BIM 技術在選煤廠設計中的運用

付殿宏，李 平，田廣榮，謝保保

（陜西陜煤榆北煤業有限公司榆林選煤分公司，陜西 710076）

引言

選煤廠是煤炭加工行業的重要組成部分，其設計和建設對于提高煤炭加工效率和產品質量至關重要。BIM技術是一種集成的設計和管理平臺，通過數字化建筑模型的創建和管理，實現了設計、施工和運營各個階段的信息共享和協同工作。在選煤廠設計中，BIM技術不僅可以提高設計質量、減少設計錯誤，還可以幫助設計團隊更好地理解和分析項目要求，準確捕捉和傳遞設計意圖。因此，研究BIM 技術在選煤廠設計中的運用具有很高的價值意義。

1 BIM技術的應用特點

1.1 信息集成與協同設計

BIM 技術將建筑物生命周期內的所有信息整合到一個統一的、相互關聯的三維模型中，實現從設計、施工、運營、維護到拆除的整個過程中信息的共享和傳遞。

1.2 三維可視化與參數化設計

BIM技術以三維模型為基礎，使設計師和項目相關人員能夠更加直觀地理解建筑空間關系、結構布局和設備設施等元素［1］。同時，BIM 技術支持參數化設計，設計師可以根據需要修改模型中的參數來快速調整建筑物的形狀、尺寸、材料等特性。這種三維可視化和參數化設計特性有助于提高設計質量、減少設計錯誤，并為施工人員提供更清晰的指導，從而使設計過程更加靈活和便捷［2］。

1.3 碰撞檢測與優化及進度和成本控制

BIM技術具有碰撞檢測功能，可以在設計階段自動檢測建筑結構、機電設備等元素之間的碰撞沖突。通過優化設計，可以避免施工過程中的返工和浪費，降低成本，提高施工質量和效率。此外，BIM 技術可以實時跟蹤項目進度和成本，幫助項目經理更有效地進行資源分配和進度調整。通過對項目進度和成本的精細化管理，可以確保項目按照預定的時間、成本和質量目標順利完成［3］。

2 BIM技術在選煤廠設計中的運用價值

2.1 提高設計質量和效率

在選煤廠設計中，BIM 技術可以提供更直觀、精確的三維模型，幫助設計師和項目團隊更好地理解建筑物的空間關系、結構布局和設備設施。這種可視化特性有助于提高設計質量，減少設計錯誤。

2.2 促進協同管理與溝通

BIM 技術支持多人同時在線協同設計，使設計師、工程師、施工人員等相關人員可以在同一模型上進行實時的討論和修改。這種協同設計特性有助于提高項目團隊之間的溝通效率，減少因信息傳遞不及時或溝通不暢導致的設計錯誤和施工問題。

2.3 提升選煤廠的運營維護水平

BIM技術可以為選煤廠提供完整的、相互關聯的信息模型，有助于運營維護團隊更好地了解建筑物的結構、設備設施和管線系統。在選煤廠的運營維護階段，BIM 技術可以支持故障診斷、設備更換和維修等方面的工作，從而提高運營維護的效率和質量［4］。

3 傳統選煤廠的設計過程

3.1 初步設計階段

在初步設計階段，設計師大多根據選煤廠的煤質特點、產品要求、生產能力等因素，選擇合適的選煤方法和設備。例如，對于易選煤，可以采用簡單的首選或重介選煤工藝；而對于難選煤，則要采用更為復雜的浮選或聯合選煤工藝。在設備方面，傳統選煤廠通常采用的設備有破碎機、篩分機、磁選機、重介質旋流器、浮選機、壓濾機等。

在初步設計階段，傳統的設計主要以二維技術為主。二維技術（如CAD軟件）被廣泛應用于選煤廠的各個設計環節。通過二維技術，設計師可以快速繪制選煤廠的平面布置圖、設備布置圖、管道布置圖等［5］。

3.2 施工圖設計階段

在初步設計階段完成后，設計師要將初步設計方案細化為施工圖，如圖1所示，以便施工隊伍參考和實施：（1）設備詳圖設計。設計師要根據設備選型和規格，繪制詳細的設備詳圖，其涵蓋了設備尺寸、結構、材料、連接方式等內容；（2）管道布置圖設計。設計師要根據工藝流程和設備布局，設計管道布置圖，包括管道的走向、規格、材質、連接方式等內容；（3）電氣與自動化設計。設計師要根據選煤廠的生產要求，進行電氣與自動化設計。比如動力系統、照明系統、監控系統等內容；（4）土建與結構設計。設計師要根據選煤廠的總體布局，進行土建與結構設計，包括廠房、辦公樓、道路、排水系統等內容；（5）施工圖審核與修改。施工圖設計完成后，要經過相關部門和專家的審核。審核過程中，設計師要對施工圖進行修改和完善，以確保選煤廠施工的順利進行。

