BIM 技术在生物制药厂房中的应用研究

顾新华 2023-07-15

随着生物制药行业的快速发展，如何降低生产成本、提高生产效率成为企业关注的焦点。BIM 技术作为一种能够在生命周期全程实现建筑物信息协同管理的方法，成为生物制药厂房建设和维护的有效工具。针对生物医药厂房设计的基本要求及BIM 技术在生物制药厂房中的应用可以发现，BIM 技术可以提高生物制药厂房的设计效率、优化建筑过程、减少决策风险、提高建筑质量等。

生物制药厂房是一种特殊的建筑类型，在其构造和设计上必须满足严格的规定和要求，这不仅需要明确的建筑设计和环境控制，还要求其具有保障安全和保障生产的特点，以确保最终产品的质量。然而，在建筑设计和施工过程中，存在的一些问题会使得建设成本大幅增加，导致项目延误，由此造成巨大的经济损失。而BIM 技术的应用能够快速地设计出精确的建筑模型，并能够从中查看潜在的问题并予以及时解决，从而降低错误概率。

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BIM 技术概述

BIM（Building Information Modeling）是指以虚拟模型为基础，以数字技术为支撑的建筑信息化平台。该技术可以模拟出建筑物在不同时期内在造型、构造、功能等各方面涉及的信息，是集建筑设计、施工和运营于一体的全过程数字化技术。它通过数学模型来描述建筑物在不同阶段的各种信息，从而实现建筑生命周期内信息的模拟、管理和共享。

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生物制药厂房设计的基本要求

2.1

功能性和安全性

2.1.1 功能性要求

生物医药厂房需要满足生产工艺流程所需的空间布局，以确保生产流程的顺利进行。生物医药厂房的设计需要满足以下功能性要求：

（1）空间布局的合理规划，以满足生产流程和物流的需要。

（2）设备布局的合理安排，以确保设备的顺畅运转。

（3）环境控制系统的设计，如空气净化、温度控制和湿度控制等，以确保生产环境的适宜性。

（4）废物处理系统的设计和建造，以确保废物的正确处理和处置。

2.1.2 安全性要求

生物医药厂房的生产涉及生命健康和产品质量等方面的问题，因此，安全性是生物医药厂房设计的重要考虑因素，安全性要求包括以下方面：

（1）设备安全设计和安装，以消除设备运行中的危险和风险。

（2）人员安全保障措施的设置，如通道和应急通道的设计等，确保员工在生产环境中的安全。

（3）安全防护设备和系统的设计，如火灾控制和防护系统、气体检测和报警等，确保生产环境的安全。

（4）质量管理和监督体系的建立和执行，以确保生产过程的产品质量的安全与可靠性。

2.2

生产工艺要求

生产工艺是生物医药厂房设计中的重要环节，基本要求应包括以下3 个方面。

2.2.1 生产流程要求

生物医药生产的流程比较复杂，涉及各种工艺步骤，必须保证工艺流程的顺畅和高效，因此，在生物医药厂房设计中，必须考虑各个工艺的顺序、步骤和操作条件等因素，确保生产流程的高效和稳定。

2.2.2 温度、湿度、洁净度要求

生物医药厂房的生产工艺通常需要保持一定的温度、湿度和洁净度，以确保产品的质量和安全性。因此，在生物医药厂房设计中，需要考虑对空调、通风、消毒等设施的合理布局和配置，以达到温度、湿度、洁净度等要求。

2.2.3 安全预警要求

生物医药生产涉及一些危险品和有毒物质，如细菌、病毒等，要求工艺流程和设备必须安全可靠。因此，在生物医药厂房设计中，必须考虑安全性和防护性要求，包括物理、化学隔离等措施的合理设置和应对突发事件的预警系统。

2.3

环保要求

生物医药厂房设计的另一项基本要求是环保要求，其包括以下几个方面。

2.3.1 废水处理要求

生物制药过程中会产生含有细菌、病毒、蛋白质等有机物的废水，这些废水需要经过严格的处理才能排放。在设计过程中，需要考虑废水处理设施的合理布置和运行方式，以确保生产废水的安全无害。

2.3.2 废气治理要求

生物医药生产过程中，会产生大量的有害气体和微粒，如气溶胶、有机物质和细菌等，这些废气对环境和人的健康都具有一定的危害。而且，根据国家相关法律法规的规定，厂房设计必须考虑如何治理这些废气。因此，在生物医药厂房设计中，需要考虑废气治理设施的合理配置和使用效果，以期达到国家环境保护的标准要求。

2.3.3 废弃物处理要求

在生产过程中，会产生大量的废弃物和污泥，如生物制剂酵母、培养基、菌种等。这些废弃物需要加强分类，以进行有效的处理和资源再利用。因此，在设计生物医药厂房时，需要考虑废弃物的分类、收集和储存等问题，同时需要保证废弃物的处理过程符合国家环境保护的标准要求，避免污染环境和影响周边居民的生活。

2.3.4 能源利用效率要求

生物医药生产设备需要大量的电力、水和气体等能源，因此，在设计生产厂房时，需要考虑其能源利用效率。可以通过设备的优化、节能技术和再生能源的利用等方式，降低生产中的能源消耗，并减少对环境的影响。

2.3.5 环保管理要求

生物医药厂房在生产过程中要贯彻环保理念，强化环保管理工作。要制定严格的环保管理制度，建立环境质量监测和评估体系，确保生产过程中的环保要求得到有效的实施和执行。

2.4

施工周期和成本

2.4.1 施工周期

施工周期是设计生物医药厂房时需要考虑的一个重要因素。一般情况下，生物医药厂房的建设会涉及复杂的生产流程和高端的科技设备，因此，设计和建设的时间相对较长。同时，为了保证生产过程的稳定性和效率，需要对厂房施工过程进行严格的监管和管理，这也会对施工周期产生影响。因此，设计生物医药厂房时需要充分考虑施工周期，尽可能缩短建设时间，提高生产效率。

