BIM技術(shù)在高溫超高壓煤氣發(fā)電改造項(xiàng)目中的應(yīng)用

曹韋韋，王艷紅，丁勇山

（中冶京誠(chéng)工程技術(shù)有限公司，北京 100176）

1 工程概況

當(dāng)前，鋼鐵企業(yè)在正常生產(chǎn)過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)品——煤氣。以往這些煤氣都被直接放散至大氣中，既造成大量的煤氣能源浪費(fèi)又污染了環(huán)境。隨著中國(guó)大力提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì)、綠色經(jīng)濟(jì)、低碳經(jīng)濟(jì)，號(hào)召節(jié)能減排，作為用能大戶的鋼鐵企業(yè)，節(jié)能顯得更為重要。將鋼鐵廠中富裕煤氣用于發(fā)電，不僅可以提高企業(yè)自發(fā)電率，減少外購(gòu)電，降低綜合能耗指標(biāo)，增長(zhǎng)企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，重要的是減少污染物排放，保護(hù)環(huán)境，具有重要的環(huán)保效益和社會(huì)效益。

河南濟(jì)源鋼鐵（集團(tuán)）有限公司原有煤氣發(fā)電均為中溫中壓汽輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組綜合發(fā)電效率僅有25%，另外隨著生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大，煤氣仍有部分放散。80 MW 高溫超高壓煤氣發(fā)電節(jié)能改造工程建設(shè)，是將原有低效中溫中壓發(fā)電機(jī)組拆除，在原地狹小、有限的總圖空間規(guī)劃新建全新80 MW高溫超高壓一次再熱汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，265 t/h 高溫超高壓鍋爐，超低排放脫硫系統(tǒng)，升壓并網(wǎng)設(shè)施以及化水、循環(huán)水等配套設(shè)施。通過回收廠區(qū)高爐煤氣進(jìn)行發(fā)電，從而減少煤氣放散污染，轉(zhuǎn)化為再利用能源，達(dá)到節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境的目的。工藝流程見圖1。

2 BIM功能應(yīng)用

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)在電廠建設(shè)全過程中能夠提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，BIM 核心在于數(shù)據(jù)信息的真實(shí)性、完整性以及系統(tǒng)性，BIM數(shù)字化交付系統(tǒng)利用計(jì)算機(jī)技術(shù)及三維技術(shù)，完成設(shè)計(jì)期、建設(shè)期數(shù)據(jù)的集成，將三維模型與系統(tǒng)圖、布置圖等設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以及設(shè)備、施工、監(jiān)理、調(diào)試等數(shù)據(jù)建立起關(guān)聯(lián)，通過瀏覽器實(shí)現(xiàn)快捷的查詢、瀏覽。在電廠運(yùn)行階段可以與電廠數(shù)據(jù)庫(kù)鏈接，為電廠其他管理運(yùn)行系統(tǒng)提供必要的屬性和可視化信息。BIM 功能應(yīng)用詳見圖2。

圖1 工藝流程圖

圖2 BIM 功能應(yīng)用圖

3 工程難點(diǎn)及BIM技術(shù)重點(diǎn)

工程業(yè)主積極響應(yīng)國(guó)家“十三五”規(guī)劃要求，提倡并踐行節(jié)能減排理念，要求工程盡早投產(chǎn)。鑒于此，設(shè)計(jì)面臨更高的要求和挑戰(zhàn)。

難點(diǎn)1：設(shè)計(jì)周期短，如何保證設(shè)計(jì)質(zhì)量。

難點(diǎn)2：局部空間狹小，管線排布困難，給設(shè)計(jì)和施工帶來挑戰(zhàn)。

難點(diǎn)3：參與專業(yè)多，協(xié)同設(shè)計(jì)難度大。

難點(diǎn)4：如何完成設(shè)計(jì)交付，才能有效銜接施工與運(yùn)維。

BIM 技術(shù)已經(jīng)在市政業(yè)進(jìn)行了較深入的研究及應(yīng)用，但在工廠煤氣發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用尚待進(jìn)一步全面開發(fā)應(yīng)用。河南濟(jì)源鋼鐵80MW煤氣發(fā)電項(xiàng)目全面應(yīng)用BIM技術(shù)，重點(diǎn)工作如下：

