BIM技術在氨法脫硫EPC項目中的應用

康瑞龍

（西安航天源動力工程有限公司，陜西西安 710100）

近年來，隨著國內鍋爐煙氣脫硫的逐步深入，加上“雙碳”戰略目標的全面實行，煙氣脫硫行業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，而此類項目有任務重、工期緊、工序交叉多、作業面小、施工難度大等特點。在此背景下要求項目設計施工人員必須借助多種技術來提高效率，保證項目的高質量、嚴要求、高效率完工。

BIM技術已在國內民用建筑行業中發展多年，快速成長并且較為成熟，其具有可視化、協調性、模擬性、優化性、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三維協同的經驗，結合自身的特點充分、合理地發揮BIM技術的優勢，提高煙氣脫硫設計、施工效率和質量的同時[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 氨法脫硫主要設備

鍋爐煙氣氨法脫硫超低排放項目中，主要由引風機、氧化風機、漿液循環泵、氨水系統、工藝水系統、煙道（包括擋板門、膨脹節等）、脫硫吸收塔本體（包括爬梯、平臺、預埋件）、內件（噴淋層塔盤、除霧器及沖洗系統）、氧化槽、非標槽罐、后處理設備（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）、自控系統、暖通、消防、給排水等組成。

2 模型搭建

2.1 BIM軟件

目前BIM技術領域沒有特定的軟件，市面上應用比較廣泛的主要有Revit、Sketchup、Rhino、Archicad及國產廣聯達5DBIM、魯班BIM等。不同軟件針對的行業或專業不盡相同，優缺點比較突出，因此在實際設計過程中不同專業可根據專業特點，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，項目組根據項目的實際情況，制定針對性較強的建模規定性文件，包括項目需求與建模目的、模型建立準則和模型搭建進度。在項目執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，兼顧經濟、適用的原則下，選擇適當的方式建模[3]，這樣既能提高建模的速度和質量，也能使模型不至于過大影響電腦運行速度。復雜且關鍵的設備或構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。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內部的碰撞檢查。

2.3 結構專業

結構專業按照完整的總圖、工藝提供的構筑物條件圖和設備布置圖，結構計算（PKPM軟件）文件可導出為SC文件，混凝土結構的構筑物等可直接導入到Revit軟件中進一步細化，或者直接在Revit軟件中建立模型，并設置預留孔洞、門、窗等。精度要求較高的鋼結構模型在Tekla Structures軟件中搭建，能夠體現出更多的細部設計。結構專業繪制的軸網作為整個項目的軸網體系，其他專業間相互鏈接，以便模型在后續能夠在同一坐標系中準確地整合在一起。

2.4 設備專業

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

2.5 管道專業

管道專業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，與結構、設備等專業確定管廊、預埋件、預留孔洞等，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

電氣、儀表專業依據相關專業模型鏈接可在配管軟件或Revit軟件中布置設備、橋架、測點等，無須在模型中體現線纜等以免影響模型臃腫。給排水、消防、暖通等專業也可直接在Revit軟件中布置管道和設備等。Revit軟件中包含了公用工程專業的常見族庫，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，將一些難以發現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間的碰撞檢查，設計中不可避免地出現各種錯、漏、碰等現象，及時修改、優化調整模型，反復循環檢查直至沒有碰撞為止，在此過程中可發現傳統的設計中很難被發現的隱藏問題，這個過程極大程度地糾正設計錯誤，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集成后的規范性檢查，并制作問題報告及時反饋設計確認并加以修改，以確保項目從設計端到施工端的良好過渡。對于工程項目，采用BIM技術進行碰撞檢查有著明顯的優勢及意義[4]。

Fuzor和Navisworks是全工程總裝模型或部分專業總裝模型進行漫游、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據格式。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作 效率。

結構、設備、管道等整合模型見圖1，圖2。

圖1 某項目結構、設備、管道等整合模型

圖2 某項目結構、設備整合模型

4 BIM技術在氨法脫硫EPC項目的應用

4.1 EPC項目管理

基于BIM模型的設計涵蓋了項目所有參與專業，BIM設計為全專業內容設計，可直接生成圖紙，統計材料，精確控制工程量和工程造價，使設計管理精細化。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技術的強大協同來實現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知施工圖中錯誤的地方，施工中減少了設計變更、工作簽證等，保證設計質量。同時設計人員在建模過程中能夠深入理解和吃透圖紙，加深對脫硫技術和相關設備的了解，為后續的技術迭代更新和降本增效提供技術支持。

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。對出現的問題說明和標記并提出修改意見，提前預判建筑構件、設備之間的相互沖突，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、設備、建筑物的設計效果，并反映主要空間布置、復雜區域的空間構造等，輔助設計與管理人員對初步設計進行輔助設計與評審，促進工程項目的規劃、設計、招投標和報批等管理工作的順利進行。

4.3 項目招標階段

此階段可建立精度相對較低的結構、設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、易學易用、適應范圍廣等特點，在建筑、規劃及工業設計等領域廣泛應用。與AutoCAD、Revit等軟件結合使用，快速導入和導出DWG、JPG、IFC等三維格式文件，它可以快速方便地創建、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、導出動畫（配以解說、標注、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書，能給甲方和評委帶來強烈的視覺沖擊[5]，同時在初設階段方便甲方直觀、清晰地預覽和比選方案，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，掃描數據導入到三維軟件中，再根據項目實際情況進行細化模型，分析設備、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在項目管理、施工人員面前，能夠在最短的時間內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、工序、重難點及保證安全、質量、進度的技術措施一并進行交底[5]。

4.5 設備安裝階段

脫硫塔是鍋爐氨法脫硫項目中的核心設備，脫硫塔上附件（內件、管口、平臺、爬梯、支架、電梯軌道等）較多，塔體的預制、內件安裝、構件安裝、電梯安裝、內防腐、保溫等大量的工序都需要流水作業和交叉施工，現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構件、管線、支架等產生碰撞問題，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，優化項目中各種資源的合理配置，完善項目施工組織設計和施工工藝[2]。在大型復雜場景中能夠幫助施工管理團隊優化資源的配置和選擇合理的施工機械，減少構件在安裝過程中的碰撞，達到提高效率、節省工期、節約資金、指導施工的效果。

4.6 運維階段

施工階段涉及的內容、參數、質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性、系統性、全面性，將三維建模技術運用到運維管理上可以起到明顯的作用，模型的數據記錄有圖可查、有據可循、具有追溯性，可在運維階段制定合理、專業的運維方案，整合信息，提高工作效率，優化管理[1]。

5 結語

氨法脫硫EPC項目中，利用BIM技術能夠有效提高項目的工程質量，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計知識的專業技術人員，同時掌握多種軟件使用方法。鍋爐氨法脫硫工程三維設計沒有相關的標準、規范，還存在著流程繁瑣、各專業建模軟件不同、模型整合時會有部分信息丟失的問題，后期導出動畫和圖片時需要大量精力調整。目前BIM技術主要應用在大型項目，氨法脫硫項目應用較少并且還處在探索階段。