探索BIM技术在电厂锅炉施工与研究

摘要：锅炉作为电厂施工建设中的重要组成单元，以往采取传统施工技术方式，容易在施工安装过程中出现碰撞问题，导致出现返工的几率较大，为了提高其施工质量，应当积极运用现代化的技术手段。本文以BIM技术概述为切入点，探讨了电厂锅炉施工运用BIM技术的优良作用，重点分析了此技术运用施工要点，将多专业施工紧密联系在一起，在三维空间中合理规划安排施工顺序。
关键词：BIM技术；电厂锅炉施工；锅炉钢架
前言：当前时期可持续发展战略以及绿色环保理念的深入落实，对电厂锅炉施工提出了更加严格要求，再加上此施工环节涉及到多个专业，每一专业需根据各自的施工顺序进行施工建设，当其表现出较差协调性时，容易导致施工周期延长，施工成本投入加大，为了解决这一问题，则要有针对性地运用BIM技术，借助于BIM模型来科学安排各个核心施工环节，以此高质高效完成电厂锅炉施工。

一、BIM技术概述

BIM是指建筑信息模型，其借助于数字技术将建筑设计所涵盖的所有信息的管理集成到建筑工程管理方法中。BIM技术融合了建筑设计模型、工程管理、施工技术等多方面内容，可切实达成覆盖建筑项目全生命周期管理目标，有效避免不良问题发生。该技术体现在以下方面，早期的施工图纸、施工方案设计、图纸方案比较；中期的施工进度管理、安全管理、质量管理；后期的竣工验收等方面，都能发挥出优越的管理效能[1]。

二、电厂锅炉施工运用BIM技术的优良作用

电厂锅炉施工选择运用BIM技术，其所起到的优良作用较为突出，主要表现在以下几方面。其一，切实保障施工效率，在此技术支持下，工程施工单位可利用虚拟现实技术全方位与系统化地模拟分析锅炉设计与施工的每一环节，通过模拟的方式在正式施工之前就预测与发现其后续可能会出现的一些不良问题，提前采取妥善的处理措施，防止后续出现返工情况，导致施工周期被耽搁，施工成本加大。其二，可达成绿色环保目标，通过此技术在电厂锅炉工程设计阶段优先考虑应用绿色能源，对传统能源加以取代，促使电厂能源利用率在原有基础上大幅提高。因为由BIM技术所构建的三维模型时可以深入融合电厂所有建筑物，在这一根本特征支持下，促使能源利用率计算更加精确化，为参数配置与优化予以有力支撑。其三，利用BIM技术将原工程平面设计图纸转换为三维模型，可以切实满足于精细化施工要求，可在模型上直接调整相关施工参数，从而有效确保与提高施工和安装的准确性。此外，施工人员还可以在BIM模型中实时查看电厂锅炉的施工安装进度，对锅炉结构和所采用的施工安装方法有着清晰全面了解，从而降低后续出现错误施工的概率。

三、BIM技术在电厂锅炉施工中的具体要点

（一）建立锅炉BIM模型

在电厂锅炉施工中运用BIM技术，首要环节体现在建立锅炉BIM模型。对于锅炉三维模型的建立要借助于Revit软件来完成，着重凸显模型的参数化特征，通过软件的优良功能作用来科学提取与编辑电厂锅炉工程的指定信息，在同一模型中切实导入工程施工所涵盖的多专业内容，提高协同设计有效性。之后再运用相关软件更加深层次与全面地分析整合模型，同时导出错漏碰缺分析结果，对模型做优化处理，以此和电厂锅炉施工进度计划构建出紧密关系，由此达成模拟4D施工进度目标[2]。在此工程项目施工初期构建出对应的BIM模型，依据其施工情况来同步维护与更新，其实质是借助于三维模型来全面化整合归纳工程的各方信息，从源头上切实解决与消除以往信息孤立这一不良状况，将施工信息与模型相关联，确保二者连接更加稳定顺畅，便于工程多方施工主体在施工每一环节及时沟通交流以及分享相关施工信息。

