0 引言

　　高生物安全风险车间指用于生产高致病性病原微生物或特定的菌(毒)株的疫苗原液或相关制品的生产车间^[1]。近年来我国已陆续建成并投产使用了相当数量的生产高致病性人用或兽用疫苗的高生物安全风险车间，尤其是2020年初新冠疫情暴发以来，多个新冠灭活疫苗生产车间的建成和使用为我国乃至全世界人类重大疫病防控作出了不可磨灭的杰出贡献，为我国人民的生命安全、身体健康和社会稳定提供了强有力的保障。

　　所谓“大规模”,顾名思义，指操作或生产(如培养、灭活等)活生物因子的体量大于实验室操作的常规量，目前世界范围内尚无统一的界定标准。美国于2021年发布的第6版《微生物和生物医学实验室生物安全》(以下简称BMBL-6)中规定单个容器处理量超过10 L即为“大规模”^[2];加拿大《生物安全手册》(以下简称CBH)规定单个容器处理量或多个容器的总处理量大于等于10 L的，都算“大规模”,同时提出实验室量级和“大规模”量级的“临界值”可通过与加拿大公共卫生署及加拿大食品检验局协商确定；英国标准则认为评价规模大小不应根据操作数量，而是工作意图^[3];我国实验室标准未对“大规模”进行规定，在GB 19489—2008《实验室 生物安全通用要求》(以下简称《实验室通用要求》)中提出操作超常规量或进行特殊活动时，应进行风险评估，并应经过相关主管部门的批准^[4],但并未给出“超常量”的指标及相关处理措施。

　　由于我国商业化灭活疫苗生产车间内多采用大容量生物反应器开展大规模全病毒培养活动，如通过非洲绿猴肾(Vero)细胞利用球形微载体培养新冠病毒的单个生物反应器容量可达1 200 L;又如通过金黄色地鼠传代细胞(BHK-21)全悬浮培养口蹄疫病毒的单个生物反应器容量甚至可达6 000 L。因此，我国相关车间生产活动属于典型的“大规模”范畴。

　　与实验室比较而言，大规模工业化生产车间具有布局复杂、空间高大、生物因子体量大、浓度高、生产操作流程复杂和工艺设备繁多等特点，其设计、建造及运行均应结合车间生产特点进行科学有效的风险评估。

　　本文结合工程实例，梳理了近年来我国大规模工业化高生物安全风险生产车间的建设发展历程与现状，对比分析了国内外相关规范、标准与指南情况，针对当前我国大规模高生物安全风险生产车间硬件建设的现状，就目前存在的问题进行思考，并对未来的建设发展方向给出建议，以期推动我国同类车间的生物安全发展。

　　1 近年来我国大规模高生物安全风险车间建设发展历程

　　2016年11月，我国农业农村部发布《口蹄疫、高致病性禽流感疫苗生产企业设置规划》,首次提出涉及口蹄疫、高致病性禽流感活病毒操作的生产区域等应符合生物安全三级防护要求，且所有具备生产资质的企业必须于2020年11月30日前达到该规划要求^[5]。2017年8月，农业农村部兽医局发布《兽用疫苗生产企业生物安全三级防护标准》(以下简称《三级防护标准》),对兽用疫苗生产车间高等级生物安全要求进行了明确规定^[6]。国内随即开启了高等级生物安全兽用疫苗生产车间的建设浪潮，结合新版《兽药生产质量管理规范》(2020年修订)的实施，截至2020年11月底，国内具有生产资质的11家高致病性禽流感(H5、H7亚型)和7家全病毒口蹄疫疫苗生产企业均已全部通过农业农村部新版兽药生产质量管理规范(GMP)及三级防护标准的检查验收，为我国重大动物疫病防控提供了坚实的生物安全保障。

　　2020年初新冠疫情暴发后，我国陆续开展新冠灭活疫苗生产车间建设，2020年6月，由国家卫生健康委、科技部、工业和信息化部、国家市场监管总局、国家药监局联合发布并实施了《疫苗生产车间生物安全通用要求》(以下简称《车间通用要求》),为我国以新冠病毒为代表的高致病性人用疫苗生产车间的设计、建设、检测及检查验收提供了重要依据。目前我国已建成数个高生物安全风险新冠灭活疫苗生产车间，并通过多部委联合的生物安全检查，生产的新冠灭活疫苗经国家药监局批准国内附条件上市。这些高生物安全风险车间的建成与使用，为我国乃至全球人民的生命安全和身体健康作出了重要贡献。

