康瑞龍

（西安航天源動力工程有限公司，陜西西安 710100）

近年來，隨著國內(nèi)鍋爐煙氣脫硫的逐步深入，加上“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)的全面實行，煙氣脫硫行業(yè)新建項目總趨勢逐年減少，改造、升級項目相對占比有所增加，而此類項目有任務(wù)重、工期緊、工序交叉多、作業(yè)面小、施工難度大等特點。在此背景下要求項目設(shè)計施工人員必須借助多種技術(shù)來提高效率，保證項目的高質(zhì)量、嚴要求、高效率完工。

BIM技術(shù)已在國內(nèi)民用建筑行業(yè)中發(fā)展多年，快速成長并且較為成熟，其具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性的特點[1]。煙氣脫硫項目利用民建及其他工程行業(yè)三維協(xié)同的經(jīng)驗，結(jié)合自身的特點充分、合理地發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢，提高煙氣脫硫設(shè)計、施工效率和質(zhì)量的同時[2]，為項目的順利進行、精細化管理和后期運營起到增值效果。

1 氨法脫硫主要設(shè)備

鍋爐煙氣氨法脫硫超低排放項目中，主要由引風(fēng)機、氧化風(fēng)機、漿液循環(huán)泵、氨水系統(tǒng)、工藝水系統(tǒng)、煙道（包括擋板門、膨脹節(jié)等）、脫硫吸收塔本體（包括爬梯、平臺、預(yù)埋件）、內(nèi)件（噴淋層塔盤、除霧器及沖洗系統(tǒng)）、氧化槽、非標(biāo)槽罐、后處理設(shè)備（料液槽、干燥機、包裝機、分離器等）、換熱器、電梯及電氣（變壓器、配電柜、照明系統(tǒng)）、自控系統(tǒng)、暖通、消防、給排水等組成。

2 模型搭建

2.1 BIM軟件

目前BIM技術(shù)領(lǐng)域沒有特定的軟件，市面上應(yīng)用比較廣泛的主要有Revit、Sketchup、Rhino、Archicad及國產(chǎn)廣聯(lián)達5DBIM、魯班BIM等。不同軟件針對的行業(yè)或?qū)I(yè)不盡相同，優(yōu)缺點比較突出，因此在實際設(shè)計過程中不同專業(yè)可根據(jù)專業(yè)特點，運用不同軟件的不同功能來完成一個項目整體模型的 搭建。

2.2 建模原則

模型搭建前，項目組根據(jù)項目的實際情況，制定針對性較強的建模規(guī)定性文件，包括項目需求與建模目的、模型建立準(zhǔn)則和模型搭建進度。在項目執(zhí)行的不同階段建立不同深度的模型，考慮模型效果和花費成本，兼顧經(jīng)濟、適用的原則下，選擇適當(dāng)?shù)姆绞浇3]，這樣既能提高建模的速度和質(zhì)量，也能使模型不至于過大影響電腦運行速度。復(fù)雜且關(guān)鍵的設(shè)備或構(gòu)件需要精確度較高的模型，這一模型須具備部件的可拆 裝性。

為能計算各種材料的使用數(shù)量，須先于BIM模型組件中加入其包含的單項名稱，并補充未建立的實體組件的尺寸及參數(shù)。例如，柱、板、梁、管道、閥門、型鋼等。建模的同時嚴格遵循三維校審原則，模型建立后進行各專業(yè)內(nèi)部的碰撞檢查。

2.3 結(jié)構(gòu)專業(yè)

結(jié)構(gòu)專業(yè)按照完整的總圖、工藝提供的構(gòu)筑物條件圖和設(shè)備布置圖，結(jié)構(gòu)計算（PKPM軟件）文件可導(dǎo)出為SC文件，混凝土結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物等可直接導(dǎo)入到Revit軟件中進一步細化，或者直接在Revit軟件中建立模型，并設(shè)置預(yù)留孔洞、門、窗等。精度要求較高的鋼結(jié)構(gòu)模型在Tekla Structures軟件中搭建，能夠體現(xiàn)出更多的細部設(shè)計。結(jié)構(gòu)專業(yè)繪制的軸網(wǎng)作為整個項目的軸網(wǎng)體系，其他專業(yè)間相互鏈接，以便模型在后續(xù)能夠在同一坐標(biāo)系中準(zhǔn)確地整合在一起。

2.4 設(shè)備專業(yè)

