健康和生命安全帶來了嚴重威脅。當今世界，生物安全問題已經成為全世界、全人類面臨的重大生存和發展威脅之一。具備高等級生物安全疫苗生產車間是開展疫苗研發生產、保障公共衛生安全的重要平臺。因此，有必要在生產車間內設計構建適用于高生物安全風險車間的環境監視系統，借助自動化監測手段，降低生產車間生物安全隱患，保障疫苗生產的順利進行。

1 ? ?傳統環境監視系統特點

為了符合《藥品生產質量管理規范》（GMP）要求，用于疫苗生產的潔凈車間需要達到相應的環境指標。2010版GMP中規定，應根據藥品品種、生產操作要求及外部環境狀況等配置空調凈化系統，使生產區有效通風，并有溫度、濕度控制和空氣凈化過濾，保證藥品的生產環境符合要求。潔凈區與非潔凈區之間、不同級別潔凈區之間的壓差應當不低于10 Pa;必要時，相同潔凈度級別的不同功能區域（操作間）之間也應當保持適當的壓差梯度。

因此，傳統環境監視系統通常是采用上位機通過以太網與PLC或DCC控制器連接起來，PLC或DCC控制器通過采集疫苗生產車間各房間內的溫濕度、壓力傳感器發出的4～20 mA電信號，實現對車間關鍵區域溫度、濕度、壓差環境參數采集，并通過上位機軟件完成實時監視和數據管理。系統針對各房間監視參數設置報警功能，當環境參數超限時會及時以彈窗形式告知管理人員并自動記錄報警信息。同時能夠實現歷史趨勢查詢、報表存儲和打印功能，可以報表或趨勢形式打印選中的環境參數。

2 ? ?生物安全相關要求

國家衛生健康委、科技部、工業和信息化部、國家市場監管總局、國家藥監局于2020年6月18日發布并實施的《疫苗生產車間生物安全通用要求》中對自控、監視與報警系統提出了相應要求，這也為高生物安全風險疫苗生產車間環境監視系統的設計提供了重要依據。要求中指出：

（1）防護區應設裝置連續監測送、排風系統高效空氣過濾器的阻力，需要時，及時更換高效空氣過濾器。

（2）中央控制系統應可實時監控、記錄和存儲防護區內有控制要求的參數、關鍵設施設備的運行狀態;應能監控、記錄和存儲故障的現象、發生時間和持續時間;應可隨時查看歷史記錄。

（3）中央控制系統的信號采集間隔時間應不超過1 min，各參數應易于區分和識別。

（4）中央控制系統應能對所有故障和控制指標進行報警，報警應區分一般報警和緊急報警。其中，緊急報警應包括（但不限于）房間絕對壓力失常、相鄰房間相對壓差失常、送排風機故障和電源故障等。

（5）緊急報警應為聲光同時報警，應可向車間及監控室人員同時發出緊急警報。

除上述要求外，《疫苗生產車間生物安全通用要求》還對譬如門禁互鎖控制、空調送排風控制、視頻監視與安防等內容進行了相應規定，此類功能一般集成在樓宇管理系統及視頻監視系統中，不納入環境監視系統管理。

3 ? ?基于生物安全風險考慮的環境監視系統設計

高生物安全風險疫苗生產車間環境監視系統除了要監視采集生產車間潔凈室溫度、濕度、壓差這些環境參數外，參考《疫苗生產車間生物安全通用要求》并基于生物安全風險防護考慮，還建議應連續監測以下關鍵參數信息：

（1）監測關鍵潔凈室環境參數（溫度、濕度、壓差）。通過風險評估的方式確定需要進行環境參數連續監測的關鍵房間，對關鍵工藝操作間、防護區房間的相應溫濕度和/或壓差參數進行連續監測。關鍵工藝操作間應保持在符合工藝要求的溫濕度范圍和合適的壓差范圍，防護區房間壓差的監視應能直觀反映房間之間的壓差梯度。

（2）監測防護區房間送、排風口高效過濾器阻力值。對防護區空調系統房間送、排風口高效過濾器阻力值的連續監測，有助于車間管理人員及時發現過濾器的臟堵或破損情況，從而及時更換高效過濾器，保障防護區房間壓差的穩定，或避免出現因過濾器破損而造成的生物安全風險。

