BIM 技术在水处理与选煤厂项目的应用探索

别铜选

（中煤西安设计工程有限责任公司，陕西 西安）

概述

BIM（Building Information Modeling）技术是欧特克公司在2002 年率先提出，已经在全球范围内得到业界的广泛认可，它可以帮助实现建筑信息的集成，从建筑的设计、施工、运行直至建筑全寿命周期的终结，各种信息始终整合于一个三维模型信息数据库中，设计团队、施工单位、设施运营部门和业主等各方人员可以基于BIM 进行协同工作，有效提高工作效率、节省资源、降低成本，以实现可持续发展[1]。

中煤西安设计工程有限责任公司（原名煤炭工业部西安设计研究院）成立于1954 年9 月1 日，隶属于中国中煤能源集团有限公司，是一家以煤炭市场为主、非煤和海外市场并进，勘察设计、工程总承包、工程技术咨询服务三大支柱业务协同发展，为工程项目提供全生命周期服务的大型综合勘察设计企业。

2016 年8 月底，中煤西安设计工程有限责任公司下发《关于成立公司BIM 技术应用中心的通知（西煤设技术[2016]37 号）》，正式成立由主要领导牵头的BIM 技术应用领导小组及BIM 技术应用中心，中心主要负责以下5 个方面的工作：

（1）建筑、市政、电力、选煤4 个业务方面BIM技术应用的规划；

（2）BIM 软硬件平台的搭建；

（3）BIM 基础数据库与应用标准的建立；

（4）现有设计软件的利用与联合开发；

（5）公司重大项目BIM 模型的建立。

1 软件选型

BIM 技术应用中心成立后，立即着手进行BIM 技术在国内应用情况的调研，先后走访了全国各地的10余家应用BIM 技术的设计单位（见图1）。行业范围涵盖了民用建筑、石油、化工、电力、冶金等不同领域。通过与使用单位面对面的交流，初步了解了BIM 技术在工程设计行业中应用的情况，也对不同企业BIM 技术在发展过程中遇到的各种困难有了一个感性的认识。

图1 BIM 应用情况前期调研公司

根据前期BIM 技术应用考察结果及与兄弟单位、软件厂商、应用项目单位的多次交流情况，并结合公司设计业务实际情况，BIM 技术应用中心编写了《中煤西安设计工程有限责任公司三维协同设计平台招标技术要求》，并与中煤招标公司通力协作，完成了BIM 软件平台的公开招标工作。经过公开招标，我公司BIM 软件平台中标软件为法国达索系统（Dassault Systemes）系列BIM 软件。

2 水处理项目BIM 应用探索

2.1 项目背景

中天合创矿井水深度处理项目总投资70 229.92 万元，全部为环保投资，项目设计处理规模72 000 m3/d，主要处理中天合创能源有限责任公司门克庆、葫芦素煤矿及母杜柴登煤矿产生的矿井水，处理后的中水全部供给中天合创能源有限责任公司煤炭深加工示范项目用于生产用水。本项目主工艺流程分为脱盐、二次浓缩及蒸发结晶分盐三个环节；脱盐处理工艺为：高效沉淀池+V型滤池+超滤+反渗透。该工艺对原水进行脱盐处理，产生的清水（产品水）回用于中天合创煤炭深加工示范项目厂区生产用水，产生的浓盐水进入后续二次浓缩工艺环节。二次浓缩处理工艺为：澄清脱水+高效反渗透。该工艺对前段脱盐处理环节产生的浓盐水进行二次浓缩，产生的清水（产品水）回用于中天合创煤炭深加工示范项目厂区生产用水，产生的超浓盐水进入后续的蒸发结晶分盐工艺环节。蒸发结晶分盐为催化氧化+MVR 蒸发浓缩+硫酸钠双效蒸发结晶+超滤纳滤+氯化钠双效蒸发结晶+杂盐干化。该工艺对前段二次浓缩处理环节产生的超浓盐水进行再次蒸发浓缩，产生硫酸钠结晶盐、并对硫酸钠结晶母液进行膜分离，产生氯化钠结晶盐。

2.2 目标与方案

建设目标：本项目为我公司BIM 一期导航项目，我们在项目实施初期就定下了“紧扣工程设计、探索服务价值”的总体目标，首先是验证软件平台功能及负载能力，试验设计输出图纸和报表的方法，然后是寻找提高设计效率的手段，规范各专业设计的方法和流程，在此基础上，进行BIM 信息模型延伸应用的探索。

建设方案：BIM 整体解决方案包含协同设计、仿真分析、运行维护3 个方面，通过项目和数据管理使解决方案保持数据和信息一致，全部呈现于达索3DExperience 平台中，实现BIM 技术在项目全生命周期中的应用。在设计过程中，基于达索3DExperience平台，采用自上而下的项目设计流程管理，完成整个项目的BIM 设计（见图2）。

图2 中天合创水处理站BIM 整体解决方案

2.3 流程与应用

建设流程：定义整体业务流程（见图3），首先是进行项目合作区的创建，定义项目参与成员，分配项目管理及设计权限，录入项目基本信息。接下来，创建项目整体结构树，关联相关设计资料、规范、文档，不同层级的节点由不同专业负责人进行创建。分配各专业设计时需要使用的资源，对需要使用的新资源进行创建。对于部分非标设备和系列设备进行参数化建模和知识工程模板创建。

