BIM技术在环保电厂锅炉系统安装中的运用

赵凯

（福建省工业设备安装有限公司 福建省福州市 350000）

在国家对于环保工程的政策重视下，全面发展的深化垃圾焚烧发电环保项目已经发展的很广泛。余热锅炉是环保电厂领域现状态下比较成熟并且广泛的锅炉之一，经过引进、改造、应用等一系列的政策措施，国内已经基本实现技术自主化，更符合我国国情的环保电力系统。

1 工程概况

北流市生活垃圾焚烧处理工程位于广西北流市民安镇兴上村，新建二套（2×350t/天）机械炉排式垃圾焚烧锅炉与预留二期（1×350t/天）工程相关的公用系统配套设备与预留接口（除二期的锅炉、尾气系统的本体设备不在本次的安装范围内，土建部分包括一二期的所有工程范围）、2×12MW 凝汽式汽轮发电机组以及配套的主辅生产系统等。

本工程的建设规模为日处理垃圾量700t，配2×350t/d 机械炉排垃圾焚烧炉及余热锅炉与预留二期（1×350t/天）工程相关的公用系统配套设备与预留接口（除二期的锅炉、尾气系统的本体设备不在本次的安装范围内，其它安装调试工程均包括，土建部分包括一二期的所有工程范围）、“SNCR 炉内脱硝+旋转喷雾式半干法反应塔+干法喷射+活性炭吸附+布袋除尘器+飞灰固化系统”烟气净化装置，2×12MW 凝汽式汽轮发电机组，以及相配套的主辅生产系统等。

2 BIM应用

BIM 技术通过收集建筑工程项目的各种数据建立数字化模型，利用仿真技术模拟出整个建筑的真实信息以指导工程施工，是对工程设计领域的一次革新[1]不同于传统民用建筑工程项目，在工业领域BIM 的运用主要还是在于工业建筑方面的设计和施工，在工业设备领域BIM 基本上还没有运用的基础和空间，随着科学技术生产力的不断发展，很多原来不同领域的地方已经开始实现共通交互。在工业生产领域，随着新兴工业的不断发展和完善，很多原来看似不相关的领域开始有融合的迹象，像3D-max 软件原来应该算是工业软件，主要用来进行一下工业领域的设计，但是在现在BIM 技术中也包含了3D-max 软件，这在某一程度上说明了其实BIM 技术在工业设计领域无限潜能，工业施工企业应当抓住现下国家的政策引领，不断在技术中心完善BIM 在工业建筑中的应用和普及，结合越来越开放的软件端口，努力做好在工业软件同BIM 软件结合运用的可能和方式方法。

本项目锅炉系统采用Revit、3D-max、Rhino 软件对主体锅炉及钢架进行建模（如图1），根据钢架的节点和布置对锅炉设备进行分别建模，并运用BIM 软件对余热锅炉钢架的构建进行精细化模型处理并输入主要数据参数，严格控制钢架进场时间，保证余热锅炉钢架的吊装位置及安放场地。

在本项目的施工过程中，不断对BIM 模型进行修改调整，根据工艺事先结合MIDAS 等相关BIM 运用延伸软件对余热锅炉钢架吊装受力进行分析，对余热锅炉设备吊装时钢架所承受力矩进行受力分析，从而改变吊装工艺，保证余热锅炉整体安装的质量安全。

3 BIM的实施内容

图1：项目住要设备BIM 模型

图2：余热锅炉设备BIM 模型

余热资源属于二次能源，是一次能源或可燃物料转换后的产物，或是燃料燃烧过程中所发出的热量在完成某一工艺过程后所剩下的热量。[2]工业余热资源利用系统或设备运行环境相对恶劣，要求有宽且稳定的运行范围，能适应多变的生产工艺要求，设备部件可靠性高，初期投入成本高，从经济性出发，需要结合工艺生产进行系统整体的设计布置，综合利用能量，以提高余热利用系统设备的效率。[3]本项目锅炉钢架由左至右为二列，从炉前至炉后为六列。锅炉从上至下布置有梁和水平桁架组合而成的水平支撑，把柱梁连在一起组成立体的空间框架结构。锅炉基础纵向主轴线从炉左至炉右总宽度14.4 米；基础横向轴线从前到后总长度20.725 米，该锅炉钢架为全焊接形式。根据设计图纸将主要余热锅炉BIM 模型进行建立，目前为止，主要采用Revit 软件加部分3D-max 软件结合的方式，将整体锅炉BIM 模型建立。

图3：锅炉钢架吊装BIM 模拟

图4：锅炉钢架受力分析

3.1 BIM技术制作锅炉钢架模型

运用BIM 技术，将本项目的锅炉钢架模型进行建立，锅炉构架按单排柱设计，柱间设有多层横梁相连，以增加整个构架的抗震性能，钢柱上面设有顶板，整个炉室、过热器及刚性梁等的荷重均通过吊杆支吊在顶板上，然后通过钢柱传递到柱基。锅炉顶板由型钢及板梁组成。

