BIM技術(shù)在濕法冶金項(xiàng)目上的應(yīng)用

池文榮

(中國(guó)恩菲工程技術(shù)有限公司，北京 100038)

0 引言

BIM即Building Information Model，全稱(chēng)建筑信息模型，是以三維數(shù)字化信息模型為基礎(chǔ)，可以集成各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型[1]。通過(guò)將項(xiàng)目上諸如功能、要求等各種數(shù)字化信息整合至三維模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的全生命周期管理。強(qiáng)化了項(xiàng)目全生命周期中信息的共享和傳遞，便于相關(guān)人員對(duì)各種信息做出正確地反饋和應(yīng)對(duì)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮著重要作用[1-2]，在設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)等方面具有極大的優(yōu)勢(shì)。

近年來(lái)，伴隨濕法冶金行業(yè)快速發(fā)展，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量變的愈發(fā)重要。BIM技術(shù)相對(duì)于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)具有較大的優(yōu)勢(shì)，特別在可視性、概括性、配置的合理性及材料統(tǒng)計(jì)的準(zhǔn)確性、各專(zhuān)業(yè)工作的協(xié)調(diào)同步性等方面[3]，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目的可視化、設(shè)計(jì)資源的共享化、設(shè)計(jì)的精細(xì)化，達(dá)到減少工程變更、方便運(yùn)營(yíng)管理的目的[4]。BIM的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)可以極大促進(jìn)濕法冶金工程設(shè)計(jì)的發(fā)展。目前BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)濕法冶金設(shè)計(jì)中運(yùn)用較少，還有較大的發(fā)展空間。

1 項(xiàng)目背景和BIM目標(biāo)

1.1 項(xiàng)目背景

貴州紫金礦業(yè)水銀洞金礦450 t/d預(yù)氧化技改項(xiàng)目是國(guó)內(nèi)濕法冶金第一次、世界第二次采用加壓浸出技術(shù)處理復(fù)雜金精礦，項(xiàng)目設(shè)計(jì)壓力世界最高，在世界黃金冶煉行業(yè)，具有極強(qiáng)的先導(dǎo)效應(yīng)。

項(xiàng)目的主要特點(diǎn)是物料高硫高砷、設(shè)計(jì)壓力大、設(shè)計(jì)溫度高，導(dǎo)致蒸汽、氧氣、礦漿等壓力管道多，2205不銹鋼、2507不銹鋼、鈦材等特材耗量大，高壓設(shè)備、管道對(duì)工程設(shè)計(jì)的精度要求較高等問(wèn)題。為了滿(mǎn)足項(xiàng)目要求，該濕法加壓浸出項(xiàng)目采用BIM技術(shù)。

1.2 BIM技術(shù)目標(biāo)

本項(xiàng)目采用BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了以下目標(biāo)：(1)完成并優(yōu)化項(xiàng)目土建載荷計(jì)算、廠(chǎng)房設(shè)計(jì)和工藝、熱工等專(zhuān)業(yè)的設(shè)備建模及配置。(2)完成了各專(zhuān)業(yè)的管道配置、碰撞檢查、管路優(yōu)化，形成管道圖、單管圖、管道支架表等成果。(3)模擬安裝過(guò)程，對(duì)結(jié)構(gòu)件的預(yù)制及部分設(shè)備的模塊化起到支撐作用，減少投資、縮短工期。

2 組織構(gòu)架及平臺(tái)

2.1 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

BIM團(tuán)隊(duì)是項(xiàng)目實(shí)施的基礎(chǔ)，合理的人員配置，可以極大地減少溝通成本，保證項(xiàng)目快速、高效地運(yùn)行。同時(shí)，可以避免設(shè)計(jì)過(guò)程中缺項(xiàng)、漏項(xiàng)等問(wèn)題。因此，在BIM設(shè)計(jì)中，要優(yōu)先確定設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)構(gòu)成和團(tuán)隊(duì)成員管理邏輯。

圖1介紹了本項(xiàng)目BIM團(tuán)隊(duì)構(gòu)成，主要包括管理團(tuán)隊(duì)、設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、輔助支持團(tuán)隊(duì)。其中，管理團(tuán)隊(duì)由項(xiàng)目經(jīng)理、設(shè)計(jì)經(jīng)理、進(jìn)度經(jīng)理、文控經(jīng)理、BIM經(jīng)理組成。設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)包括工藝、土建、暖通、水道、電力、電信、儀表、管網(wǎng)等各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員。輔助支持團(tuán)隊(duì)包括設(shè)備建模、人員培訓(xùn)及技術(shù)支持的人員。