重點(diǎn)1：總設(shè)計(jì)周期由6個(gè)月縮短至4個(gè)月，需全面實(shí)現(xiàn)工藝、土建、電氣、儀表、通風(fēng)、給排水等各專業(yè)高度協(xié)同。

重點(diǎn)2：通過基于Synchro4D 施工模擬，制定合理的施工計(jì)劃，有序安排施工順序。

重點(diǎn)3：提供業(yè)主BIM 設(shè)計(jì)交付，有效銜接施工與運(yùn)維。

4 BIM的實(shí)施

基于Bentley Project Wise 協(xié)同工作平臺(tái)，BIM設(shè)計(jì)對(duì)總圖、熱力、建筑、混凝土、鋼結(jié)構(gòu)、建筑、設(shè)備、電力、給排水、通風(fēng)等十個(gè)專業(yè)，全設(shè)計(jì)過程以及不同設(shè)計(jì)平臺(tái)文件進(jìn)行有效的管控。

（1）數(shù)據(jù)中心架構(gòu)：基于企業(yè)數(shù)據(jù)中心云平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)異地實(shí)時(shí)協(xié)同辦公及工程快捷交付。

（2）BIM 模型結(jié)構(gòu)：基于PW 統(tǒng)一管理平臺(tái)，制定合理的模型結(jié)構(gòu)層級(jí)，便于各專業(yè)相互參考引用，協(xié)同完成本工程的模型設(shè)計(jì)，并可實(shí)時(shí)查詢?cè)O(shè)計(jì)進(jìn)度及檢驗(yàn)?zāi)Ｐ唾|(zhì)量。

結(jié)構(gòu)分級(jí)：總裝模型→廠區(qū)分裝→區(qū)域分裝→專業(yè)分裝→專業(yè)模型。

（3）BIM 模型：BIM 模型可重復(fù)利用，實(shí)現(xiàn)“一模多用”，可用于三維提資，應(yīng)力計(jì)算，模型出圖，三維交付。

（4）碰撞檢驗(yàn)：通過BIM 模型可進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，方便進(jìn)行設(shè)備、結(jié)構(gòu)、管道等碰撞檢查。

（5）出圖定制：模型出圖時(shí)，可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)圖框定制、線型線寬定制、文字標(biāo)注定制、簽字欄定制，施工圖深度LOD300 以上；自動(dòng)提取圖中信息，一鍵輸出材料表設(shè)備表等，自動(dòng)區(qū)分材料和設(shè)備，準(zhǔn)確控制材料量，減少費(fèi)用。

（6）數(shù)字化交付：全新三維數(shù)字化設(shè)計(jì)交付平臺(tái)，以三維數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，整合設(shè)計(jì)、采購(gòu)和施工階段相關(guān)信息、圖紙及文檔信息，形成以BIM 模型為載體的網(wǎng)狀信息模型，實(shí)現(xiàn)信息的快速查詢，用于三維設(shè)計(jì)交底、指導(dǎo)施工、業(yè)主運(yùn)維等環(huán)節(jié)。

5 BIM創(chuàng)新應(yīng)用

創(chuàng)新點(diǎn)1：應(yīng)用Eplan 開展高質(zhì)高效電氣設(shè)計(jì)：本工程實(shí)現(xiàn)電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)全數(shù)字化驅(qū)動(dòng)，完成了冶金行業(yè)電氣設(shè)計(jì)方式的革新。

創(chuàng)新點(diǎn)2：二次開發(fā)管道支吊架設(shè)計(jì)模塊：支吊架設(shè)計(jì)功能一直是行業(yè)BIM 設(shè)計(jì)中的短板，發(fā)電工程支吊架更是復(fù)雜，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)難以高質(zhì)高效完成。鑒于此，我公司基于BentleyOPSE 支吊架模塊功能，結(jié)合自身行業(yè)需求，二次開發(fā)支吊架設(shè)計(jì)軟件，完成本工程設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)模塊可應(yīng)用于管道、電纜橋架以及HVAC專業(yè)。

