基于BIM技术的导热油炉装配式设计施工应用_郑常春.pdf
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1、ANZHUANG2023年第6期52机 电 安 装 Electromechanical Installation郑常春1 李正斌2 刘长雨1(1.中机中联工程有限公司 重庆 400039;2.重庆太湖锅炉股份有限公司 重庆 400041)摘 要:装配式模块化设计是当前工程设计发展的趋势。本文采用BIM技术对导热油炉进行模块化设计、预制化加工、装配化施工,可提高设计精度,提升安装效率,确保安装质量,加快建设速度,为工程设计与建设带来了巨大的价值。关键词:导热油炉 模块化设计 标准化 装配化施工中图分类号:TK229 文献标识码:B 文章编号:1002-3607(2023)06-0052-05 基
2、于BIM技术的导热油炉装配式设计施工应用*在国家和地方政策的持续推动下,装配式施工在工程行业快速发展,数字化技术与装配式技术已成为当今工程行业的热点。在化工工程项目中,大型设备受设计周期、现场加工条件、安装施工工期、安装成本影响,常采用模块化集成设计,模块化设计已是化工工程行业技术发展 的趋势1-4。模块化集成设备由于空间布局紧凑,管线布置集中,二维设计无法直观表达内部设备管线的空间关系,更无法模拟内部设备管线的组装情况,组装中常常会出现碰撞或预制加工不准确,造成返工、影响安装质量、费时费料等问题。为实现导热油炉产业模式从粗放型向集约型转变,向着高质量方向发展,利用BIM技术对导热油炉设备进行
3、装配式模块化、标准化设计不仅加快了导热油炉工程建设数字化进程,更是助力导热油炉设计安装提质增效。1 工程概况某200万kcal导热油炉项目(见图1)位于重庆市铜梁区,锅炉额定输出功率2.3MW(200104 kcal/h),设计压力1.0MPa,锅炉热效率80%,300设计出油温度340,回油温差25。由于项目工期紧张,业主为减少设备采购与安装中间环节的风险,要求交付模块化的导热油炉设备。为确保各模块在现场的顺利组装,这对导热油炉系统预制加工精度提出了更高的要求。与传统项目相比,模块化交付还需要满足布局紧凑性、组装便利性和运输可行性等要求。为实现高精度预制加工及模块化设计,项目运用BIM技术对
4、导热油炉系统进行了管线图1 项目照片*2022年度重庆市建设科技计划项目“装配式机电系统关键技术研究与工程示范”(城科字2022第3-14号)。深化与模块化设计,导出预制加工图、安装大样图、材料明细表用于材料采购与工厂预制加工,通过轻量化模型进行可视化施工交底,指导现场装配化施工。2 基于BIM技术的导热油炉装配式模块化设计安装应用2.1 应用流程装配式模块化设计最主要的特点就是将施工阶段的工作提前到设计阶段解决,设计模式由“设计,现场施53INSTALLATION2023.6Electromechanical Installation 机 电 安 装工,提出更改,设计变更,现场施工”转变为“
5、设计,工厂加工,现场安装”的新模式5。借助BIM技术将项目建造阶段可能出现的问题提前到设计阶段解决,将建造信息提前整合到设计图纸中,形成模块化设计、预制化加工、装配化施工的设计安装流程(见图2)。工厂预装配工厂预制加工设计数据准备现场装配BIM深化设计图2 基于BIM的装配式模块化设计安装流程图3 膨胀管弯曲角度示意图4 钢架模块化设计图5 钢架模块连接大样钢架模块3-4:罐组模块钢架模块3-3:罐组模块钢架模块3-2:罐组模块钢架模块1:锅炉底座钢架模块2:循环泵组底座钢架模块3-1:储油罐底座考虑到成本和安装便捷性,在满足运行工况并留有余量后,尽量简化钢架的形式。在钢架侧面支撑设计时,根据