圖1 BIM團(tuán)隊(duì)構(gòu)成圖

項(xiàng)目經(jīng)理對(duì)項(xiàng)目整體實(shí)施負(fù)責(zé)，設(shè)計(jì)經(jīng)理在進(jìn)度經(jīng)理、文控經(jīng)理和BIM經(jīng)理協(xié)助下，管理各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)管理邏輯，如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)管理邏輯

2.2 BIM平臺(tái)

BIM平臺(tái)是指在項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員或者項(xiàng)目管理人員使用的協(xié)同平臺(tái)、計(jì)算平臺(tái)和管理平臺(tái)。BIM平臺(tái)是項(xiàng)目實(shí)施依托，設(shè)計(jì)人員在一個(gè)共同的平臺(tái)上協(xié)同設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新，相互參照，避免了由于各專(zhuān)業(yè)之間信息傳遞的延宕，帶來(lái)的如不同專(zhuān)業(yè)之間管道碰撞、設(shè)備碰撞等問(wèn)題。管理人員也可通過(guò)BIM平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目成員和項(xiàng)目進(jìn)度，實(shí)施精細(xì)化管理。BIM平臺(tái)主要包括協(xié)同平臺(tái)、計(jì)算平臺(tái)、設(shè)計(jì)平臺(tái)。

本項(xiàng)目的協(xié)同平臺(tái)主要是基于Bentley Project Wise系統(tǒng)，Project Wise是Bentley公司的一款產(chǎn)品。具有良好的兼容性和協(xié)同性等特點(diǎn)，可與常見(jiàn)設(shè)計(jì)軟件集成，管理和維護(hù)較為簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)多平臺(tái)協(xié)同工作[5]。項(xiàng)目管理、設(shè)計(jì)等工作都在該平臺(tái)上進(jìn)行。設(shè)計(jì)人員將設(shè)計(jì)文件上傳至平臺(tái)中，可隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)該文件讀、寫(xiě)、保存等操作。其他專(zhuān)業(yè)也可通過(guò)參考該文件，實(shí)時(shí)共享，極大的方便設(shè)計(jì)工作的開(kāi)展。管理人員通過(guò)用戶(hù)權(quán)限管理和文件權(quán)限管理，保證了文件安全性。管理人員還可在Project Wise平臺(tái)上，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度實(shí)時(shí)監(jiān)督，有效地提升了管理效率。

本項(xiàng)目的計(jì)算平臺(tái)主要包括：用于工藝計(jì)算的METSIM、土建計(jì)算的盈建科、管道校核計(jì)算的CASER II。METSIM是一個(gè)工藝模擬軟件，該軟件擁有了大量的化學(xué)反應(yīng)熱力學(xué)數(shù)據(jù)，可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中反應(yīng)過(guò)程，進(jìn)行物料和熱量衡算[6]，工藝工程師采用METSIM軟件，對(duì)工藝進(jìn)行模擬，方便了工藝參數(shù)選擇和設(shè)備選型。盈建科軟件是一套集成化建筑結(jié)構(gòu)輔助設(shè)計(jì)軟件，包括結(jié)構(gòu)建模、基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等功能。CASER II是用于管道應(yīng)力計(jì)算的軟件，通過(guò)CASER II軟件，對(duì)高壓、高溫管道進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，節(jié)約了投資，保證了設(shè)計(jì)質(zhì)量。

本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)平臺(tái)主要是Microstation、Openplant、GEOPAK軟件。工程師通過(guò)使用Microstation軟件對(duì)設(shè)備進(jìn)行建模，設(shè)備模型更加細(xì)致、精確。Openplant軟件則主要用于管道專(zhuān)業(yè)進(jìn)行管道建模，該軟件可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)碰撞檢查、自動(dòng)出圖、操作簡(jiǎn)單。GEOPAK是土木工程設(shè)計(jì)軟件，具有涵蓋范圍廣、側(cè)重于應(yīng)用等特點(diǎn)，提高了結(jié)構(gòu)、建筑工程師的工作效率。

3 BIM在項(xiàng)目實(shí)施階段的應(yīng)用

BIM在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，主要流程為：參數(shù)化分析—初始建模和配置—?jiǎng)討B(tài)切圖—返設(shè)備資料—修改模型—管道設(shè)計(jì)及碰撞檢查—修改圖面—批量出圖。