2.4.2 成本

成本是设计生物医药厂房时需要考虑的另一个重要因素。生物医药厂房的建设需要大量的资金投入，包括土地购置、建筑材料、设备采购和人员培训等方面的投入。在设计生产厂房时，需要综合考虑各种投资成本，力求使得项目投资回收期尽可能缩短，并且保证生产质量和环保要求得到有效的满足。通常，设计生物医药厂房一般会采用先进的建筑技术和材料，以确保建筑质量和厂房的安全性。同时，需要在材料的选择、设备的采购和人员的培训等方面综合考虑成本，力求在满足质量要求和环保要求的前提下控制成本。在设计生物医药厂房时，需要根据厂房的实际用途和功能，合理规划空间布局，避免无效的浪费，降低建筑成本。同时，还要考虑厂房的可持续发展问题，尽可能选用环保、节能的建筑材料和设备，减少资源的浪费和对环境的影响，提高厂房的经济效益。

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BIM 技术在生物医药厂房设计和施工中的应用

3.1

虚拟设计

根据医药厂房独特的设计要求及特点，利用BIM 技术，设计人员可以在平面图上创建精细的三维模型，将不同的工艺流程、设备配置和空间布局以虚拟的方式呈现出来，从而更好地展示整个生物医药厂房的设计方案。虚拟设计可以更直观地了解和感受到方案的实际效果理解不同方案之间的差异，并在此基础上进行比较和优化。BIM 技术将设计方案以可视化的方式呈现出来，使相关各方从不同的角度了解和理解整个项目，这种多维度的呈现方式可以让设计人员提前发现并解决潜在的问题，从而减少了项目建设过程中的风险和成本。

3.2

碰撞检查

由于生物医药厂房的结构和设备非常复杂，设计过程中难免会出现不同工艺流程和设备之间的冲突或者空间上的重叠等问题。针对此类问题，通过BIM 技术建立三维模型进行碰撞检查进行解决。具体来说，碰撞检查是将3D 建模后的模型进行碰撞分析，将不同部分在三维空间中进行比对和检查，旨在尽早发现可能存在的各专业主管管线、支管管线、设备之间的碰撞，以避免在工程实施中发生冲突或误差。通过BIM 技术进行有机的结合，使得设计人员可以检查和检测任何直观或密集的冲突或重叠。通过碰撞检查，设计人员可以及早发现各种碰撞问题，为工程建设提供了提前纠正的依据。通过此技术的应用，可以避免在实施过程中出现的问题，减少了重复计划和修改的发生，节约了时间和费用。同时，还可以更好地保证生物医药厂房建造的安全性和效率。此外，使用BIM 技术进行碰撞检查还可以提高设计人员对生物医药厂房的整体认知和理解。通过建立3D 模型并进行碰撞检查，设计人员可以更好地掌握不同部分之间的空间关系和相互作用，更好地理解整个建筑的结构和设备布局，这种全局视角有助于设计人员更好地控制各个部分的协同工作，为生产装置的高效运行提供支持。

3.3

成本预测

BIM 技术可以结合成本信息模块，实现工程预算自动化，较为准确地计算成本和资源需求。通过模拟和分析各种设计方案的成本效益，从而制定更符合预算的设计方案。

3.4

物料管理

BIM 技术可以准确地计算所需的建筑材料数量，并实时查看材料在采购、交付和安装方面的状态。

3.5

模块化施工

模块化的施工可以提高施工效率、降低成本，减少资源浪费和环境污染。

3.5.1 模型设计

BIM 可以提供详细的建筑模型，能确保模块化构建的尺寸、布局和结构等方面的准确性。

3.5.2 工厂预制

BIM 可以将建筑模型导入工厂生产线中，自动化生成预制构件的加工和装配程序，并进行生产计划和物流管理。

3.5.3 安装

BIM 可以协调各个供应商和承包商的工作，确保预制构件的准确性和时效性。此外，BIM 在安装过程中提供建筑物的详细信息，包括模块化构件的位置和连接方式。

3.6

施工管理

在施工过程中，BIM 技术可以实时监视施工进度、审核质量标准并追溯问题。BIM 能够提供即时的项目进度和质量控制，帮助施工人员检查现场施工的情况，并及时发现和解决问题，从而保证施工进度和质量。BIM 技术还可以提供精细化的施工计划，并将其与模型相结合，这有助于提高施工的安全性和效率，并减少延误和降低成本，减少人为失误的发生。借助BIM 技术，建筑施工过程变得更加透明和高效。

3.7

实例

以某新型冠状病毒疫苗生产车间为例，从项目开工到竣工移交并投入使用，工期仅有6 个月，为了尽快完成施工，需在设计阶段压缩时间，并在施工前完成BIM设计，针对时间紧任务重，设计人员首先对空间进行了分层规划，最上一层为排水、雨水、消防、上喷管层、其次风管、排烟、桥架，最下一层为工艺冷冻水、给水、蒸汽管层，经碰撞检查满足使用要求。

其次，在动力机房的施工过程中，虽设备数量众多但型号类似，因此，整个动力站采用了模块化的施工，在土建还未施工完毕时，已提前预制了设备前后的阀组及连接管，土建施工完毕，直接进厂安装，减少了人员窝工，且经过BIM 优化，使得机房整体布局合理美观，如图1、图2，动力机房施工前后的对比照。