图3 中天合创水处理站BIM 出图探索

整体设计采用装配方式，设备按专业组装为系统并装配于建筑内，建筑装配于场地内，层级划分清晰，父子级关系明确，便于使用和维护。设计结果可在平台内进行实时渲染，输出设计方案效果。根据国家现行规范和图集，结合公司自身设计使用实际，并考虑到后期运维使用的要求，对不同类型的设备进行属性的客制化自定义。在模型中对不同层级进行各类型资料和文档关联，便于设计、应用、运维中快速使用和查询[2]。

应用探索：针对本次项目，结合三维模型，我们进行了施工仿真应用以及二位出图的探索。其中施工仿真采用达索DELMIA 软件，基于特有的PPR 结构对厂区进行施工模拟，首先针对厂区模型根据装配流程重新定义装配体，再根据施工计划定义施工工艺，最后定义施工所需的资源（材料、设备），输出施工进度规划甘特图。

另外，对于二维出图部分我们进行了一些探索，利用软件本身功能能够实现，而且图纸与三维模型是关联的，但是出图完成度不够高，需要定制的内容比较多，还需要进行一些二次开发的工作（见图3）。

3 选煤厂BIM应用探索

3.1 项目背景

基于一期水处理项目上BIM 应用的积累，在二期BIM 应用依托项目上，我们选择了选煤厂业务。

某选煤厂项目，是山西中煤华晋某煤矿大型综合项目的四个子项目之一，位于山西省河津市固镇某村西侧，紧邻209 国道，距河津市约13 km，公路交通便利。某选煤厂改扩建工程项目在现有工业场地内进行，扩建主厂房扩建生产能力400 万吨/年，扩建后选煤厂生产能力达到800 万吨/年，对进一步扩大选煤厂的洗选产能，满足市场对炼焦煤的需求，促进企业转型发展有着重要的意义。

3.2 目标与方案

建设目标：我公司2018 年完成了一期导航项目，对三维软件的翻模和达索软件的验证工作，目前正在进行BIM 正向设计探索工作。梳理BIM 正向设计的方法，创建标准的设备库和工程模板，探索不同专业的属性扩展工作及模型与动态数据的关联方法。

建设方案：我公司采用达索系统进行BIM 正向设计，并形成选煤厂BIM 整体解决方案，设计全生命周期在3DE 平台进行管理，各专业采用CATIA 进行协同设计，采用Simulia 进行专业计算仿真，采用Delimia 进行施工方案模拟，项目及设计数据采用ENOVIA 进行管理。

3.3 流程与应用

BIM 正向设计的流程为：设计策划-合作区创建-项目搭建-任务分解-结构树搭建-设备库创建-定位布置设计-协同设计-详细设计-设计成果（见图4）。

图4 BIM 正向设计流程

3.4 BIM 应用探索

3.4.1 设备库的建立

创建设备库和设计工程模板，将各专业的设备统一管理，便于选煤方案布置阶段设备的快速调用和布置，以及非标的快速布置，提高选煤方案布置阶段的工作效率。搭建好的设备库也有利于后期其他投标项目的BIM 模型快速搭建，快速形成投标方案。

3.4.2 多专业协同设计

主导专业方案布置确定后，发布设计方案，各专业根据不同的设计权限开始协同设计。所有三维正向设计数据都在同一平台上，保证了数据源的唯一性。各专业之间可即时查看所有模型的最新状态，减少设计中的协调时间。

3.4.3 二三维校验

在项目BIM 正向设计过程中，各专业将三维布置设计和二维系统设计中的各个单元一一对应关联起来。阶段设计结束后，进行二三维校验，查漏补缺，检查错误，使设计系统与布置相统一，提高设计质量，并且便于后期设计进行修改。

3.4.4 设计碰撞检查

基于达索3DE 平台在各专业之间展开并行协同设计，在保证各专业基于单一数据源进行并行设计的前提下，也保证互相之间的数据不影响，避免出现误操作和保存等问题。在开展并行设计的同时，能即时查看其他专业的设计数据，实时查看相对空间位置，定期进行碰撞及干涉分析，提前发现问题，并进行处理，将各类碰撞问题在设计阶段就解决掉。

3.4.5 模型动态属性展示

基于3DE 平台对模型进行属性扩展，将模型相关信息输入到对应模型中，在设计完成后，可根据需要，对模型的静态或者动态属性进行即时展示。此项功能可为后期选煤厂数字化运维提供实施基础。

3.4.6 数字孪生技术探索

项目基于参数化设计的模型以及设计规则控制，可实现通过数据实时控制模型调整，模型中显示也会通过不同颜色进行反映（见图5）。系统通过读取现场实际数据，并自动同步到三维设计平台中与模型中属性信息一一对应，将现场实际数据与模型数据进行关联，并在窗口中进行动态展示。现场数据更新时，窗口中可直接显示最新的设备信息，当变化达到或超出设计预设的警告阈值时，窗口会自动弹出警告提示，便于掌握现场生产状况，并及时给出问题解决方案。

图5 数字孪生技术探索

4 未来规划

公司将以BIM 技术应用为基础，结合行业特点，利用智能化矿山建设的历史机遇，将物联网、大数据、云计算、智能化装备等先进的技术、理念、设备与BIM 技术相结合，以保障安全高效生产为切入点，建立以BIM 模型为载体的数字孪生工程，实现数字工程和现实工程一体两面，实现工程项目后续的管理、运维数字化[3]。