在本項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，通過(guò)參數(shù)化分析，對(duì)加壓浸出工藝進(jìn)行模擬、對(duì)車(chē)間土建設(shè)施進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，完成工藝設(shè)備、土建梁板的選型工作。初始建模和配置階段要求設(shè)備、土建專(zhuān)業(yè)等專(zhuān)業(yè)的模型帶有基本尺寸信息，并且完成設(shè)備和土建基本配置方案。動(dòng)態(tài)切圖的主要目的是用于初始文件評(píng)審和交付。當(dāng)收到設(shè)備資料后，進(jìn)一步修改、細(xì)化各專(zhuān)業(yè)三維模型。同時(shí)，開(kāi)展管道配置工作，并且對(duì)管道進(jìn)行碰撞檢查。項(xiàng)目最后工作是修改圖面，批量出圖。

在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，參數(shù)化分析、模型的建立和管道碰撞檢查工作極為重要。

3.1 參數(shù)化分析

項(xiàng)目的參數(shù)化分析主要包括反應(yīng)流程模擬、應(yīng)力計(jì)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算等，是項(xiàng)目順利實(shí)施的可靠保證。采用METSIM軟件進(jìn)行工藝計(jì)算，對(duì)整個(gè)反應(yīng)流程進(jìn)行了模擬，為設(shè)備選型、工藝配置等提供了依據(jù)。采用CASER II軟件對(duì)管道進(jìn)行應(yīng)力校核，避免壓力管道出現(xiàn)應(yīng)力集中，確保設(shè)計(jì)質(zhì)量。盈建科軟件則為結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算，為土建工作的開(kāi)展提供了極大的便利。本項(xiàng)目METSIM工藝計(jì)算圖，如圖3所示。

圖3 METSIM工藝計(jì)算圖

3.2 模型的建立

模型的建立是三維設(shè)計(jì)的基本前提。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)優(yōu)先完成設(shè)備建模和項(xiàng)目初始的三維配置方案。三維模型的建立，可以生動(dòng)、準(zhǔn)確、清晰地將一些數(shù)字或文字，通過(guò)三維表現(xiàn)出來(lái)。

三維模型深度取決于項(xiàng)目實(shí)施階段和用戶(hù)的要求，施工圖階段需要體現(xiàn)設(shè)備的外形、管口等基本信息，以便避免出現(xiàn)碰撞或者管口安裝錯(cuò)位等問(wèn)題。當(dāng)需要突出展示三維效果的用戶(hù)來(lái)說(shuō)，通過(guò)細(xì)化其中的三維模型，以便更好地表達(dá)三維立體效果，需要強(qiáng)調(diào)的是：模型的表述程度的差別，并不影響設(shè)備、材料統(tǒng)計(jì)[3]。本項(xiàng)目主要設(shè)備模型，如圖4所示。

圖4 主要設(shè)備模型

3.3 管道碰撞檢查

管道碰撞問(wèn)題在濕法冶金項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中較為常見(jiàn)，尤其當(dāng)一些管道帶有坡度或者出現(xiàn)較多管道交錯(cuò)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)需要根據(jù)實(shí)際情況做出調(diào)整。BIM技術(shù)的應(yīng)用為管道碰撞檢查提供了極大的便利，相對(duì)于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)而言，可以更加智能、精確、高效地完成管道碰撞檢查，避免了現(xiàn)場(chǎng)返工，減少了項(xiàng)目投資。圖5為本項(xiàng)目管道碰撞檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)的某處管道碰撞。

圖5 管道碰撞檢查

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：(1)與傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)模式相比，設(shè)計(jì)過(guò)程采用BIM技術(shù)，明顯提升了設(shè)計(jì)質(zhì)量。在模型建造過(guò)程中能夠充分發(fā)揮三維視圖的模擬作用，優(yōu)化設(shè)備及管路配置，方便了生產(chǎn)操作，對(duì)于生產(chǎn)人員的培訓(xùn)也起到了重要支持；(2)采用BIM技術(shù)還能夠校核安裝過(guò)程，在廠(chǎng)房結(jié)構(gòu)件的預(yù)制及局部區(qū)域的模塊化幫助很大，對(duì)項(xiàng)目投資能夠起到優(yōu)化的作用，且較為明顯的減少了項(xiàng)目的建設(shè)周期。

需要指出的是，由于目前采用BIM技術(shù)設(shè)計(jì)濕法冶金項(xiàng)目所涉及到的軟件較多，需要加強(qiáng)人員的培訓(xùn)，進(jìn)一步擴(kuò)大推廣范圍。