隨著生物制藥行業(yè)的快速發(fā)展，如何降低生產(chǎn)成本、提高生產(chǎn)效率成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。BIM 技術(shù)作為一種能夠在生命周期全程實(shí)現(xiàn)建筑物信息協(xié)同管理的方法，成為生物制藥廠房建設(shè)和維護(hù)的有效工具。針對(duì)生物醫(yī)藥廠房設(shè)計(jì)的基本要求及BIM 技術(shù)在生物制藥廠房中的應(yīng)用可以發(fā)現(xiàn)，BIM 技術(shù)可以提高生物制藥廠房的設(shè)計(jì)效率、優(yōu)化建筑過(guò)程、減少?zèng)Q策風(fēng)險(xiǎn)、提高建筑質(zhì)量等。
生物制藥廠房是一種特殊的建筑類(lèi)型，在其構(gòu)造和設(shè)計(jì)上必須滿足嚴(yán)格的規(guī)定和要求，這不僅需要明確的建筑設(shè)計(jì)和環(huán)境控制，還要求其具有保障安全和保障生產(chǎn)的特點(diǎn)，以確保最終產(chǎn)品的質(zhì)量。然而，在建筑設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中，存在的一些問(wèn)題會(huì)使得建設(shè)成本大幅增加，導(dǎo)致項(xiàng)目延誤，由此造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。而B(niǎo)IM 技術(shù)的應(yīng)用能夠快速地設(shè)計(jì)出精確的建筑模型，并能夠從中查看潛在的問(wèn)題并予以及時(shí)解決，從而降低錯(cuò)誤概率。
1、BIM 技術(shù)概述
BIM（Building Information Modeling）是指以虛擬模型為基礎(chǔ)，以數(shù)字技術(shù)為支撐的建筑信息化平臺(tái)。該技術(shù)可以模擬出建筑物在不同時(shí)期內(nèi)在造型、構(gòu)造、功能等各方面涉及的信息，是集建筑設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)于一體的全過(guò)程數(shù)字化技術(shù)。它通過(guò)數(shù)學(xué)模型來(lái)描述建筑物在不同階段的各種信息，從而實(shí)現(xiàn)建筑生命周期內(nèi)信息的模擬、管理和共享。
2、生物制藥廠房設(shè)計(jì)的基本要求
2.1功能性和安全性
2.1.1 功能性要求
生物醫(yī)藥廠房需要滿足生產(chǎn)工藝流程所需的空間布局，以確保生產(chǎn)流程的順利進(jìn)行。生物醫(yī)藥廠房的設(shè)計(jì)需要滿足以下功能性要求：
（1）空間布局的合理規(guī)劃，以滿足生產(chǎn)流程和物流的需要。
（2）設(shè)備布局的合理安排，以確保設(shè)備的順暢運(yùn)轉(zhuǎn)。
（3）環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如空氣凈化、溫度控制和濕度控制等，以確保生產(chǎn)環(huán)境的適宜性。
（4）廢物處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和建造，以確保廢物的正確處理和處置。
2.1.2 安全性要求
生物醫(yī)藥廠房的生產(chǎn)涉及生命健康和產(chǎn)品質(zhì)量等方面的問(wèn)題，因此，安全性是生物醫(yī)藥廠房設(shè)計(jì)的重要考慮因素，安全性要求包括以下方面：
（1）設(shè)備安全設(shè)計(jì)和安裝，以消除設(shè)備運(yùn)行中的危險(xiǎn)和風(fēng)險(xiǎn)。
（2）人員安全保障措施的設(shè)置，如通道和應(yīng)急通道的設(shè)計(jì)等，確保員工在生產(chǎn)環(huán)境中的安全。
（3）安全防護(hù)設(shè)備和系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如火災(zāi)控制和防護(hù)系統(tǒng)、氣體檢測(cè)和報(bào)警等，確保生產(chǎn)環(huán)境的安全。
（4）質(zhì)量管理和監(jiān)督體系的建立和執(zhí)行，以確保生產(chǎn)過(guò)程的產(chǎn)品質(zhì)量的安全與可靠性。
2.2生產(chǎn)工藝要求
生產(chǎn)工藝是生物醫(yī)藥廠房設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，基本要求應(yīng)包括以下3 個(gè)方面。
2.2.1 生產(chǎn)流程要求
生物醫(yī)藥生產(chǎn)的流程比較復(fù)雜，涉及各種工藝步驟，必須保證工藝流程的順暢和高效，因此，在生物醫(yī)藥廠房設(shè)計(jì)中，必須考慮各個(gè)工藝的順序、步驟和操作條件等因素，確保生產(chǎn)流程的高效和穩(wěn)定。
