BIM技术在湿法冶金项目上的应用

池文荣

(中国恩菲工程技术有限公司，北京 100038)

0 引言

BIM即Building Information Model，全称建筑信息模型，是以三维数字化信息模型为基础，可以集成各种相关信息的工程数据模型[1]。通过将项目上诸如功能、要求等各种数字化信息整合至三维模型，实现对项目的全生命周期管理。强化了项目全生命周期中信息的共享和传递，便于相关人员对各种信息做出正确地反馈和应对，在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥着重要作用[1-2]，在设计、施工、运行维护等方面具有极大的优势。

近年来，伴随湿法冶金行业快速发展，提高设计质量变的愈发重要。BIM技术相对于传统二维设计具有较大的优势，特别在可视性、概括性、配置的合理性及材料统计的准确性、各专业工作的协调同步性等方面[3]，实现了项目的可视化、设计资源的共享化、设计的精细化，达到减少工程变更、方便运营管理的目的[4]。BIM的特点和优势可以极大促进湿法冶金工程设计的发展。目前BIM技术在国内湿法冶金设计中运用较少，还有较大的发展空间。

1 项目背景和BIM目标

1.1 项目背景

贵州紫金矿业水银洞金矿450 t/d预氧化技改项目是国内湿法冶金第一次、世界第二次采用加压浸出技术处理复杂金精矿，项目设计压力世界最高，在世界黄金冶炼行业，具有极强的先导效应。

项目的主要特点是物料高硫高砷、设计压力大、设计温度高，导致蒸汽、氧气、矿浆等压力管道多，2205不锈钢、2507不锈钢、钛材等特材耗量大，高压设备、管道对工程设计的精度要求较高等问题。为了满足项目要求，该湿法加压浸出项目采用BIM技术。

1.2 BIM技术目标

本项目采用BIM技术实现了以下目标：(1)完成并优化项目土建载荷计算、厂房设计和工艺、热工等专业的设备建模及配置。(2)完成了各专业的管道配置、碰撞检查、管路优化，形成管道图、单管图、管道支架表等成果。(3)模拟安装过程，对结构件的预制及部分设备的模块化起到支撑作用，减少投资、缩短工期。

2 组织构架及平台

2.1 项目团队

BIM团队是项目实施的基础，合理的人员配置，可以极大地减少沟通成本，保证项目快速、高效地运行。同时，可以避免设计过程中缺项、漏项等问题。因此，在BIM设计中，要优先确定设计团队构成和团队成员管理逻辑。

图1介绍了本项目BIM团队构成，主要包括管理团队、设计团队、辅助支持团队。其中，管理团队由项目经理、设计经理、进度经理、文控经理、BIM经理组成。设计团队包括工艺、土建、暖通、水道、电力、电信、仪表、管网等各专业设计人员。辅助支持团队包括设备建模、人员培训及技术支持的人员。

图1 BIM团队构成图

项目经理对项目整体实施负责，设计经理在进度经理、文控经理和BIM经理协助下，管理各专业设计人员。项目团队管理逻辑，如图2所示。

图2 项目团队管理逻辑

2.2 BIM平台

BIM平台是指在项目设计过程中，各专业设计人员或者项目管理人员使用的协同平台、计算平台和管理平台。BIM平台是项目实施依托，设计人员在一个共同的平台上协同设计，数据实时更新，相互参照，避免了由于各专业之间信息传递的延宕，带来的如不同专业之间管道碰撞、设备碰撞等问题。管理人员也可通过BIM平台对项目成员和项目进度，实施精细化管理。BIM平台主要包括协同平台、计算平台、设计平台。

本项目的协同平台主要是基于Bentley Project Wise系统，Project Wise是Bentley公司的一款产品。具有良好的兼容性和协同性等特点，可与常见设计软件集成，管理和维护较为简便，实现多平台协同工作[5]。项目管理、设计等工作都在该平台上进行。设计人员将设计文件上传至平台中，可随时随地实现该文件读、写、保存等操作。其他专业也可通过参考该文件，实时共享，极大的方便设计工作的开展。管理人员通过用户权限管理和文件权限管理，保证了文件安全性。管理人员还可在Project Wise平台上，对项目进度实时监督，有效地提升了管理效率。