（二）进行碰撞检查与图纸检查

落实BIM技术于电厂锅炉施工中，还应当围绕在通过此技术进行碰撞检查与图纸检查。碰撞检查实质指的是在正式实施施工建设之前来全面化与系统化检查锅炉施工图纸，准确审核施工图纸中各个部位可能会出现的冲突情况。碰撞作为电厂设计中的一个高发问题，尤其是当工程项目同步涉及到多个专业时，则其出现的几率更高。因为电厂锅炉施工各专业差异较为显著，当沟通不够充分化与及时化，则多施工专业发生碰撞的概率会加大。电厂锅炉施工过程中的碰撞具体包括与结构的机械和电气碰撞、建筑物碰撞和设备管道碰撞。通过使用BIM技术构建BIM三维模型，可以自动检测电厂锅炉建造和安装过程中容易发生碰撞问题的区域。基于此可在原有基础进一步优化设计，有效避免和减少施工过程中不必要的浪费和经济损失。与此同时，利用BIM技术还可以有效分析图纸错漏状况，对电厂锅炉施工图纸进行审查是为了提高对设计图纸的熟悉度、准确掌握设计意图、明确工程根本特征与重难点问题，由此锁定技术难点区域，统筹规划出相应的施工解决方案，在正式施工建设之前就消除由于设计缺陷所引发的问题。以往所规划运用的2D施工图纸会审工作难以全面发现施工图纸中所隐含的错误问题以及不规范问题，导致各个专业无法顺畅沟通交流。以BIM技术为支持，配合可视化平台，由BIM模型全面取代以往的CAD图纸中所应用的线条与文字说明等多种表达方式，进而高质高效地进行图纸错漏检查。

（三）制作锅炉钢架、锅筒、炉膛等装置核心模块

由BIM技术完成三维模型构建和碰撞检查后，则进入到锅炉钢架、锅筒、炉膛等装置核心模块的模型构建环节。其一，利用BIM技术建立电厂锅炉钢框架模型。在该模型中，采用单柱锅炉框架设计方法，通过多个横梁连接每个柱之间的间距来优化和提高框架抗震性能。顶板设置在钢柱上方，顶板支吊吊杆用于有效承受锅炉房、过热器、刚性梁等构件所产生的荷载压力，并且将荷载压力从钢柱传递到柱基。锅炉顶板主要由两个主要单元模块组成，分别是型钢和板梁。其二，借助于BIM技术完成锅筒模型构建，根据电厂实际情况设定锅炉锅筒内径是φ1.5m，壁厚是σ4.6cm，筒身的直线长度为10m，总计长度是11.28m，选择使用Q345R钢管材料[3]。锅筒两端位置的封头处都有针对性地设定了入孔装置，借助于吊梁在顶板上保持悬吊状态，以及吊架对称分布，从而在横向方向提前预留一定的自由碰撞空间。其三，以BIM技术为支撑，组织锅炉炉膛和水冷壁模型构建。为了更好地满足电厂的供热运行需求，锅炉共由三个炉膛组成，炉膛截面尺寸为10.1m*8.2m。每个炉膛所承载的功能并不相同，分别是燃烧室、燃烬室和过热器室。其四，过热器与气温调节，过热器同样包含三种层次，分别是低温、中温与高温，在过热器炉室内保持水平布置状态，每两级过热器的中间位置特别布置一个喷水减温器。其五，省煤器，锅炉作为电厂的核心能耗设备，煤是保障其稳定运行的动力能源，为了更好地达成双碳目标与满足于可持续发展战略要求，应最大程度上减少煤炭使用量，在恰当位置安装省煤器，此工程项目总计布置了6组省煤器，主要使用了规格为φ38*4.5的无缝钢管，总计50排，水平方向的间隔距离是11cm，垂直方向则是10cm。上述内容是电厂锅炉施工所涵盖的主要设备装置，其模型构建要严格遵循工程总施工设计图纸要求，按照1:1比例完成模型构建。

