BIM在制药项目设计与管理中的应用

摘 要：对BIM在山东泰邦血液制品项目中的应用概况进行叙述后，首先阐述了BIM在项目设计阶段的应用，然后对其在报表管理、图纸标准化及施工进度模拟中的应用进行了详细的介绍。

关键词：BIM;工程管理;三维设计;工程仿真

0    引言

《2016—2021年血液制品行业市场竞争力调查及投资前景预测报告》表明，国内血液制品行业无论是原料血浆采集量还是血液制品产量、品种均逐年增长，但距离满足临床需求仍有相当差距。随着采浆量的提升，我国血液制品产量也出现较大幅度增长。然而，我国血液制品仍然供不应求。目前，我国血液制品结构仍以白蛋白为主，存在品种单一、资源有效利用率不高的问题。如何进一步提升采浆量，扩大各制品生产规模，提高资源利用率，缓解供需紧张仍是我国血液制品行业面临的最大问题。

山东泰邦血液制品一期项目占地面积120 000 m2（180亩），包括集团总部大楼、研发楼、营销楼等6个建筑单体以及现代化的血液制品生产车间。车间借鉴先进设计理念，配备国内外前端设备仪器，全面实现生产工艺过程的自动化、信息化、智能化，一举成为行业内智能制造的典范。泰邦生物科技园全面建成投产后，在原料血浆保障充足的情况下，可实现1 500 t血浆的产能，供应三大类15个品种30余个规格市场急需的血液制品，将为填补国内血液制品的巨大缺口做出重大贡献。

1    项目概况

该项目为新建一座人用血液制品生产车间，主要产品为人血白蛋白、人免疫球蛋白、人凝血八因子、人纤维蛋白原。项目涉及多专业协同设计及施工，如洁净厂房、设备、管道、通风空调、钢结构、电气、自动控制等。笔者在该项目中担任工艺配管工程师，参与设备、管道布置、设计及现场指导施工等相关工作。本文对BIM（Building information modeling）在本项目设计及施工管理阶段的应用进行了说明，并对几个重要部分进行分析，为相关工程技术人员解决实际问题提供了一定的参考。

2    BIM在制药项目工程设计中的应用

2.1    工厂建模

在本项目中运用到的BIM软件如下：工艺及仪表流程图的绘制、设备、配管、钢结构的建模采用AUTODESK PLANT 3D，模型漫游、碰撞检测及施工进度模拟采用NAVISWORKS，材料管理采用REPORT CREATOR，图纸标注采用ORTHOGEN等软件。

这里主要对AUTODESK PLANT 3D中的各项功能及其在本项目中的应用进行介绍。如图1所示，PLANT 3D包含有P&ID模块、PLANT 3D模块、单线图、平面图模块及材料报告模块，并可与NAVISWORKS模型漫游进行无缝输出。

本项目首先在P&ID模块中绘制带有属性的工艺及仪表流程图（图2），即绘制出的图纸上的工艺符号不仅仅像普通的CAD软件那样只是图像的代表，而是后台数据库中每个工艺符号还带有属于各自的属性。例如，设备符号后台包括设备的名称、规格、主要设计、工作参数等;阀门、仪表等后台数据库包括规格、材质、执行器信息等;管道后台数据包括规格、材质、保温信息、管道等级等，可按规定的格式自动生成管线号。通过按这样的方式绘制出的带有属性的工艺及仪表流程图，可快速生成设备、仪表、阀门等材料报告，并可快速生成工艺设备一览表、工艺管线一览表及仪表数据表等。P&ID模块自带欧、美、日等五种国际常用设计标准，依据灵活开放的数据库编辑功能，可以按我国相关标准自定义图纸、图例样式等。

PLANT 3D模块与单线图、平面图功能模块配套使用，主要用于各专业绘制三维模型并合并成为一虚拟三维生产车间或工厂。图3所示为粗制配液系统三维模型图。

2.2    模型碰撞检查

通过NAVISWORKS Manager中的Clash Detective可以在各专业平行建模过程中进行模型碰撞检查，及时发现并解决干涉问题，并为工厂尤其是夹层中的空间管理提供指导及核查。

一般将两个不同专业的PLANT 3D模型导入，可选择系统自带的碰撞规则也可自定义碰撞规则。碰撞检查有三种类型：硬碰撞、间隙碰撞（用于软碰撞检查）、副本碰撞（用于检查重叠几何对象）。

