BIM在制藥項目設(shè)計與管理中的應(yīng)用

摘 要：對BIM在山東泰邦血液制品項目中的應(yīng)用概況進行敘述后，首先闡述了BIM在項目設(shè)計階段的應(yīng)用，然后對其在報表管理、圖紙標(biāo)準(zhǔn)化及施工進度模擬中的應(yīng)用進行了詳細的介紹。

關(guān)鍵詞：BIM;工程管理;三維設(shè)計;工程仿真

0? ? 引言

《2016—2021年血液制品行業(yè)市場競爭力調(diào)查及投資前景預(yù)測報告》表明，國內(nèi)血液制品行業(yè)無論是原料血漿采集量還是血液制品產(chǎn)量、品種均逐年增長，但距離滿足臨床需求仍有相當(dāng)差距。隨著采漿量的提升，我國血液制品產(chǎn)量也出現(xiàn)較大幅度增長。然而，我國血液制品仍然供不應(yīng)求。目前，我國血液制品結(jié)構(gòu)仍以白蛋白為主，存在品種單一、資源有效利用率不高的問題。如何進一步提升采漿量，擴大各制品生產(chǎn)規(guī)模，提高資源利用率，緩解供需緊張仍是我國血液制品行業(yè)面臨的最大問題。

山東泰邦血液制品一期項目占地面積120 000 m2（180畝），包括集團總部大樓、研發(fā)樓、營銷樓等6個建筑單體以及現(xiàn)代化的血液制品生產(chǎn)車間。車間借鑒先進設(shè)計理念，配備國內(nèi)外前端設(shè)備儀器，全面實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程的自動化、信息化、智能化，一舉成為行業(yè)內(nèi)智能制造的典范。泰邦生物科技園全面建成投產(chǎn)后，在原料血漿保障充足的情況下，可實現(xiàn)1 500 t血漿的產(chǎn)能，供應(yīng)三大類15個品種30余個規(guī)格市場急需的血液制品，將為填補國內(nèi)血液制品的巨大缺口做出重大貢獻。

1? ? 項目概況

該項目為新建一座人用血液制品生產(chǎn)車間，主要產(chǎn)品為人血白蛋白、人免疫球蛋白、人凝血八因子、人纖維蛋白原。項目涉及多專業(yè)協(xié)同設(shè)計及施工，如潔凈廠房、設(shè)備、管道、通風(fēng)空調(diào)、鋼結(jié)構(gòu)、電氣、自動控制等。筆者在該項目中擔(dān)任工藝配管工程師，參與設(shè)備、管道布置、設(shè)計及現(xiàn)場指導(dǎo)施工等相關(guān)工作。本文對BIM（Building information modeling）在本項目設(shè)計及施工管理階段的應(yīng)用進行了說明，并對幾個重要部分進行分析，為相關(guān)工程技術(shù)人員解決實際問題提供了一定的參考。

2? ? BIM在制藥項目工程設(shè)計中的應(yīng)用

2.1? ? 工廠建模

在本項目中運用到的BIM軟件如下：工藝及儀表流程圖的繪制、設(shè)備、配管、鋼結(jié)構(gòu)的建模采用AUTODESK PLANT 3D，模型漫游、碰撞檢測及施工進度模擬采用NAVISWORKS，材料管理采用REPORT CREATOR，圖紙標(biāo)注采用ORTHOGEN等軟件。

這里主要對AUTODESK PLANT 3D中的各項功能及其在本項目中的應(yīng)用進行介紹。如圖1所示，PLANT 3D包含有P&ID模塊、PLANT 3D模塊、單線圖、平面圖模塊及材料報告模塊，并可與NAVISWORKS模型漫游進行無縫輸出。

