BIM 技術(shù)在選煤廠設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

付殿宏，李 平，田廣榮，謝保保

（陜西陜煤榆北煤業(yè)有限公司榆林選煤分公司，陜西 710076）

引言

選煤廠是煤炭加工行業(yè)的重要組成部分，其設(shè)計(jì)和建設(shè)對(duì)于提高煤炭加工效率和產(chǎn)品質(zhì)量至關(guān)重要。BIM技術(shù)是一種集成的設(shè)計(jì)和管理平臺(tái)，通過(guò)數(shù)字化建筑模型的創(chuàng)建和管理，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營(yíng)各個(gè)階段的信息共享和協(xié)同工作。在選煤廠設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)不僅可以提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，還可以幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)更好地理解和分析項(xiàng)目要求，準(zhǔn)確捕捉和傳遞設(shè)計(jì)意圖。因此，研究BIM 技術(shù)在選煤廠設(shè)計(jì)中的運(yùn)用具有很高的價(jià)值意義。

1 BIM技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 信息集成與協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM 技術(shù)將建筑物生命周期內(nèi)的所有信息整合到一個(gè)統(tǒng)一的、相互關(guān)聯(lián)的三維模型中，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、維護(hù)到拆除的整個(gè)過(guò)程中信息的共享和傳遞。

1.2 三維可視化與參數(shù)化設(shè)計(jì)

BIM技術(shù)以三維模型為基礎(chǔ)，使設(shè)計(jì)師和項(xiàng)目相關(guān)人員能夠更加直觀地理解建筑空間關(guān)系、結(jié)構(gòu)布局和設(shè)備設(shè)施等元素［1］。同時(shí)，BIM 技術(shù)支持參數(shù)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師可以根據(jù)需要修改模型中的參數(shù)來(lái)快速調(diào)整建筑物的形狀、尺寸、材料等特性。這種三維可視化和參數(shù)化設(shè)計(jì)特性有助于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，并為施工人員提供更清晰的指導(dǎo)，從而使設(shè)計(jì)過(guò)程更加靈活和便捷［2］。

1.3 碰撞檢測(cè)與優(yōu)化及進(jìn)度和成本控制

BIM技術(shù)具有碰撞檢測(cè)功能，可以在設(shè)計(jì)階段自動(dòng)檢測(cè)建筑結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)備等元素之間的碰撞沖突。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以避免施工過(guò)程中的返工和浪費(fèi)，降低成本，提高施工質(zhì)量和效率。此外，BIM 技術(shù)可以實(shí)時(shí)跟蹤項(xiàng)目進(jìn)度和成本，幫助項(xiàng)目經(jīng)理更有效地進(jìn)行資源分配和進(jìn)度調(diào)整。通過(guò)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度和成本的精細(xì)化管理，可以確保項(xiàng)目按照預(yù)定的時(shí)間、成本和質(zhì)量目標(biāo)順利完成［3］。

2 BIM技術(shù)在選煤廠設(shè)計(jì)中的運(yùn)用價(jià)值

2.1 提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率

在選煤廠設(shè)計(jì)中，BIM 技術(shù)可以提供更直觀、精確的三維模型，幫助設(shè)計(jì)師和項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)更好地理解建筑物的空間關(guān)系、結(jié)構(gòu)布局和設(shè)備設(shè)施。這種可視化特性有助于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤。

2.2 促進(jìn)協(xié)同管理與溝通

BIM 技術(shù)支持多人同時(shí)在線協(xié)同設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)師、工程師、施工人員等相關(guān)人員可以在同一模型上進(jìn)行實(shí)時(shí)的討論和修改。這種協(xié)同設(shè)計(jì)特性有助于提高項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)之間的溝通效率，減少因信息傳遞不及時(shí)或溝通不暢導(dǎo)致的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和施工問(wèn)題。

2.3 提升選煤廠的運(yùn)營(yíng)維護(hù)水平

BIM技術(shù)可以為選煤廠提供完整的、相互關(guān)聯(lián)的信息模型，有助于運(yùn)營(yíng)維護(hù)團(tuán)隊(duì)更好地了解建筑物的結(jié)構(gòu)、設(shè)備設(shè)施和管線系統(tǒng)。在選煤廠的運(yùn)營(yíng)維護(hù)階段，BIM 技術(shù)可以支持故障診斷、設(shè)備更換和維修等方面的工作，從而提高運(yùn)營(yíng)維護(hù)的效率和質(zhì)量［4］。

3 傳統(tǒng)選煤廠的設(shè)計(jì)過(guò)程

3.1 初步設(shè)計(jì)階段

在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師大多根據(jù)選煤廠的煤質(zhì)特點(diǎn)、產(chǎn)品要求、生產(chǎn)能力等因素，選擇合適的選煤方法和設(shè)備。例如，對(duì)于易選煤，可以采用簡(jiǎn)單的首選或重介選煤工藝；而對(duì)于難選煤，則要采用更為復(fù)雜的浮選或聯(lián)合選煤工藝。在設(shè)備方面，傳統(tǒng)選煤廠通常采用的設(shè)備有破碎機(jī)、篩分機(jī)、磁選機(jī)、重介質(zhì)旋流器、浮選機(jī)、壓濾機(jī)等。