2.2.2 溫度、濕度、潔凈度要求
生物醫(yī)藥廠房的生產(chǎn)工藝通常需要保持一定的溫度、濕度和潔凈度，以確保產(chǎn)品的質(zhì)量和安全性。因此，在生物醫(yī)藥廠房設(shè)計(jì)中，需要考慮對(duì)空調(diào)、通風(fēng)、消毒等設(shè)施的合理布局和配置，以達(dá)到溫度、濕度、潔凈度等要求。
2.2.3 安全預(yù)警要求
生物醫(yī)藥生產(chǎn)涉及一些危險(xiǎn)品和有毒物質(zhì)，如細(xì)菌、病毒等，要求工藝流程和設(shè)備必須安全可靠。因此，在生物醫(yī)藥廠房設(shè)計(jì)中，必須考慮安全性和防護(hù)性要求，包括物理、化學(xué)隔離等措施的合理設(shè)置和應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的預(yù)警系統(tǒng)。
2.3環(huán)保要求
生物醫(yī)藥廠房設(shè)計(jì)的另一項(xiàng)基本要求是環(huán)保要求，其包括以下幾個(gè)方面。
2.3.1 廢水處理要求
生物制藥過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生含有細(xì)菌、病毒、蛋白質(zhì)等有機(jī)物的廢水，這些廢水需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的處理才能排放。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮廢水處理設(shè)施的合理布置和運(yùn)行方式，以確保生產(chǎn)廢水的安全無(wú)害。
2.3.2 廢氣治理要求
生物醫(yī)藥生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的有害氣體和微粒，如氣溶膠、有機(jī)物質(zhì)和細(xì)菌等，這些廢氣對(duì)環(huán)境和人的健康都具有一定的危害。而且，根據(jù)國(guó)家相關(guān)法律法規(guī)的規(guī)定，廠房設(shè)計(jì)必須考慮如何治理這些廢氣。因此，在生物醫(yī)藥廠房設(shè)計(jì)中，需要考慮廢氣治理設(shè)施的合理配置和使用效果，以期達(dá)到國(guó)家環(huán)境保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.3.3 廢棄物處理要求
在生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物和污泥，如生物制劑酵母、培養(yǎng)基、菌種等。這些廢棄物需要加強(qiáng)分類(lèi)，以進(jìn)行有效的處理和資源再利用。因此，在設(shè)計(jì)生物醫(yī)藥廠房時(shí)，需要考慮廢棄物的分類(lèi)、收集和儲(chǔ)存等問(wèn)題，同時(shí)需要保證廢棄物的處理過(guò)程符合國(guó)家環(huán)境保護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)要求，避免污染環(huán)境和影響周邊居民的生活。
2.3.4 能源利用效率要求
生物醫(yī)藥生產(chǎn)設(shè)備需要大量的電力、水和氣體等能源，因此，在設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠房時(shí)，需要考慮其能源利用效率。可以通過(guò)設(shè)備的優(yōu)化、節(jié)能技術(shù)和再生能源的利用等方式，降低生產(chǎn)中的能源消耗，并減少對(duì)環(huán)境的影響。
2.3.5 環(huán)保管理要求
生物醫(yī)藥廠房在生產(chǎn)過(guò)程中要貫徹環(huán)保理念，強(qiáng)化環(huán)保管理工作。要制定嚴(yán)格的環(huán)保管理制度，建立環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)和評(píng)估體系，確保生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)保要求得到有效的實(shí)施和執(zhí)行。
2.4施工周期和成本
2.4.1 施工周期
施工周期是設(shè)計(jì)生物醫(yī)藥廠房時(shí)需要考慮的一個(gè)重要因素。一般情況下，生物醫(yī)藥廠房的建設(shè)會(huì)涉及復(fù)雜的生產(chǎn)流程和高端的科技設(shè)備，因此，設(shè)計(jì)和建設(shè)的時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)。同時(shí)，為了保證生產(chǎn)過(guò)程的穩(wěn)定性和效率，需要對(duì)廠房施工過(guò)程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)管和管理，這也會(huì)對(duì)施工周期產(chǎn)生影響。因此，設(shè)計(jì)生物醫(yī)藥廠房時(shí)需要充分考慮施工周期，盡可能縮短建設(shè)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