創(chuàng)新點(diǎn)3：圖3為我公司自主研發(fā)的全新三維數(shù)字化設(shè)計(jì)交付平臺(tái)，以三維數(shù)字化模型為基礎(chǔ)，整合設(shè)計(jì)、采購(gòu)和施工階段相關(guān)信息、圖紙及文檔信息，形成以BIM 模型為載體的網(wǎng)狀信息模型，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的快速查詢，可用于三維設(shè)計(jì)交底、指導(dǎo)施工、業(yè)主運(yùn)維等環(huán)節(jié)。

圖3 三維數(shù)字化設(shè)計(jì)交付平臺(tái)

6 BIM技術(shù)工程應(yīng)用效益

（1）設(shè)計(jì)效益

更高效：統(tǒng)一協(xié)同平臺(tái)，使信息溝通效率提高。

更優(yōu)質(zhì)：有效避免現(xiàn)場(chǎng)管道、設(shè)備、結(jié)構(gòu)等碰撞。

更安全：管道綜合應(yīng)力計(jì)算，保障管網(wǎng)安全性。

更節(jié)約：基于模型的優(yōu)化，最大限度保證工藝布置、結(jié)構(gòu)輕量化及合理性。

更精確：三維數(shù)字化正向設(shè)計(jì)，模型輸出圖紙、量單，保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。

更直觀：全新可視化交付平臺(tái)助力指導(dǎo)施工、運(yùn)維。

（2）經(jīng)濟(jì)效益

本工程采用高溫超高壓一次中間再熱發(fā)電機(jī)組，比原有發(fā)電機(jī)組效率相對(duì)提高60%以上。機(jī)組投產(chǎn)后可為企業(yè)減少外購(gòu)電量近6.2 億kWh，折噸鋼成本降低70 元，每年為用戶帶來發(fā)電收益約3.1億元。

（3）環(huán)保效益

汽輪機(jī)回?zé)嵯到y(tǒng)余能梯級(jí)利用技術(shù)，在保證鍋爐給水溫度的前提下，整合全廠余熱資源，最大限度利用廠區(qū)余熱資源，減少汽輪機(jī)回?zé)岢槠浚黾影l(fā)電量。

蒸汽零排放，將定排、連排、除氧器等設(shè)備排汽有效利用，既節(jié)約了能源，又避免“冒白煙”問題。

燃燒優(yōu)化控制：通過智能仿人工控制策略、預(yù)測(cè)控制、模糊控制、自動(dòng)尋優(yōu)和反饋校正等技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)了鍋爐在各種工況下的全自動(dòng)運(yùn)行，在實(shí)現(xiàn)最高能源利用效率的同時(shí)，極大的降低了人工成本；

煙氣脫硫除塵煙塔合一技術(shù)，煙氣排放指標(biāo)，二氧化硫≤35 mg/m3、氮氧化物≤50 mg/m3、粉塵≤5 mg/m3，達(dá)到超低排放要求。

每年累計(jì)減少高爐煤氣放散18.6 億m3，減少CO2排放64萬t。

7 結(jié)語

BIM 技術(shù)在河南濟(jì)源鋼鐵80 MW 高溫超高壓煤氣發(fā)電工程中的實(shí)際應(yīng)用，為其他相關(guān)工程領(lǐng)域BIM 技術(shù)應(yīng)用開創(chuàng)了新思路，促進(jìn)了BIM 技術(shù)推廣和創(chuàng)新應(yīng)用。實(shí)現(xiàn)數(shù)字化電廠移交，提高了數(shù)字化電廠項(xiàng)目全生命周期內(nèi)信息管理水平和深度。電子數(shù)據(jù)資料的分類、收集、整理、審批，并最終移交給運(yùn)營(yíng)維護(hù)團(tuán)隊(duì)的過程，實(shí)現(xiàn)在移交一個(gè)物理電廠的同時(shí)，移交一個(gè)數(shù)字化的電廠，并為運(yùn)維階段集成ERP、DCS等生產(chǎn)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成，為電廠運(yùn)行管理提供服務(wù)。最終實(shí)現(xiàn)面向全生命周期的“電廠數(shù)字信息資產(chǎn)管理平臺(tái)”。