在初步設(shè)計(jì)階段，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要以二維技術(shù)為主。二維技術(shù)（如CAD軟件）被廣泛應(yīng)用于選煤廠的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。通過(guò)二維技術(shù)，設(shè)計(jì)師可以快速繪制選煤廠的平面布置圖、設(shè)備布置圖、管道布置圖等［5］。

3.2 施工圖設(shè)計(jì)階段

在初步設(shè)計(jì)階段完成后，設(shè)計(jì)師要將初步設(shè)計(jì)方案細(xì)化為施工圖，如圖1所示，以便施工隊(duì)伍參考和實(shí)施：（1）設(shè)備詳圖設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師要根據(jù)設(shè)備選型和規(guī)格，繪制詳細(xì)的設(shè)備詳圖，其涵蓋了設(shè)備尺寸、結(jié)構(gòu)、材料、連接方式等內(nèi)容；（2）管道布置圖設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師要根據(jù)工藝流程和設(shè)備布局，設(shè)計(jì)管道布置圖，包括管道的走向、規(guī)格、材質(zhì)、連接方式等內(nèi)容；（3）電氣與自動(dòng)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師要根據(jù)選煤廠的生產(chǎn)要求，進(jìn)行電氣與自動(dòng)化設(shè)計(jì)。比如動(dòng)力系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等內(nèi)容；（4）土建與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師要根據(jù)選煤廠的總體布局，進(jìn)行土建與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括廠房、辦公樓、道路、排水系統(tǒng)等內(nèi)容；（5）施工圖審核與修改。施工圖設(shè)計(jì)完成后，要經(jīng)過(guò)相關(guān)部門和專家的審核。審核過(guò)程中，設(shè)計(jì)師要對(duì)施工圖進(jìn)行修改和完善，以確保選煤廠施工的順利進(jìn)行。

圖1 傳統(tǒng)選煤廠施工圖設(shè)計(jì)流程圖

3.3 施工監(jiān)理階段

此階段中，設(shè)計(jì)師要密切關(guān)注選煤廠的施工進(jìn)度和質(zhì)量，確保施工過(guò)程符合設(shè)計(jì)要求。具體而言，施工監(jiān)理過(guò)程涉及施工進(jìn)度監(jiān)控、施工質(zhì)量控制、設(shè)計(jì)變更與調(diào)整、施工問(wèn)題反饋與協(xié)調(diào)、安全監(jiān)管和環(huán)境保護(hù)。對(duì)重要設(shè)備安裝、管道敷設(shè)等環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)師要求拍照記錄，以便驗(yàn)收時(shí)進(jìn)行質(zhì)量檢查。

4 BIM技術(shù)在選煤廠設(shè)計(jì)中的具體運(yùn)用

陜西某選煤廠位于陜西省寶雞市，設(shè)計(jì)處理能力為400 萬(wàn)噸/年，采用重介選煤工藝。選煤廠占地面積約為120,000 m2，總投資約為2.5億元人民幣。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)目標(biāo)是建成一座綠色、高效、智能的現(xiàn)代化選煤廠，以提高煤炭資源的利用效率，降低環(huán)境污染。

在傳統(tǒng)選煤廠設(shè)計(jì)過(guò)程中，面臨諸多挑戰(zhàn)，因此，陜西某選煤廠決定采用BIM 技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)質(zhì)量、效率以及項(xiàng)目協(xié)同管理的提升。

4.1 三維建模技術(shù)

在選煤廠設(shè)計(jì)中，三維建模技術(shù)能夠幫助設(shè)計(jì)師精確地表達(dá)設(shè)備、管道、電纜等設(shè)施的三維位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)更合理的設(shè)備布局。通過(guò)將不同設(shè)備、管道和電纜的尺寸、連接方式等信息進(jìn)行數(shù)字化處理，設(shè)計(jì)人員可以更加直觀地觀察和分析設(shè)備之間的相互影響和干涉情況，從而優(yōu)化整個(gè)選煤廠的空間布局，提高空間利用率和運(yùn)營(yíng)效率。

三維建模技術(shù)為設(shè)計(jì)人員提供了更直觀、更高效的設(shè)計(jì)工具。通過(guò)應(yīng)用三維建模軟件，如Auto-CAD、Revit等，設(shè)計(jì)人員能夠創(chuàng)建精確的選煤廠三維模型。通過(guò)三維建模技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以控制設(shè)備之間的距離，精確至5 mm，確保設(shè)備間的安全距離。同時(shí)，設(shè)計(jì)人員可以選取小到0.5 mm 的部件進(jìn)行設(shè)計(jì)，確保選煤廠中的每個(gè)細(xì)節(jié)都得到充分的關(guān)注。

