BIM在制藥項目設計與管理中的應用

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

關鍵詞：BIM;工程管理;三維設計;工程仿真

0? ? 引言

《2016—2021年血液制品行業市場競爭力調查及投資前景預測報告》表明，國內血液制品行業無論是原料血漿采集量還是血液制品產量、品種均逐年增長，但距離滿足臨床需求仍有相當差距。隨著采漿量的提升，我國血液制品產量也出現較大幅度增長。然而，我國血液制品仍然供不應求。目前，我國血液制品結構仍以白蛋白為主，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，擴大各制品生產規模，提高資源利用率，緩解供需緊張仍是我國血液制品行業面臨的最大問題。

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、研發樓、營銷樓等6個建筑單體以及現代化的血液制品生產車間。車間借鑒先進設計理念，配備國內外前端設備儀器，全面實現生產工藝過程的自動化、信息化、智能化，一舉成為行業內智能制造的典范。泰邦生物科技園全面建成投產后，在原料血漿保障充足的情況下，可實現1 500 t血漿的產能，供應三大類15個品種30余個規格市場急需的血液制品，將為填補國內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車間，主要產品為人血白蛋白、人免疫球蛋白、人凝血八因子、人纖維蛋白原。項目涉及多專業協同設計及施工，如潔凈廠房、設備、管道、通風空調、鋼結構、電氣、自動控制等。筆者在該項目中擔任工藝配管工程師，參與設備、管道布置、設計及現場指導施工等相關工作。本文對BIM（Building information modeling）在本項目設計及施工管理階段的應用進行了說明，并對幾個重要部分進行分析，為相關工程技術人員解決實際問題提供了一定的參考。

2? ? BIM在制藥項目工程設計中的應用

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、設備、配管、鋼結構的建模采用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，而是后臺數據庫中每個工藝符號還帶有屬于各自的屬性。例如，設備符號后臺包括設備的名稱、規格、主要設計、工作參數等;閥門、儀表等后臺數據庫包括規格、材質、執行器信息等;管道后臺數據包括規格、材質、保溫信息、管道等級等，可按規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，可快速生成設備、儀表、閥門等材料報告，并可快速生成工藝設備一覽表、工藝管線一覽表及儀表數據表等。P&ID模塊自帶歐、美、日等五種國際常用設計標準，依據靈活開放的數據庫編輯功能，可以按我國相關標準自定義圖紙、圖例樣式等。

PLANT 3D模塊與單線圖、平面圖功能模塊配套使用，主要用于各專業繪制三維模型并合并成為一虛擬三維生產車間或工廠。圖3所示為粗制配液系統三維模型圖。

2.2? ? 模型碰撞檢查

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

一般將兩個不同專業的PLANT 3D模型導入，可選擇系統自帶的碰撞規則也可自定義碰撞規則。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? ? 出具各專業施工圖紙

AUTODESK PLANT 3D可以出具多專業的施工圖紙，如設備平面布置圖、立面圖及剖面圖、管道單線圖、管道平面布置圖、橋架布置圖、風管布置圖及鋼結構平立面圖等。

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據庫中進行定制。例如施工中常見的管段預制長度表、管道材料清單及焊點圖等等（圖5）。

各專業平面、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，然后執行“創建正交視圖”，軟件可按指定方向將三維模型投影至二維平面上，通過數據庫中的設置，可對圖面進行尺寸及信息標注，即可快速高效地得到所需的平立面圖紙（圖6）。

管道單線圖、各專業平立面圖紙為預制及現場施工安裝提供了指導。

3? ? BIM在制藥項目工程管理中的應用

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建，報表數據基于P&ID及PLANT 3D模塊中的數據，并可設置過濾器以統計符合特定條件的對象（圖7）。

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

elist等，可在現有樣式上修改，也可以新建新的報表樣式。

3.2? ? 三維漫游及操作模擬

在完成工廠各專業建模后，將所有專業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境及操作中可能出現的問題有直觀的感受和預判。

例如，我方為客戶選擇一條對生產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，使客戶對車間內的工藝設備布置、配置等有切身的感受。

例如，在對本項目粗制配液間的設計中，按平均體態設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，對房間內的設備布置、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，將多種格式的數據源導入進度后，使用模型中對象連接進度中的任務以創建四維模擬，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還能基于模擬的結果導出圖像和動畫。如果模型或進度更改，TimeLiner將自動更新模擬。

從數據源例如Microsoft Project導入進度計劃，TimeLiner支持分層任務結構。每個任務都使用圖標來標識自己的狀態，也可按不同顏色來區分任務的最早、準時、最晚和計劃的不同狀態。施工進度計劃表可在NAVISWORKS中以甘特圖的形式呈現（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時間內模擬TimeLiner序列，并可導出施工模擬的圖像或動畫。

4? ? 結語

山東泰邦血液制品一期項目機電安裝工程設計、施工滿足了合同及相關技術協議的要求，得到了業主的充分認可，相關施工技術和方案已經在其他工程中得到開展，本文的研究成果可為相關技術人員提供一定的參考。

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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：制藥工程設備與項目管理。