BIM 技术在选煤厂设计中的运用

付殿宏，李 平，田广荣，谢保保

（陕西陕煤榆北煤业有限公司榆林选煤分公司，陕西 710076）

引言

选煤厂是煤炭加工行业的重要组成部分，其设计和建设对于提高煤炭加工效率和产品质量至关重要。BIM技术是一种集成的设计和管理平台，通过数字化建筑模型的创建和管理，实现了设计、施工和运营各个阶段的信息共享和协同工作。在选煤厂设计中，BIM技术不仅可以提高设计质量、减少设计错误，还可以帮助设计团队更好地理解和分析项目要求，准确捕捉和传递设计意图。因此，研究BIM 技术在选煤厂设计中的运用具有很高的价值意义。

1 BIM技术的应用特点

1.1 信息集成与协同设计

BIM 技术将建筑物生命周期内的所有信息整合到一个统一的、相互关联的三维模型中，实现从设计、施工、运营、维护到拆除的整个过程中信息的共享和传递。

1.2 三维可视化与参数化设计

BIM技术以三维模型为基础，使设计师和项目相关人员能够更加直观地理解建筑空间关系、结构布局和设备设施等元素［1］。同时，BIM 技术支持参数化设计，设计师可以根据需要修改模型中的参数来快速调整建筑物的形状、尺寸、材料等特性。这种三维可视化和参数化设计特性有助于提高设计质量、减少设计错误，并为施工人员提供更清晰的指导，从而使设计过程更加灵活和便捷［2］。

1.3 碰撞检测与优化及进度和成本控制

BIM技术具有碰撞检测功能，可以在设计阶段自动检测建筑结构、机电设备等元素之间的碰撞冲突。通过优化设计，可以避免施工过程中的返工和浪费，降低成本，提高施工质量和效率。此外，BIM 技术可以实时跟踪项目进度和成本，帮助项目经理更有效地进行资源分配和进度调整。通过对项目进度和成本的精细化管理，可以确保项目按照预定的时间、成本和质量目标顺利完成［3］。

2 BIM技术在选煤厂设计中的运用价值

2.1 提高设计质量和效率

在选煤厂设计中，BIM 技术可以提供更直观、精确的三维模型，帮助设计师和项目团队更好地理解建筑物的空间关系、结构布局和设备设施。这种可视化特性有助于提高设计质量，减少设计错误。

2.2 促进协同管理与沟通

BIM 技术支持多人同时在线协同设计，使设计师、工程师、施工人员等相关人员可以在同一模型上进行实时的讨论和修改。这种协同设计特性有助于提高项目团队之间的沟通效率，减少因信息传递不及时或沟通不畅导致的设计错误和施工问题。

2.3 提升选煤厂的运营维护水平

BIM技术可以为选煤厂提供完整的、相互关联的信息模型，有助于运营维护团队更好地了解建筑物的结构、设备设施和管线系统。在选煤厂的运营维护阶段，BIM 技术可以支持故障诊断、设备更换和维修等方面的工作，从而提高运营维护的效率和质量［4］。

3 传统选煤厂的设计过程

3.1 初步设计阶段

在初步设计阶段，设计师大多根据选煤厂的煤质特点、产品要求、生产能力等因素，选择合适的选煤方法和设备。例如，对于易选煤，可以采用简单的首选或重介选煤工艺；而对于难选煤，则要采用更为复杂的浮选或联合选煤工艺。在设备方面，传统选煤厂通常采用的设备有破碎机、筛分机、磁选机、重介质旋流器、浮选机、压滤机等。

在初步设计阶段，传统的设计主要以二维技术为主。二维技术（如CAD软件）被广泛应用于选煤厂的各个设计环节。通过二维技术，设计师可以快速绘制选煤厂的平面布置图、设备布置图、管道布置图等［5］。

3.2 施工图设计阶段

在初步设计阶段完成后，设计师要将初步设计方案细化为施工图，如图1所示，以便施工队伍参考和实施：（1）设备详图设计。设计师要根据设备选型和规格，绘制详细的设备详图，其涵盖了设备尺寸、结构、材料、连接方式等内容；（2）管道布置图设计。设计师要根据工艺流程和设备布局，设计管道布置图，包括管道的走向、规格、材质、连接方式等内容；（3）电气与自动化设计。设计师要根据选煤厂的生产要求，进行电气与自动化设计。比如动力系统、照明系统、监控系统等内容；（4）土建与结构设计。设计师要根据选煤厂的总体布局，进行土建与结构设计，包括厂房、办公楼、道路、排水系统等内容；（5）施工图审核与修改。施工图设计完成后，要经过相关部门和专家的审核。审核过程中，设计师要对施工图进行修改和完善，以确保选煤厂施工的顺利进行。

