BIM技术在高温超高压煤气发电改造项目中的应用

曹韦韦，王艳红，丁勇山

（中冶京诚工程技术有限公司，北京 100176）

1 工程概况

当前，钢铁企业在正常生产过程中，会产生大量的副产品——煤气。以往这些煤气都被直接放散至大气中，既造成大量的煤气能源浪费又污染了环境。随着中国大力提倡循环经济、绿色经济、低碳经济，号召节能减排，作为用能大户的钢铁企业，节能显得更为重要。将钢铁厂中富裕煤气用于发电，不仅可以提高企业自发电率，减少外购电，降低综合能耗指标，增长企业经济效益，提高企业竞争力，重要的是减少污染物排放，保护环境，具有重要的环保效益和社会效益。

河南济源钢铁（集团）有限公司原有煤气发电均为中温中压汽轮发电机组，机组综合发电效率仅有25%，另外随着生产规模扩大，煤气仍有部分放散。80 MW 高温超高压煤气发电节能改造工程建设，是将原有低效中温中压发电机组拆除，在原地狭小、有限的总图空间规划新建全新80 MW高温超高压一次再热汽轮机发电机组，265 t/h 高温超高压锅炉，超低排放脱硫系统，升压并网设施以及化水、循环水等配套设施。通过回收厂区高炉煤气进行发电，从而减少煤气放散污染，转化为再利用能源，达到节能减排、保护环境的目的。工艺流程见图1。

2 BIM功能应用

BIM（Building Information Modeling）技术在电厂建设全过程中能够提高设计效率和质量，BIM 核心在于数据信息的真实性、完整性以及系统性，BIM数字化交付系统利用计算机技术及三维技术，完成设计期、建设期数据的集成，将三维模型与系统图、布置图等设计数据，以及设备、施工、监理、调试等数据建立起关联，通过浏览器实现快捷的查询、浏览。在电厂运行阶段可以与电厂数据库链接，为电厂其他管理运行系统提供必要的属性和可视化信息。BIM 功能应用详见图2。

图1 工艺流程图

图2 BIM 功能应用图

3 工程难点及BIM技术重点

工程业主积极响应国家“十三五”规划要求，提倡并践行节能减排理念，要求工程尽早投产。鉴于此，设计面临更高的要求和挑战。

难点1：设计周期短，如何保证设计质量。

难点2：局部空间狭小，管线排布困难，给设计和施工带来挑战。

难点3：参与专业多，协同设计难度大。

难点4：如何完成设计交付，才能有效衔接施工与运维。

BIM 技术已经在市政业进行了较深入的研究及应用，但在工厂煤气发电领域应用尚待进一步全面开发应用。河南济源钢铁80MW煤气发电项目全面应用BIM技术，重点工作如下：

重点1：总设计周期由6个月缩短至4个月，需全面实现工艺、土建、电气、仪表、通风、给排水等各专业高度协同。

重点2：通过基于Synchro4D 施工模拟，制定合理的施工计划，有序安排施工顺序。

重点3：提供业主BIM 设计交付，有效衔接施工与运维。

4 BIM的实施

基于Bentley Project Wise 协同工作平台，BIM设计对总图、热力、建筑、混凝土、钢结构、建筑、设备、电力、给排水、通风等十个专业，全设计过程以及不同设计平台文件进行有效的管控。

（1）数据中心架构：基于企业数据中心云平台，实现异地实时协同办公及工程快捷交付。

（2）BIM 模型结构：基于PW 统一管理平台，制定合理的模型结构层级，便于各专业相互参考引用，协同完成本工程的模型设计，并可实时查询设计进度及检验模型质量。

结构分级：总装模型→厂区分装→区域分装→专业分装→专业模型。

（3）BIM 模型：BIM 模型可重复利用，实现“一模多用”，可用于三维提资，应力计算，模型出图，三维交付。

（4）碰撞检验：通过BIM 模型可进行协同设计，方便进行设备、结构、管道等碰撞检查。

（5）出图定制：模型出图时，可进行标准图框定制、线型线宽定制、文字标注定制、签字栏定制，施工图深度LOD300 以上；自动提取图中信息，一键输出材料表设备表等，自动区分材料和设备，准确控制材料量，减少费用。

（6）数字化交付：全新三维数字化设计交付平台，以三维数字化模型为基础，整合设计、采购和施工阶段相关信息、图纸及文档信息，形成以BIM 模型为载体的网状信息模型，实现信息的快速查询，用于三维设计交底、指导施工、业主运维等环节。

5 BIM创新应用

创新点1：应用Eplan 开展高质高效电气设计：本工程实现电气系统设计全数字化驱动，完成了冶金行业电气设计方式的革新。

创新点2：二次开发管道支吊架设计模块：支吊架设计功能一直是行业BIM 设计中的短板，发电工程支吊架更是复杂，传统设计难以高质高效完成。鉴于此，我公司基于BentleyOPSE 支吊架模块功能，结合自身行业需求，二次开发支吊架设计软件，完成本工程设计，该设计模块可应用于管道、电缆桥架以及HVAC专业。

创新点3：图3为我公司自主研发的全新三维数字化设计交付平台，以三维数字化模型为基础，整合设计、采购和施工阶段相关信息、图纸及文档信息，形成以BIM 模型为载体的网状信息模型，能够实现信息的快速查询，可用于三维设计交底、指导施工、业主运维等环节。

图3 三维数字化设计交付平台

6 BIM技术工程应用效益

（1）设计效益

更高效：统一协同平台，使信息沟通效率提高。

更优质：有效避免现场管道、设备、结构等碰撞。

更安全：管道综合应力计算，保障管网安全性。

更节约：基于模型的优化，最大限度保证工艺布置、结构轻量化及合理性。

更精确：三维数字化正向设计，模型输出图纸、量单，保证数据准确性。

更直观：全新可视化交付平台助力指导施工、运维。

（2）经济效益

本工程采用高温超高压一次中间再热发电机组，比原有发电机组效率相对提高60%以上。机组投产后可为企业减少外购电量近6.2 亿kWh，折吨钢成本降低70 元，每年为用户带来发电收益约3.1亿元。

（3）环保效益

汽轮机回热系统余能梯级利用技术，在保证锅炉给水温度的前提下，整合全厂余热资源，最大限度利用厂区余热资源，减少汽轮机回热抽汽量，增加发电量。

蒸汽零排放，将定排、连排、除氧器等设备排汽有效利用，既节约了能源，又避免“冒白烟”问题。

燃烧优化控制：通过智能仿人工控制策略、预测控制、模糊控制、自动寻优和反馈校正等技术，真正实现了锅炉在各种工况下的全自动运行，在实现最高能源利用效率的同时，极大的降低了人工成本；

烟气脱硫除尘烟塔合一技术，烟气排放指标，二氧化硫≤35 mg/m3、氮氧化物≤50 mg/m3、粉尘≤5 mg/m3，达到超低排放要求。

每年累计减少高炉煤气放散18.6 亿m3，减少CO2排放64万t。

7 结语

BIM 技术在河南济源钢铁80 MW 高温超高压煤气发电工程中的实际应用，为其他相关工程领域BIM 技术应用开创了新思路，促进了BIM 技术推广和创新应用。实现数字化电厂移交，提高了数字化电厂项目全生命周期内信息管理水平和深度。电子数据资料的分类、收集、整理、审批，并最终移交给运营维护团队的过程，实现在移交一个物理电厂的同时，移交一个数字化的电厂，并为运维阶段集成ERP、DCS等生产管理系统实现数据集成，为电厂运行管理提供服务。最终实现面向全生命周期的“电厂数字信息资产管理平台”。