基于BIM平臺(tái)的農(nóng)藥制劑模塊化工廠設(shè)計(jì)與建造技術(shù)研究

陸 棋，徐向暉，方 永，吳嘉賓，沈德隆

(1.浙江工業(yè)大學(xué)，浙江杭州 310014；2.中國(guó)空分工程有限公司，浙江杭州 310051)

農(nóng)藥制劑工廠建設(shè)一般在工程設(shè)計(jì)后，進(jìn)行設(shè)備、機(jī)電、安裝材料等采購備貨，而后在項(xiàng)目所在地完成建造任務(wù)，該類方式稱為“傳統(tǒng)的構(gòu)件式設(shè)計(jì)與建造方式(以下簡(jiǎn)稱“非模塊化”)”。但以這樣的模式進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造，往往項(xiàng)目工期長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)各工序交界面大，導(dǎo)致項(xiàng)目管理難度較大等問題。農(nóng)藥制劑工廠具有生產(chǎn)的制劑劑型種類相似，即具有生產(chǎn)工藝流程相似，且公用工程要求相似等特點(diǎn)，因此可將農(nóng)藥制劑工廠以劑型及功能為標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)用三維BIM平臺(tái)協(xié)同技術(shù)，劃分為多個(gè)模塊，在異地建造后，現(xiàn)場(chǎng)組裝，以模塊化技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)代農(nóng)藥制劑工廠的建設(shè)，該類方式稱為“模塊化技術(shù)設(shè)計(jì)與建造方式(以下簡(jiǎn)稱“模塊化”)”。

1 模塊化技術(shù)及優(yōu)勢(shì)

“模塊化”技術(shù)起源于海上工程，目前在油氣處理廠、礦業(yè)加工廠、核電工廠等部分行業(yè)正在逐步嘗試推廣運(yùn)用。該技術(shù)可有效達(dá)到縮短工期、降低成本、提高工程質(zhì)量的目的。農(nóng)藥制劑模塊化工廠就是將農(nóng)藥制劑工廠分解為集成了多種系統(tǒng)功能的大型模塊，進(jìn)行工廠化的異地建造，并運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)組裝，建成標(biāo)準(zhǔn)的滿足現(xiàn)代農(nóng)藥制劑生產(chǎn)要求的綠色、清潔、安全、高效的現(xiàn)代化工廠。其建設(shè)的原理公式即：模塊化設(shè)計(jì)+異地建造+現(xiàn)場(chǎng)組裝=工廠建設(shè)[1]。

與“非模塊化”相比，“模塊化”技術(shù)在縮短工期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)[2]，具體詳見表1。

表1 “模塊化”與“非模塊化”技術(shù)優(yōu)勢(shì)對(duì)比

2 農(nóng)藥制劑模塊化工廠設(shè)計(jì)及建造的關(guān)鍵技術(shù)

模塊就是一個(gè)具備集成性、功能性和可拆卸性的產(chǎn)品，其最重要的技術(shù)特征是具有獨(dú)立的功能和結(jié)構(gòu)，而這是基于合理的功能分解和系統(tǒng)劃分來實(shí)現(xiàn)的，將復(fù)雜系統(tǒng)進(jìn)行功能分解是成功實(shí)現(xiàn)模塊化的前提和基礎(chǔ)[3]。因此模塊化工廠實(shí)施的主導(dǎo)和關(guān)鍵在于模塊劃分及設(shè)計(jì)，其核心內(nèi)容主要包括模塊劃分和模塊配置。前者可歸納為模塊化設(shè)計(jì)的理論準(zhǔn)備階段，其任務(wù)是通過獲取模塊劃分方案以構(gòu)建模塊化的裝置結(jié)構(gòu)；后者則屬于模塊化設(shè)計(jì)的工程應(yīng)用階段，其內(nèi)容為在新裝置設(shè)計(jì)或改造設(shè)計(jì)通過模塊的配置，滿足模塊的功能需要，既要著眼項(xiàng)目的整體功能，又要考慮各個(gè)模塊的相對(duì)獨(dú)立性，把握好整體和模塊的關(guān)系。兩個(gè)階段又都包括諸多輔助技術(shù)，例如模塊接口分析和模塊編碼等。

