BIM技術在濕法冶金項目上的應用

池文榮

(中國恩菲工程技術有限公司，北京 100038)

0 引言

BIM即Building Information Model，全稱建筑信息模型，是以三維數字化信息模型為基礎，可以集成各種相關信息的工程數據模型[1]。通過將項目上諸如功能、要求等各種數字化信息整合至三維模型，實現對項目的全生命周期管理。強化了項目全生命周期中信息的共享和傳遞，便于相關人員對各種信息做出正確地反饋和應對，在提高生產效率、節約成本和縮短工期方面發揮著重要作用[1-2]，在設計、施工、運行維護等方面具有極大的優勢。

近年來，伴隨濕法冶金行業快速發展，提高設計質量變的愈發重要。BIM技術相對于傳統二維設計具有較大的優勢，特別在可視性、概括性、配置的合理性及材料統計的準確性、各專業工作的協調同步性等方面[3]，實現了項目的可視化、設計資源的共享化、設計的精細化，達到減少工程變更、方便運營管理的目的[4]。BIM的特點和優勢可以極大促進濕法冶金工程設計的發展。目前BIM技術在國內濕法冶金設計中運用較少，還有較大的發展空間。

1 項目背景和BIM目標

1.1 項目背景

貴州紫金礦業水銀洞金礦450 t/d預氧化技改項目是國內濕法冶金第一次、世界第二次采用加壓浸出技術處理復雜金精礦，項目設計壓力世界最高，在世界黃金冶煉行業，具有極強的先導效應。

項目的主要特點是物料高硫高砷、設計壓力大、設計溫度高，導致蒸汽、氧氣、礦漿等壓力管道多，2205不銹鋼、2507不銹鋼、鈦材等特材耗量大，高壓設備、管道對工程設計的精度要求較高等問題。為了滿足項目要求，該濕法加壓浸出項目采用BIM技術。

1.2 BIM技術目標

本項目采用BIM技術實現了以下目標：(1)完成并優化項目土建載荷計算、廠房設計和工藝、熱工等專業的設備建模及配置。(2)完成了各專業的管道配置、碰撞檢查、管路優化，形成管道圖、單管圖、管道支架表等成果。(3)模擬安裝過程，對結構件的預制及部分設備的模塊化起到支撐作用，減少投資、縮短工期。

2 組織構架及平臺

2.1 項目團隊

BIM團隊是項目實施的基礎，合理的人員配置，可以極大地減少溝通成本，保證項目快速、高效地運行。同時，可以避免設計過程中缺項、漏項等問題。因此，在BIM設計中，要優先確定設計團隊構成和團隊成員管理邏輯。

圖1介紹了本項目BIM團隊構成，主要包括管理團隊、設計團隊、輔助支持團隊。其中，管理團隊由項目經理、設計經理、進度經理、文控經理、BIM經理組成。設計團隊包括工藝、土建、暖通、水道、電力、電信、儀表、管網等各專業設計人員。輔助支持團隊包括設備建模、人員培訓及技術支持的人員。

圖1 BIM團隊構成圖

項目經理對項目整體實施負責，設計經理在進度經理、文控經理和BIM經理協助下，管理各專業設計人員。項目團隊管理邏輯，如圖2所示。

圖2 項目團隊管理邏輯

2.2 BIM平臺

BIM平臺是指在項目設計過程中，各專業設計人員或者項目管理人員使用的協同平臺、計算平臺和管理平臺。BIM平臺是項目實施依托，設計人員在一個共同的平臺上協同設計，數據實時更新，相互參照，避免了由于各專業之間信息傳遞的延宕，帶來的如不同專業之間管道碰撞、設備碰撞等問題。管理人員也可通過BIM平臺對項目成員和項目進度，實施精細化管理。BIM平臺主要包括協同平臺、計算平臺、設計平臺。

本項目的協同平臺主要是基于Bentley Project Wise系統，Project Wise是Bentley公司的一款產品。具有良好的兼容性和協同性等特點，可與常見設計軟件集成，管理和維護較為簡便，實現多平臺協同工作[5]。項目管理、設計等工作都在該平臺上進行。設計人員將設計文件上傳至平臺中，可隨時隨地實現該文件讀、寫、保存等操作。其他專業也可通過參考該文件，實時共享，極大的方便設計工作的開展。管理人員通過用戶權限管理和文件權限管理，保證了文件安全性。管理人員還可在Project Wise平臺上，對項目進度實時監督，有效地提升了管理效率。

