BIM 技術(shù)在水處理與選煤廠項(xiàng)目的應(yīng)用探索

別銅選

（中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安）

概述

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是歐特克公司在2002 年率先提出，已經(jīng)在全球范圍內(nèi)得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可，它可以幫助實(shí)現(xiàn)建筑信息的集成，從建筑的設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行直至建筑全壽命周期的終結(jié)，各種信息始終整合于一個(gè)三維模型信息數(shù)據(jù)庫(kù)中，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、施工單位、設(shè)施運(yùn)營(yíng)部門(mén)和業(yè)主等各方人員可以基于BIM 進(jìn)行協(xié)同工作，有效提高工作效率、節(jié)省資源、降低成本，以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[1]。

中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司（原名煤炭工業(yè)部西安設(shè)計(jì)研究院）成立于1954 年9 月1 日，隸屬于中國(guó)中煤能源集團(tuán)有限公司，是一家以煤炭市場(chǎng)為主、非煤和海外市場(chǎng)并進(jìn)，勘察設(shè)計(jì)、工程總承包、工程技術(shù)咨詢(xún)服務(wù)三大支柱業(yè)務(wù)協(xié)同發(fā)展，為工程項(xiàng)目提供全生命周期服務(wù)的大型綜合勘察設(shè)計(jì)企業(yè)。

2016 年8 月底，中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司下發(fā)《關(guān)于成立公司BIM 技術(shù)應(yīng)用中心的通知（西煤設(shè)技術(shù)[2016]37 號(hào)）》，正式成立由主要領(lǐng)導(dǎo)牽頭的BIM 技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)導(dǎo)小組及BIM 技術(shù)應(yīng)用中心，中心主要負(fù)責(zé)以下5 個(gè)方面的工作：

（1）建筑、市政、電力、選煤4 個(gè)業(yè)務(wù)方面BIM技術(shù)應(yīng)用的規(guī)劃；

（2）BIM 軟硬件平臺(tái)的搭建；

（3）BIM 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的建立；

（4）現(xiàn)有設(shè)計(jì)軟件的利用與聯(lián)合開(kāi)發(fā)；

（5）公司重大項(xiàng)目BIM 模型的建立。

1 軟件選型

BIM 技術(shù)應(yīng)用中心成立后，立即著手進(jìn)行BIM 技術(shù)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用情況的調(diào)研，先后走訪(fǎng)了全國(guó)各地的10余家應(yīng)用BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)單位（見(jiàn)圖1）。行業(yè)范圍涵蓋了民用建筑、石油、化工、電力、冶金等不同領(lǐng)域。通過(guò)與使用單位面對(duì)面的交流，初步了解了BIM 技術(shù)在工程設(shè)計(jì)行業(yè)中應(yīng)用的情況，也對(duì)不同企業(yè)BIM 技術(shù)在發(fā)展過(guò)程中遇到的各種困難有了一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。

圖1 BIM 應(yīng)用情況前期調(diào)研公司

根據(jù)前期BIM 技術(shù)應(yīng)用考察結(jié)果及與兄弟單位、軟件廠商、應(yīng)用項(xiàng)目單位的多次交流情況，并結(jié)合公司設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)實(shí)際情況，BIM 技術(shù)應(yīng)用中心編寫(xiě)了《中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司三維協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)招標(biāo)技術(shù)要求》，并與中煤招標(biāo)公司通力協(xié)作，完成了BIM 軟件平臺(tái)的公開(kāi)招標(biāo)工作。經(jīng)過(guò)公開(kāi)招標(biāo)，我公司BIM 軟件平臺(tái)中標(biāo)軟件為法國(guó)達(dá)索系統(tǒng)（Dassault Systemes）系列BIM 軟件。