設(shè)備專業(yè)根據(jù)工藝與管道布置要求和施工圖，主要運用SolidWorks、Proe等軟件繪制非標(biāo)設(shè)備三維圖。設(shè)備管口可在配管軟件中添加方便管道專業(yè)在配管時隨時改變管口方位。模型完成后轉(zhuǎn)換成IFC或Navisworks能夠載入的格式。

2.5 管道專業(yè)

管道專業(yè)主要的三維配管軟件有PDMS、PDS、CADWorx、PDMAX、AutoCAD Plant 3D等，在管道、閥門、支吊架等模型完成后，與結(jié)構(gòu)、設(shè)備等專業(yè)確定管廊、預(yù)埋件、預(yù)留孔洞等，較為方便快捷地生成平斷面圖、軸測圖、管口方位圖、管道材料表等，并實時地碰撞檢查。

2.6 公用工程專業(yè)

電氣、儀表專業(yè)依據(jù)相關(guān)專業(yè)模型鏈接可在配管軟件或Revit軟件中布置設(shè)備、橋架、測點等，無須在模型中體現(xiàn)線纜等以免影響模型臃腫。給排水、消防、暖通等專業(yè)也可直接在Revit軟件中布置管道和設(shè)備等。Revit軟件中包含了公用工程專業(yè)的常見族庫，借助插件大量免費族庫可供使用，軟件中建立相關(guān)族也相對簡單。

3 模型的整合與碰撞檢查

BIM模型按1∶1的比例建模，二維制圖表達不夠清晰的部分均可得以展現(xiàn)，將一些難以發(fā)現(xiàn)的問題直觀地暴露出來，如圖1、圖2。整合后的模型就需要進行專業(yè)間的碰撞檢查，設(shè)計中不可避免地出現(xiàn)各種錯、漏、碰等現(xiàn)象，及時修改、優(yōu)化調(diào)整模型，反復(fù)循環(huán)檢查直至沒有碰撞為止，在此過程中可發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的設(shè)計中很難被發(fā)現(xiàn)的隱藏問題，這個過程極大程度地糾正設(shè)計錯誤，理論上可消除所有的碰撞問題。碰撞檢查主要是對三維模型進行多專業(yè)集成后的規(guī)范性檢查，并制作問題報告及時反饋設(shè)計確認并加以修改，以確保項目從設(shè)計端到施工端的良好過渡。對于工程項目，采用BIM技術(shù)進行碰撞檢查有著明顯的優(yōu)勢及意義[4]。

Fuzor和Navisworks是全工程總裝模型或部分專業(yè)總裝模型進行漫游、動畫模擬、碰撞檢查等分析的軟件，還可以用于分析、仿真和項目信息交流，支持的格式幾乎涵蓋了市面上主流制圖軟件的數(shù)據(jù)格式。同時又是一款輕量化軟件，文件較小，對電腦配置要求低，實時的漫游和審閱能夠提高團隊之間的協(xié)作 效率。

結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道等整合模型見圖1，圖2。

圖1 某項目結(jié)構(gòu)、設(shè)備、管道等整合模型

圖2 某項目結(jié)構(gòu)、設(shè)備整合模型

4 BIM技術(shù)在氨法脫硫EPC項目的應(yīng)用

4.1 EPC項目管理

基于BIM模型的設(shè)計涵蓋了項目所有參與專業(yè)，BIM設(shè)計為全專業(yè)內(nèi)容設(shè)計，可直接生成圖紙，統(tǒng)計材料，精確控制工程量和工程造價，使設(shè)計管理精細化。EPC項目中存在各種接口，涉及甲方和眾多上下游供應(yīng)商等，這些接口之間要做到無縫拼接，其配合和管理也要精細化，借助BIM技術(shù)的強大協(xié)同來實現(xiàn)接口之間的無縫連接。

4.2 圖紙會審

建模的過程實際上是設(shè)計人員全面且細致地對施工圖的審查，通過三維模型提前預(yù)知施工圖中錯誤的地方，施工中減少了設(shè)計變更、工作簽證等，保證設(shè)計質(zhì)量。同時設(shè)計人員在建模過程中能夠深入理解和吃透圖紙，加深對脫硫技術(shù)和相關(guān)設(shè)備的了解，為后續(xù)的技術(shù)迭代更新和降本增效提供技術(shù)支持。

基于BIM的施工圖的會審，項目各參與方及審圖單位通過三維模型的可視化溝通。對出現(xiàn)的問題說明和標(biāo)記并提出修改意見，提前預(yù)判建筑構(gòu)件、設(shè)備之間的相互沖突，極大地提高溝通效率。運用BIM模型的模擬、仿真、漫游，清晰表達裝置、設(shè)備、建筑物的設(shè)計效果，并反映主要空間布置、復(fù)雜區(qū)域的空間構(gòu)造等，輔助設(shè)計與管理人員對初步設(shè)計進行輔助設(shè)計與評審，促進工程項目的規(guī)劃、設(shè)計、招投標(biāo)和報批等管理工作的順利進行。