2.4.2 成本
成本是設(shè)計(jì)生物醫(yī)藥廠房時(shí)需要考慮的另一個(gè)重要因素。生物醫(yī)藥廠房的建設(shè)需要大量的資金投入，包括土地購(gòu)置、建筑材料、設(shè)備采購(gòu)和人員培訓(xùn)等方面的投入。在設(shè)計(jì)生產(chǎn)廠房時(shí)，需要綜合考慮各種投資成本，力求使得項(xiàng)目投資回收期盡可能縮短，并且保證生產(chǎn)質(zhì)量和環(huán)保要求得到有效的滿足。通常，設(shè)計(jì)生物醫(yī)藥廠房一般會(huì)采用先進(jìn)的建筑技術(shù)和材料，以確保建筑質(zhì)量和廠房的安全性。同時(shí)，需要在材料的選擇、設(shè)備的采購(gòu)和人員的培訓(xùn)等方面綜合考慮成本，力求在滿足質(zhì)量要求和環(huán)保要求的前提下控制成本。在設(shè)計(jì)生物醫(yī)藥廠房時(shí)，需要根據(jù)廠房的實(shí)際用途和功能，合理規(guī)劃空間布局，避免無(wú)效的浪費(fèi)，降低建筑成本。同時(shí)，還要考慮廠房的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題，盡可能選用環(huán)保、節(jié)能的建筑材料和設(shè)備，減少資源的浪費(fèi)和對(duì)環(huán)境的影響，提高廠房的經(jīng)濟(jì)效益。
3、BIM 技術(shù)在生物醫(yī)藥廠房設(shè)計(jì)和施工中的應(yīng)用
3.1虛擬設(shè)計(jì)
根據(jù)醫(yī)藥廠房獨(dú)特的設(shè)計(jì)要求及特點(diǎn)，利用BIM 技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以在平面圖上創(chuàng)建精細(xì)的三維模型，將不同的工藝流程、設(shè)備配置和空間布局以虛擬的方式呈現(xiàn)出來(lái)，從而更好地展示整個(gè)生物醫(yī)藥廠房的設(shè)計(jì)方案。虛擬設(shè)計(jì)可以更直觀地了解和感受到方案的實(shí)際效果理解不同方案之間的差異，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行比較和優(yōu)化。BIM 技術(shù)將設(shè)計(jì)方案以可視化的方式呈現(xiàn)出來(lái)，使相關(guān)各方從不同的角度了解和理解整個(gè)項(xiàng)目，這種多維度的呈現(xiàn)方式可以讓設(shè)計(jì)人員提前發(fā)現(xiàn)并解決潛在的問(wèn)題，從而減少了項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)和成本。
3.2碰撞檢查
由于生物醫(yī)藥廠房的結(jié)構(gòu)和設(shè)備非常復(fù)雜，設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)不同工藝流程和設(shè)備之間的沖突或者空間上的重疊等問(wèn)題。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，通過(guò)BIM 技術(shù)建立三維模型進(jìn)行碰撞檢查進(jìn)行解決。具體來(lái)說(shuō)，碰撞檢查是將3D 建模后的模型進(jìn)行碰撞分析，將不同部分在三維空間中進(jìn)行比對(duì)和檢查，旨在盡早發(fā)現(xiàn)可能存在的各專(zhuān)業(yè)主管管線、支管管線、設(shè)備之間的碰撞，以避免在工程實(shí)施中發(fā)生沖突或誤差。通過(guò)BIM 技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，使得設(shè)計(jì)人員可以檢查和檢測(cè)任何直觀或密集的沖突或重疊。通過(guò)碰撞檢查，設(shè)計(jì)人員可以及早發(fā)現(xiàn)各種碰撞問(wèn)題，為工程建設(shè)提供了提前糾正的依據(jù)。通過(guò)此技術(shù)的應(yīng)用，可以避免在實(shí)施過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題，減少了重復(fù)計(jì)劃和修改的發(fā)生，節(jié)約了時(shí)間和費(fèi)用。同時(shí)，還可以更好地保證生物醫(yī)藥廠房建造的安全性和效率。此外，使用BIM 技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查還可以提高設(shè)計(jì)人員對(duì)生物醫(yī)藥廠房的整體認(rèn)知和理解。通過(guò)建立3D 模型并進(jìn)行碰撞檢查，設(shè)計(jì)人員可以更好地掌握不同部分之間的空間關(guān)系和相互作用，更好地理解整個(gè)建筑的結(jié)構(gòu)和設(shè)備布局，這種全局視角有助于設(shè)計(jì)人員更好地控制各個(gè)部分的協(xié)同工作，為生產(chǎn)裝置的高效運(yùn)行提供支持。