本項目首先在P&ID模塊中繪制帶有屬性的工藝及儀表流程圖（圖2），即繪制出的圖紙上的工藝符號不僅僅像普通的CAD軟件那樣只是圖像的代表，而是后臺數(shù)據(jù)庫中每個工藝符號還帶有屬于各自的屬性。例如，設(shè)備符號后臺包括設(shè)備的名稱、規(guī)格、主要設(shè)計、工作參數(shù)等;閥門、儀表等后臺數(shù)據(jù)庫包括規(guī)格、材質(zhì)、執(zhí)行器信息等;管道后臺數(shù)據(jù)包括規(guī)格、材質(zhì)、保溫信息、管道等級等，可按規(guī)定的格式自動生成管線號。通過按這樣的方式繪制出的帶有屬性的工藝及儀表流程圖，可快速生成設(shè)備、儀表、閥門等材料報告，并可快速生成工藝設(shè)備一覽表、工藝管線一覽表及儀表數(shù)據(jù)表等。P&ID模塊自帶歐、美、日等五種國際常用設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)靈活開放的數(shù)據(jù)庫編輯功能，可以按我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)自定義圖紙、圖例樣式等。

PLANT 3D模塊與單線圖、平面圖功能模塊配套使用，主要用于各專業(yè)繪制三維模型并合并成為一虛擬三維生產(chǎn)車間或工廠。圖3所示為粗制配液系統(tǒng)三維模型圖。

2.2? ? 模型碰撞檢查

通過NAVISWORKS Manager中的Clash Detective可以在各專業(yè)平行建模過程中進行模型碰撞檢查，及時發(fā)現(xiàn)并解決干涉問題，并為工廠尤其是夾層中的空間管理提供指導(dǎo)及核查。

一般將兩個不同專業(yè)的PLANT 3D模型導(dǎo)入，可選擇系統(tǒng)自帶的碰撞規(guī)則也可自定義碰撞規(guī)則。碰撞檢查有三種類型：硬碰撞、間隙碰撞（用于軟碰撞檢查）、副本碰撞（用于檢查重疊幾何對象）。

檢查完畢可以在主漫游窗口按過濾或自動顯示的方式進行碰撞結(jié)果查看。其中自動顯示方式可以臨時隱藏任何阻礙碰撞對象的對象，以便在縮放時不需要移動位置就可以看到它（圖4）。

碰撞檢查結(jié)果可以按多種文件格式輸出保存至本地，常見為HTML格式。

2.3? ? 出具各專業(yè)施工圖紙

AUTODESK PLANT 3D可以出具多專業(yè)的施工圖紙，如設(shè)備平面布置圖、立面圖及剖面圖、管道單線圖、管道平面布置圖、橋架布置圖、風(fēng)管布置圖及鋼結(jié)構(gòu)平立面圖等。

管道單線圖為PLANT 3D中自帶的一個子模塊，圖面上的管線走向基于三維模型中的管線走向，圖面上反饋出的信息種類均可在數(shù)據(jù)庫中進行定制。例如施工中常見的管段預(yù)制長度表、管道材料清單及焊點圖等等（圖5）。

各專業(yè)平面、立面、剖面圖也基于三維模型，采用PLANT 3D中的另一子模塊“創(chuàng)建正交視圖”，其工作原理是將三維模型按指定角度做好布置，如俯視、側(cè)視及正視角度，或者采用剖切功能將模型按指定位置做好剖切，然后執(zhí)行“創(chuàng)建正交視圖”，軟件可按指定方向?qū)⑷S模型投影至二維平面上，通過數(shù)據(jù)庫中的設(shè)置，可對圖面進行尺寸及信息標(biāo)注，即可快速高效地得到所需的平立面圖紙（圖6）。

管道單線圖、各專業(yè)平立面圖紙為預(yù)制及現(xiàn)場施工安裝提供了指導(dǎo)。

3? ? BIM在制藥項目工程管理中的應(yīng)用

3.1? ? 報表管理

AUTODESK PLANT 3D軟件擁有強大的報表管理模塊Report creator。在這個模塊中我們可以自定義格式進行報表創(chuàng)建，報表數(shù)據(jù)基于P&ID及PLANT 3D模塊中的數(shù)據(jù)，并可設(shè)置過濾器以統(tǒng)計符合特定條件的對象（圖7）。

