Принципы формирования архитектуры производственных зданий с чистыми помещениями: на примерах зданий для фармацевтической промышленности

С развитием экономики страны, появлением новых технологий возникает задача развития фармацевтической промышленности (ФП) как жизненно важной, стратегической отрасли государства, а также как прибыльного сектора промышленности в условиях рыночной экономики. Развитие производства в крупном масштабе связано с активным ростом объемов фармацевтического рынка. Доля России в мировой Фарминдустрии пока чуть более 1%, однако, темпы роста в нашей стране выше. Мировой фармрынок увеличивается на 6−7% в год, темпы роста рынка в России в 2005 году составили более 30%, это абсолютный рекорд за последние пять лет, когда показатели не превышали 1215% в год (70).

Одним из условий развития ФП является необходимость создания высокотехнологичных производственных зданий, ядром которых являются чистые помещения (ЧП), в которых, за счет инженерных систем обеспечения, поддерживаются стерильные условия внутреннего климата. Используемые в ЧП методы обеспечения стерильности оказывают непосредственное влияние на размеры зоны инженерного обеспечения и, соответственно, на общую объемно-планировочную структуру производственного здания.

Множество научных исследований и разработок в области производственных технологий и оборудования для производств с чистыми помещениями внедренные на практике пока не нашли отражения в общей объемно-планировочной структуре производственного здания. Исследования в области архитектуры производственных зданий ФП в последние годы пока не затрагивают инженерно-технические и технологические возможности позволяющие формировать рациональную объемно-планировочную структуру.

Вследствие интенсивного развития новых технологий должна происходить перестройка сложившихся принципов объемно-планировочной организации ФП. Переход государства к рыночной экономике и выход на международные рынки потребовал изменения нормативной базы в соответствии с международными стандартами GMP — (Good Manufacturing PracticeНадлежащая Производственная Практика). Идеологической основой концепции GMP является общепризнанное на мировом уровне представление о том, что качество фармацевтических препаратов не может быть обеспечено только путем испытаний готовой продукциионо должно создаваться в процессе производства. В основном, стандарты GMP касаются методов правильной организации производства, но также затрагивают и вопросы проектирования, выбор строительных материалов, подготовку квалифицированного персонала и т. д. (4,41).

В отечественной практике осуществляется поэтапный переход деятельности фармацевтических предприятий в соответствии с нормами GMP.

На отечественных фармацевтических предприятиях до начала 90-х годов действовала развитая система отраслевых документов, регламентировавшая организацию производства и контроля качества лекарственных средств, включая ведение технологических процессов. Эта система, однако, уступала правилам GMP в части комплексности, (пл.8).

Важнейшим фактором развития фармацевтической отрасли является увеличение мощности отечественных предприятий за счет нового строительства, а также реконструкция и перепрофилирование существующих производств, что позволяет заменить импорт отечественной продукцией. В этой ситуации необходимы исследования в области формирования архитектуры производственных зданий с чистыми помещениями для ФП, обеспечивающих функционирование и развитие новых технологий, и адаптацию человека в технологической сфере приобретают особую актуальность.

Не были выявлены и разработаны основополагающие принципы компоновки ЧП, с учетом современных требований норм GMP: решения инженерно-технических и конструктивных вопросов, микроклиматического построения производственной среды ФП, вопросы организации эффективного энергосбережения, являющиеся основой для формирования оптимальной архитектурно-пространственной среды подобных объектов.

Цель исследования заключается в выявлении закономерностей и разработке принципов методологических основ комплексного архитектурного формирования перспективных типов производственных зданий ФП с чистыми помещениями.

Поставленная цель определила следующие задачи исследования:

— выявление прогрессивных тенденций в объемно-планировочной организации ФП.

— выявление основных формообразующих факторов новых технологий и характера их влияния на формирование объемно-планировочные решения зданий ФП.

— разработка научно-обоснованных принципов формирования объемно-планировочных решений ФП.

— выявление специфики архитектурно-эстетического формирования ФП.