3.3成本預(yù)測(cè)
BIM 技術(shù)可以結(jié)合成本信息模塊，實(shí)現(xiàn)工程預(yù)算自動(dòng)化，較為準(zhǔn)確地計(jì)算成本和資源需求。通過(guò)模擬和分析各種設(shè)計(jì)方案的成本效益，從而制定更符合預(yù)算的設(shè)計(jì)方案。
3.4物料管理
BIM 技術(shù)可以準(zhǔn)確地計(jì)算所需的建筑材料數(shù)量，并實(shí)時(shí)查看材料在采購(gòu)、交付和安裝方面的狀態(tài)。
3.5模塊化施工
模塊化的施工可以提高施工效率、降低成本，減少資源浪費(fèi)和環(huán)境污染。
3.5.1 模型設(shè)計(jì)
BIM 可以提供詳細(xì)的建筑模型，能確保模塊化構(gòu)建的尺寸、布局和結(jié)構(gòu)等方面的準(zhǔn)確性。
3.5.2 工廠預(yù)制
BIM 可以將建筑模型導(dǎo)入工廠生產(chǎn)線中，自動(dòng)化生成預(yù)制構(gòu)件的加工和裝配程序，并進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃和物流管理。
3.5.3 安裝
BIM 可以協(xié)調(diào)各個(gè)供應(yīng)商和承包商的工作，確保預(yù)制構(gòu)件的準(zhǔn)確性和時(shí)效性。此外，BIM 在安裝過(guò)程中提供建筑物的詳細(xì)信息，包括模塊化構(gòu)件的位置和連接方式。
3.6施工管理
在施工過(guò)程中，BIM 技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)視施工進(jìn)度、審核質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)并追溯問(wèn)題。BIM 能夠提供即時(shí)的項(xiàng)目進(jìn)度和質(zhì)量控制，幫助施工人員檢查現(xiàn)場(chǎng)施工的情況，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，從而保證施工進(jìn)度和質(zhì)量。BIM 技術(shù)還可以提供精細(xì)化的施工計(jì)劃，并將其與模型相結(jié)合，這有助于提高施工的安全性和效率，并減少延誤和降低成本，減少人為失誤的發(fā)生。借助BIM 技術(shù)，建筑施工過(guò)程變得更加透明和高效。
3.7實(shí)例
以某新型冠狀病毒疫苗生產(chǎn)車(chē)間為例，從項(xiàng)目開(kāi)工到竣工移交并投入使用，工期僅有6 個(gè)月，為了盡快完成施工，需在設(shè)計(jì)階段壓縮時(shí)間，并在施工前完成BIM設(shè)計(jì)，針對(duì)時(shí)間緊任務(wù)重，設(shè)計(jì)人員首先對(duì)空間進(jìn)行了分層規(guī)劃，最上一層為排水、雨水、消防、上噴管層、其次風(fēng)管、排煙、橋架，最下一層為工藝?yán)鋬鏊⒔o水、蒸汽管層，經(jīng)碰撞檢查滿足使用要求。
其次，在動(dòng)力機(jī)房的施工過(guò)程中，雖設(shè)備數(shù)量眾多但型號(hào)類(lèi)似，因此，整個(gè)動(dòng)力站采用了模塊化的施工，在土建還未施工完畢時(shí)，已提前預(yù)制了設(shè)備前后的閥組及連接管，土建施工完畢，直接進(jìn)廠安裝，減少了人員窩工，且經(jīng)過(guò)BIM 優(yōu)化，使得機(jī)房整體布局合理美觀，如圖1、圖2，動(dòng)力機(jī)房施工前后的對(duì)比照。
圖1 動(dòng)力機(jī)房局部BIM 圖
圖2 動(dòng)力機(jī)房局部完工后
4、結(jié)語(yǔ)
BIM 技術(shù)的應(yīng)用也將促進(jìn)生物制藥廠房施工整個(gè)生命周期的管理和控制，從設(shè)計(jì)、施工直至運(yùn)營(yíng)和維護(hù)，實(shí)現(xiàn)全程數(shù)字化和信息化管理，提高生產(chǎn)效率、降低成本，同時(shí)，也提高了廠房的安全性和可靠性，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和人員安全。未來(lái)，BIM 技術(shù)將在生物制藥可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮更重要的作用。