本项目的计算平台主要包括：用于工艺计算的METSIM、土建计算的盈建科、管道校核计算的CASER II。METSIM是一个工艺模拟软件，该软件拥有了大量的化学反应热力学数据，可对生产过程中反应过程，进行物料和热量衡算[6]，工艺工程师采用METSIM软件，对工艺进行模拟，方便了工艺参数选择和设备选型。盈建科软件是一套集成化建筑结构辅助设计软件，包括结构建模、基础设计、砌体结构设计等功能。CASER II是用于管道应力计算的软件，通过CASER II软件，对高压、高温管道进行应力计算，节约了投资，保证了设计质量。

本项目的设计平台主要是Microstation、Openplant、GEOPAK软件。工程师通过使用Microstation软件对设备进行建模，设备模型更加细致、精确。Openplant软件则主要用于管道专业进行管道建模，该软件可以实现自动碰撞检查、自动出图、操作简单。GEOPAK是土木工程设计软件，具有涵盖范围广、侧重于应用等特点，提高了结构、建筑工程师的工作效率。

3 BIM在项目实施阶段的应用

BIM在项目实施过程中，主要流程为：参数化分析—初始建模和配置—动态切图—返设备资料—修改模型—管道设计及碰撞检查—修改图面—批量出图。

在本项目实施过程中，通过参数化分析，对加压浸出工艺进行模拟、对车间土建设施进行强度计算，完成工艺设备、土建梁板的选型工作。初始建模和配置阶段要求设备、土建专业等专业的模型带有基本尺寸信息，并且完成设备和土建基本配置方案。动态切图的主要目的是用于初始文件评审和交付。当收到设备资料后，进一步修改、细化各专业三维模型。同时，开展管道配置工作，并且对管道进行碰撞检查。项目最后工作是修改图面，批量出图。

在项目实施过程中，参数化分析、模型的建立和管道碰撞检查工作极为重要。

3.1 参数化分析

项目的参数化分析主要包括反应流程模拟、应力计算、结构强度计算等，是项目顺利实施的可靠保证。采用METSIM软件进行工艺计算，对整个反应流程进行了模拟，为设备选型、工艺配置等提供了依据。采用CASER II软件对管道进行应力校核，避免压力管道出现应力集中，确保设计质量。盈建科软件则为结构强度计算，为土建工作的开展提供了极大的便利。本项目METSIM工艺计算图，如图3所示。

图3 METSIM工艺计算图

3.2 模型的建立

模型的建立是三维设计的基本前提。项目实施过程中，应优先完成设备建模和项目初始的三维配置方案。三维模型的建立，可以生动、准确、清晰地将一些数字或文字，通过三维表现出来。

三维模型深度取决于项目实施阶段和用户的要求，施工图阶段需要体现设备的外形、管口等基本信息，以便避免出现碰撞或者管口安装错位等问题。当需要突出展示三维效果的用户来说，通过细化其中的三维模型，以便更好地表达三维立体效果，需要强调的是：模型的表述程度的差别，并不影响设备、材料统计[3]。本项目主要设备模型，如图4所示。

图4 主要设备模型

3.3 管道碰撞检查

管道碰撞问题在湿法冶金项目建设过程中较为常见，尤其当一些管道带有坡度或者出现较多管道交错时，现场需要根据实际情况做出调整。BIM技术的应用为管道碰撞检查提供了极大的便利，相对于传统二维设计而言，可以更加智能、精确、高效地完成管道碰撞检查，避免了现场返工，减少了项目投资。图5为本项目管道碰撞检查时，发现的某处管道碰撞。

图5 管道碰撞检查

4 结语

通过本项目的实践发现：(1)与传统二维设计模式相比，设计过程采用BIM技术，明显提升了设计质量。在模型建造过程中能够充分发挥三维视图的模拟作用，优化设备及管路配置，方便了生产操作，对于生产人员的培训也起到了重要支持；(2)采用BIM技术还能够校核安装过程，在厂房结构件的预制及局部区域的模块化帮助很大，对项目投资能够起到优化的作用，且较为明显的减少了项目的建设周期。

需要指出的是，由于目前采用BIM技术设计湿法冶金项目所涉及到的软件较多，需要加强人员的培训，进一步扩大推广范围。