BIM技術在高溫超高壓煤氣發電改造項目中的應用

曹韋韋，王艷紅，丁勇山

（中冶京誠工程技術有限公司，北京 100176）

1 工程概況

當前，鋼鐵企業在正常生產過程中，會產生大量的副產品——煤氣。以往這些煤氣都被直接放散至大氣中，既造成大量的煤氣能源浪費又污染了環境。隨著中國大力提倡循環經濟、綠色經濟、低碳經濟，號召節能減排，作為用能大戶的鋼鐵企業，節能顯得更為重要。將鋼鐵廠中富裕煤氣用于發電，不僅可以提高企業自發電率，減少外購電，降低綜合能耗指標，增長企業經濟效益，提高企業競爭力，重要的是減少污染物排放，保護環境，具有重要的環保效益和社會效益。

河南濟源鋼鐵（集團）有限公司原有煤氣發電均為中溫中壓汽輪發電機組，機組綜合發電效率僅有25%，另外隨著生產規模擴大，煤氣仍有部分放散。80 MW 高溫超高壓煤氣發電節能改造工程建設，是將原有低效中溫中壓發電機組拆除，在原地狹小、有限的總圖空間規劃新建全新80 MW高溫超高壓一次再熱汽輪機發電機組，265 t/h 高溫超高壓鍋爐，超低排放脫硫系統，升壓并網設施以及化水、循環水等配套設施。通過回收廠區高爐煤氣進行發電，從而減少煤氣放散污染，轉化為再利用能源，達到節能減排、保護環境的目的。工藝流程見圖1。

2 BIM功能應用

BIM（Building Information Modeling）技術在電廠建設全過程中能夠提高設計效率和質量，BIM 核心在于數據信息的真實性、完整性以及系統性，BIM數字化交付系統利用計算機技術及三維技術，完成設計期、建設期數據的集成，將三維模型與系統圖、布置圖等設計數據，以及設備、施工、監理、調試等數據建立起關聯，通過瀏覽器實現快捷的查詢、瀏覽。在電廠運行階段可以與電廠數據庫鏈接，為電廠其他管理運行系統提供必要的屬性和可視化信息。BIM 功能應用詳見圖2。

圖1 工藝流程圖

圖2 BIM 功能應用圖

3 工程難點及BIM技術重點

工程業主積極響應國家“十三五”規劃要求，提倡并踐行節能減排理念，要求工程盡早投產。鑒于此，設計面臨更高的要求和挑戰。

難點1：設計周期短，如何保證設計質量。

難點2：局部空間狹小，管線排布困難，給設計和施工帶來挑戰。

難點3：參與專業多，協同設計難度大。

難點4：如何完成設計交付，才能有效銜接施工與運維。

BIM 技術已經在市政業進行了較深入的研究及應用，但在工廠煤氣發電領域應用尚待進一步全面開發應用。河南濟源鋼鐵80MW煤氣發電項目全面應用BIM技術，重點工作如下：

重點1：總設計周期由6個月縮短至4個月，需全面實現工藝、土建、電氣、儀表、通風、給排水等各專業高度協同。

重點2：通過基于Synchro4D 施工模擬，制定合理的施工計劃，有序安排施工順序。

重點3：提供業主BIM 設計交付，有效銜接施工與運維。

4 BIM的實施

基于Bentley Project Wise 協同工作平臺，BIM設計對總圖、熱力、建筑、混凝土、鋼結構、建筑、設備、電力、給排水、通風等十個專業，全設計過程以及不同設計平臺文件進行有效的管控。

（1）數據中心架構：基于企業數據中心云平臺，實現異地實時協同辦公及工程快捷交付。

（2）BIM 模型結構：基于PW 統一管理平臺，制定合理的模型結構層級，便于各專業相互參考引用，協同完成本工程的模型設計，并可實時查詢設計進度及檢驗模型質量。

結構分級：總裝模型→廠區分裝→區域分裝→專業分裝→專業模型。

（3）BIM 模型：BIM 模型可重復利用，實現“一模多用”，可用于三維提資，應力計算，模型出圖，三維交付。

（4）碰撞檢驗：通過BIM 模型可進行協同設計，方便進行設備、結構、管道等碰撞檢查。

（5）出圖定制：模型出圖時，可進行標準圖框定制、線型線寬定制、文字標注定制、簽字欄定制，施工圖深度LOD300 以上；自動提取圖中信息，一鍵輸出材料表設備表等，自動區分材料和設備，準確控制材料量，減少費用。

