BIM技术助力中机六院实施南郊热源厂集中供热工程项目

【摘要】郑州市热力总公司南郊热源厂集中供热工程项目位于郑州市南区中南部，北临南四环，西临郑石高速，南有环城高速，建设用地面积47242m2。该项目是河南首个采用大容量循环流化床高温热水锅炉的项目。

一、项目背景

1、项目名称： 南郊热源厂集中供热工程项目

2、项目设计单位： 机械工业第六设计研究院有限公司

机械工业第六设计研究院有限公司（简称“中机六院”）创建于1951年，是我国最早成立的、影响广泛的设计单位之一，是全国勘察设计行业综合实力百强单位，隶属于中央大型企业集团——中国机械工业集团有限公司。2007年通过了ISO9001质量管理体系、ISO14001环境管理体系、GB/T28001职业健康安全管理体系“三标一体化”认证。

中机六院是国内机床工具和无机非金属材料两个行业唯一的专业设计院。是烟草、铸造、重矿、工程机械、民用建筑五大行业设计强院，在大型工厂和园区规划、企业生产流程再造、高难度结构、暖通空调、工业除尘、信息智能化、绿色建筑、市政和环境工程等许多方面具有国内一流的工程技术，同时也是国家绿色工业建筑标准的主编单位。

建院60年来，中机六院凭借综合性甲级设计研究院的优势和实力，在工程设计和科研工作中硕果累累，先后完成工程项目10000余项，主编、参编国家和行业标准、规范21项；荣获国家科技发明二等奖1项、中国土木工程创新最高奖詹天佑奖1项、鲁班奖6项、国家科技进步及优秀工程设计金、银、铜奖25项、省部级奖300余项。

3、相关软件应用：

Autodesk Revit Architecture

Autodesk Revit Structure

Autodesk Revit MEP

Autodesk Navisworks

Autodesk Inventor

Autodesk Ecotect Analysis

Autodesk 3dsMax

Autodesk Showcase

Autodesk Project Vasari

Autodesk SimulationCFD

AutoCAD

4、BIM应用评价与反馈：

BIM在工厂行业内的应用，赋予BIM以新的意义，相信未来的普及一定会带来一场全新的“工业革命”！

——机械工业第六设计研究院有限公司BIM中心副主任 毛璐阳

BIM若要在工程中推广应用，必须以效率的提升为基础，二次开发是提升效率的最佳手段之一。通过对欧特克BIM软件的二次开发，我们在深化设计方面取得了良好的效果。

——机械工业第六设计研究院有限公司BIM插件开发负责人 余高峰

进行绿色工厂设计所要考虑的核心问题是：如何在满足生产工艺要求的同时，实现建筑的适用、健康、安全和高效。为此，我们综合应用BIM技术和仿真技术，在Autodesk Revit模型基础上，利用Autodesk Project Vasari、Autodesk Ecotect Analysis、Autodesk SimulationCFD等软件进行相应的建筑性能模拟和工艺仿真，在设计的各个阶段充分保障方案的可靠、可行、可持续。

——机械工业第六设计研究院有限公司BIM仿真工程师 杜旭

二、正文

BIM技术助力中机六院实施南郊热源厂集中供热工程项目

项目介绍

郑州市热力总公司南郊热源厂集中供热工程项目位于郑州市南区中南部，北临南四环，西临郑石高速，南有环城高速，建设用地面积47242m2。该项目是河南首个采用大容量循环流化床高温热水锅炉的项目，也是河南首次采用“静电除尘器+循环半干法脱硫+布袋除尘器”的锅炉房设计形式的项目，除尘效率达到99%，脱硫效率达到90%。该工程一期安装2×116MW循环流化床热水锅炉，预留2台116MW锅炉扩建位置。一期可供热面积为500万m2，热水供回水温度为135/75℃，设计压力是1.6MPa。

图1郑州市热力总公司南郊热源厂集中供热工程项目鸟瞰图

项目挑战

1、厂区方案优化

厂区生产物流的科学合理是工厂园区布局的关键，厂区风环境、声环境的影响、车间噪声处理、异味气体排放控制都是保障建筑与自然和谐共生以及建筑使用空间的健康、适用、高效的关键。