　　2 国内外相关代表性标准、规范及指南

　　2.1 我国相关法律法规和标准、规范

　　自2017年至今，我国已逐步建立并完善了相对独立的大规模工业化生产车间的生物安全体系。目前执行的有农业农村部发布的《三级防护标准》和国家卫生健康委发布的《车间通用要求》2个标准，均特别针对大规模工业化生产车间的生物安全风险特点，结合人(兽)用GMP相关法规要求，分别对涉及高生物安全风险的人用及兽用疫苗生产车间进行了相关规定。2021年实施的《中华人民共和国生物安全法》中规定，对涉及病原微生物操作的生产车间的生物安全管理，依照有关病原微生物实验室的规定和其他生物安全管理规范进行^[7]。

　　对于兽用疫苗生产而言，《三级防护标准》以厂房设施硬件相关要求为主，未涉及风险评估及管理体系相关规定，主要为工程设计、建设、检测及检查验收的依据。在新版《兽药生产质量管理规范》(2020年修订)及配套《兽药生产质量管理规范(2020年修订)指南》中分别对操作高致病性病原微生物、牛分支杆菌、特定微生物(如高致病性禽流感灭活疫苗生产用毒株)及布氏菌病活疫苗生产等相关环节提出了相应的生物安全要求或实施建议^[8,9]。此外，2021年6月发布的新版兽药GMP配套支持性技术文件T/CECS 805—2020《兽药工业洁净厂房设计标准》在高生物安全风险兽用疫苗车间设施建设的总体规划、工艺流程、建筑结构、暖通空调、给水排水、气体动力、电气自控、安全消防等方面给出了相应的建筑技术措施^[10]。

　　与《三级防护标准》相比，《车间通用要求》在体例上参照了《实验室通用要求》,对风险评估及管理体系均有明确规定，并由于涉及的生物安全风险更高，相应的指标要求也更加严苛。除对设施有相应要求外，《车间通用要求》还特别对生产用隔离器、罐类生产设备、传递窗、活毒废水处理系统等生产设备进行了详细规定，强调了高生物安全风险车间的生物安全验证和评估，特别提出了车间设施生物安保、生产设备尾气排放及大规模泄漏的意外防范措施等要求。与此同时，行业标准RB/T 199—2015《实验室设备生物安全性能评价技术规范》、JG/T 497—2016《排风高效过滤装置》及YY 0569—2011《Ⅱ级生物安全柜》等，分别对车间建设中常用的生物安全柜、排风高效过滤装置、双扉蒸汽灭菌器等生物安全关键防护设备的技术要求、评价方式及标准进行了规定^[11,12,13]。

　　2.2 国外标准、规范及指南情况

　　以欧美发达国家为代表的国外实验室生物安全体系建设起步较早，已较为成熟，但对大规模工业化生产车间的生物安全要求相对宽泛。

　　欧洲BS EN 1620:1997《大规模生物制剂生产车间危害等级》中对通风、消毒及罐体泄漏处置措施作了适当要求，但并未明确规定指标^[14]。具有代表性的欧洲口蹄疫(FMD)设施最低标准(以下简称EuFMD)中对大规模口蹄疫疫苗生产车间，规定了绝对负压机械通风系统、系统可回风(仅能回到本区域，且回风设高效过滤器)、排风须经过两级高效过滤等要求^[15],为我国《三级防护标准》的编制提供了相关依据。

　　美国BMBL-6中新增了阐述大规模生物安全的内容(附录M-Large-scale biosafety),足见“大规模”问题也正逐渐被国际关注，附录以风险评估为内核，提出了与“良好的实践质量指南与法规”(good practice quality guidelines and regulations, GxP)尤其是GMP之间的融合；强调了生产设备的密闭性(closed system)要求、活毒废水处理系统(effluent decontamination system, EDS)的注意事项，以及设施设备预防性维护(preventative maintenance, PM)理念在生物安全领域的应用^[2],涉及内容相对丰富，但全文更多给予原则性指导意见，几乎没有指标规定和措施要求，缺乏实操性。

　　加拿大CBH标准除对“大规模”进行了定义外，仅着重介绍了发酵罐(fermenters)的一些注意事项，要求罐体尾气排放应设高效过滤器、焚烧器或其他防止病原体逸散的等效方法，强调取样口无菌对接操作，以及泄压系统的验证等相关内容等^[3]。