（3）監測關鍵公用設施運行狀態、關鍵運行參數、報警信息。關鍵公用設施主要采集包括車間空調系統、純化水制備及儲存分配系統、注射用水制備及儲存分配系統、純蒸汽制備及儲存分配系統等在內的關鍵潔凈公用工程的運行狀態、關鍵運行參數、報警信息。同時對于高風險疫苗生產車間，要求配備雙路供電和不間斷電源，因此還建議對車間市電供應及不間斷供電系統（UPS）狀態進行監視。

（4）監測關鍵工藝設備運行狀態、關鍵運行參數、報警信息。建議環境監視系統對于生產相關的GMP關鍵工藝設備的運行狀態、關鍵參數、報警信息進行連續采集，例如高風險疫苗生產車間防護區內的工藝罐、隔離器、生物安全柜等一級屏障類設備以及冰箱、超低溫冰箱、恒溫培養箱等關鍵溫控類設備。

（5）監測關鍵滅菌設備運行狀態、關鍵運行參數、報警信息。對于高風險疫苗生產車間，滅菌設備信息的監視采集也是尤為重要的，例如對高壓蒸汽滅菌柜、VHP滅菌傳遞窗、廢液滅活罐等設備狀態、參數、報警信息的采集。

（6）防護區設備漏水檢測。出于生物安全風險考慮，還應對防護區內工藝罐類設備設置擋水圍欄，并在圍欄內設漏水傳感器，當出現設備漏液情況時，可第一時間觸發漏水報警。

高生物安全風險疫苗生產車間環境監視系統相比傳統系統在硬件設計方面也有很多不同之處，例如：

（1）由于系統不僅采集潔凈室環境參數，同時也采集關鍵設備設施的狀態參數等信息，因此其服務器網絡機柜除了像傳統環境監視系統一樣部署操作員站、數據存儲服務器、交換機之外，還應部署一臺時間同步服務器來統一下位各工藝設備、公用設施的系統時間，保證各設備設施的時間同步，便于日后的統一管理。

（2）建議在生產車間內，尤其是在各個防護區，提供一個或多個環境監視系統人機界面終端，從而有助于車間人員觀察了解所在區域環境、設備、設施的當前狀態及報警信息等。

（3）系統在防護區內、車間外圍走廊及控制室等明顯位置應設置有聲光報警裝置，當發生防護區房間或一級屏障設備壓力失常、關鍵設備設施故障、市電缺失、防護區設備漏水等緊急報警時，系統可立即觸發聲光報警，通知現場人員及時做出反應。

（4）對穿過防護區墻面的線纜、鑲嵌到墻面的觸摸屏等硬件設施，應采用有效可靠的氣密性設計，從而避免防護區內的空氣未經有效處理泄漏到防護區以外區域。

（5）對于防護區內壓差傳感器的空氣取樣管應安裝有空氣過濾裝置，防止防護區內空氣通過空氣取樣管泄漏到防護區以外區域。

此外，環境監視系統作為一個和GMP相關的計算機化系統，應根據國際制藥工程協會（ISPE）發布的指南《良好自動化生產實踐指南 第5版》（GAMP5）的要求進行規劃、設計、安裝和確認，同時還要滿足GMP法規中列出的對計算機化系統的相關要求。基于生物安全風險考慮的環境監視系統網絡結構設計如圖1所示。

4 ? ?結語

在當今世界生物安全問題日趨嚴峻的背景下，對比傳統疫苗生產車間環境監視系統的設計理念，結合最新的生物安全法規要求，本文對高生物安全風險車間環境監視系統的設計要點進行了探討，重點針對系統監視采集的參數信息內容以及硬件設計特點進行了說明，對該系統在生物安全防護應用方面起到了指導作用。

[參考文獻]

[1] 藥品生產質量管理規范（2010年修訂）[S].

[2] 疫苗生產車間生物安全通用要求[S].

收稿日期：2020-07-24

作者簡介：田云（1987—），男，河北人，工程師，研究方向：控制工程、自動化技術。