2、管线设计及接口定位

工艺设备与相关专业预留接口定位准确性要求高，且工艺设备种类多，接口的类型及位置复杂，采用传统二维设计工作难度大。

3、管线综合设计

采用传统设计方式，多专业多系统在空间和时间上的协调工作量大，往往需要花费很大的人力和时间到现场办公进行管线综合，工作效率低。且由于大多不考虑管道吊支架、管道安装及检修空间等因素，导致施工中管线综合图纸被弃之不用或变更的面目全非。

4、项目数据一致性管理

三维设计模型与二维图纸一样有版本管理的问题，如何保证参与项目数据源的一致性，如何对业主和施工方进行设计成品的交付，也是亟待解决的问题。

5、施工指导

以往传统的方式需要很多设计人员驻现场指导，人力物力投入很大但效率却不高，如何有效地配合和指导管线复杂部位的管线安装、大型疑难设备的安装，一直得不到很好的解决。

项目解决方案

一、项目实施组织

对于郑州市热力总公司南郊热源厂集中供热工程项目来说，工艺设计是重点和难点。本项目采用了大容量循环流化床高温热水锅炉，单台容量116MW，在国内处于领先位置；除尘系统采用了静电除尘器，循环半干法脱硫和布袋除尘器，除灰输灰系统等。热源厂工艺设备种类多，接口类型及位置复杂，对各工艺设备及相关专业预留接口定位的准确性要求很高，采用传统的二维设计，面临很大的困难。

为了解决上述问题，我们在项目中采用BIM技术，使用Autodesk Revit系列软件进行各专业的三维模型创建。项目内各专业通过共享Autodesk Revit中心文件，以工作集的形式进行设计。同时利用中机六院开发的三维辅助设计系统，为工艺管线及设备的安装进行深化设计。项目设计完毕后，采用三维模型综合交付系统交付给甲方，进行三维施工交底，施工中各施工项目参与单位通过三维模型进行模型信息查询和变更分析。

二、项目设计及软件应用

1、总图规划设计

厂区的规划根据生产和发展需要，将“主生产组团”设置于厂区中部，辅助厂房围绕其布置在周边，可以形成高效、便捷的生产空间。将厂区主体建筑中体量变化丰富的立面朝向北侧的市政干道，有助于形成良好的空间关系和厂区的标志性塑造，使厂区有较好的街景效果。合理使用土地，符合城市规划、环境保护、安全卫生、消防、节能、绿化等方面的要求，为达到这一目标，BIM提供了良好的技术手段。

在设计前期，采用Autodesk Ecotect内置气候分析工具WeatherTool对郑州市气候数据进行分析，确定建筑适宜朝向范围、被动式设计策略等，指导规划设计和暖通设计；分析郑州市全年温度频率、逐月、逐日干湿球温度等设计数据，为建筑设计师和设备工程师提供设计参考，指导建筑及空调设计。

图2气象数据分布

该项目为集中供热项目，根据工艺需求，在生产过程中会排放少量有害气体。为了避免有害气体危害周围住宅区，同时优化整个厂区大气流场，在Autodesk Revit体量模型基础上，利用Autodesk SimulationCFD对项目的园区规划方案进行了室外风环境分析，从园区规划、建筑间距、工艺布局等方面进行优化。确保室外风场满足建筑物周围人行区距地1.5m高处，风速V<5m/s，冬季保证除迎风面之外的建筑物前后压差不大于5Pa，且有利于夏季、过渡季自然通风，同时保证烟囱排放的有害气体不会影响到周边住区。

 图3 大气流动迹线分布图

为指导优化厂区隔音带布置、降低生产噪音对周边环境的影响，对工厂正常生产情况下的全局声场进行了模拟分析，通过模拟发现整个厂区生产噪音，以外部设备为中心，向四周放射，由于建筑物对噪音的阻挡，厂区东南面噪音大于西北边，附近建筑正立面最大噪音值可达90分贝，据此，对东南侧区域进行了重点隔音治理。