2 水處理項(xiàng)目BIM 應(yīng)用探索

2.1 項(xiàng)目背景

中天合創(chuàng)礦井水深度處理項(xiàng)目總投資70 229.92 萬(wàn)元，全部為環(huán)保投資，項(xiàng)目設(shè)計(jì)處理規(guī)模72 000 m3/d，主要處理中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司門(mén)克慶、葫蘆素煤礦及母杜柴登煤礦產(chǎn)生的礦井水，處理后的中水全部供給中天合創(chuàng)能源有限責(zé)任公司煤炭深加工示范項(xiàng)目用于生產(chǎn)用水。本項(xiàng)目主工藝流程分為脫鹽、二次濃縮及蒸發(fā)結(jié)晶分鹽三個(gè)環(huán)節(jié)；脫鹽處理工藝為：高效沉淀池+V型濾池+超濾+反滲透。該工藝對(duì)原水進(jìn)行脫鹽處理，產(chǎn)生的清水（產(chǎn)品水）回用于中天合創(chuàng)煤炭深加工示范項(xiàng)目廠區(qū)生產(chǎn)用水，產(chǎn)生的濃鹽水進(jìn)入后續(xù)二次濃縮工藝環(huán)節(jié)。二次濃縮處理工藝為：澄清脫水+高效反滲透。該工藝對(duì)前段脫鹽處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的濃鹽水進(jìn)行二次濃縮，產(chǎn)生的清水（產(chǎn)品水）回用于中天合創(chuàng)煤炭深加工示范項(xiàng)目廠區(qū)生產(chǎn)用水，產(chǎn)生的超濃鹽水進(jìn)入后續(xù)的蒸發(fā)結(jié)晶分鹽工藝環(huán)節(jié)。蒸發(fā)結(jié)晶分鹽為催化氧化+MVR 蒸發(fā)濃縮+硫酸鈉雙效蒸發(fā)結(jié)晶+超濾納濾+氯化鈉雙效蒸發(fā)結(jié)晶+雜鹽干化。該工藝對(duì)前段二次濃縮處理環(huán)節(jié)產(chǎn)生的超濃鹽水進(jìn)行再次蒸發(fā)濃縮，產(chǎn)生硫酸鈉結(jié)晶鹽、并對(duì)硫酸鈉結(jié)晶母液進(jìn)行膜分離，產(chǎn)生氯化鈉結(jié)晶鹽。

2.2 目標(biāo)與方案

建設(shè)目標(biāo)：本項(xiàng)目為我公司BIM 一期導(dǎo)航項(xiàng)目，我們?cè)陧?xiàng)目實(shí)施初期就定下了“緊扣工程設(shè)計(jì)、探索服務(wù)價(jià)值”的總體目標(biāo)，首先是驗(yàn)證軟件平臺(tái)功能及負(fù)載能力，試驗(yàn)設(shè)計(jì)輸出圖紙和報(bào)表的方法，然后是尋找提高設(shè)計(jì)效率的手段，規(guī)范各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的方法和流程，在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行BIM 信息模型延伸應(yīng)用的探索。

建設(shè)方案：BIM 整體解決方案包含協(xié)同設(shè)計(jì)、仿真分析、運(yùn)行維護(hù)3 個(gè)方面，通過(guò)項(xiàng)目和數(shù)據(jù)管理使解決方案保持?jǐn)?shù)據(jù)和信息一致，全部呈現(xiàn)于達(dá)索3DExperience 平臺(tái)中，實(shí)現(xiàn)BIM 技術(shù)在項(xiàng)目全生命周期中的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，基于達(dá)索3DExperience平臺(tái)，采用自上而下的項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程管理，完成整個(gè)項(xiàng)目的BIM 設(shè)計(jì)（見(jiàn)圖2）。

圖2 中天合創(chuàng)水處理站BIM 整體解決方案

2.3 流程與應(yīng)用

建設(shè)流程：定義整體業(yè)務(wù)流程（見(jiàn)圖3），首先是進(jìn)行項(xiàng)目合作區(qū)的創(chuàng)建，定義項(xiàng)目參與成員，分配項(xiàng)目管理及設(shè)計(jì)權(quán)限，錄入項(xiàng)目基本信息。接下來(lái)，創(chuàng)建項(xiàng)目整體結(jié)構(gòu)樹(shù)，關(guān)聯(lián)相關(guān)設(shè)計(jì)資料、規(guī)范、文檔，不同層級(jí)的節(jié)點(diǎn)由不同專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人進(jìn)行創(chuàng)建。分配各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)需要使用的資源，對(duì)需要使用的新資源進(jìn)行創(chuàng)建。對(duì)于部分非標(biāo)設(shè)備和系列設(shè)備進(jìn)行參數(shù)化建模和知識(shí)工程模板創(chuàng)建。

圖3 中天合創(chuàng)水處理站BIM 出圖探索

整體設(shè)計(jì)采用裝配方式，設(shè)備按專(zhuān)業(yè)組裝為系統(tǒng)并裝配于建筑內(nèi)，建筑裝配于場(chǎng)地內(nèi)，層級(jí)劃分清晰，父子級(jí)關(guān)系明確，便于使用和維護(hù)。設(shè)計(jì)結(jié)果可在平臺(tái)內(nèi)進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染，輸出設(shè)計(jì)方案效果。根據(jù)國(guó)家現(xiàn)行規(guī)范和圖集，結(jié)合公司自身設(shè)計(jì)使用實(shí)際，并考慮到后期運(yùn)維使用的要求，對(duì)不同類(lèi)型的設(shè)備進(jìn)行屬性的客制化自定義。在模型中對(duì)不同層級(jí)進(jìn)行各類(lèi)型資料和文檔關(guān)聯(lián)，便于設(shè)計(jì)、應(yīng)用、運(yùn)維中快速使用和查詢(xún)[2]。