　　2.3 国内外标准对比与探讨

　　从标准体系角度来看，国外标准除欧洲BS EN 1620:1997外，鲜有专门针对大规模生产车间的生物安全标准，更多是以相关实验室标准中的某一章节或附录出现，以定性原则为主，篇幅和内容相对较少，指导性有限。我国专门出台了2个针对细分领域的车间设施生物安全标准，为我国近年来大量的工程实践提供了重要实施依据。尤其是《车间通用要求》从风险评估、人员机构、设施设备、检测验证、体系建设及生物安保等角度，全方位系统性地对高生物安全风险车间设施进行了相关规定，针对性强、操作性高，是同类车间设施的改、扩及新建的设计、建造、检测验证和检查验收的重要技术指导性文件。

　　从规定的详细程度和指标对比来看，我国标准因着眼于落地实施，在建筑布局、通风系统、压力要求、高效过滤器设置、电力保障、系统可靠性等与生物安全高度相关的硬件设施要求方面均有相对明确的规定，且具有强制执行的约束力。由于具体指标在标准中均有明确规定，必须满足，实施过程中则难免缺乏灵活性，这在我国大规模高生物安全风险生产设施建设发展初期是符合国情且很有必要的，但随着社会及科技的发展进步，可进一步辩证看待。国外相关标准虽然在内容上要么偏重实验室，要么对大规模生产车间的描述过于概括，且欧洲和北美体系在理念上也存在一定差异^[16],但更加注重风险评估，要求相对灵活，尤其是2021年发布的WHO手册第4版标准在风险定级上作了理念上的调整，强调基于生物安全文化的风险评估^[17],而不是简单的“一刀切”式的机械规定，值得我们思考。国内外代表性的涉及“大规模”生产生物安全标准部分硬件的相关要求如表1所示。

　　表1 国内外代表性的涉及“大规模”生产生物安全标准部分硬件的相关要求^{[1,2,3,6,14,15]} 

　　注：UPS为不间断电源。

　　3 关键点探讨

　　3.1 消毒灭菌

　　可验证的消毒灭菌活动是大规模高生物安全风险车间安全运行的重要保障。生产车间的特点是空间高大、布局复杂。甲醛熏蒸是传统空间消毒法，也是欧盟口蹄疫设施最低标准规定的消毒方法，其穿透能力和消毒效果得到公认，但其致癌性被人诟病。由于生产车间内各房间是一种耦合的使用关系，系统的动作是统一的，不存在某房间独立消毒或开启/关闭的情况，因此目前国内相关车间更多考虑利用空调通风系统循环消毒模式，生物型密闭阀在生产车间防护区送风(或新风)和排、回(如有)风总管道的关键节点安装即可。这样会大大降低投资成本，同样也能满足使用要求^[16,18]。图1显示了利用汽化过氧化氢(vaporized hydrogen peroxide, VHP)熏蒸技术通过空调系统对高等级生物安全厂房设施进行系统消毒的原理示意图。

　　图1 高等级生物安全设施系统消毒原理示意图   

　　注：BED为生物型密闭阀。

　　根据图1所示，VHP消毒机置于空调机房，通过管道与送风总管连接。系统消毒时，通过生物密闭阀门切换，形成闭式循环通风系统，对防护区内空间进行消毒。由于空间较大、布局复杂且设备繁多，对消毒效果验证的评价应重点关注：1) 生物指示剂的布点位置及数量；2) 应建立科学完善的系统消毒标准化操作程序(SOP),对消毒时间、浓度监测及残留确认进行有效控制；3) 通过合理设计，最大可能降低或避免过氧化氢对围护结构(金属壁板)及通风管道的腐蚀。

　　3.2 大规模泄漏处置

　　车间生产往往采用大体量生物反应器，如出现大规模泄漏，毫无疑问属于重大生物安全事故。欧洲荷兰和法国脊髓灰质炎灭活疫苗生产厂先后发生过高浓度病毒培养罐管道断裂造成病毒泄漏的事件^[19,20]。大规模泄漏防范措施的设计应重点考虑：1) 基于风险评估确定可能泄漏的生物因子及泄漏量，这是采取相应措施的依据和基础；2) 泄漏活毒液体流向，直接通过地漏排向活毒废水处理系统，或首先通过围堰现场收集；3) 现场灭活方式，应有明确应急预案，包括(不限于)被收集活毒废液的消毒灭菌流程及空调系统模式切换成设施空间熏蒸消毒模式的操作，应急预案应可验证。国内外关于大规模泄漏的处理措施要求见表2。

　　表2 国内外关于大规模泄漏的处理措施要求^[1,2,3,6,14]