Report creator模塊預(yù)定義了幾種樣式，如3D Parts、Equipmentlist、Linelist、Valv-

elist等，可在現(xiàn)有樣式上修改，也可以新建新的報表樣式。

3.2? ? 三維漫游及操作模擬

在完成工廠各專業(yè)建模后，將所有專業(yè)的模型合并為一個整體，即可在軟件NAVISWORKS中按第一視角進行1：1的三維漫游。通常此項功能可為客戶提供逼真的工程仿真審查與工藝操作模擬，讓客戶對未來工廠面臨的操作環(huán)境及操作中可能出現(xiàn)的問題有直觀的感受和預(yù)判。

例如，我方為客戶選擇一條對生產(chǎn)車間的主要參觀路線，在軟件中可以選擇多個主要房間作為參觀路線上的主要視點，通過軟件將若干個視點合成為一段動畫視頻。通過對視頻的演示，使客戶對車間內(nèi)的工藝設(shè)備布置、配置等有切身的感受。

例如，在對本項目粗制配液間的設(shè)計中，按平均體態(tài)設(shè)置軟件中人員的身高及肩寬，在進行三維漫游時可以此人員作為參照物，對房間內(nèi)的設(shè)備布置、投料孔的高度、鋼平臺的高度及工藝操作可行性也有直觀的感受，如圖8所示。

3.3? ? 施工進度計劃編制及施工進度模擬

采用NAVISWORKS中的TimeLiner工具可以添加四維進度模擬，將多種格式的數(shù)據(jù)源導(dǎo)入進度后，使用模型中對象連接進度中的任務(wù)以創(chuàng)建四維模擬，就能夠看到進度在模型上的效果，并可將計劃日期與實際日期相比較。TimeLiner還能基于模擬的結(jié)果導(dǎo)出圖像和動畫。如果模型或進度更改，TimeLiner將自動更新模擬。

從數(shù)據(jù)源例如Microsoft Project導(dǎo)入進度計劃，TimeLiner支持分層任務(wù)結(jié)構(gòu)。每個任務(wù)都使用圖標(biāo)來標(biāo)識自己的狀態(tài)，也可按不同顏色來區(qū)分任務(wù)的最早、準(zhǔn)時、最晚和計劃的不同狀態(tài)。施工進度計劃表可在NAVISWORKS中以甘特圖的形式呈現(xiàn)（圖9）。

施工進度計劃表編制完畢后，通過“模擬”選項卡可在項目進度的整個持續(xù)時間內(nèi)模擬TimeLiner序列，并可導(dǎo)出施工模擬的圖像或動畫。

4? ? 結(jié)語

山東泰邦血液制品一期項目機電安裝工程設(shè)計、施工滿足了合同及相關(guān)技術(shù)協(xié)議的要求，得到了業(yè)主的充分認(rèn)可，相關(guān)施工技術(shù)和方案已經(jīng)在其他工程中得到開展，本文的研究成果可為相關(guān)技術(shù)人員提供一定的參考。

[參考文獻]

[1] 劉劍興，賴睿智，吳盡.BIM技術(shù)在建筑施工企業(yè)的應(yīng)用思路[J].重慶建筑，2019，18（12）：59-60.

[2] 梁靖涵.對基于BIM技術(shù)的4D建模及其應(yīng)用的探討[J].中國住宅設(shè)施，2019（11）：16-17.

[3] 喬兵鋒，吳世明.建筑機電安裝工程中BIM技術(shù)的應(yīng)用[J].地產(chǎn)，2019（22）：109.

收稿日期：2020-03-24

作者簡介：周明（1983—），女，四川人，工程師，研究方向：制藥工程設(shè)備與項目管理。