應(yīng)用探索：針對(duì)本次項(xiàng)目，結(jié)合三維模型，我們進(jìn)行了施工仿真應(yīng)用以及二位出圖的探索。其中施工仿真采用達(dá)索DELMIA 軟件，基于特有的PPR 結(jié)構(gòu)對(duì)廠區(qū)進(jìn)行施工模擬，首先針對(duì)廠區(qū)模型根據(jù)裝配流程重新定義裝配體，再根據(jù)施工計(jì)劃定義施工工藝，最后定義施工所需的資源（材料、設(shè)備），輸出施工進(jìn)度規(guī)劃甘特圖。

另外，對(duì)于二維出圖部分我們進(jìn)行了一些探索，利用軟件本身功能能夠?qū)崿F(xiàn)，而且圖紙與三維模型是關(guān)聯(lián)的，但是出圖完成度不夠高，需要定制的內(nèi)容比較多，還需要進(jìn)行一些二次開(kāi)發(fā)的工作（見(jiàn)圖3）。

3 選煤廠BIM應(yīng)用探索

3.1 項(xiàng)目背景

基于一期水處理項(xiàng)目上BIM 應(yīng)用的積累，在二期BIM 應(yīng)用依托項(xiàng)目上，我們選擇了選煤廠業(yè)務(wù)。

某選煤廠項(xiàng)目，是山西中煤華晉某煤礦大型綜合項(xiàng)目的四個(gè)子項(xiàng)目之一，位于山西省河津市固鎮(zhèn)某村西側(cè)，緊鄰209 國(guó)道，距河津市約13 km，公路交通便利。某選煤廠改擴(kuò)建工程項(xiàng)目在現(xiàn)有工業(yè)場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行，擴(kuò)建主廠房擴(kuò)建生產(chǎn)能力400 萬(wàn)噸/年，擴(kuò)建后選煤廠生產(chǎn)能力達(dá)到800 萬(wàn)噸/年，對(duì)進(jìn)一步擴(kuò)大選煤廠的洗選產(chǎn)能，滿(mǎn)足市場(chǎng)對(duì)煉焦煤的需求，促進(jìn)企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展有著重要的意義。

3.2 目標(biāo)與方案

建設(shè)目標(biāo)：我公司2018 年完成了一期導(dǎo)航項(xiàng)目，對(duì)三維軟件的翻模和達(dá)索軟件的驗(yàn)證工作，目前正在進(jìn)行BIM 正向設(shè)計(jì)探索工作。梳理BIM 正向設(shè)計(jì)的方法，創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備庫(kù)和工程模板，探索不同專(zhuān)業(yè)的屬性擴(kuò)展工作及模型與動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)方法。

建設(shè)方案：我公司采用達(dá)索系統(tǒng)進(jìn)行BIM 正向設(shè)計(jì)，并形成選煤廠BIM 整體解決方案，設(shè)計(jì)全生命周期在3DE 平臺(tái)進(jìn)行管理，各專(zhuān)業(yè)采用CATIA 進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)，采用Simulia 進(jìn)行專(zhuān)業(yè)計(jì)算仿真，采用Delimia 進(jìn)行施工方案模擬，項(xiàng)目及設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采用ENOVIA 進(jìn)行管理。

3.3 流程與應(yīng)用

BIM 正向設(shè)計(jì)的流程為：設(shè)計(jì)策劃-合作區(qū)創(chuàng)建-項(xiàng)目搭建-任務(wù)分解-結(jié)構(gòu)樹(shù)搭建-設(shè)備庫(kù)創(chuàng)建-定位布置設(shè)計(jì)-協(xié)同設(shè)計(jì)-詳細(xì)設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)成果（見(jiàn)圖4）。