图4 正常生产情况下全局声场分布

2.建筑专业

为达到最大限度利用自然光源的设计初衷，在方案阶段利用Autodesk Ecotect对热源厂主厂房进行自然采光的多方案对比分析。最终确定配电间采用高窗采光，避免了强光直射，主车间南向结合外立面造型设置了遮阳措施，避免了窗口区域产生眩光。

图5 全自然采光时间百分比

Autodesk Ecotect与Daysim交互计算得出有效全自然采光时间百分比、连续全自然采光时间百分比等动态光环境评价指标，弥补了Autodesk Ecotect的不足，便于更深入的进行光环境分析。

图6 Autodesk Ecotect与Daysim交互计算的结果

Autodesk Ecotect模型导入DesktopRadiance进行静态光环境分析，模拟冬至日与夏至日9时室内采光情况，深入分析室内光环境。

图7冬至日9时自然光照度分布

在概念设计阶段采用Vasari进行能耗分析，合理的确定建筑体形体轮廓等，为后期节能设计奠定良好的基础；在深入设计阶段，采用Designbuilder与EnergyPlus结合进行能耗分析，将分析因素精确到窗的尺寸、围护结构的构造、遮阳的形式及尺寸等，计算了采暖与制冷设计负荷，多方案对比优化，使建筑消耗最低的能源达到最舒适、健康的室内环境，实现绿色设计。

图8 能耗分析

3、结构专业

热源厂厂房生产车间主体部分设计采用钢筋砼结构，输煤栈桥采用现浇砼框架和钢桁架结构，碎煤间采用现浇砼框架结构，锅炉钢平台采用钢框架结构。Autodesk Revit和Autodesk Navisworks相结合，很好地解决了各厂房之间的结构和工艺设备的衔接问题。

图9结构三维模型

4、工艺专业

根据生产工艺技术要求，工艺设计采用先进、适用、可靠的工艺设备，提高了生产设备的自动化水平和生产效率，降低了工人劳动强度。按照生产工艺流程合理及物流线路最短原则进行工艺平面布置。

图10工艺设备布局

5、公用专业设计

热源厂设备数量多，维护要求高，布置空间有限，管线种类及标高变化复杂，阀门仪表等需人工操作较多，采用三维设计较二维设计更加准确和灵活。中机六院在公用专业深化设计方面积累了一定经验，制定了一系列的内部标准，结合二次开发手段，能够完成公用专业管线自动配色，支吊架自动添加，快速标注等功能，极大提高了Autodesk Revit软件的设计效率。 

图11-12公用专业管道颜色表示-综合管线深化设计

三、拓展应用

基于Autodesk Revit三维辅助设计系统简介

中机六院在应用Autodesk Revit系列软件的过程中，开发了一系列辅助设计软件，包含企业三维构件库、综合管线设计系统以及其他辅助设计工具。如：开发的支吊架设计系统，能够根据用户选择的对象自动完成荷载计算、推荐选型、自适应尺寸自动布置、批量生根等功能。这些工具的开发，改变了三维设计低效率的局面，真正使BIM在深化设计阶段得到了应用，发挥出优势。 

图13-14自动生成支吊架-支吊架自动生根

BIM未来展望

BIM技术的价值已经得到了众多工程设计企业的认可，BIM技术的应用水平也在逐年提高，现已成为部分工程设计企业的核心竞争力的要素之一。

机械工业第六设计研究院有限公司的BIM业务开展较早，在实施许昌卷烟厂、浙江中烟杭州卷烟厂、陕西秦川机械发展股份有限公司绿色恒温车间改造、郑州市南郊热源厂等项目时积累了丰富的经验，结合BIM应用开发技术，在不断提升自身能力的同时，也为客户提供更优质的设计和服务。BIM技术的应用，为公司打造中国机械工业工程设计第一强院提供了有力支持。

微信公众号：xuebim

关注建筑行业BIM发展、研究建筑新技术，汇集建筑前沿信息！

← 微信扫一扫，关注我们+