BIM技术在氨法脱硫EPC项目中的应用

康瑞龙

（西安航天源动力工程有限公司，陕西西安 710100）

近年来，随着国内锅炉烟气脱硫的逐步深入，加上“双碳”战略目标的全面实行，烟气脱硫行业新建项目总趋势逐年减少，改造、升级项目相对占比有所增加，而此类项目有任务重、工期紧、工序交叉多、作业面小、施工难度大等特点。在此背景下要求项目设计施工人员必须借助多种技术来提高效率，保证项目的高质量、严要求、高效率完工。

BIM技术已在国内民用建筑行业中发展多年，快速成长并且较为成熟，其具有可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性的特点[1]。烟气脱硫项目利用民建及其他工程行业三维协同的经验，结合自身的特点充分、合理地发挥BIM技术的优势，提高烟气脱硫设计、施工效率和质量的同时[2]，为项目的顺利进行、精细化管理和后期运营起到增值效果。

1 氨法脱硫主要设备

锅炉烟气氨法脱硫超低排放项目中，主要由引风机、氧化风机、浆液循环泵、氨水系统、工艺水系统、烟道（包括挡板门、膨胀节等）、脱硫吸收塔本体（包括爬梯、平台、预埋件）、内件（喷淋层塔盘、除雾器及冲洗系统）、氧化槽、非标槽罐、后处理设备（料液槽、干燥机、包装机、分离器等）、换热器、电梯及电气（变压器、配电柜、照明系统）、自控系统、暖通、消防、给排水等组成。

2 模型搭建

2.1 BIM软件

目前BIM技术领域没有特定的软件，市面上应用比较广泛的主要有Revit、Sketchup、Rhino、Archicad及国产广联达5DBIM、鲁班BIM等。不同软件针对的行业或专业不尽相同，优缺点比较突出，因此在实际设计过程中不同专业可根据专业特点，运用不同软件的不同功能来完成一个项目整体模型的 搭建。

2.2 建模原则

模型搭建前，项目组根据项目的实际情况，制定针对性较强的建模规定性文件，包括项目需求与建模目的、模型建立准则和模型搭建进度。在项目执行的不同阶段建立不同深度的模型，考虑模型效果和花费成本，兼顾经济、适用的原则下，选择适当的方式建模[3]，这样既能提高建模的速度和质量，也能使模型不至于过大影响电脑运行速度。复杂且关键的设备或构件需要精确度较高的模型，这一模型须具备部件的可拆 装性。

为能计算各种材料的使用数量，须先于BIM模型组件中加入其包含的单项名称，并补充未建立的实体组件的尺寸及参数。例如，柱、板、梁、管道、阀门、型钢等。建模的同时严格遵循三维校审原则，模型建立后进行各专业内部的碰撞检查。

2.3 结构专业

结构专业按照完整的总图、工艺提供的构筑物条件图和设备布置图，结构计算（PKPM软件）文件可导出为SC文件，混凝土结构的构筑物等可直接导入到Revit软件中进一步细化，或者直接在Revit软件中建立模型，并设置预留孔洞、门、窗等。精度要求较高的钢结构模型在Tekla Structures软件中搭建，能够体现出更多的细部设计。结构专业绘制的轴网作为整个项目的轴网体系，其他专业间相互链接，以便模型在后续能够在同一坐标系中准确地整合在一起。

2.4 设备专业

设备专业根据工艺与管道布置要求和施工图，主要运用SolidWorks、Proe等软件绘制非标设备三维图。设备管口可在配管软件中添加方便管道专业在配管时随时改变管口方位。模型完成后转换成IFC或Navisworks能够载入的格式。

2.5 管道专业

管道专业主要的三维配管软件有PDMS、PDS、CADWorx、PDMAX、AutoCAD Plant 3D等，在管道、阀门、支吊架等模型完成后，与结构、设备等专业确定管廊、预埋件、预留孔洞等，较为方便快捷地生成平断面图、轴测图、管口方位图、管道材料表等，并实时地碰撞检查。

2.6 公用工程专业

电气、仪表专业依据相关专业模型链接可在配管软件或Revit软件中布置设备、桥架、测点等，无须在模型中体现线缆等以免影响模型臃肿。给排水、消防、暖通等专业也可直接在Revit软件中布置管道和设备等。Revit软件中包含了公用工程专业的常见族库，借助插件大量免费族库可供使用，软件中建立相关族也相对简单。

3 模型的整合与碰撞检查

BIM模型按1∶1的比例建模，二维制图表达不够清晰的部分均可得以展现，将一些难以发现的问题直观地暴露出来，如图1、图2。整合后的模型就需要进行专业间的碰撞检查，设计中不可避免地出现各种错、漏、碰等现象，及时修改、优化调整模型，反复循环检查直至没有碰撞为止，在此过程中可发现传统的设计中很难被发现的隐藏问题，这个过程极大程度地纠正设计错误，理论上可消除所有的碰撞问题。碰撞检查主要是对三维模型进行多专业集成后的规范性检查，并制作问题报告及时反馈设计确认并加以修改，以确保项目从设计端到施工端的良好过渡。对于工程项目，采用BIM技术进行碰撞检查有着明显的优势及意义[4]。

