数字化设计赋能“双碳”目标 共建美好家园

文|丁勇山 曹韦韦

图1 BIM 数字孪生

科技创新是统筹推进行业生产力提升与绿色低碳发展的关键所在。通过加大科技创新投入力度，加快推进低碳冶炼技术、节能降耗技术、能源综合利用等前沿技术的研发和应用，真正做到协同减污降碳，推动企业在降耗、绿色发展道路上迈出坚实步伐。世界首套60MW亚临界高炉煤气发电项目是将原有低效中温中压发电机组停用，规划新建全新超高温亚临界发电机组，通过回收厂区高炉煤气再利用进行发电，从而减少煤气放散污染，达到节能减排、保护环境的目的。

工程概况

该工程采用超高温亚临界一次中间再热机组，机组全厂热效率可达40%，相比改造前中温中压参数机组效率提高了82%，每年实现CO2减排47.9 万吨。该工程开创了超高参数、微型化发电机组技术领域先河，实现了技术上重大突破，对于全球亚临界微型发电工程的发展具有重大的战略意义。

本项目应用Bentley 的解决方案，目标是通过三维设计，实现项目的精准设计，同时创建全部工厂的数字化模型，基于AssetWise 进行工程数据资产的交付，并基于iTwin 打造全场煤气排放管控平台，对全部厂区的煤气放散进行监测和管控。

数字化技术应用

设计阶段，项目团队建立了统一的建模、交付及数据接口标准，建模精度达到了LOD400，各专业设计人员及设备供应商都基于统一的标准工作。

图2 BIM 协同平台

工程师应用OpenPlant PID 做PID 设计、OpenPlantPiping 做管道设计、BRCM 做电气设计、AECOsim 做建筑设计、Prostructures 做结构设计等。

在可视化的协同空间中，通过相互参考，每一位工程师都能观察到其他工程师的设计内容，从而最大限度避免了碰撞问题。即使再紧凑的设计，在可视化的协同设计中，都可以完美解决。

图3是中间管线，可以看到管线的密集程度，这在传统的二维设计中将会产生大量的错误，而Bentley 的解决方案解决了这些问题。同时，这些管线大部分为高温高压管线，管网安全和管网的应力计算是难点问题，项目团队应用了AutoPIPE 对整个管网进行静力和应力分析，快速生成计算结果，极大提高了计算效率和质量。

图3 设备及管线

施工前，应用模型进行设计交底。有限空间内设备、管线布置，为施工安装带来了极大挑战。依托于模型，可以在任何一个剖面来观察模型，以帮助项目团队更好地理解设计意图。这种直观性在设计和施工上，都为项目团队带来了极大便利。

施工阶段，项目团队应用SSYNCHRO 模拟整条产线的施工进度，依赖于可视化的进度计划，项目各方共同确定了项目进度目标，并在施工过程中按照预定的目标逐步完成。

项目完成后，基于AssetWise 整合工程设计、采购、制造、施工、安装信息，形成工程数据资产。更重要的是，基于iTwin 开发了全厂煤气排放管控平台，对全厂的煤气放散情况进行监测。

我们可以查看排放量总览，包含了TSP、PM10、PM2.5 等数据；并可以查看全厂各监控点的位置，点中按钮之后可以对厂区内各点的排放进行更为详细的查询，并可以查询该点位详细的设备信息。可以看到，本项目实施后，全场高炉、转炉等监测点的煤气放散为零，本项目燃烧废气经过脱硫处理后，污染物达到了超低排放要求，成为了绿色钢铁厂的典范。

工程效益

该工程全面采用了BIM 技术，基于统一的模型与信息标准，整合设计模型、实景模型以及第三方模型，构建出与现实工厂完全一致的数字化模型。依托BIM 技术应用，有效缩短设计周期，减少现场返工，加快施工进度。和同类工程相比，设计周期节省了15 天，建设工期减少了30 天，提前投产为用户多带来近2000万的收益。

该机组的投运，将厂内富裕高炉煤气集中进行发电处理，每年累计减少高炉煤气放散13.68 亿Nm3，节约标准煤19.2 万吨，减少CO2排放47.9 万吨，为碳达峰、碳中和目标的实现做出了积极贡献。本项目年发电量约4.8亿kWh，相当于60 万居民的全年用电量，实现了变废为宝。

该工程全面采用BIM 技术。基于统一的模型与信息标准，整合设计模型、实景模型以及第三方模型，构建出与现实工厂完全一致的数字化模型。通过数字化工厂的建设，依托于数字孪生技术实现厂区的全方位三维化、数字化、智能化的目标，为行业数字化、智能化转型奠定坚实的基础。

图4 Bentley Synchro 是施工管理平台