基于BIM平台的农药制剂模块化工厂设计与建造技术研究

陆 棋，徐向晖，方 永，吴嘉宾，沈德隆

(1.浙江工业大学，浙江杭州 310014；2.中国空分工程有限公司，浙江杭州 310051)

农药制剂工厂建设一般在工程设计后，进行设备、机电、安装材料等采购备货，而后在项目所在地完成建造任务，该类方式称为“传统的构件式设计与建造方式(以下简称“非模块化”)”。但以这样的模式进行设计、建造，往往项目工期长，现场各工序交界面大，导致项目管理难度较大等问题。农药制剂工厂具有生产的制剂剂型种类相似，即具有生产工艺流程相似，且公用工程要求相似等特点，因此可将农药制剂工厂以剂型及功能为标准，运用三维BIM平台协同技术，划分为多个模块，在异地建造后，现场组装，以模块化技术进行现代农药制剂工厂的建设，该类方式称为“模块化技术设计与建造方式(以下简称“模块化”)”。

1 模块化技术及优势

“模块化”技术起源于海上工程，目前在油气处理厂、矿业加工厂、核电工厂等部分行业正在逐步尝试推广运用。该技术可有效达到缩短工期、降低成本、提高工程质量的目的。农药制剂模块化工厂就是将农药制剂工厂分解为集成了多种系统功能的大型模块，进行工厂化的异地建造，并运输到现场组装，建成标准的满足现代农药制剂生产要求的绿色、清洁、安全、高效的现代化工厂。其建设的原理公式即：模块化设计+异地建造+现场组装=工厂建设[1]。

与“非模块化”相比，“模块化”技术在缩短工期、提高产品质量、降低成本方面具有明显的优势[2]，具体详见表1。

表1 “模块化”与“非模块化”技术优势对比

2 农药制剂模块化工厂设计及建造的关键技术

模块就是一个具备集成性、功能性和可拆卸性的产品，其最重要的技术特征是具有独立的功能和结构，而这是基于合理的功能分解和系统划分来实现的，将复杂系统进行功能分解是成功实现模块化的前提和基础[3]。因此模块化工厂实施的主导和关键在于模块划分及设计，其核心内容主要包括模块划分和模块配置。前者可归纳为模块化设计的理论准备阶段，其任务是通过获取模块划分方案以构建模块化的装置结构；后者则属于模块化设计的工程应用阶段，其内容为在新装置设计或改造设计通过模块的配置，满足模块的功能需要，既要着眼项目的整体功能，又要考虑各个模块的相对独立性，把握好整体和模块的关系。两个阶段又都包括诸多辅助技术，例如模块接口分析和模块编码等。

根据农药制剂工厂功能需求，基于“非模块化”农药制剂工厂工艺、设备等设计信息在功能分解的基础上，分析归纳现有农药制剂装置系统所能提供的功能，获得现有设备组成结构；采用关联矩阵方法对不同剂型生产线装置系统变型的功能和相关实现原理/结构进行同质化约简，获得制剂生产设备的多个生产单元的变型，用以作为模块划分对象；同时建立生产装置系统的设备权重复杂网络模型的拓扑结构，采用功能相关性指标定量设备之间的功能关联强度，分析和归纳设备间的系统组合方式，以接口参数的数量定量化表达结构相关性后进行模块划分、模块接口分析和模块编码[4]。

针对以上3方面的研究，采用便于海运或陆运的相应的运输方式进行模块化的结构组成设计。通过模块之间的接口、结构尺寸的统一将原有进行农药制剂工厂现场建设转变为高效、节能、环保、提质的工厂制作。

在模块建造和安装过程中，对模块的整体和局部误差尺寸和形位误差的测量控制尤其重要。因此传统的二维工程设计已无法满足“模块化”技术的需要，现代BIM (Building Information Modeling)平台技术，使得建筑单体、设备设施、管线综合等三维几何信息和性能参数、施工工序、生产厂家、成本、进度等非几何信息有机结合，实现多专业三维协同，极大地减少管线的碰撞，保证了构件生产与组装的精确性。BIM平台技术确保了农药制剂模块化工厂的实现。

“模块化”相比于“非模块化”设计(基础设计和详细设计)，增加了加工设计环节，加工设计是将详细设计的图纸转化为制造和组装的设计，要考虑建造、检验、包装、临时和永久支撑、运输、吊装和防腐等要求，加工设计由制造厂完成。

3 结 论

与“非模块化”相比，“模块化”技术在工期、工程质量、建设成本方面具有明显的优势。“模块化”技术的实质是异地建造和现场安装，包含模块功能分解、模块总体布置、模块划分、模块建造以及模块运输和安装等，其中在设计阶段能否将整个装置按照一定的要求进行有效的功能分解和模块划分是实施模块化技术的主导和关键。针对农药制剂工厂生产工艺流程相似，公用工程要求相似等特点，基于BIM平台的农药制剂模块化工厂设计与建造技术将会促进农药制剂工厂的快速建设和发展。该项技术的推广，也将推动我国农药制剂标准化生产，同时对于我国农药制剂技术向国外特别是“一带一路”国家推广运用，有着非常重要的意义。