基于BIM技术的亚临界煤气锅炉发电技术研究

基于 BIM 技术的亚临界煤气锅炉发电技术研究

郭 锐

中冶华天南京工程技术有限公司 江苏南京 210019

摘 要：在冶金工业发展进程中，亚临界煤气发电锅炉技术逐步发展并得到广泛应用。为了应对复杂技术所带来的挑战，满足国家和行业标准规范要求，就有必要将BIM技术运用于该类项目的设计过程，这样会极大的提高设计效率，大大降低设计错误。此外，建立的BIM 3D模型也便于项目投产后期的运行及维护。

1. 引言

BIM（Building Information Modeling）为信息化建模技术。图1直观解释了BIM协同设计分工流程。

图1 BIM协同设计流程

对于亚临界煤气发电锅岛设计来说，辅机和管道数量多，种类和规格复杂。传统的基于CAD的二维设计过程，往往一般通过管道的平立面图表述管道的布置方式，管道之间的空间位置关系不够清晰，在现场安装时往往容易出现碰撞等问题。对于需要应力计算的管道还需要独立建立应力计算模型，与设计模型之间无数据关联，容易出现于错误。而运用BIM技术能够有效的解决此类问题。下文将结合某钢铁企业的煤气发电项目100W亚临界锅炉BIM设计过程，对于BIM技术运用于此类设计展开讨论。

该项目运用的BIM软件包括主流设计软件：协同设计ProjectWises,三维建模软件CADWorx Plant，设备建模软件Inventor，以及管道应力分析软件CAESARII，汽水管道支架吊设计软件路草EHS。软件之间有接口相互连接，传输数据。

2. 基于CADWorx Plant的3D模型建立

2.1管道元库、等级库的建立

CADWorx Plant作为基于广泛应用于AutoCAD平台的BIM软件,具有完备的管道元件库及等级库，同时可以可根据不同的行业进行自定义修改。本项目建立了符合电力行业要求的管道元件库-热力元件库，并基于该管道的元件库建立了符合本项目要求的管道等级库,包括MS(主蒸汽)，BS(补汽) ，SS(烟气) ，SF(热风) ，MG(煤气管道)，HS(化学补充水)等10种管道等级，管道等级建立包括管道的设计参数，材料等重要的管道信息的确定。

图1 项目的管道等级库

2.2建立管道3D模型

完成管道的等级库，元件库建立后，可进行管道的3D建模，建模时可根据需要对于管道的管线号等信息进行设计。

为方便管道的定位，应先导入结构，设备的模型作为参考，该结构、设备模型可随结构，设备的设计变化而实时变化，导入后的结构及设备模型如下：

图2 导入的锅炉结构及管道3D模型

图3给出了完整的该项目锅炉房工艺管道3D模型，通过漫游，碰撞检查可实时检查管道路由是否合理。此外，软件还提供了单开某几类管道模型进行观察（隐藏其他的模型信息），使观察具有侧重点。图4给出了单开所有工艺管道模型的情况，图5给出了单开锅炉范围内煤气管道模型的情况。

CADWorx Plant软件可自动生成平面图、剖视图和轴测图，这些施工图纸与3D模型直接关联，图纸随模型的修改而实时变化。避免了施工图修改过程中一些应疏忽而造成的错误。

所建立的3D模型包含了管道设计过程中所需的所有数据，便于后期的查看、维护及管理。

图3 汽轮机主厂房工艺管道3D模型（包括结构、设备）

2.3基于CAESAR II的管道应力计算

本工程主厂房规划标高为0.000ｍ（高低压配电室）、4.500m（电缆夹层）、9.00ｍ（集中控制室/电子设备间）、14.00m(管道夹层)、17.500ｍ(除氧层)。基于不同的标高层，形成管道和电气设计模型。在设备模型的外形、定位和接口信息完整的前提下，同时与结构设计同步，保证管道设计、结构设计的确性。

完成管道设计模型后，可以将需要应力计算的管道（主蒸汽、补汽）管道导出到CAESAR II软件直接进行应力计算。CAESARII管道应力分析软件是一款压力管道应力分析专业软件，它既可以分析计算静态分析，也可进行动态分析。

图5给出了应力计算模型，该模型与管道的3D模型完全一致，并可以随着管道的3D模型修改而快速修改。此外，CAESAR II软件管道应力计算的结果可返回给CADWORX Plant,并可根据应力计算结果便捷的修改CADWORX Plant中建立的管道模型。

图6管道应力计算模型

对于工程设计人员而言，建立的BIM模型应符合业主合同要求的模型设计深度，但是在项目中，不同阶段需要组织模型生产（一般是30%，60%，90%进度）根据校核意见会导致模型反复的调整和修改，同时也增加了设计工作量。BIM模型是一个由简到精的过程，为了降低方案大范围调整对模型建立工作所造成的影响，应采取分阶段建模分阶段讨论的机制，定期召开例会发现并解决项目设计中的问题。

3. 总结

基于BIM技术的汽轮机主厂房工艺管道设计可避免基于CAD二维设计过程中经常出现的错误，建立的3D BIM模型中可包含管道设计过程中需要的所有数据，便于自动出图与后期的维护。此外，3D BIM模型与应力计算软件具有双向接口，极大的提高了设计人员的设计效率，大大避免了管道碰撞等错误。在后期项目的运用过程中如若在设计过程中进一步耦合路草EHS之类的管道支吊架软件，将会使设计管道过程更加完整，更加智能。

参考文献

[1] 张建平．BIM技术的研究与应用[J]．施工技术，2011,(2)：116-119.

[2] 中华人民共和国住房和城乡建设厅．关于推进建筑业发展和改革的若干意见［Ｚ］