根據(jù)農(nóng)藥制劑工廠功能需求，基于“非模塊化”農(nóng)藥制劑工廠工藝、設(shè)備等設(shè)計(jì)信息在功能分解的基礎(chǔ)上，分析歸納現(xiàn)有農(nóng)藥制劑裝置系統(tǒng)所能提供的功能，獲得現(xiàn)有設(shè)備組成結(jié)構(gòu)；采用關(guān)聯(lián)矩陣方法對(duì)不同劑型生產(chǎn)線裝置系統(tǒng)變型的功能和相關(guān)實(shí)現(xiàn)原理/結(jié)構(gòu)進(jìn)行同質(zhì)化約簡(jiǎn)，獲得制劑生產(chǎn)設(shè)備的多個(gè)生產(chǎn)單元的變型，用以作為模塊劃分對(duì)象；同時(shí)建立生產(chǎn)裝置系統(tǒng)的設(shè)備權(quán)重復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，采用功能相關(guān)性指標(biāo)定量設(shè)備之間的功能關(guān)聯(lián)強(qiáng)度，分析和歸納設(shè)備間的系統(tǒng)組合方式，以接口參數(shù)的數(shù)量定量化表達(dá)結(jié)構(gòu)相關(guān)性后進(jìn)行模塊劃分、模塊接口分析和模塊編碼[4]。

針對(duì)以上3方面的研究，采用便于海運(yùn)或陸運(yùn)的相應(yīng)的運(yùn)輸方式進(jìn)行模塊化的結(jié)構(gòu)組成設(shè)計(jì)。通過模塊之間的接口、結(jié)構(gòu)尺寸的統(tǒng)一將原有進(jìn)行農(nóng)藥制劑工廠現(xiàn)場(chǎng)建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)楦咝?、?jié)能、環(huán)保、提質(zhì)的工廠制作。

在模塊建造和安裝過程中，對(duì)模塊的整體和局部誤差尺寸和形位誤差的測(cè)量控制尤其重要。因此傳統(tǒng)的二維工程設(shè)計(jì)已無法滿足“模塊化”技術(shù)的需要，現(xiàn)代BIM (Building Information Modeling)平臺(tái)技術(shù)，使得建筑單體、設(shè)備設(shè)施、管線綜合等三維幾何信息和性能參數(shù)、施工工序、生產(chǎn)廠家、成本、進(jìn)度等非幾何信息有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)多專業(yè)三維協(xié)同，極大地減少管線的碰撞，保證了構(gòu)件生產(chǎn)與組裝的精確性。BIM平臺(tái)技術(shù)確保了農(nóng)藥制劑模塊化工廠的實(shí)現(xiàn)。

“模塊化”相比于“非模塊化”設(shè)計(jì)(基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì))，增加了加工設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，加工設(shè)計(jì)是將詳細(xì)設(shè)計(jì)的圖紙轉(zhuǎn)化為制造和組裝的設(shè)計(jì)，要考慮建造、檢驗(yàn)、包裝、臨時(shí)和永久支撐、運(yùn)輸、吊裝和防腐等要求，加工設(shè)計(jì)由制造廠完成。

3 結(jié) 論

與“非模塊化”相比，“模塊化”技術(shù)在工期、工程質(zhì)量、建設(shè)成本方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)?！澳K化”技術(shù)的實(shí)質(zhì)是異地建造和現(xiàn)場(chǎng)安裝，包含模塊功能分解、模塊總體布置、模塊劃分、模塊建造以及模塊運(yùn)輸和安裝等，其中在設(shè)計(jì)階段能否將整個(gè)裝置按照一定的要求進(jìn)行有效的功能分解和模塊劃分是實(shí)施模塊化技術(shù)的主導(dǎo)和關(guān)鍵。針對(duì)農(nóng)藥制劑工廠生產(chǎn)工藝流程相似，公用工程要求相似等特點(diǎn)，基于BIM平臺(tái)的農(nóng)藥制劑模塊化工廠設(shè)計(jì)與建造技術(shù)將會(huì)促進(jìn)農(nóng)藥制劑工廠的快速建設(shè)和發(fā)展。該項(xiàng)技術(shù)的推廣，也將推動(dòng)我國(guó)農(nóng)藥制劑標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)于我國(guó)農(nóng)藥制劑技術(shù)向國(guó)外特別是“一帶一路”國(guó)家推廣運(yùn)用，有著非常重要的意義。