Изучение структуры подобных предприятий, их архитектурно-технологическая классификация позволили выделить наиболее массовый тип предприятий связанных с выпуском лекарственных средств (JIC). Это крупные, отечественные (разработанные с участием автора) и зарубежные частные предприятия, которые и были выбраны в качестве объекта исследования. Предмет исследования — выявление закономерностей комплексного формирования функциональной, объемно-планировочной структуры и архитектурной образности решений производственных зданий ФП с чистыми помещениями и способы решения адаптации работающих в условиях технологического режима.

Глубокие качественные перемены, происходящие в фармацевтической промышленности, подтверждают необходимость выработки принципов и выявления перспективных направлений архитектурно-пространственного формирования ФП. Специфические особенности внутреннего климата производственных помещений определяют технологическую специфику и выдвигают область проектирования ФП в отдельное технологическое и архитектурно-типологическое направление. Проблема совершенствования архитектурно-планировочных и объемных решений зданий ФП находит отражение в ряде работ архитекторов, инженеров и технологов в области фармацевтического производства и организации чистых помещений на ряде производств других отраслей. Значительным вкладом в решение вопросов формирования архитектурно-планировочной структуры фармацевтических предприятий явились исследования архитектора Миронова В. И. в кандидатской диссертации «Формирование архитектурно-планировочной структуры предприятий химико-фармацевтической промышленности» (1980г). В данной работе представлены принципы формирования генерального плана крупных предприятий ФП, его архитектурно-планировочной структуры, разработанные с учетом инженерно-технических особенностей ФП. В исследованиях архитекторов Бахчиванской Т. Б., Блинкова С. В., Мельниковой А. А. «Предприятия нового типа для производств медицинской промышленности (Формирование предприятий на основе модульно-блочных элементов)», была дана классификация предприятий по типу производимой продукции, определены компоновочные решения блоков технологического оборудования (в соответствии с уровнем развития технологии на момент выхода исследования), на основе которых были разработаны типы заводов-модулей. В работах архитекторов Волкова Р. И., Парецкого Я. Ю. (27) рассмотрены перспективы организации производств с чистыми помещениями в зданиях на предприятиях машиностроения. В Великобритании, архитекторы Ричард Роджерс, Норманн Фостер, Николас Гримшоу занимались проектированием производственных зданий с ЧП для электронной промышленности. (57,60).

Научные и проектно-экспериментальные разработки большепролетных конструктивных систем и инновационных систем инженерно-технического обеспечения энергоэффективных производственных зданий проводились в комплексных исследованиях ЦНИИПромзданий, ПИ-2, АВОК, Б. Ароновым, В. Граневым, А. Гиндояном, JI. Гольденгер-шем, Э. Кодышем, JI. Кологривовой, А. Наумовым, М. Салановым, Ю. Табунщиковым, Ф. Шехтером, Е. Шилькротом и др.

Наряду с существенными достижениями в области технологического оснащения производства, разработкой эффективного производственного оборудования, появлением современных специализированных отделочных материалов — все еще малоизученными остаются общие механизмы архитектурного формирования ФП, как объектов со специфической производственной направленностью, представляющей фрагмент определенной предметно-пространственной среды. В результате, проектами не учитывается влияние многих формообразующих факторов социально-экономического, экологического, эстетического характера, что возможно только при комплексном рассмотрении проблемы.

В советский период на ФП использовали технологическую концепциюфинишной стерилизации JIC. Такой подход не требовал обеспечения технологической чистоты на всех стадиях производства. На смену ему пришла технологическая концепция асептического производства или «чистых помещений», суть которой сводится к обеспечению технологической чистоты и исключению возможности попадания загрязнений в JIC на всех стадиях производства.

Границы исследования — поставленные цель и задачи работы предполагают исследование объемно-планировочных решений, специфики архитектурно-эстетического формирования производственных зданий ФП в условиях промышленно-селитебных образований, либо крупных промышленных районов в пределах городской среды, размещаемых в средней полосе России и Европы. Технология и организация производства изучены в той мере, в какой они необходимы для решения поставленных задач.

