上海市机电设计研究院利用数字孪生模型，改扩热电垃圾焚烧技项目

项目概要

上海电气环保热电（南通）有限公司（以下简称“上海电气”）1#、2#、3#炉技改扩项目位于江苏省南通市，是上海电气首个特大型垃圾焚烧发电项目。该项目是垃圾焚烧发电综合利用的案例，可以实现垃圾减量化、无害化、资源化。该项目在提升城市基础设施建设，改善城市环境和促进经济可持续发展方面发挥重要作用。项目投入运营后将带来显著的环境和社会效益，并将大大改善居民的生活环境，拉动当地经济发展和人员就业。

挑战

项目规划新建三条日处理能力为750吨的垃圾焚烧机械炉排炉处理线，以替代原厂流化床垃圾焚烧处理线。项目的实施过程中需同时保证原厂的平稳运营，以避免因原厂停产而产生“垃圾围城”“供热断源”等民生问题。在“技改扩”过程中，处理好新旧两厂众多的交互面，是项目平顺推进的重中之重。此外，该项目为原址新建，可使用的场地非常有限，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。为了应对这些挑战，项目团队需要高效的创新解决方案来满足复杂的设计要求。

项目团队决定采用BIM三维数字化设计流程来创建数字孪生模型，提高设计效率并减少施工现场返工，避免造成项目延误，增加不必要的成本。

突破

上海市机电设计研究院有限公司在研究了多个选项之后，选择了Bentley的解决方案。通过利用OpenPlant Modeler软件，项目团队预先解决了设计中的600余处碰撞问题，大幅减少了设计变更和施工返工，提升了项目的质量，节约了安装材料及人工费用240万元。同时，有别于传统二维设计小管道不出图的原则，三维设计极大地加强了管道设计的深度。BIM技术的引入极大提高了工作效率，安装工期由预计的5个月缩短到4个月，提前一个月投入运营所带来的经济效益显著。项目团队还使用OpenBuildings Designer建立预制构件模型库、门窗构件库等，随后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。

使用移动端Navigator软件可以实现三维模型的移动端展示，方便查看设备、管道属性，可以提高设计院与施工方、业主之间的沟通效率。使用LumenRT软件生成模型程序，可以给设计方、施工方、业主提供沉浸式审查。利用Bentley的iTwin服务和云技术，可以随时随地查看三维模型。施工过程中，可以避免传统手算复核工程量，利用模型可以查看设备、管道明细表，成为编制施工预算、竣工结算的重要依据。同时，团队通过模型对项目资产进行全生命周期管理，提高企业的运营管理效率。

团队还应用AutoPIPE软件进行动、静荷载下的管线应力计算、法兰分析、管线支架设计等，有效优化支吊架的设计。实际运营中，AutoPIPE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，从而避免代价不菲的工厂停产。

设计团队使用Bentley的ProjectWise进行全程在线BIM协同设计。可视化程度大大提高，使全厂结构更为紧凑，设计管线布置更为合理和美观。

成果

项目方利用Bentley创新高效的解决方案，应用BIM三维数字化正向设计为项目创建了数字孪生模型。设计周期从两个月缩短到45天，为设计院节省了31%的人力成本，施工现场图纸会审问题减少90%，大大提高了准确性。利用Bentley应用程序中开展BIM设计将整体设计质量和深度提升 50%，在交付高质量的项目的同时，提高了设计院的竞争力。此外，通过三维模型实现精确的材料统计，为业主节约管道材料费用约200万元。使用Bentley系列软件进行BIM正向设计，项目提前31天投入运营，对邻近企业或居民的噪声影响降低至少10分贝，改善周边居民及企业生活环境和生活质量。

环保工程设计研究院院长冯士刚表示：“我们使用Bentley软件来进行项目全生命周期管理。Bentley软件用于最初的协同设计、管道应力分析、预制构件库构建、模型构建和组装、管道碰撞检测、沉浸式审查以及数字孪生模型的交付。基于Bentley的BIM技术为该项目节省了200万元的工程成本，使项目提前一个月投入运营。”