图1 传统选煤厂施工图设计流程图

3.3 施工监理阶段

此阶段中，设计师要密切关注选煤厂的施工进度和质量，确保施工过程符合设计要求。具体而言，施工监理过程涉及施工进度监控、施工质量控制、设计变更与调整、施工问题反馈与协调、安全监管和环境保护。对重要设备安装、管道敷设等环节，设计师要求拍照记录，以便验收时进行质量检查。

4 BIM技术在选煤厂设计中的具体运用

陕西某选煤厂位于陕西省宝鸡市，设计处理能力为400 万吨/年，采用重介选煤工艺。选煤厂占地面积约为120,000 m2，总投资约为2.5亿元人民币。本项目设计目标是建成一座绿色、高效、智能的现代化选煤厂，以提高煤炭资源的利用效率，降低环境污染。

在传统选煤厂设计过程中，面临诸多挑战，因此，陕西某选煤厂决定采用BIM 技术进行设计，以实现设计质量、效率以及项目协同管理的提升。

4.1 三维建模技术

在选煤厂设计中，三维建模技术能够帮助设计师精确地表达设备、管道、电缆等设施的三维位置关系，实现更合理的设备布局。通过将不同设备、管道和电缆的尺寸、连接方式等信息进行数字化处理，设计人员可以更加直观地观察和分析设备之间的相互影响和干涉情况，从而优化整个选煤厂的空间布局，提高空间利用率和运营效率。

三维建模技术为设计人员提供了更直观、更高效的设计工具。通过应用三维建模软件，如Auto-CAD、Revit等，设计人员能够创建精确的选煤厂三维模型。通过三维建模技术，设计人员可以控制设备之间的距离，精确至5 mm，确保设备间的安全距离。同时，设计人员可以选取小到0.5 mm 的部件进行设计，确保选煤厂中的每个细节都得到充分的关注。

三维建模技术在选煤厂设计中的应用还包括模拟实际生产过程。通过运用专业的模拟软件，如AnyLogic、Arena等，设计师能够对选煤厂的生产过程进行模拟和优化。这些模拟软件可以分析各设备之间的相互作用，预测产能、能耗等关键指标，帮助设计人员找到最佳设计方案。

4.2 施工进度模拟技术

在施工进度计划制定方面，BIM技术可以通过建立3D模型和4D模型来模拟施工过程，从而预测各阶段的施工时间、人员分配、设备要求等信息。这些数据可以帮助项目团队更好地掌握整个施工进度，从而合理安排人力、物力和财力资源。同时，BIM 技术还可以对各个专业之间的协同作业进行优化，确保各专业之间的工作无缝衔接，提高施工效率。在设计阶段，可以使用5D BIM（三维模型+时间维度+成本维度）对选煤厂的施工过程进行模拟，从而发现潜在的施工风险和进度延误。如此，通过对施工进度计划的优化，可以确保关键节点和里程碑的实现，提高整体施工效率，从而缩短选煤厂建设周期。

在施工进度监控方面，BIM技术可以通过实时更新施工进度数据，为项目团队提供直观的施工进度信息。比如已完工程量、未完工程量、已完成时间、剩余时间等，帮助项目团队实时了解项目进度情况，及时调整施工计划。

例如，在本项目中，通过应用BIM 技术，项目团队分析了不同阶段的施工时间，如土建阶段要6 个月、设备安装阶段要4 个月、调试阶段要2 个月，共计12 个月的施工周期。在土建阶段，项目团队发现某区域的混凝土浇筑进度滞后，可能导致整个工程进度受到影响。通过使用5D BIM（三维模型+时间维度+成本维度），对施工过程中所需要的人力、材料、设备和资金进行精确预估，从而降低施工过程中的浪费和成本。最终，选煤厂项目按时竣工，实现了预期的经济效益和社会效益。

4.3 选煤厂智能化集成技术

在设计阶段，BIM技术可以帮助设计团队实现更高效、更精确的设计方案。采用BIM 技术，设计团队可以创建三维模型，清晰地展示选煤厂的设备、结构和管道布局。这有助于识别潜在的设计问题，提前发现并解决现场施工中的潜在隐患，从而减少项目成本和施工周期。在本选煤厂设计中，BIM技术可以实现高达95%的设计问题自动检测和修正，相较传统的二维设计方法，可以减少20 %的设计变更和50%的现场问题。

5 结论

综上所述，BIM技术在选煤厂设计中发挥了重要作用，通过三维建模技术、施工进度模拟技术和选煤厂智能化集成技术的运用，显著提高了设计质量与效率。相较于传统的选煤厂设计，BIM技术具有信息集成、协同设计、可视化与优化等诸多优势，为项目带来更高的投资回报和可持续发展潜力。随着BIM技术在选煤厂设计领域的广泛应用，选煤厂项目不仅可以实现设计、施工、运营维护等全生命周期的优化和提升，还能推动BIM 技术在选煤厂设计领域的创新发展，为实现煤炭工业的高质量、绿色、智能发展贡献力量。