4.3 項目招標(biāo)階段

此階段可建立精度相對較低的結(jié)構(gòu)、設(shè)備及部分主要管道模型，如圖3。通常用草圖大師（SketchUp）建模，該軟件具有界面簡潔、命令較少、易學(xué)易用、適應(yīng)范圍廣等特點，在建筑、規(guī)劃及工業(yè)設(shè)計等領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。與AutoCAD、Revit等軟件結(jié)合使用，快速導(dǎo)入和導(dǎo)出DWG、JPG、IFC等三維格式文件，它可以快速方便地創(chuàng)建、觀察和修改三維模型。在Fuzor、Lumion、Navisworks等軟件中模擬3D空間場景，通過漫游、導(dǎo)出動畫（配以解說、標(biāo)注、音樂）及比較前沿的VR等形式提供身臨其境的視覺和空間感受。通常帶有三維動畫效果的標(biāo)書，能給甲方和評委帶來強烈的視覺沖擊[5]，同時在初設(shè)階段方便甲方直觀、清晰地預(yù)覽和比選方案，如圖4。

圖3 某改造項目模型

圖4 某項目初設(shè)階段模型

改造項目中利用無人機三維掃描儀對脫硫塔、建筑物等進行掃描，掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入到三維軟件中，再根據(jù)項目實際情況進行細化模型，分析設(shè)備、建筑物的使用情況并制定切實可行的改造方案。

4.4 三維交底

BIM模型三維交底時通過二維圖紙、三維模型及動畫將項目整體情況更加直觀地呈現(xiàn)在項目管理、施工人員面前，能夠在最短的時間內(nèi)讓參與各方了解項目特點、施工要求等，將場地的布置、施工細節(jié)、工序、重難點及保證安全、質(zhì)量、進度的技術(shù)措施一并進行交底[5]。

4.5 設(shè)備安裝階段

脫硫塔是鍋爐氨法脫硫項目中的核心設(shè)備，脫硫塔上附件（內(nèi)件、管口、平臺、爬梯、支架、電梯軌道等）較多，塔體的預(yù)制、內(nèi)件安裝、構(gòu)件安裝、電梯安裝、內(nèi)防腐、保溫等大量的工序都需要流水作業(yè)和交叉施工，現(xiàn)場管理和施工人員的管理、操作難度都較大，安裝過程中容易出現(xiàn)構(gòu)件、管線、支架等產(chǎn)生碰撞問題，基于BIM模型的施工管理模擬，可以做到事前、事中、事后的管控，優(yōu)化項目中各種資源的合理配置，完善項目施工組織設(shè)計和施工工藝[2]。在大型復(fù)雜場景中能夠幫助施工管理團隊優(yōu)化資源的配置和選擇合理的施工機械，減少構(gòu)件在安裝過程中的碰撞，達到提高效率、節(jié)省工期、節(jié)約資金、指導(dǎo)施工的效果。

4.6 運維階段

施工階段涉及的內(nèi)容、參數(shù)、質(zhì)量要求等全都可以實時更新并形成新的BIM模型作為竣工資料，這種竣工資料更加具有專業(yè)性、系統(tǒng)性、全面性，將三維建模技術(shù)運用到運維管理上可以起到明顯的作用，模型的數(shù)據(jù)記錄有圖可查、有據(jù)可循、具有追溯性，可在運維階段制定合理、專業(yè)的運維方案，整合信息，提高工作效率，優(yōu)化管理[1]。

5 結(jié)語

氨法脫硫EPC項目中，利用BIM技術(shù)能夠有效提高項目的工程質(zhì)量，并且在進度、資金、資源等方面也有顯著的效果。但目前BIM軟件較多且在不斷地更新與進步中，建模就需要具備三維設(shè)計知識的專業(yè)技術(shù)人員，同時掌握多種軟件使用方法。鍋爐氨法脫硫工程三維設(shè)計沒有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，還存在著流程繁瑣、各專業(yè)建模軟件不同、模型整合時會有部分信息丟失的問題，后期導(dǎo)出動畫和圖片時需要大量精力調(diào)整。目前BIM技術(shù)主要應(yīng)用在大型項目，氨法脫硫項目應(yīng)用較少并且還處在探索階段。