Fuzor和Navisworks是全工程总装模型或部分专业总装模型进行漫游、动画模拟、碰撞检查等分析的软件，还可以用于分析、仿真和项目信息交流，支持的格式几乎涵盖了市面上主流制图软件的数据格式。同时又是一款轻量化软件，文件较小，对电脑配置要求低，实时的漫游和审阅能够提高团队之间的协作 效率。

结构、设备、管道等整合模型见图1，图2。

图1 某项目结构、设备、管道等整合模型

图2 某项目结构、设备整合模型

4 BIM技术在氨法脱硫EPC项目的应用

4.1 EPC项目管理

基于BIM模型的设计涵盖了项目所有参与专业，BIM设计为全专业内容设计，可直接生成图纸，统计材料，精确控制工程量和工程造价，使设计管理精细化。EPC项目中存在各种接口，涉及甲方和众多上下游供应商等，这些接口之间要做到无缝拼接，其配合和管理也要精细化，借助BIM技术的强大协同来实现接口之间的无缝连接。

4.2 图纸会审

建模的过程实际上是设计人员全面且细致地对施工图的审查，通过三维模型提前预知施工图中错误的地方，施工中减少了设计变更、工作签证等，保证设计质量。同时设计人员在建模过程中能够深入理解和吃透图纸，加深对脱硫技术和相关设备的了解，为后续的技术迭代更新和降本增效提供技术支持。

基于BIM的施工图的会审，项目各参与方及审图单位通过三维模型的可视化沟通。对出现的问题说明和标记并提出修改意见，提前预判建筑构件、设备之间的相互冲突，极大地提高沟通效率。运用BIM模型的模拟、仿真、漫游，清晰表达装置、设备、建筑物的设计效果，并反映主要空间布置、复杂区域的空间构造等，辅助设计与管理人员对初步设计进行辅助设计与评审，促进工程项目的规划、设计、招投标和报批等管理工作的顺利进行。

4.3 项目招标阶段

此阶段可建立精度相对较低的结构、设备及部分主要管道模型，如图3。通常用草图大师（SketchUp）建模，该软件具有界面简洁、命令较少、易学易用、适应范围广等特点，在建筑、规划及工业设计等领域广泛应用。与AutoCAD、Revit等软件结合使用，快速导入和导出DWG、JPG、IFC等三维格式文件，它可以快速方便地创建、观察和修改三维模型。在Fuzor、Lumion、Navisworks等软件中模拟3D空间场景，通过漫游、导出动画（配以解说、标注、音乐）及比较前沿的VR等形式提供身临其境的视觉和空间感受。通常带有三维动画效果的标书，能给甲方和评委带来强烈的视觉冲击[5]，同时在初设阶段方便甲方直观、清晰地预览和比选方案，如图4。

图3 某改造项目模型

图4 某项目初设阶段模型

改造项目中利用无人机三维扫描仪对脱硫塔、建筑物等进行扫描，扫描数据导入到三维软件中，再根据项目实际情况进行细化模型，分析设备、建筑物的使用情况并制定切实可行的改造方案。

4.4 三维交底

BIM模型三维交底时通过二维图纸、三维模型及动画将项目整体情况更加直观地呈现在项目管理、施工人员面前，能够在最短的时间内让参与各方了解项目特点、施工要求等，将场地的布置、施工细节、工序、重难点及保证安全、质量、进度的技术措施一并进行交底[5]。

4.5 设备安装阶段

脱硫塔是锅炉氨法脱硫项目中的核心设备，脱硫塔上附件（内件、管口、平台、爬梯、支架、电梯轨道等）较多，塔体的预制、内件安装、构件安装、电梯安装、内防腐、保温等大量的工序都需要流水作业和交叉施工，现场管理和施工人员的管理、操作难度都较大，安装过程中容易出现构件、管线、支架等产生碰撞问题，基于BIM模型的施工管理模拟，可以做到事前、事中、事后的管控，优化项目中各种资源的合理配置，完善项目施工组织设计和施工工艺[2]。在大型复杂场景中能够帮助施工管理团队优化资源的配置和选择合理的施工机械，减少构件在安装过程中的碰撞，达到提高效率、节省工期、节约资金、指导施工的效果。

4.6 运维阶段

施工阶段涉及的内容、参数、质量要求等全都可以实时更新并形成新的BIM模型作为竣工资料，这种竣工资料更加具有专业性、系统性、全面性，将三维建模技术运用到运维管理上可以起到明显的作用，模型的数据记录有图可查、有据可循、具有追溯性，可在运维阶段制定合理、专业的运维方案，整合信息，提高工作效率，优化管理[1]。

5 结语

氨法脱硫EPC项目中，利用BIM技术能够有效提高项目的工程质量，并且在进度、资金、资源等方面也有显著的效果。但目前BIM软件较多且在不断地更新与进步中，建模就需要具备三维设计知识的专业技术人员，同时掌握多种软件使用方法。锅炉氨法脱硫工程三维设计没有相关的标准、规范，还存在着流程繁琐、各专业建模软件不同、模型整合时会有部分信息丢失的问题，后期导出动画和图片时需要大量精力调整。目前BIM技术主要应用在大型项目，氨法脱硫项目应用较少并且还处在探索阶段。