6、受力分析,采用30圆钢成品斜拉杆,通过螺栓与钢架连接,既节省了钢材用量,又实现了螺栓装配的要求。钢架上高位设备、阀门的操作与维护往往是用户关注的重点,在传统钢架设计中,常采用检修爬梯的形式用于登高检修,使用体验较差。在导热油炉钢架设计中采用了随钢接膨胀罐膨胀管120120接油气分离器2.2 设计数据准备装配式模块化设计与安装对BIM模型的准确性和精度有严格的要求。在设计前期,除了根据工艺需求确定导热油炉系统各主要设备工艺参数以外,还需提前确定项目施工所选用的各类机械设备、阀部件、管道、管件的产品样册,例如:锅炉本体、空气预热器、循环泵、鼓风机等,建立与产品样册几何尺寸、接口大小、接口位置等信息
7、一致的BIM族库,确保后续预制加工精度。2.3 BIM技术深化设计2.3.1 设备布局比选通过设计准备阶段完成的BIM族库,利用BIM三维可视化的特点,在Revit软件中进行主要设备的多方案布置,设备布置时需考虑工艺要求,同时结合设备尺寸、检修空间、支吊架设置、模块拆分等因素,比选出布置合理,管线连接顺畅,检修方便的设备布局方案。例如,整个导热油炉系统按功能分区通常分为锅炉本体部分、循环泵组部分、储油罐和膨胀罐部分,导热油炉系统的膨胀罐应设置在系统最高点,使其能够吸收因导热油温度的升高而产生的体积膨胀量。2.3.2 管线深化装配式模块内部空间极为有限,在这有限的空间中需要合理考虑设备、阀门、管
8、道、支架、仪表的安装位置,传统二维设计无法直观表达各模块内构件的空间关系。在前述比选出的BIM模型中,对导热油炉系统内各类管道进行综合设计,管道应尽可能简短,避免环绕和冗余,排布整齐,层次分明,支吊架设置合理;阀件及仪表安装位置应方便操作和检修,应优先满足有特殊安装要求的管道附件或设备。锅炉管网系统与膨胀罐连接的膨胀管需要转弯时,弯曲角度不应小于120(见图3);流量计需满足上游直管段长度不小于10倍管道直径,下游直管段长度需满足不小于5倍管道直径。2.3.3 钢架设计钢框架设计是装配式模块化设计中必不可少的部分。为满足模块拆分与运输条件要求,需合理设计钢架形式与连接方式。例如,整个导热油炉系
9、统按功能分区,设计三个通过螺栓连接的钢架底座(见图4),同时考虑到运输条件,将高达10m用于放置储油罐和膨胀罐的钢架设计成可拆分的四段,每部分之间均采用螺栓连接固定(见图5)。ANZHUANG2023年第6期54机 电 安 装 Electromechanical Installation架一体化设计的检修楼梯,各梯段均采用螺栓与钢架连接,装配与拆卸便捷,同时可将需要操作和检修的阀部件设置在楼梯平台等易于操作的位置,提高了使用品质。2.3.4 模块拆分装配式模块化设计除了要求高精度外,还要求合理的模块拆分。在项目BIM建模及设备布置阶段就应确定模块拆分的原则。导热油炉的装配式模块化拆分需遵循:尽
10、量按功能分区进行模块拆分,使各功能分区设备布局合理、紧凑;根据运输车辆尺寸、运输路线限高或限重条件、现场吊装孔大小、起重设备参数等确定模块拆分尺寸及重量,确保运输安全、顺利;考虑各模块结构的合理性及各模块间连接的便利性;尽量形成规格统一的构件,减少构件种类,便于标准化预制加工;确保管件间有足够的短接长度,满足焊接要求;构件拆分应便于支吊架设置;保证使用功能的前提下,可将多个管道附件直接通过法兰连接,减少焊口与法兰数量;在现场设备、钢结构等的安装偏差未定的情况下,预留安装调节段或调节余量,在安装时现场实测后现场精确下料。图6 安装大样图图7 预制管段平、立及三维图2.3.5 BIM出图BIM模型
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