白龙港污水厂污泥处置二期工程“BIM ”数智化设计与建造.pdf
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1、第 15 卷 第 5 期2023 年 10 月Vol.15 No.5Oct.2023引言污泥干化焚烧技术可最大限度地减少污泥体积,自身热值可循环利用,其减量化和无害化的优点使其逐渐成为污泥处理的主流工艺1。但不同于常规的市政污水厂工程,污泥干化焚烧工程实质是由多个专业所组成的复合性工程,系统及管线繁多、设计建设协调难度大且运维管理要求高。BIM 技术在过去十年期间得到了高速发展。“十四五”期间,上海率先提出“全面推进城市数字化转型”的目标2。1 项目概况及特点、难点上海白龙港污水厂污泥处置二期工程是目前全球规模最大的污泥单独干化焚烧工程,于 2018 年 3 月开工建设,2021 年 2 月建
2、成移交并正式投运。工程污泥处理规模为 486tDS/d(折合 2 430t/d,含水率 80%)3,4,工程总投资为 33.89 亿元。工艺系统设计复杂,集约化程度要求高。新建内容包含始端污泥输送、污泥脱水、污泥接收储运、污泥干化及污泥焚烧等 18 个分系统以及 234 个子系统、1 800 余台设备、上百公里管道和上万个阀门,要对设备及管道进行合理布置,以满足工艺运行功能要求及检修空间要求。泥水同步全流程处理,运维标准高。以往污泥干化焚烧工程设计和运行多借鉴国外经验5,而白龙港污水厂作为亚洲规模最大的污水处理厂,其工艺设计包括污水、污泥和除臭等在全国范围都具有标杆地位6。本工程需要利用 BI
3、M 技术解决设计难题以外,还需要引入数字化技术手段,赋能实现厂区更先进的智慧化运行管理。根据本工程情况,本文总结提出了“BIM+”数智化应用理念:梳理形成了污泥干化焚烧工程 BIM 正向设计体系以及基于统一编码的数字化协同建造管理工作方法,为工程顺利建成及提质增效提供有效手段。图 1 污泥干化焚烧工程 BIM 正向设计体系白龙港污水厂污泥处置二期工程“BIM+”数智化设计与建造李翊君 黄静菲李翊君 黄静菲(上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司,上海 200092)【摘 要】【摘 要】污泥干化焚烧技术是当今实现污泥彻底减量化、稳定化及无害化处置的技术。本文提出了“BIM+”数智化应用理念,系
4、统性梳理了污泥干化焚烧工程 BIM 正向设计体系,提升污泥工程的精细化设计水平,形成了基于统一编码的数字化协同建造管理工作方法,研发了多种基于 BIM 的数字化软件,助力工程建设管理提质增效,为日后大规模污泥干化焚烧厂的数智化设计与建造提供了借鉴作用。【关键词】【关键词】污泥干化焚烧;BIM;数字化;智慧化;正向设计;数字化建造【中图分类号】【中图分类号】TU17 【文献标识码】【文献标识码】A 【文章编号】【文章编号】1674-7461(2023)05-0101-05【DOI】【DOI】10.16670/11-5823/tu.2023.05.18【基金项目】上海市国际科技合作基金项目 污水厂
5、污泥绿色低耗干化焚烧关键技术研究与示范(编号:19230730900)【第一作者】李翊君(1979-),男,正高级工程师,主要研究方向:电气及自控信息化设计、BIM 及智慧化应用与研究。1022 污泥干化焚烧工程 BIM 正向设计体系污泥干化焚烧工程与常规污水处理厂的设计思路及工作方法有较大的差异。常规污水处理厂以钢筋混凝土水池为主体,通过渠道及管道完成各单体之间水流的贯通,设备是以点状形式布置在相应位置,而污泥干化焚烧工程则是以设备为核心,根据设备选型构造工艺流程 PID 图,并依此为基准完成管道布置。因此,本工程对污泥干化焚烧工程的设计思维流程和设计交付需求进行分析,基于各 BIM 软件的