3.2 BIM技术制作锅筒

运用BIM 技术，将本项目的锅筒模型进行建立，锅筒内径为φ1500mm，壁厚δ46mm，筒身直段长 10000mm，总长约为11275mm，材料为 Q345R，锅筒两端封头均设有人孔装 置，锅筒用吊架悬吊在顶板上，吊架对称布置在锅筒两侧，在水平方向上可向左右自由膨胀（见图2）。

3.3 BIM技术制作炉膛及水冷壁

运用BIM 技术，将本项目的炉膛及水冷壁模型进行建立，整个锅炉分为三个炉室。炉室断面尺寸 a（深度）× b（宽度）=10100mm×8200mm（按水冷壁中心线）。其中炉室Ⅰ，即为燃烧室，其断面深×宽为 3900mm×8200mm。炉室Ⅱ为燃烬室，其断面深×宽为 3000mm×8200mm。炉室Ⅲ为过热器室（锅炉的过热器水平布置在该炉室中），其断面深×宽为 3200mm×8200mm。

3.4 BIM技术制作过热器及汽温调节

运用BIM 技术，将本项目的过热器及汽温调节进模型行建立，过热器由低温过热器、中温过热器和高温过热器三级过热器组成，水平布置在炉室Ⅲ内，喷水减温器布置在两级过热器之间。

3.5 BIM技术制作省煤器

运用BIM 技术，将本项目的省煤器模型进行建立，省煤器分六组布置，省煤器由50 排φ38×4.5 的无缝钢管组成，横向节距为110mm，纵向节距为 100mm。

基本上所有余热锅炉全部主要设备就包含这些模型根据设计图纸进行1:1 的比例建模（如图2）。

4 BIM技术模拟锅炉钢架的吊装

锅炉钢架分两处堆放，一部分堆放在塔吊回转半径范围内，利用塔吊卸车、组装、吊装；另一部分用25t 汽车吊卸车到大型设备堆放场地，然后直接用25t 汽车吊转至塔吊能够吊装的位置。钢架临时堆放场设置安全围栏并作醒目的标志。

锅炉安装时整个项目中的重要节点，需要很多其他分部工程进行配合。在这方面BIM 技术能够事先快速的对安装节点进行模拟，对整个项目的有序安装起到重要的作用，特别是在锅炉钢架安装上，能够对整个项目起到预先示范的作用，在安装前对重要的节点进行施工模拟，模拟塔吊安装现场环境，预估吊装时存在的问题进行优化处理。（见图3）

根据BIM 模型事先在地面上进行钢架拼装，利用BIM 导出工程量的原理对拼装的钢架进行重量整合，保证吊装时吊装重量不超过吊具的最大吊装载荷，保证安装进度的同时保证安全。特别是在分拆整体钢架的时候，起整体的逻辑性和可吊装性能上，利用BIM技术进行拆分并模拟，很多时候能够减低现场安装所带来的的风险。

5 BIM技术结合分析软件

由于锅炉设备的庞大，在吊装锅炉设备的时候我们需要对部分钢架进行拆除，或者保留部分钢架先不进行吊装，等待设备就位后才进行安装。这样锅炉钢架在吊装时并不是以一个整体的模式进行的，在锅炉钢架吊装前，有必要对钢架的吊装受力进行分析，防止钢架在吊装过程中产生不可逆的变形和压迫，特别是在初步焊接结束的时候，钢架本身可能存在的应力应当进行与实验，在一些节点的位置使用弹力装置进行预测，保证在设备吊装过程中不完整的钢架能够保证吊装的安全。

项目上采用BIM 技术同MIDAS 软件进行结合的方式（如图4），首先对钢架进行BIM 模型制作，在模型完整的同时对钢架进行模拟拆除，BIM 技术在这方面具有很大的优势，首先在共同性上BIM 软件几乎和现在市面上的主流受力分析软件都存在共通性，模型之间和容易进行互导。其次BIM 模型在制作上要比普通的受力分析软件更容易进行，毕竟大部分的受力分析软件都比较高端，入门的要求会比较高，而BIM 技术现在比较普遍，建模的门槛低和推广性高，比如较容易让人接受。最后运用BIM 进行建模在沟通方面比较容易进行，一般都是用BIM 软件对业主或是第三方进行交付和使用的，现在也比较倾向于运用BIM 第三方平台进行交流，这样在很多时候就节省了很多的沟通成本。

6 结语

BIM 技术在现代建筑工业中即将步入运用落地实现价值体现的阶段，在未来的工业设备安装工程中，安装企业必须紧跟时代发展的步伐，在技术领域比较先进的现代化工业浪潮找找寻自己的生存和发展的地位和能力，科学技术在不断向前发展，BIM 技术也许就是很多设备安装企业发展的契机。