检查完毕可以在主漫游窗口按过滤或自动显示的方式进行碰撞结果查看。其中自动显示方式可以临时隐藏任何阻碍碰撞对象的对象，以便在缩放时不需要移动位置就可以看到它（图4）。

碰撞检查结果可以按多种文件格式输出保存至本地，常见为HTML格式。

2.3    出具各專业施工图纸

AUTODESK PLANT 3D可以出具多专业的施工图纸，如设备平面布置图、立面图及剖面图、管道单线图、管道平面布置图、桥架布置图、风管布置图及钢结构平立面图等。

管道单线图为PLANT 3D中自带的一个子模块，图面上的管线走向基于三维模型中的管线走向，图面上反馈出的信息种类均可在数据库中进行定制。例如施工中常见的管段预制长度表、管道材料清单及焊点图等等（图5）。

各专业平面、立面、剖面图也基于三维模型，采用PLANT 3D中的另一子模块“创建正交视图”，其工作原理是将三维模型按指定角度做好布置，如俯视、侧视及正视角度，或者采用剖切功能将模型按指定位置做好剖切，然后执行“创建正交视图”，软件可按指定方向将三维模型投影至二维平面上，通过数据库中的设置，可对图面进行尺寸及信息标注，即可快速高效地得到所需的平立面图纸（图6）。

管道单线图、各专业平立面图纸为预制及现场施工安装提供了指导。

3    BIM在制药项目工程管理中的应用

3.1    报表管理

AUTODESK PLANT 3D软件拥有强大的报表管理模块Report creator。在这个模块中我们可以自定义格式进行报表创建，报表数据基于P&ID及PLANT 3D模块中的数据，并可设置过滤器以统计符合特定条件的对象（图7）。

Report creator模块预定义了几种样式，如3D Parts、Equipmentlist、Linelist、Valv-

elist等，可在現有样式上修改，也可以新建新的报表样式。

3.2    三维漫游及操作模拟

在完成工厂各专业建模后，将所有专业的模型合并为一个整体，即可在软件NAVISWORKS中按第一视角进行1：1的三维漫游。通常此项功能可为客户提供逼真的工程仿真审查与工艺操作模拟，让客户对未来工厂面临的操作环境及操作中可能出现的问题有直观的感受和预判。

例如，我方为客户选择一条对生产车间的主要参观路线，在软件中可以选择多个主要房间作为参观路线上的主要视点，通过软件将若干个视点合成为一段动画视频。通过对视频的演示，使客户对车间内的工艺设备布置、配置等有切身的感受。

例如，在对本项目粗制配液间的设计中，按平均体态设置软件中人员的身高及肩宽，在进行三维漫游时可以此人员作为参照物，对房间内的设备布置、投料孔的高度、钢平台的高度及工艺操作可行性也有直观的感受，如图8所示。

3.3    施工进度计划编制及施工进度模拟

采用NAVISWORKS中的TimeLiner工具可以添加四维进度模拟，将多种格式的数据源导入进度后，使用模型中对象连接进度中的任务以创建四维模拟，就能够看到进度在模型上的效果，并可将计划日期与实际日期相比较。TimeLiner还能基于模拟的结果导出图像和动画。如果模型或进度更改，TimeLiner将自动更新模拟。

从数据源例如Microsoft Project导入进度计划，TimeLiner支持分层任务结构。每个任务都使用图标来标识自己的状态，也可按不同颜色来区分任务的最早、准时、最晚和计划的不同状态。施工进度计划表可在NAVISWORKS中以甘特图的形式呈现（图9）。

施工进度计划表编制完毕后，通过“模拟”选项卡可在项目进度的整个持续时间内模拟TimeLiner序列，并可导出施工模拟的图像或动画。

4    结语

山东泰邦血液制品一期项目机电安装工程设计、施工满足了合同及相关技术协议的要求，得到了业主的充分认可，相关施工技术和方案已经在其他工程中得到开展，本文的研究成果可为相关技术人员提供一定的参考。

[参考文献]

[1] 刘剑兴，赖睿智，吴尽.BIM技术在建筑施工企业的应用思路[J].重庆建筑，2019，18（12）：59-60.

[2] 梁靖涵.对基于BIM技术的4D建模及其应用的探讨[J].中国住宅设施，2019（11）：16-17.

[3] 乔兵锋，吴世明.建筑机电安装工程中BIM技术的应用[J].地产，2019（22）：109.

收稿日期：2020-03-24

作者简介：周明（1983—），女，四川人，工程师，研究方向：制药工程设备与项目管理。