В соответствии с целью и задачами работы, методика исследования предусматривает необходимость качественного переосмысления накопленного эмпирического материала. Это обусловливает следующие этапы исследования:

— обобщение отечественного и зарубежного опыта проектирования производственных зданий ФП.

— выявление и систематизация факторов влияющих на формирование объемно-планировочных решений ФП.

— классификация натурного и проектного материала по типологическим признакам.

— выявление закономерностей и разработка принципов оптимизации объемно-пространственной и архитектурно-эстетической организации ФП.

Работа выполнялась с учетом результатов натурного обследования ряда ФП, а также на основе изучения проектных материалов и литературных источников, консультаций со специалистами фармацевтической отрасли, участия в процессе проектирования ФП, выполнения в процессе работы экспериментальных проектных и научно-исследовательских проработок по теме исследования.

Научная новизна исследования, состоит:

— в разработке концептуальных принципов формирования архитектуры производственных зданий ФП с чистыми помещениями.

— в определении перспективных тенденций формирования объемно-пространственной организации предприятий ФП с учетом внедрения новых технологий, (для иллюстрации, даны варианты объемно-пространственного построения ФП).

— в выявлении специфики архитектурно-эстетической организации зданий ФП.

Личный вклад автора в развитие исследуемой проблемы состоит в разработке и научном обосновании нетрадиционного объемно-планировочного решения для производственных зданий ФП с чистыми помещениями.

Определены основополагающие принципы формирования архитектуры производственных зданий ФП с чистыми помещениями с нетрадиционными объемно-планировочными и конструктивными схемами, гибкими архитектурно-строительными и инженерно-техническими решениями, обеспечивающими изменения в создании новых пространственных форм интеграции научной, производственной и предпринимательской деятельности, обусловливающими формирование экологичных и энергосберегающих решений. На защиту выносятся:

— Принцип преобразования линейной схемы организации плана в центрическую, с формированием монолитного ядра жесткости, внутри которого расположен вертикальный транспорт и технологические трубопроводы.

— Принцип построения зданий ФП на основе модульно-контейнерного метода из блок-контейнеров являющихся крупными несущими модульными элементами, ориентированных на один или несколько этапов технологического процесса, подключаемых к системе инженерно-технологического и инженерно-технического обеспечения формируемых на основании сквозной модульной системы.

— Принцип вертикального построения зданий ФП на основе центричного принципа организации плана, который позволяет повысить плотность застройки, оптимизировать общую протяженность инженерных коммуникаций, исключить нежелательные пересечения потоков на одном уровне.

— Принцип выноса складской зоны из производственного здания через использование складских терминалов за пределами ФП, которое позволит оптимизировать внутреннее пространство, увеличить соотношение площадей в пользу основного производства. Практическая ценность заключается в возможности использования разработанных принципов и рекомендации по формированию архитектуры производственных зданий предприятий ФП: многофункциональных, экологичных, энергоэффективных, с высоким архитектурно-художественным потенциалом. Ряд положений и выводов данной работы, в частности принципы формообразования, варианты объемно-пространственных компоновок, приемы архитектурно-эстетической организации, возможны для применения не только в области проектирования фармацевтического производства, но и для проектирования производств с аналогичными требованиями к параметрам внутреннего климата производственных помещений (чистых помещений): электронной, био-технологической, пищевой промышленности. Апробация и внедрение результатов исследования.

Предложенные принципы формирования архитектуры зданий ФП использованы при непосредственном участии автора при разработке научно-исследовательских работ в рамках федеральной целевой программы «Национальная технологическая база» НИР 2004 года «Концепция формирования новых типов энергосберегающих зданий» и в разработке экспериментальных проектов новых типов зданий. В этих работах значительное внимание уделено совершенствованию объемно-планировочных решений, как основному виду энергосберегающих мероприятий, основой которых является подход к зданию как к единой энергетической системе и экологическому компоненту окружающей среды. Использованы энергосберегающие объемно-планировочные, архитектурно строительные решения, в том числе, и на ряде объектов производственного и общественного назначения (в работе над спортивным комплексом «Динамо» в Крылатском, в ООО «Архинж»).