　　由表2可以看出，国内外对大规模泄漏处理措施均以指导原则为主，缺乏较为细致的规定，当然这也给不同情况下具体项目的处理方式留有灵活空间。加拿大标准最为严苛，要求泄漏液体收集容量按房间内所有罐体容量总和考虑。笔者认为泄漏收集容积的大小应基于事故概率进行风险评估来确定，欧盟标准BS EN 1620:1997认为按所控制罐体中最大罐体的容量作为围堰计算容积是可以接受的。国内标准仅提出应有大规模泄漏的意外防范措施，但并未给出更明确的规定，实践中也是主要采取在控制罐体投影下方设拦水围堰的方法，且在围堰内设漏液报警系统，对活毒液体的泄漏进行实时监控，围堰容积计算原则与BS EN 1620:1997基本一致。

　　还应注意的是，当大规模泄漏发生时，活毒液体从罐体、管道等一级屏障泄漏至房间围堰形成开敞暴露，房间内产生大量不可有效隔离控制的气溶胶。设计初期应根据房间布局和围堰位置，需要时可利用计算流体动力学(CFD)模拟工具，合理布置送、排风口位置，科学计算风量，在室内形成从低风险区域流向高风险区域的有效定向流，最大程度抑制污染气溶胶的扩散，降低现场事故处理人员的操作风险。

　　3.3 罐体设备

　　大规模培养设备中的许多部位(如电动机轴、排气口、取样口)等均可能会释放出传染性物质或毒素。培养过程也有可能产生高浓度气溶胶，从而增加暴露传染性风险^[3]。因此在使用各种涉及活毒操作的罐类设备时，应重点考虑：1) 做好罐体密封，包括在电动机轴上使用双机械密封、采用磁力搅拌装置等措施；2) 运行前应进行保压试验，且可验证；3) 对尾气应有核酸和活病毒定期监测标准操作规程(SOP),且方法可验证；4) 排气口应配备高效过滤器、焚烧器或其他可验证的等效方法。大规模生产过程中罐体内病毒培养浓度往往较高。可以肯定的是，培养时罐内气体的病毒浓度一定与罐内液体病毒滴度呈正相关。例如，新冠病毒培养时罐内原液最高的病毒滴度一般可达每mL(7～8)个lg CCID₅₀(CCID₅₀为细胞培养半数感染量),此时罐体尾气排放的气溶胶暴露风险也会相应增加，对尾气过滤控制提出挑战。美国和加拿大标准均明确要求罐体尾气排放采用高效过滤器过滤或具有同等验证效果的方法^[2,3],设计时应着重考虑罐体尾气过滤方案的可验证性，同时还应考虑不同尾气排放措施对罐体所在房间压力波动是否存在影响。

　　3.4 隔离器设置

　　目前我国以新冠灭活疫苗生产为代表的高生物安全风险车间的防护区开口暴露环节(如取样、接种等)均在生物安全型隔离器中完成。该设备为手套箱式的密闭隔离装置，舱内为全新风直流系统，是类似于Ⅲ级生物安全柜的一级屏障。设备在运行过程中需时刻保持舱体内对环境及大气的负压，且设备启停时不应对房间压力产生较大波动甚至逆转。因此，实践中隔离器送排风系统均单独设置，且送、排风均设置备用，排风经过两级高效过滤器过滤后高空排放。与房间排风高效过滤器一样，隔离器排风高效过滤器也应具备原位消毒灭菌和检漏功能。由于隔离器分为传递舱和操作舱2个部分，且各舱体在实际使用过程中各有启停，因此，风量的分配和运行的稳定是设计时需要考虑的重点内容。

　　另外，隔离器操作还应符合GMP相关要求：隔离器应安装压力监测装置，监控舱体对房间的负压；若舱体内气流难以形成单向流，应保证A级送风条件，风速可适当降低，但其动、静态的粒子数应可验证；应定期进行屏障系统完整性测试、舱体泄漏测试及手套完好性测试，以保证隔离器在安全隔离状态下工作^[21]。某国产品牌隔离器安装示意图见图2^[9]。