（6）數字化交付：全新三維數字化設計交付平臺，以三維數字化模型為基礎，整合設計、采購和施工階段相關信息、圖紙及文檔信息，形成以BIM 模型為載體的網狀信息模型，實現信息的快速查詢，用于三維設計交底、指導施工、業主運維等環節。

5 BIM創新應用

創新點1：應用Eplan 開展高質高效電氣設計：本工程實現電氣系統設計全數字化驅動，完成了冶金行業電氣設計方式的革新。

創新點2：二次開發管道支吊架設計模塊：支吊架設計功能一直是行業BIM 設計中的短板，發電工程支吊架更是復雜，傳統設計難以高質高效完成。鑒于此，我公司基于BentleyOPSE 支吊架模塊功能，結合自身行業需求，二次開發支吊架設計軟件，完成本工程設計，該設計模塊可應用于管道、電纜橋架以及HVAC專業。

創新點3：圖3為我公司自主研發的全新三維數字化設計交付平臺，以三維數字化模型為基礎，整合設計、采購和施工階段相關信息、圖紙及文檔信息，形成以BIM 模型為載體的網狀信息模型，能夠實現信息的快速查詢，可用于三維設計交底、指導施工、業主運維等環節。

圖3 三維數字化設計交付平臺

6 BIM技術工程應用效益

（1）設計效益

更高效：統一協同平臺，使信息溝通效率提高。

更優質：有效避免現場管道、設備、結構等碰撞。

更安全：管道綜合應力計算，保障管網安全性。

更節約：基于模型的優化，最大限度保證工藝布置、結構輕量化及合理性。

更精確：三維數字化正向設計，模型輸出圖紙、量單，保證數據準確性。

更直觀：全新可視化交付平臺助力指導施工、運維。

（2）經濟效益

本工程采用高溫超高壓一次中間再熱發電機組，比原有發電機組效率相對提高60%以上。機組投產后可為企業減少外購電量近6.2 億kWh，折噸鋼成本降低70 元，每年為用戶帶來發電收益約3.1億元。

（3）環保效益

汽輪機回熱系統余能梯級利用技術，在保證鍋爐給水溫度的前提下，整合全廠余熱資源，最大限度利用廠區余熱資源，減少汽輪機回熱抽汽量，增加發電量。

蒸汽零排放，將定排、連排、除氧器等設備排汽有效利用，既節約了能源，又避免“冒白煙”問題。

燃燒優化控制：通過智能仿人工控制策略、預測控制、模糊控制、自動尋優和反饋校正等技術，真正實現了鍋爐在各種工況下的全自動運行，在實現最高能源利用效率的同時，極大的降低了人工成本；

煙氣脫硫除塵煙塔合一技術，煙氣排放指標，二氧化硫≤35 mg/m3、氮氧化物≤50 mg/m3、粉塵≤5 mg/m3，達到超低排放要求。

每年累計減少高爐煤氣放散18.6 億m3，減少CO2排放64萬t。

7 結語

BIM 技術在河南濟源鋼鐵80 MW 高溫超高壓煤氣發電工程中的實際應用，為其他相關工程領域BIM 技術應用開創了新思路，促進了BIM 技術推廣和創新應用。實現數字化電廠移交，提高了數字化電廠項目全生命周期內信息管理水平和深度。電子數據資料的分類、收集、整理、審批，并最終移交給運營維護團隊的過程，實現在移交一個物理電廠的同時，移交一個數字化的電廠，并為運維階段集成ERP、DCS等生產管理系統實現數據集成，為電廠運行管理提供服務。最終實現面向全生命周期的“電廠數字信息資產管理平臺”。