基于BIM平台的农药制剂模块化工厂设计与建造技术研究-农药快讯信息网

农药快讯：2020年第16期
文章：47篇

基于BIM平台的农药制剂模块化工厂设计与建造技术研究

作者：陆棋，徐向晖，方永，吴嘉宾，沈德隆更新时间：2020-09-14 点击量：1354

陆棋^1,2，徐向晖²，方永²，吴嘉宾²，沈德隆¹

（1. 浙江工业大学；2. 中国空分工程有限公司）

　　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（Building Information Modeling）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。

　　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，具体详见表1。

表 1 “模块化”与“非模块化”技术优势对比

优势	对比项	“非模块化”	“模块化”
缩短工期	施工环境	恶劣的施工环境，如沙漠、北方冬季低温等，受气候影响导致施工中断	不受严寒、酷暑、雨雪、沙尘暴等天气环境影响，可以全年、全天候进行生产制造
	施工组织	主要在白天施工	工厂施工人员组织方便，后勤保障充分，工厂内可进行24 h轮班制造
	施工流程	必须先完成土建基础施工，才能进行设备安装，接着才能进行管线焊接施工、电仪安装、保温防腐等作业，且多专业存在交叉作业、施工相互干扰的问题	设备、管线、结构等完全可以分开场地同时制作，多专业施工，不存在交叉作业、相互干扰的问题
	施工效率	施工效率低下，根据现场情况下料，无法批量生产，现场焊接效率低	管线施工(下料、焊接、探伤、试压、打砂、油漆等程序)采用批量生产、流水化的作业方式，与传统施工方式相比效率大大提高
	土建工期	对现场“三通一平”准备要求高，土建工期影响到项目总工期	装置模块建造和现场土建施工几乎可以同时进行，对现场准备要求低
	试压吹扫	现场进行装置吹扫试压时间较长	工厂进行装置吹扫试压时间较短
提高产品质量	原料检验	现场检验设施缺乏，不完善	进厂原料检验严格，检验设施措施齐备
	焊接质量	焊接容易受环境温度、湿度、风速等多方面因素影响	工厂焊接环境条件良好，焊接质量有保证
	探伤	探伤不便，探伤环境不好	专门的探伤室，探伤方便，质量更有保证
	热处理	热处理不便，一般只能进行局部热处理	专门的热处理室，可进行大型设备的整体热处理
	施工组织	施工组织管理难度相对较大	施工组织管理水平相对较高，程序化作业
	土建施工	留给土建施工、基础养护的时间有限	土建基础施工养护时间充裕，工程质量得到保证
降低成本	施工机具	现场施工机具装备缺乏，购买、租赁、转运、保护等费用大幅度增加	工厂施工机具完备，包括焊接机、探伤室、热处理炉、吊装平台等，施工机具费用基本不发生
	施工人员	现场施工人员数量大，补贴高，工作效率低，劳动力成本大幅上升	工厂施工劳动力成本较低
	后勤保障	现场食宿、HSE、安保成本高	现成的食宿措施，后勤保证费用低
	检验试验	现场检验试验设备缺乏，费用较高	工厂具备完善的检验设施，费用较低
	施工措施	现场需要增加施工措施费用，如征地、搭建防雨棚、保温棚、脚手架等	不需要增加额外的施工措施
	储存转运	现场储存、吊装设施缺乏，费用高	完善的仓储和吊装转运设施，费用低
	材料及运输	管线长度增加25%，土建施工工作量大(包括挖方、护坡、给排水、回填、埋地防腐、监控)；散运输到货，费用高	结构紧凑，管线节约，钢结构费用增加，但与现场土建比较也节约30%以上；集中运输到货，费用低20%
	财务成本	工期长，资金占用时间长，利息高	缩短工期，降低资金成本

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。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。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、提针质的工厂制作。

　　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 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。

农药快讯, 2020 (16): 63-64.

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