數(shù)實融合 樹立行業(yè)標桿

文｜吳付標

上海電氣環(huán)保熱電（南通）有限公司 1#、2#、3# 爐技改擴項目位于江蘇省南通市，項目規(guī)劃新建3 條垃圾焚燒機械爐排爐處理線。該項目可以提升垃圾處理量，實現(xiàn)循環(huán)利用，減少對環(huán)境的破壞。這是上海電氣首個特大型垃圾焚燒發(fā)電項目，項目建成后，每年可以處理約450 萬人產(chǎn)生的生活垃圾量，垃圾處理量每年增加 208,100 噸，從而促進可再生能源和環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。該項目總投資 13.6 億元，涉及拆除、建造、改造三部分內(nèi)容，需要在不干擾工廠現(xiàn)有工作流程的前提下，替代原廠流化床垃圾焚燒處理線。

上海市機電設計研究院有限公司（以下簡稱“上海機電”）作為該項目的設計方，面臨著協(xié)作、集成和技術等方面的挑戰(zhàn)，需要與十多個專業(yè)合作，將新設備和現(xiàn)有設備安裝在現(xiàn)有空間內(nèi)，而且項目工期緊張。項目工作范圍包括多棟單體建筑以及大量管道和設備，給設計、安裝和施工帶來一定難度，需要采用高標準才能順利交付項目。上海機電工程師劉玉平表示：“整體而言，項目事務繁瑣，具有不可預見性，設計難度極大。”

在傳統(tǒng)設計工作中，一般的查驗工作占到整個工程周期的 20%，傳統(tǒng)的二維圖紙需要人工校核和比對，容易出錯。上海機電需要創(chuàng)新、可靠的解決方案。為保證現(xiàn)有工廠平穩(wěn)運營，避免垃圾堆積、供熱斷源等問題，在“技改擴”過程中，上海機電需要處理好新舊兩廠眾多的交互面。而且項目為原址新建，可用場地非常有限，導致新建建筑單體較常規(guī)設計偏小、設備管道等工藝布置異常緊湊。為了在規(guī)定工期內(nèi)完成項目，上海機電需要簡化工作流，項目團隊同時也意識到，傳統(tǒng)二維設計可能會導致施工現(xiàn)場返工、耽誤工期，并增加不必要的成本。

為了實現(xiàn)傳統(tǒng)設計和施工的數(shù)字化，上海機電決定采用三維 BIM 流程，從而在規(guī)定工期內(nèi)順利交付項目。項目團隊創(chuàng)建了互連數(shù)據(jù)環(huán)境，開發(fā)了數(shù)字孿生模型，進行動態(tài)施工進度管理，確保材料數(shù)量準確，并優(yōu)化多個專業(yè)和業(yè)主之間的信息共享。這是上海電氣環(huán)保集團首次將 BIM技術應用在垃圾焚燒發(fā)電領域，他們需要全面、集成的技術應用程序，以實現(xiàn)協(xié)同設計、可視化和施工模擬。

數(shù)字化解決方案提升項目洞察力

上海機電在探討了幾種選項后，創(chuàng)建了基于 ProjectWise 的互連數(shù)據(jù)環(huán)境，協(xié)助多專業(yè)團隊實現(xiàn)了協(xié)同設計和數(shù)據(jù)訪問，統(tǒng)一的可視化平臺實現(xiàn)了設計和建模流程的標準化。項目團隊使用 OpenPlant Modeler 進行模塊化設計、可視化和碰撞檢查，在施工前發(fā)現(xiàn)并解決了600多處碰撞。與傳統(tǒng)二維設計相比，三維設計可涵蓋所有小型管道，增加了設計深度。

上海機電使用 OpenBuildings Designer 建立預制構件模型庫、門窗構件庫等，將其用于設計建筑物以及制定制造和施工計劃。通過嚴格的構件設計，團隊能夠進行詳細的設計分析、細化和改進。集成 Navigator 進行三維模型的移動端展示，方便查看設備、管道屬性。通過結合使用 LumenRT， 實現(xiàn)整個項目的沉浸式審查，提升了各項目參與方之間的溝通效率，并確保設計和施工同步展開。

此外，項目團隊利用三維模型和 iTwin Services 技術生成了基于云的數(shù)字孿生模型，可視化指導施工，還可以查看設備和管道的安裝進度。借助 AutoPIPE，項目團隊可以進行動、靜荷載下的管線應力計算、法蘭分析等，該軟件的三維熱碰撞檢測功能可以在管道升溫時提醒工程師管道的熱位移，通過結合使用數(shù)字孿生模型，還能實現(xiàn)工廠全生命周期管理，提升運營效率。

數(shù)字孿生樹立行業(yè)基準

數(shù)字化技術助力簡化設計和施工流程，使全廠結構更為緊湊，適應較小廠區(qū)面積，同時提升了整體質(zhì)量。通過三維建模和可視化，上海機電將空間利用率提升了65%，廠區(qū)寬度減少 5 米，節(jié)省用地900 平方米。三維BIM 流程將設計周期從兩個月縮短至45 天，設計深度增加50%。項目團隊直接從模型中提取材料數(shù)量，并利用OpenPlant Modeler 中的材料報表統(tǒng)計功能，實現(xiàn)了精確的材料統(tǒng)計，有效指導采購，為業(yè)主節(jié)省管道材料費用 200 萬元，節(jié)省了 31% 的人力成本。通過在設計過程中執(zhí)行碰撞檢查，將施工錯誤減少了 90%，整體效率提升了 80%。

數(shù)字孿生技術提供基于云端的沉浸式模型審查手段，全廠設備、管道清晰明了，施工各專業(yè)對圖紙消化時間由原來的一個月縮短至5 天。BIM技術和數(shù)字孿生技術助力優(yōu)化施工管理，將安裝工期縮短一個月。環(huán)保工程設計研究院院長馮士剛表示：“利用 Bentley 軟件開展三維正向設計，項目提前31 天投入運營，有效解決了450 萬人產(chǎn)生的生活垃圾?！?在減輕當?shù)靥盥駡鍪褂脡毫Φ耐瑫r，使 67,500 噸生活垃圾實現(xiàn)資源化。該項目作為中國首個基于數(shù)字孿生技術的垃圾焚燒發(fā)電項目，在改善城市基礎設施建設、改善環(huán)境、促進可持續(xù)發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用，為未來的行業(yè)項目樹立了標桿。