数实融合,树立行业标杆

文｜吴付标

上海电气环保热电（南通）有限公司 1#、2#、3# 炉技改扩项目位于江苏省南通市，项目规划新建3 条垃圾焚烧机械炉排炉处理线。该项目可以提升垃圾处理量，实现循环利用，减少对环境的破坏。这是上海电气首个特大型垃圾焚烧发电项目，项目建成后，每年可以处理约450 万人产生的生活垃圾量，垃圾处理量每年增加 208,100 吨，从而促进可再生能源和环境可持续发展。该项目总投资 13.6 亿元，涉及拆除、建造、改造三部分内容，需要在不干扰工厂现有工作流程的前提下，替代原厂流化床垃圾焚烧处理线。

上海市机电设计研究院有限公司（以下简称“上海机电”）作为该项目的设计方，面临着协作、集成和技术等方面的挑战，需要与十多个专业合作，将新设备和现有设备安装在现有空间内，而且项目工期紧张。项目工作范围包括多栋单体建筑以及大量管道和设备，给设计、安装和施工带来一定难度，需要采用高标准才能顺利交付项目。上海机电工程师刘玉平表示：“整体而言，项目事务繁琐，具有不可预见性，设计难度极大。”

在传统设计工作中，一般的查验工作占到整个工程周期的 20%，传统的二维图纸需要人工校核和比对，容易出错。上海机电需要创新、可靠的解决方案。为保证现有工厂平稳运营，避免垃圾堆积、供热断源等问题，在“技改扩”过程中，上海机电需要处理好新旧两厂众多的交互面。而且项目为原址新建，可用场地非常有限，导致新建建筑单体较常规设计偏小、设备管道等工艺布置异常紧凑。为了在规定工期内完成项目，上海机电需要简化工作流，项目团队同时也意识到，传统二维设计可能会导致施工现场返工、耽误工期，并增加不必要的成本。

为了实现传统设计和施工的数字化，上海机电决定采用三维 BIM 流程，从而在规定工期内顺利交付项目。项目团队创建了互连数据环境，开发了数字孪生模型，进行动态施工进度管理，确保材料数量准确，并优化多个专业和业主之间的信息共享。这是上海电气环保集团首次将 BIM技术应用在垃圾焚烧发电领域，他们需要全面、集成的技术应用程序，以实现协同设计、可视化和施工模拟。

上海机电在探讨了几种选项后，创建了基于 ProjectWise 的互连数据环境，协助多专业团队实现了协同设计和数据访问，统一的可视化平台实现了设计和建模流程的标准化。项目团队使用 OpenPlant Modeler 进行模块化设计、可视化和碰撞检查，在施工前发现并解决了600多处碰撞。与传统二维设计相比，三维设计可涵盖所有小型管道，增加了设计深度。

上海机电使用 OpenBuildings Designer 建立预制构件模型库、门窗构件库等，将其用于设计建筑物以及制定制造和施工计划。通过严格的构件设计，团队能够进行详细的设计分析、细化和改进。集成 Navigator 进行三维模型的移动端展示，方便查看设备、管道属性。通过结合使用 LumenRT， 实现整个项目的沉浸式审查，提升了各项目参与方之间的沟通效率，并确保设计和施工同步展开。

此外，项目团队利用三维模型和 iTwin Services 技术生成了基于云的数字孪生模型，可视化指导施工，还可以查看设备和管道的安装进度。借助 AutoPIPE，项目团队可以进行动、静荷载下的管线应力计算、法兰分析等，该软件的三维热碰撞检测功能可以在管道升温时提醒工程师管道的热位移，通过结合使用数字孪生模型，还能实现工厂全生命周期管理，提升运营效率。

数字化技术助力简化设计和施工流程，使全厂结构更为紧凑，适应较小厂区面积，同时提升了整体质量。通过三维建模和可视化，上海机电将空间利用率提升了65%，厂区宽度减少 5 米，节省用地900 平方米。三维BIM 流程将设计周期从两个月缩短至45 天，设计深度增加50%。项目团队直接从模型中提取材料数量，并利用OpenPlant Modeler 中的材料报表统计功能，实现了精确的材料统计，有效指导采购，为业主节省管道材料费用 200 万元，节省了 31% 的人力成本。通过在设计过程中执行碰撞检查，将施工错误减少了 90%，整体效率提升了 80%。

数字孪生技术提供基于云端的沉浸式模型审查手段，全厂设备、管道清晰明了，施工各专业对图纸消化时间由原来的一个月缩短至5 天。BIM技术和数字孪生技术助力优化施工管理，将安装工期缩短一个月。环保工程设计研究院院长冯士刚表示：“利用 Bentley 软件开展三维正向设计，项目提前31 天投入运营，有效解决了450 万人产生的生活垃圾。” 在减轻当地填埋场使用压力的同时，使 67,500 吨生活垃圾实现资源化。该项目作为中国首个基于数字孪生技术的垃圾焚烧发电项目，在改善城市基础设施建设、改善环境、促进可持续发展等方面发挥了重要作用，为未来的行业项目树立了标杆。