本項目的計算平臺主要包括：用于工藝計算的METSIM、土建計算的盈建科、管道校核計算的CASER II。METSIM是一個工藝模擬軟件，該軟件擁有了大量的化學反應熱力學數據，可對生產過程中反應過程，進行物料和熱量衡算[6]，工藝工程師采用METSIM軟件，對工藝進行模擬，方便了工藝參數選擇和設備選型。盈建科軟件是一套集成化建筑結構輔助設計軟件，包括結構建模、基礎設計、砌體結構設計等功能。CASER II是用于管道應力計算的軟件，通過CASER II軟件，對高壓、高溫管道進行應力計算，節約了投資，保證了設計質量。

本項目的設計平臺主要是Microstation、Openplant、GEOPAK軟件。工程師通過使用Microstation軟件對設備進行建模，設備模型更加細致、精確。Openplant軟件則主要用于管道專業進行管道建模，該軟件可以實現自動碰撞檢查、自動出圖、操作簡單。GEOPAK是土木工程設計軟件，具有涵蓋范圍廣、側重于應用等特點，提高了結構、建筑工程師的工作效率。

3 BIM在項目實施階段的應用

BIM在項目實施過程中，主要流程為：參數化分析—初始建模和配置—動態切圖—返設備資料—修改模型—管道設計及碰撞檢查—修改圖面—批量出圖。

在本項目實施過程中，通過參數化分析，對加壓浸出工藝進行模擬、對車間土建設施進行強度計算，完成工藝設備、土建梁板的選型工作。初始建模和配置階段要求設備、土建專業等專業的模型帶有基本尺寸信息，并且完成設備和土建基本配置方案。動態切圖的主要目的是用于初始文件評審和交付。當收到設備資料后，進一步修改、細化各專業三維模型。同時，開展管道配置工作，并且對管道進行碰撞檢查。項目最后工作是修改圖面，批量出圖。

在項目實施過程中，參數化分析、模型的建立和管道碰撞檢查工作極為重要。

3.1 參數化分析

項目的參數化分析主要包括反應流程模擬、應力計算、結構強度計算等，是項目順利實施的可靠保證。采用METSIM軟件進行工藝計算，對整個反應流程進行了模擬，為設備選型、工藝配置等提供了依據。采用CASER II軟件對管道進行應力校核，避免壓力管道出現應力集中，確保設計質量。盈建科軟件則為結構強度計算，為土建工作的開展提供了極大的便利。本項目METSIM工藝計算圖，如圖3所示。

圖3 METSIM工藝計算圖

3.2 模型的建立

模型的建立是三維設計的基本前提。項目實施過程中，應優先完成設備建模和項目初始的三維配置方案。三維模型的建立，可以生動、準確、清晰地將一些數字或文字，通過三維表現出來。

三維模型深度取決于項目實施階段和用戶的要求，施工圖階段需要體現設備的外形、管口等基本信息，以便避免出現碰撞或者管口安裝錯位等問題。當需要突出展示三維效果的用戶來說，通過細化其中的三維模型，以便更好地表達三維立體效果，需要強調的是：模型的表述程度的差別，并不影響設備、材料統計[3]。本項目主要設備模型，如圖4所示。

圖4 主要設備模型

3.3 管道碰撞檢查

管道碰撞問題在濕法冶金項目建設過程中較為常見，尤其當一些管道帶有坡度或者出現較多管道交錯時，現場需要根據實際情況做出調整。BIM技術的應用為管道碰撞檢查提供了極大的便利，相對于傳統二維設計而言，可以更加智能、精確、高效地完成管道碰撞檢查，避免了現場返工，減少了項目投資。圖5為本項目管道碰撞檢查時，發現的某處管道碰撞。

圖5 管道碰撞檢查

4 結語

通過本項目的實踐發現：(1)與傳統二維設計模式相比，設計過程采用BIM技術，明顯提升了設計質量。在模型建造過程中能夠充分發揮三維視圖的模擬作用，優化設備及管路配置，方便了生產操作，對于生產人員的培訓也起到了重要支持；(2)采用BIM技術還能夠校核安裝過程，在廠房結構件的預制及局部區域的模塊化幫助很大，對項目投資能夠起到優化的作用，且較為明顯的減少了項目的建設周期。

需要指出的是，由于目前采用BIM技術設計濕法冶金項目所涉及到的軟件較多，需要加強人員的培訓，進一步擴大推廣范圍。