圖4 BIM 正向設(shè)計(jì)流程

3.4 BIM 應(yīng)用探索

3.4.1 設(shè)備庫(kù)的建立

創(chuàng)建設(shè)備庫(kù)和設(shè)計(jì)工程模板，將各專(zhuān)業(yè)的設(shè)備統(tǒng)一管理，便于選煤方案布置階段設(shè)備的快速調(diào)用和布置，以及非標(biāo)的快速布置，提高選煤方案布置階段的工作效率。搭建好的設(shè)備庫(kù)也有利于后期其他投標(biāo)項(xiàng)目的BIM 模型快速搭建，快速形成投標(biāo)方案。

3.4.2 多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

主導(dǎo)專(zhuān)業(yè)方案布置確定后，發(fā)布設(shè)計(jì)方案，各專(zhuān)業(yè)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)權(quán)限開(kāi)始協(xié)同設(shè)計(jì)。所有三維正向設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)都在同一平臺(tái)上，保證了數(shù)據(jù)源的唯一性。各專(zhuān)業(yè)之間可即時(shí)查看所有模型的最新?tīng)顟B(tài)，減少設(shè)計(jì)中的協(xié)調(diào)時(shí)間。

3.4.3 二三維校驗(yàn)

在項(xiàng)目BIM 正向設(shè)計(jì)過(guò)程中，各專(zhuān)業(yè)將三維布置設(shè)計(jì)和二維系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的各個(gè)單元一一對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)起來(lái)。階段設(shè)計(jì)結(jié)束后，進(jìn)行二三維校驗(yàn)，查漏補(bǔ)缺，檢查錯(cuò)誤，使設(shè)計(jì)系統(tǒng)與布置相統(tǒng)一，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，并且便于后期設(shè)計(jì)進(jìn)行修改。

3.4.4 設(shè)計(jì)碰撞檢查

基于達(dá)索3DE 平臺(tái)在各專(zhuān)業(yè)之間展開(kāi)并行協(xié)同設(shè)計(jì)，在保證各專(zhuān)業(yè)基于單一數(shù)據(jù)源進(jìn)行并行設(shè)計(jì)的前提下，也保證互相之間的數(shù)據(jù)不影響，避免出現(xiàn)誤操作和保存等問(wèn)題。在開(kāi)展并行設(shè)計(jì)的同時(shí)，能即時(shí)查看其他專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)查看相對(duì)空間位置，定期進(jìn)行碰撞及干涉分析，提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并進(jìn)行處理，將各類(lèi)碰撞問(wèn)題在設(shè)計(jì)階段就解決掉。

3.4.5 模型動(dòng)態(tài)屬性展示

基于3DE 平臺(tái)對(duì)模型進(jìn)行屬性擴(kuò)展，將模型相關(guān)信息輸入到對(duì)應(yīng)模型中，在設(shè)計(jì)完成后，可根據(jù)需要，對(duì)模型的靜態(tài)或者動(dòng)態(tài)屬性進(jìn)行即時(shí)展示。此項(xiàng)功能可為后期選煤廠數(shù)字化運(yùn)維提供實(shí)施基礎(chǔ)。

3.4.6 數(shù)字孿生技術(shù)探索

項(xiàng)目基于參數(shù)化設(shè)計(jì)的模型以及設(shè)計(jì)規(guī)則控制，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)控制模型調(diào)整，模型中顯示也會(huì)通過(guò)不同顏色進(jìn)行反映（見(jiàn)圖5）。系統(tǒng)通過(guò)讀取現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)，并自動(dòng)同步到三維設(shè)計(jì)平臺(tái)中與模型中屬性信息一一對(duì)應(yīng)，將現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際數(shù)據(jù)與模型數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，并在窗口中進(jìn)行動(dòng)態(tài)展示?，F(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)更新時(shí)，窗口中可直接顯示最新的設(shè)備信息，當(dāng)變化達(dá)到或超出設(shè)計(jì)預(yù)設(shè)的警告閾值時(shí)，窗口會(huì)自動(dòng)彈出警告提示，便于掌握現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)狀況，并及時(shí)給出問(wèn)題解決方案。

圖5 數(shù)字孿生技術(shù)探索

4 未來(lái)規(guī)劃

公司將以BIM 技術(shù)應(yīng)用為基礎(chǔ)，結(jié)合行業(yè)特點(diǎn)，利用智能化礦山建設(shè)的歷史機(jī)遇，將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、智能化裝備等先進(jìn)的技術(shù)、理念、設(shè)備與BIM 技術(shù)相結(jié)合，以保障安全高效生產(chǎn)為切入點(diǎn)，建立以BIM 模型為載體的數(shù)字孿生工程，實(shí)現(xiàn)數(shù)字工程和現(xiàn)實(shí)工程一體兩面，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目后續(xù)的管理、運(yùn)維數(shù)字化[3]。