　　图2 某国产品牌隔离器正视、侧视安装示意图   

　　4 当前问题

　　1) 目前我国现有的2个车间生物安全标准在指导我国大规模高生物安全风险车间建设上已作出重要贡献。与生物安全相关的工程建设相对复杂，技术环节众多，尤其在车间建设实施过程中还需要确定很多技术措施。从近年的工程实践和国内外标准对比来看，我国亟需编制相关建筑技术标准作为配套技术支撑文件，形成类似于GB 50346—2011《生物安全实验室建筑技术规范》(以下简称《实验室规范》)对实验室通用要求的技术支撑，补充和完善车间设施包括工艺流程、建筑结构、暖通空调、给水排水、动力气体、电气自控和消防安全等在内的全专业相关技术措施和指导意见，以确保高生物安全风险车间建设的科学实施。

　　高大空间的车间设施消毒灭菌属于新生事物，不同的消毒剂(如甲醛、过氧化氢、二氧化氯等)及不同的消毒方案(如以单个房间为单元进行消毒或整个生产单元通过空调系统进行消毒)在硬件设置、操作流程、持续时间及控制手段上均各不相同。经笔者团队调研发现，不同车间在消毒剂的选择、消毒方案及操作流程的制定、消毒效果验证的评价等方面均建立在自己理解的基础上，实施尺度不一，存在认知差异，缺乏特别针对生产设施高大空间消毒技术的统一标准。

　　此外，科学合理的运行、维护、管理是多个大规模高生物安全风险车间建成后需要面对的新课题，所谓“三分建成，七分运维”,只有通过成熟、完善的运行管理机制和科学合理的设施设备维护措施才能保证车间稳定、可靠及高效运行。目前国内尚缺乏高生物安全风险设施相关运行维护技术标准或评价指南，需进一步开展编制工作。

　　2) 与实验室不同，大规模生产车间具有商业化生产属性，在满足生物安全要求外，还应符合GMP和消防法规相关要求。生物安全的核心要素为操作人员的安全和对外部环境的防污染保护；GMP生产主要关注产品生产环境对质量的影响；消防法规的目标是保证火灾发生时人员即时疏散撤离，以及火势有效控制等。由于关注要点不同，甚至逻辑相左，因此难免出现不同范畴要求之间的相互冲突。例如，生产车间核心操作间应根据工艺需求确定其使用面积，当房间面积达到相应指标时，根据GB 50016—2014《建筑设计防火规范》、GB 51251—2017《建筑防烟排烟系统技术标准》及GB 50457—2019《医药工业洁净厂房设计规范》相关要求^[22,23,24],房间应设置机械排烟系统。然而高生物安全风险车间的核心操作间往往属于防护区，由于不具密闭性，机械排烟系统的设置会导致防护区室内空气未经高效过滤而外溢，产生较大的生物安全风险，同时也违反相关生物安全标准要求。虽然现有车间生物安全标准未予以明确，但实践中应参照《实验室规范》中“三级和四级生物安全实验室防护区不应设置机械排烟系统”^[25]的相关规定执行才是科学合理的。当然，火灾时依然可以通过加强报警并配合其他合适的灭火方式进行处理，避免有害致病因子的外泄。

　　类似的冲突在不同环节都有体现，可见生物安全、GMP及消防的融合，是大规模高生物安全风险车间建设过程中面临的实际问题，需要基于风险评估，通过对规范、标准理念的正确理解和灵活把握，结合工程实际情况，尽可能从标准编制层面和设计实施阶段着手解决。

　　5 结语与展望

　　结合国内外相关规范、标准与指南情况和当前我国大规模高生物安全风险生产车间的现状，对未来的硬件设施建设发展方向提出以下建议：

　　1) 补充和完善我国大规模高生物安全风险生产车间建设相关标准体系，包括对现有车间通用要求(国家标准申报中)的完善，以及车间设施的建筑技术标准、运行维护技术标准或评价指南、生产设施高大空间消毒技术标准等不同领域技术支撑性文件的编制。

　　2) 着眼于数字化、智能化技术在未来高等级生物安全生产设施尤其是HVAC系统中的应用，利用远程化、无人化及实时在线监测技术等，提升车间智慧化运维技术，以保证该类车间系统在安全、可靠的前提下高效运行。

　　3) 结合国家“双碳”战略，针对高生物安全风险车间全新风空调系统能耗巨大且对系统运行安全可靠性要求高的特点，通过对高生物安全风险工况下全新风系统模式和低生物安全风险工况下回风系统模式、系统消毒工况下密闭循环模式等不同工况模式之间的智能切换，大力发展高生物安全风险车间空调系统“平战结合”的智慧化节能技术。

　　 本文引用格式：梁磊，梁冰，武桂珍，等．我国大规模高生物安全风险车间设施建设概况及发展启示［Ｊ］．暖通空调，2023,53（3）：2-9．