BIM技术在垃圾焚烧厂设计中的应用

北京鲁家山生物质能源项目是将垃圾进行无害化、减量化处理及可再生能源发电的城市固废资源处理工程，日处理生活垃圾3000吨，年处理量约100万吨。于2014年投入运营，是国内最大的垃圾焚烧发电工程之一，北京市2011年垃圾处理设施的重点建设项目，同时也被列为“科技北京行动计划”名单。项目总投资约21.38亿元，建设地点位于北京市门头沟区潭柘寺镇鲁家滩村，总用地面积约23.7公顷，其中建设用地面积约12.7公顷，道路用地面积11公顷，总建筑面积约6.6万平方米。

(图为北京首钢生物质能源项目)

一、BIM在设计中的典型应用

1. 设计难点：

1) 工艺流程复杂、设备种类多;

2) 场地位于山区、地形地貌复杂;

3) 建筑标准要求高;

2. BIM设计模块建设：

该项目工艺流程复杂，设备种类繁多，为了提高设计精度、精确表达设计意图。工艺专业需根据海外样本创建焚烧炉、飞灰固化器、脱硫塔、脱硝塔等三维模块，并以此设计管线及系统布局，实现了三维设计从无到有的突破。

图2 BIM平台的参数化建模

3. 结构模型设计：

结构专业基于盈建科数据平台、广联达GICD平台，分别将as钢结构计算模型、PKPM土建结构模型整合到Revit平台内。经统计，钢结构构件数据、混凝土结构构件数据参数导入Revit软件后，存在的信息数据误差均低于1%。

4. 结构算量：

将土建结构Revit模型，通过广联达GICD平台与广联达土建算量平台进行了对接，准确的计算出了混凝土、钢筋的工程量，实现了BIM技术在土建钢筋算量中的应用。

5. 建筑模型设计：

建筑专业通过应用BIM技术完成了弧形屋面、异形烟囱、金属幕墙及异形门窗等构件要素的设计。并提供了巨大设备厂房内的三维空间效果展示。

图3 BIM建筑模型

图4 室内模型

6. 设备专业模型设计：

通过BIM协同设计手段，给排水专业完成了综合水泵间、渗沥液处理间等工程难点部位的设计。解决了用水房间内综合管路复杂、系统多样、标高变化频繁等问题。并且实现了高标准、精细化的参数化设计。

电气专业完成了强、弱电系统、照明系统的设计。其中强电系统包括高低压配电装置布置、电缆敷设等。照明系统完成了灯具的选型、布置、照明系统图生成及房间照度计算等工作。

图5电气专业BIM模型

图6 给排水专业BIM模型

二、BIM未来的应用亮点

1. 施工模拟

据统计，全球建筑业普遍存在生产效率不高的问题，其中30%的施工过程需要返工，60%的劳动力被浪费，10%的损失来自材料的浪费。BIM信息模型中集成了材料、场地、机械设备、人员甚至天气情况等诸多信息，以天为单位对建筑工程的施工进度进行模拟。通过4D施工进度模拟，可以直观地反映施工的各项工序，方便施工单位协调好各专业的施工顺序、提前组织专业班组进场施工、准备设备、场地和周转材料等。同时，4D施工进度的模拟也具有很强的直观性，即使是非工程技术出生的业主方领导也能快速准确地把握工程的进度。

图7 模型1

2. 工艺流程仿真模拟：

为了辅助决策、让业主身临其境感受工艺方案，直观评估方案特征，做出最佳决策，提高项目方案的报批效率，降低沟通成本，提高沟通效率。该项目应用虚拟现实技术，通过自主开发的VRP软件平台，形象真实的展示了生活垃圾无害化处理过程中能量的转移发电、渗沥液废水的循环再利用、燃烧后固体废渣的制砖再回收和有毒尾气经过飞灰固化、脱硫、除尘、脱硝等流程后的零污染排放等全过程，使复杂的工艺流程简单明了、直观易懂。

3. 空间管理：

从BIM模型中提取各专业信息，将复杂工程可视化，轻松解决隐蔽工程设计难题，使各专业协同工作，用三维碰撞检测发现各专业之间的矛盾所在，及时调整设计，避免施工浪费，降低施工风险，使施工人员实现整个施工周期的可视化模拟与管理，将施工过程对业主的运营影响降到最低，节省施工过程在管理问题上投入的时间与资金。

图8 碰撞检测报告

4. 绿色建筑：

为保证良好的参观效果，设计师在参观走廊部分，进行了采光、温度、风速和防臭等绿色建筑模拟，意在设计出最舒适的参观环境，供参观者使用。并对项目整体进行了运营能耗分析，针对分析结果调整设计，使项目在整体运营过程中能耗指标达到最低。

图9 建筑周边风速流线分析

图10 场地太阳辐射分析

图11 对于业主、设计院和施工单位的价值

BIM技术满足了业主、设计单位、施工单位的各自要求，协调了彼此间的合作。实现了BIM设计的设计元素模块化、工艺与管线实体化、复杂地形与室内空间三维化和后期运营智能化的综合实际效果。

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