圖1 傳統選煤廠施工圖設計流程圖

3.3 施工監理階段

此階段中，設計師要密切關注選煤廠的施工進度和質量，確保施工過程符合設計要求。具體而言，施工監理過程涉及施工進度監控、施工質量控制、設計變更與調整、施工問題反饋與協調、安全監管和環境保護。對重要設備安裝、管道敷設等環節，設計師要求拍照記錄，以便驗收時進行質量檢查。

4 BIM技術在選煤廠設計中的具體運用

陜西某選煤廠位于陜西省寶雞市，設計處理能力為400 萬噸/年，采用重介選煤工藝。選煤廠占地面積約為120,000 m2，總投資約為2.5億元人民幣。本項目設計目標是建成一座綠色、高效、智能的現代化選煤廠，以提高煤炭資源的利用效率，降低環境污染。

在傳統選煤廠設計過程中，面臨諸多挑戰，因此，陜西某選煤廠決定采用BIM 技術進行設計，以實現設計質量、效率以及項目協同管理的提升。

4.1 三維建模技術

在選煤廠設計中，三維建模技術能夠幫助設計師精確地表達設備、管道、電纜等設施的三維位置關系，實現更合理的設備布局。通過將不同設備、管道和電纜的尺寸、連接方式等信息進行數字化處理，設計人員可以更加直觀地觀察和分析設備之間的相互影響和干涉情況，從而優化整個選煤廠的空間布局，提高空間利用率和運營效率。

三維建模技術為設計人員提供了更直觀、更高效的設計工具。通過應用三維建模軟件，如Auto-CAD、Revit等，設計人員能夠創建精確的選煤廠三維模型。通過三維建模技術，設計人員可以控制設備之間的距離，精確至5 mm，確保設備間的安全距離。同時，設計人員可以選取小到0.5 mm 的部件進行設計，確保選煤廠中的每個細節都得到充分的關注。

三維建模技術在選煤廠設計中的應用還包括模擬實際生產過程。通過運用專業的模擬軟件，如AnyLogic、Arena等，設計師能夠對選煤廠的生產過程進行模擬和優化。這些模擬軟件可以分析各設備之間的相互作用，預測產能、能耗等關鍵指標，幫助設計人員找到最佳設計方案。

4.2 施工進度模擬技術

在施工進度計劃制定方面，BIM技術可以通過建立3D模型和4D模型來模擬施工過程，從而預測各階段的施工時間、人員分配、設備要求等信息。這些數據可以幫助項目團隊更好地掌握整個施工進度，從而合理安排人力、物力和財力資源。同時，BIM 技術還可以對各個專業之間的協同作業進行優化，確保各專業之間的工作無縫銜接，提高施工效率。在設計階段，可以使用5D BIM（三維模型+時間維度+成本維度）對選煤廠的施工過程進行模擬，從而發現潛在的施工風險和進度延誤。如此，通過對施工進度計劃的優化，可以確保關鍵節點和里程碑的實現，提高整體施工效率，從而縮短選煤廠建設周期。

在施工進度監控方面，BIM技術可以通過實時更新施工進度數據，為項目團隊提供直觀的施工進度信息。比如已完工程量、未完工程量、已完成時間、剩余時間等，幫助項目團隊實時了解項目進度情況，及時調整施工計劃。

例如，在本項目中，通過應用BIM 技術，項目團隊分析了不同階段的施工時間，如土建階段要6 個月、設備安裝階段要4 個月、調試階段要2 個月，共計12 個月的施工周期。在土建階段，項目團隊發現某區域的混凝土澆筑進度滯后，可能導致整個工程進度受到影響。通過使用5D BIM（三維模型+時間維度+成本維度），對施工過程中所需要的人力、材料、設備和資金進行精確預估，從而降低施工過程中的浪費和成本。最終，選煤廠項目按時竣工，實現了預期的經濟效益和社會效益。

4.3 選煤廠智能化集成技術

在設計階段，BIM技術可以幫助設計團隊實現更高效、更精確的設計方案。采用BIM 技術，設計團隊可以創建三維模型，清晰地展示選煤廠的設備、結構和管道布局。這有助于識別潛在的設計問題，提前發現并解決現場施工中的潛在隱患，從而減少項目成本和施工周期。在本選煤廠設計中，BIM技術可以實現高達95%的設計問題自動檢測和修正，相較傳統的二維設計方法，可以減少20 %的設計變更和50%的現場問題。

5 結論

綜上所述，BIM技術在選煤廠設計中發揮了重要作用，通過三維建模技術、施工進度模擬技術和選煤廠智能化集成技術的運用，顯著提高了設計質量與效率。相較于傳統的選煤廠設計，BIM技術具有信息集成、協同設計、可視化與優化等諸多優勢，為項目帶來更高的投資回報和可持續發展潛力。隨著BIM技術在選煤廠設計領域的廣泛應用，選煤廠項目不僅可以實現設計、施工、運營維護等全生命周期的優化和提升，還能推動BIM 技術在選煤廠設計領域的創新發展，為實現煤炭工業的高質量、綠色、智能發展貢獻力量。