數字化設計賦能“雙碳”目標 共建美好家園

文|丁勇山 曹韋韋

圖1 BIM 數字孿生

科技創新是統籌推進行業生產力提升與綠色低碳發展的關鍵所在。通過加大科技創新投入力度，加快推進低碳冶煉技術、節能降耗技術、能源綜合利用等前沿技術的研發和應用，真正做到協同減污降碳，推動企業在降耗、綠色發展道路上邁出堅實步伐。世界首套60MW亞臨界高爐煤氣發電項目是將原有低效中溫中壓發電機組停用，規劃新建全新超高溫亞臨界發電機組，通過回收廠區高爐煤氣再利用進行發電，從而減少煤氣放散污染，達到節能減排、保護環境的目的。

工程概況

該工程采用超高溫亞臨界一次中間再熱機組，機組全廠熱效率可達40%，相比改造前中溫中壓參數機組效率提高了82%，每年實現CO2減排47.9 萬噸。該工程開創了超高參數、微型化發電機組技術領域先河，實現了技術上重大突破，對于全球亞臨界微型發電工程的發展具有重大的戰略意義。

本項目應用Bentley 的解決方案，目標是通過三維設計，實現項目的精準設計，同時創建全部工廠的數字化模型，基于AssetWise 進行工程數據資產的交付，并基于iTwin 打造全場煤氣排放管控平臺，對全部廠區的煤氣放散進行監測和管控。

數字化技術應用

設計階段，項目團隊建立了統一的建模、交付及數據接口標準，建模精度達到了LOD400，各專業設計人員及設備供應商都基于統一的標準工作。

圖2 BIM 協同平臺

工程師應用OpenPlant PID 做PID 設計、OpenPlantPiping 做管道設計、BRCM 做電氣設計、AECOsim 做建筑設計、Prostructures 做結構設計等。

在可視化的協同空間中，通過相互參考，每一位工程師都能觀察到其他工程師的設計內容，從而最大限度避免了碰撞問題。即使再緊湊的設計，在可視化的協同設計中，都可以完美解決。

圖3是中間管線，可以看到管線的密集程度，這在傳統的二維設計中將會產生大量的錯誤，而Bentley 的解決方案解決了這些問題。同時，這些管線大部分為高溫高壓管線，管網安全和管網的應力計算是難點問題，項目團隊應用了AutoPIPE 對整個管網進行靜力和應力分析，快速生成計算結果，極大提高了計算效率和質量。

圖3 設備及管線

施工前，應用模型進行設計交底。有限空間內設備、管線布置，為施工安裝帶來了極大挑戰。依托于模型，可以在任何一個剖面來觀察模型，以幫助項目團隊更好地理解設計意圖。這種直觀性在設計和施工上，都為項目團隊帶來了極大便利。

施工階段，項目團隊應用SSYNCHRO 模擬整條產線的施工進度，依賴于可視化的進度計劃，項目各方共同確定了項目進度目標，并在施工過程中按照預定的目標逐步完成。

項目完成后，基于AssetWise 整合工程設計、采購、制造、施工、安裝信息，形成工程數據資產。更重要的是，基于iTwin 開發了全廠煤氣排放管控平臺，對全廠的煤氣放散情況進行監測。

我們可以查看排放量總覽，包含了TSP、PM10、PM2.5 等數據；并可以查看全廠各監控點的位置，點中按鈕之后可以對廠區內各點的排放進行更為詳細的查詢，并可以查詢該點位詳細的設備信息。可以看到，本項目實施后，全場高爐、轉爐等監測點的煤氣放散為零，本項目燃燒廢氣經過脫硫處理后，污染物達到了超低排放要求，成為了綠色鋼鐵廠的典范。

工程效益

該工程全面采用了BIM 技術，基于統一的模型與信息標準，整合設計模型、實景模型以及第三方模型，構建出與現實工廠完全一致的數字化模型。依托BIM 技術應用，有效縮短設計周期，減少現場返工，加快施工進度。和同類工程相比，設計周期節省了15 天，建設工期減少了30 天，提前投產為用戶多帶來近2000萬的收益。

該機組的投運，將廠內富裕高爐煤氣集中進行發電處理，每年累計減少高爐煤氣放散13.68 億Nm3，節約標準煤19.2 萬噸，減少CO2排放47.9 萬噸，為碳達峰、碳中和目標的實現做出了積極貢獻。本項目年發電量約4.8億kWh，相當于60 萬居民的全年用電量，實現了變廢為寶。

該工程全面采用BIM 技術。基于統一的模型與信息標準，整合設計模型、實景模型以及第三方模型，構建出與現實工廠完全一致的數字化模型。通過數字化工廠的建設，依托于數字孿生技術實現廠區的全方位三維化、數字化、智能化的目標，為行業數字化、智能化轉型奠定堅實的基礎。

圖4 Bentley Synchro 是施工管理平臺