（四）模拟锅炉钢架吊装过程

锅炉钢架吊装是锅炉施工安装的核心环节，其质量是否过关将关乎最终整体施工质量，所以需充分利用BIM技术对此环节加以模拟，提前全面地发现施工不良问题，及时采取相应的规避措施。锅炉钢架在电厂中的堆放位置有两处，有一些在中塔吊回转半径区域下堆放，后续需借助于塔吊设备来完成卸车、组装与吊装等多项环节内容；余下的则被堆放在25t汽车吊卸车与大型设备的中间区域，通过吊车就可以快速吊装至指定位置。除上述位置外，如果需要临时堆放锅炉钢架，应使用围栏划分一定面积的安全区域，并在侧面放置鲜明标志，防止其他人员误入引发安全问题。锅炉安装施工作为电厂建设的核心节点之一，需要与其他子项目协调配合，由于其涉及多个项目和专业，容易出现协调较差问题。因此应充分利用BIM技术所具有的优势，在较短时间内全面模拟一些重要的施工和安装节点，作为施工顺序规划和安排的重要依据。锅炉钢架安装作为承上启下的施工环节，利用BIM技术进行仿真构建三维模型，模拟现场塔吊安装钢架的具体施工环境，并对吊装过程中可能出现的一些不规范问题进行估计，提前采取妥善的优化处理手段。以BIM模型为媒介在地面上安装锅炉钢架，之后再根据工程量原理导出相应的BIM模型，全面化整合拼装钢架重量，有效控制吊装作业过程中实际承载负荷，由此可以切实把控安装施工进度以及提高此环节安全性。而且在BIM模型上还可判断钢架拆分的逻辑性与可吊装性，进而有助于规避施工安装风险。

（五）与分析软件配合使用

提高BIM技术在电厂锅炉施工中的应用成效，创造出更加显著的施工效益与经济效益，还要将其与分析软件配合使用。因为电厂锅炉不同于一般的锅炉，它是一个庞大的装置设备，所以对其进行吊装处理时应拆除一部分钢架或是保留一定数量的钢架先不采取吊装作业，待所有的设备装置都到达至指定位置后再正式施工安装。由此可见，锅炉钢架吊装并不是整体进行，因此，在进行吊装作业之前，有必要系统化与深入地分析钢架吊装过程中的实际受力情况，以避免未来出现变形、压缩等不可逆情况。在完成锅炉钢架的初步焊接操作后，需要同时使用BIM技术和相关分析软件，对钢架的应力实验进行预测和模拟，特别是在承受较大荷载的关键位置以及弹性装置安装处，以确保处于不完整状态的钢架也能成功安全地吊装施工[4]。本工程项目所使用的分析软件为MIDAS软件，它是一种主流受力分析软件，与BIM软件有着突出的共通性，同时使用这两种软件可顺畅完成模型互导与信息分享。并且BIM技术在当前时期的应用范围愈发广泛，模型建立的难度较小，推广也较为容易，为多专业沟通创造良好条件，节省沟通成本，加快沟通效率。
结论：在电厂锅炉施工中深化落实BIM技术，将此技术的功能优势最大化发挥出来，可大幅加快施工效率以及保证施工质量，同时还可贯彻践行可持续发展理念要求，技术运用要点围绕在建立锅炉BIM模型；进行碰撞检查与图纸检查；制作锅炉钢架、锅筒、炉膛等装置核心模块；模拟锅炉钢架吊装过程以及与分析软件配合使用几方面，以此高质高效完成电厂锅炉施工。
参考文献：

[1]岑重武.电厂锅炉管道安装的具体方法及检验措施[J].中国金属通报,2023,(06):189-191.

[2]张旭,高畅,胡珏.BIM技术在智慧电厂中应用的研究和探讨[J].西部特种设备,2023,6(02):49-52.

[3]王勇.BIM技术在锅炉炉膛脚手架工程设计施工中的应用与探究[A]2021年电力行业技术监督优秀论文集[C].中国电力技术市场协会,2021:3.

[4]赵凯.BIM技术在环保电厂锅炉系统安装中的运用[J].电子技术与软件工程,2020,(22):26-27.

作者简介：吴冠华（1982-），男，本科，工程师，从事火力发电厂技术管理工作。