6、综合设计效率,制定了针对污泥干化焚烧工程的 BIM 正向设计体系如图 1 所示。按污泥干化焚烧工程的设计流程,将主要阶段划分为:项目启动阶段、前期准备阶段、总体设计阶段、管道仪表流程图(Process&Instrumentation Drawing,简称 PID 图)设计阶段、深化设计阶段以及正向设计成果输出阶段,并按照项目管理的思路,梳理出设计各阶段的输入条件(即前置设计文件)、输出成果(即设计交付物)、技术与工具(即适用的应用软件及自研软件)。3 BIM 正向设计应用3.1 总体设计阶段这一阶段为根据项目的总体目标和要求,进行包括建筑用地分析、车间初步模型协同设计及深基坑围护设计等应用,为
7、后续深化设计提供基础。3.1.1 建设用地分析为了对全厂布局进行更综合的考虑,本工程采用无人机完成对现状厂区倾斜摄影数据的采集。在Navisworks 和超图中整合片区的卫星地图,同时结合现状厂区内其他工程的 BIM 模型以及本工程 BIM总体设计方案模型,优化新旧工程衔接细节,如图 2所示。图 2 建设用地分析3.1.2 车间初步模型协同设计在 Formit 中快速完成不同的建筑立面及内部空间布局的初步设计,导入到Revit中与结构模型进行整合,从而完成多个不同车间建筑方案的初步方案。图 3 车间建筑方案比选因为本工程设备及管线众多,涉及大量后期深化设计工作,本工程充分考虑不同专业 BIM
8、软件的设计优势,采用具有成熟管配件及规格表工具的 Plant3D 和PDMS 软件完成设备初步模型的设计,在 Navisworks中整合建筑、结构模型与设备模型。整合的土建模型及设备模型如图 4 所示。图 4 在 Navisworks 中整合土建模型及设备模型3.2 PID 设计阶段这一阶段将根据总体设计的要求进行详细的管道仪表流程图(PID图)设计。通过BIM与PID图的结合,帮助工程师们更好地理解系统的构成,并为后续的深化设计和成果输出提供依据。3.2.1 BIM 构件库管理系统根据污泥工程的特点及管道、阀门标准等级要求、设备规格清单、设备外形信息及接口数据信息,制作本工程的管道、阀门元件
9、、设备 BIM 模型,并上传到自主研发的 BIM 构件库管理系统中,通过信息检查、提取、存储和关联实现信息复用7,即可实现复杂构件的快速存储和搜索。BIM 构件库管理系统界面如图5 所示。103白龙港污水厂污泥处置二期工程“BIM+”数智化设计与建造图 5 BIM 构件库管理系统界面3.2.2 管道流速自动计算模块本工程研发了基于 Plant3D 的管道流速自动计算模块。设计师在 Plant3D 中初步建立管线设计模型后,在属性中添加该管道的预设流量参数。此模块将提前录入多种类型管道流速计算公式,可自动读取管道的流量参数,自动计算出该管道合适的管径规格,自动调整模型构件对应的管径参数,生成管道
10、工艺计算书。计算模块界面如图 6 所示。图 6 管道流速自动计算模块操作界面3.3 深化设计阶段这一阶段将根据 PID 图进一步完善各个系统组成部分,包括围绕污泥工程的特点进行进一步仿真分析,并输出详细的施工图纸,为项目的顺利实施和完成奠定基础。3.3.1 BIM/PID 校核模块研发常规设计中,需要人工核对与确保 PID 图纸与三维 BIM 模型的一致性。为了解决此问题,如图 7 所示,本工程研发了基于 Plant3D 的 BIM/PID 校核模块,实现工艺PID图与设备设施实体模型的自动关联和核对。针对有问题的设备或管件,可直接定位至该问题所对应的 PID 图及 BIM 模型,从而确保交付
11、物的准确性。图 7 BIM/PID 校核模块操作界面3.3.2 通风仿真模拟分析污泥干化焚烧工程需要重要关注封闭车间的通风除臭问题。如果风管阀门设置不当,有可能会导致污染物泄露,无法达到最佳处理效果。因此,本工程进行了基于 BIM 的 CFD 臭气模拟分析。如图 8 所示,分别对本工程脱水车间 1.5m(下层人行高度)、4m(下层天花高度)、6.7m(上层人行高度)、9.4m(上层天花高度)高度的风速流场进行分析。从模拟结果得出,总体通风效果达到设计要求,但底层空间污染物排散效果较差。因此在原方案基础上调整,将局部排风管风口位置降低至底部,并调整调解阀门的高度,调整后整体空间污染物排散效果均为
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