При участии автора, под руководством архитектора Бурцева A.M. в ОАО КИПФ «Бином» (бывший институт «Гипробиопром») был разработан проект нового производственного здания по производству ГЛС, а также выполнен ряд работ по реконструкции ФП.

Выводы по главе III.

1. Основным способом формирования эффективной структуры производственного здания ФП является создание единого, сквозного модульного пространства использование, которого определяет взаимодействие всех структур составляющих производственное здание.

Формирование модульного пространства возможно на трех взаимосвязанных уровнях: 1) модульное технологическое оборудование- 2) модульное «чистое» помещение- 3) модульный блок контейнер. Перспективные типы производственных зданий ФП формируются с использованием унифицированных, модульных блок-контейнеров, для размещения чистых помещений основного производства. Выбор типоразмеров контейнеров с учетом необходимой мощности производства позволяет создать функциональное, безопорное пространство, которое обеспечивает возможность перепланировки в процессе производства.

2. Центрический способ организации плана производственного здания ФП является наиболее перспективным и заключается в возможности формирования центрально расположенного блока инженерных помещений и вспомогательного производства, оптимизации вертикально проходящих коммуникационных шахт и каналов, возможности организации кругового движения технологического процесса, что позволяет обеспечить минимальную протяженность транспортных связей по ходу технологического процесса.

3. Основным источником загрязнений в ЧП является персонал. С целью уменьшения количества работающих в ЧП, происходит внедрение комплексных производственных линий сформированных по принципу изоляторов с максимальными внутренними параметрами технологической чистоты. Использование изоляторов и барьерных устройств позволяет уменьшить площадь ЧП с высоким классом чистоты. Формирование локальных производственных зон в виде мобильных изоляторов и выгороженных участков, позволяет сократить количество передаваемых масс воздуха, что сказывается на уменьшении площади инженерно-технической зоны, а главное повышает мобильность архитектурно-планировочных решений ЧП.

4. Длительное нахождение работающего персонала в ЧП, в условиях термоконстантного режима отрицательно влияет на иммунную систему организма. Для устранения этих воздействий, необходимо расширение зоны АБП ФП используя различные способы: формирование зон отдыха, рекреаций и озелененных пространств, помещений психологической разгрузки, использование цветовых решений помещений в различных функциональных зонах. Создание естественного освещения в АБП является позитивным фактором для комфортного пребывания персонала ФП.

5. При размещении групп помещений основной задачей зонирования является максимальная группировка по функциональному признаку, а также классу чистоты. В соответствии с нормативными требованиями производственные ' помещения должны объединяться в функциональные технологические блоки со своими санитарно-бытовыми помещениями и, как правило, с автономными системами инженерного обеспечения, что позволяет формировать автономные производственные блоки в виде отдельных либо блокированных строительных объемов.

6. Основной целью организации объемно-планировочного решения является минимизация расходуемых энергоресурсов и организация оптимального прохождения технологического процесса при помощи комплексных решений на всех уровнях структур составляющих производственное здание ФП. Одно из основных требований, предъявляемых к внешнему облику промышленных зданий — формирование архитектурно-художественной композиции с учетом отражения специфики объекта.

7. Использование отдельных складских зданий, либо складских терминалов за пределами ФП позволяет оптимизировать архитектурно-планировочную структуру производственного здания от 25 до 40% объема и уменьшить количество издержек за счет более рационального использования пространства.

Заключение

.