三維建模技術(shù)在選煤廠設(shè)計(jì)中的應(yīng)用還包括模擬實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程。通過(guò)運(yùn)用專業(yè)的模擬軟件，如AnyLogic、Arena等，設(shè)計(jì)師能夠?qū)x煤廠的生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行模擬和優(yōu)化。這些模擬軟件可以分析各設(shè)備之間的相互作用，預(yù)測(cè)產(chǎn)能、能耗等關(guān)鍵指標(biāo)，幫助設(shè)計(jì)人員找到最佳設(shè)計(jì)方案。

4.2 施工進(jìn)度模擬技術(shù)

在施工進(jìn)度計(jì)劃制定方面，BIM技術(shù)可以通過(guò)建立3D模型和4D模型來(lái)模擬施工過(guò)程，從而預(yù)測(cè)各階段的施工時(shí)間、人員分配、設(shè)備要求等信息。這些數(shù)據(jù)可以幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)更好地掌握整個(gè)施工進(jìn)度，從而合理安排人力、物力和財(cái)力資源。同時(shí)，BIM 技術(shù)還可以對(duì)各個(gè)專業(yè)之間的協(xié)同作業(yè)進(jìn)行優(yōu)化，確保各專業(yè)之間的工作無(wú)縫銜接，提高施工效率。在設(shè)計(jì)階段，可以使用5D BIM（三維模型+時(shí)間維度+成本維度）對(duì)選煤廠的施工過(guò)程進(jìn)行模擬，從而發(fā)現(xiàn)潛在的施工風(fēng)險(xiǎn)和進(jìn)度延誤。如此，通過(guò)對(duì)施工進(jìn)度計(jì)劃的優(yōu)化，可以確保關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和里程碑的實(shí)現(xiàn)，提高整體施工效率，從而縮短選煤廠建設(shè)周期。

在施工進(jìn)度監(jiān)控方面，BIM技術(shù)可以通過(guò)實(shí)時(shí)更新施工進(jìn)度數(shù)據(jù)，為項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提供直觀的施工進(jìn)度信息。比如已完工程量、未完工程量、已完成時(shí)間、剩余時(shí)間等，幫助項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)實(shí)時(shí)了解項(xiàng)目進(jìn)度情況，及時(shí)調(diào)整施工計(jì)劃。

例如，在本項(xiàng)目中，通過(guò)應(yīng)用BIM 技術(shù)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)分析了不同階段的施工時(shí)間，如土建階段要6 個(gè)月、設(shè)備安裝階段要4 個(gè)月、調(diào)試階段要2 個(gè)月，共計(jì)12 個(gè)月的施工周期。在土建階段，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)某區(qū)域的混凝土澆筑進(jìn)度滯后，可能導(dǎo)致整個(gè)工程進(jìn)度受到影響。通過(guò)使用5D BIM（三維模型+時(shí)間維度+成本維度），對(duì)施工過(guò)程中所需要的人力、材料、設(shè)備和資金進(jìn)行精確預(yù)估，從而降低施工過(guò)程中的浪費(fèi)和成本。最終，選煤廠項(xiàng)目按時(shí)竣工，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4.3 選煤廠智能化集成技術(shù)

在設(shè)計(jì)階段，BIM技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)更高效、更精確的設(shè)計(jì)方案。采用BIM 技術(shù)，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)可以創(chuàng)建三維模型，清晰地展示選煤廠的設(shè)備、結(jié)構(gòu)和管道布局。這有助于識(shí)別潛在的設(shè)計(jì)問(wèn)題，提前發(fā)現(xiàn)并解決現(xiàn)場(chǎng)施工中的潛在隱患，從而減少項(xiàng)目成本和施工周期。在本選煤廠設(shè)計(jì)中，BIM技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高達(dá)95%的設(shè)計(jì)問(wèn)題自動(dòng)檢測(cè)和修正，相較傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)方法，可以減少20 %的設(shè)計(jì)變更和50%的現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題。

5 結(jié)論

綜上所述，BIM技術(shù)在選煤廠設(shè)計(jì)中發(fā)揮了重要作用，通過(guò)三維建模技術(shù)、施工進(jìn)度模擬技術(shù)和選煤廠智能化集成技術(shù)的運(yùn)用，顯著提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量與效率。相較于傳統(tǒng)的選煤廠設(shè)計(jì)，BIM技術(shù)具有信息集成、協(xié)同設(shè)計(jì)、可視化與優(yōu)化等諸多優(yōu)勢(shì)，為項(xiàng)目帶來(lái)更高的投資回報(bào)和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?。隨著BIM技術(shù)在選煤廠設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，選煤廠項(xiàng)目不僅可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等全生命周期的優(yōu)化和提升，還能推動(dòng)BIM 技術(shù)在選煤廠設(shè)計(jì)領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)的高質(zhì)量、綠色、智能發(fā)展貢獻(xiàn)力量。