基于BIM平臺的農藥制劑模塊化工廠設計與建造技術研究

陸 棋，徐向暉，方 永，吳嘉賓，沈德隆

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

農藥制劑工廠建設一般在工程設計后，進行設備、機電、安裝材料等采購備貨，而后在項目所在地完成建造任務，該類方式稱為“傳統的構件式設計與建造方式(以下簡稱“非模塊化”)”。但以這樣的模式進行設計、建造，往往項目工期長，現場各工序交界面大，導致項目管理難度較大等問題。農藥制劑工廠具有生產的制劑劑型種類相似，即具有生產工藝流程相似，且公用工程要求相似等特點，因此可將農藥制劑工廠以劑型及功能為標準，運用三維BIM平臺協同技術，劃分為多個模塊，在異地建造后，現場組裝，以模塊化技術進行現代農藥制劑工廠的建設，該類方式稱為“模塊化技術設計與建造方式(以下簡稱“模塊化”)”。

1 模塊化技術及優勢

“模塊化”技術起源于海上工程，目前在油氣處理廠、礦業加工廠、核電工廠等部分行業正在逐步嘗試推廣運用。該技術可有效達到縮短工期、降低成本、提高工程質量的目的。農藥制劑模塊化工廠就是將農藥制劑工廠分解為集成了多種系統功能的大型模塊，進行工廠化的異地建造，并運輸到現場組裝，建成標準的滿足現代農藥制劑生產要求的綠色、清潔、安全、高效的現代化工廠。其建設的原理公式即：模塊化設計+異地建造+現場組裝=工廠建設[1]。

與“非模塊化”相比，“模塊化”技術在縮短工期、提高產品質量、降低成本方面具有明顯的優勢[2]，具體詳見表1。

表1 “模塊化”與“非模塊化”技術優勢對比

2 農藥制劑模塊化工廠設計及建造的關鍵技術

模塊就是一個具備集成性、功能性和可拆卸性的產品，其最重要的技術特征是具有獨立的功能和結構，而這是基于合理的功能分解和系統劃分來實現的，將復雜系統進行功能分解是成功實現模塊化的前提和基礎[3]。因此模塊化工廠實施的主導和關鍵在于模塊劃分及設計，其核心內容主要包括模塊劃分和模塊配置。前者可歸納為模塊化設計的理論準備階段，其任務是通過獲取模塊劃分方案以構建模塊化的裝置結構；后者則屬于模塊化設計的工程應用階段，其內容為在新裝置設計或改造設計通過模塊的配置，滿足模塊的功能需要，既要著眼項目的整體功能，又要考慮各個模塊的相對獨立性，把握好整體和模塊的關系。兩個階段又都包括諸多輔助技術，例如模塊接口分析和模塊編碼等。

根據農藥制劑工廠功能需求，基于“非模塊化”農藥制劑工廠工藝、設備等設計信息在功能分解的基礎上，分析歸納現有農藥制劑裝置系統所能提供的功能，獲得現有設備組成結構；采用關聯矩陣方法對不同劑型生產線裝置系統變型的功能和相關實現原理/結構進行同質化約簡，獲得制劑生產設備的多個生產單元的變型，用以作為模塊劃分對象；同時建立生產裝置系統的設備權重復雜網絡模型的拓撲結構，采用功能相關性指標定量設備之間的功能關聯強度，分析和歸納設備間的系統組合方式，以接口參數的數量定量化表達結構相關性后進行模塊劃分、模塊接口分析和模塊編碼[4]。

針對以上3方面的研究，采用便于海運或陸運的相應的運輸方式進行模塊化的結構組成設計。通過模塊之間的接口、結構尺寸的統一將原有進行農藥制劑工廠現場建設轉變為高效、節能、環保、提質的工廠制作。

在模塊建造和安裝過程中，對模塊的整體和局部誤差尺寸和形位誤差的測量控制尤其重要。因此傳統的二維工程設計已無法滿足“模塊化”技術的需要，現代BIM (Building Information Modeling)平臺技術，使得建筑單體、設備設施、管線綜合等三維幾何信息和性能參數、施工工序、生產廠家、成本、進度等非幾何信息有機結合，實現多專業三維協同，極大地減少管線的碰撞，保證了構件生產與組裝的精確性。BIM平臺技術確保了農藥制劑模塊化工廠的實現。

“模塊化”相比于“非模塊化”設計(基礎設計和詳細設計)，增加了加工設計環節，加工設計是將詳細設計的圖紙轉化為制造和組裝的設計，要考慮建造、檢驗、包裝、臨時和永久支撐、運輸、吊裝和防腐等要求，加工設計由制造廠完成。

3 結 論

與“非模塊化”相比，“模塊化”技術在工期、工程質量、建設成本方面具有明顯的優勢。“模塊化”技術的實質是異地建造和現場安裝，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輸和安裝等，其中在設計階段能否將整個裝置按照一定的要求進行有效的功能分解和模塊劃分是實施模塊化技術的主導和關鍵。針對農藥制劑工廠生產工藝流程相似，公用工程要求相似等特點，基于BIM平臺的農藥制劑模塊化工廠設計與建造技術將會促進農藥制劑工廠的快速建設和發展。該項技術的推廣，也將推動我國農藥制劑標準化生產，同時對于我國農藥制劑技術向國外特別是“一帶一路”國家推廣運用，有著非常重要的意義。