Фармацевтическое производство — один из наиболее стабильно развивающихся сегментов российской промышленности. Даже в период спада производства в середине 90-х годов уменьшение объемов в фармацевтике не было таким значительным, как в других отраслях. Достаточно отметить, что доля убыточных предприятий фармацевтического рынка на начало 2000 года составляла 12,6%, в то время как в целом по промышленности — около 50%. Анализ изменения потребностей населения. страны в лекарственных 7 препаратах в. сопоставлении с инвестиционными возможностями государства позволяет прогнозировать рост частных инвестиций в фармацевтическую отрасль. Объем фармацевтического рынка России в 2006 году вырос на 30% относительно 2005 года.

За последние 15 лет в отечественной практике строительства производственных зданий ФП произошли значительные изменения, в результате которых резко увеличились требования к качеству производимой продукции и, следовательно, к качеству внутренней среды чистых производственных помещений: к стерильности воздуха в ЧП, постоянству температурно-влажностного режима. Реализация этих и других требований стала возможна благодаря использованию чистых помещений, модульных сооружений которые являются функциональным ядром производственных зданий ФП.

Значительная доля проектируемых фармацевтических производств с чистыми помещениями размещаются в реконструируемых промышленных зданиях. Ассортимент продукции таких предприятий состоит в основном из устаревших наименований. Выпуск современных лекарственных средств требует принципиально отличающихся производственных условий.

Очевидно, что для повышения эффективности производства отечественным предприятиям необходимо создавать новые производственные мощности, отвечающие современным технологическим требованиям. Для того чтобы отечественная фармацевтическая продукция имела выход на мировой рынок, ее производство должно соответствовать правилам GMP. Без внедрения правил GMP в производство субстанций и ГЛС российские производители будут замкнуты сами на себе, и добиться хотя бы минимальной рентабельности выпускаемой продукции будет крайне сложно.

Достаточно подробные исследования в области инженерно-технического и технологического оборудования производственных зданий ФП в последние годы пока не имеют аналогичного рассмотрения в области архитектурно-строительных исследований. Что касается вопросов объемно-пространственного построения внутренней структуры производственных зданий и композиционно-художественного содержания их архитектуры, то эти аспекты, наряду с вопросами экономического эффекта, менее разработаны, хотя именно от них во много зависит возможность дальнейшего совершенствования производственных зданий.

В этом контексте особое значение приобретает анализ тенденций в архитектуре производственных зданий, появившихся в практике проектирования за последние пятнадцать лет.

Относительно благоприятные условия для внутреннего производства, стабильный спрос на продукцию и быстро возрастающие требования, предъявляемые к заводам-производителям лекарственных средств стимулируют владельцев предприятий планировать переоснащение действующих мощностей современным оборудованием, повышать качество и расширять номенклатуру выпускаемых изделий. Таким образом, в течение ближайших нескольких лет можно прогнозировать развитие строительства новых производственных зданий ФП.

В качестве одной из основных проблем российской фармацевтической промышленности можно назвать неэффективную ассортиментную политику большинства компаний. Большое количество отечественных производителей выпускает в основном продукцию, состоящую из устаревших препаратов.

Такой подход снижает возможность конкурировать на рынке, получать соответствующую прибыль и следовательно модернизировать производство в соответствии с современными требованиями и стандартами. Важной проблемой является развитие инновационной составляющей на производстве, решение этого ключевого вопроса, открывает перед фармацевтической компанией широкие перспективы развития.

Высокая себестоимость производимых субстанций не позволяет отечественным производителям конкурировать по цене не только с индийскими и китайскими, но даже с европейскими производителями. Кроме этого большая часть субстанций, производимых российскими предприятиями, относится к устаревшим и малоэффективным средствам.

Решением проблемы может быть создание энергоэффективного фармацевтического производства с замкнутым технологическим циклом. На первой стадии проводятся экспериментальные научные разработки, затем производство субстанций с последующей переработкой их в готовые лекарственные средства в определенной мере решает проблему сбыта продукции.

Предложенные в работе экспериментальные проектные предложения производственных зданий с чистыми помещениями позволяют сократить время проектирования на стадии концептуального поиска рационального объемно-планировочного решения.