中冶南方采用數字孿生，交付智慧、綠色、低碳的鋼鐵生產設施

　　Bentley 數字孿生技術助力節省 2860 萬元設計成本,每年減少碳排放 34.65 萬噸

　　建設現代化環保型冶金設施

　　該鋼鐵 EPC 項目總投資 700 萬元,是云南省“四個一百”重點項目,也是玉溪市打造綠色鋼鐵產業的“一號工程”,旨在用更先進、現代化和環保的設備取代老舊、低效的生產設備。該項目占地面積為八平方千米,項目內容包括安裝新的高爐、多座轉爐和輔助設備,目標是實現年產 515 萬噸的鋼鐵生產量,同時減少排放和對環境的影響。項目全部建成后,年產值將達到 360 億元。

　　中冶南方工程技術有限公司(簡稱“中冶南方”)是玉溪冶金生產廠的總承包商,該廠位于三個國家級自然保護區 70 千米半徑范圍內。當地森林覆蓋率為 83.4%,是生物多樣性和植物群落最完整的地區之一,也是 1000 多種珍稀、瀕危和特有物種的棲息地,其中包括許多受國家保護的動植物。中冶南方 BIM 中心主任、高級工程師褚學征表示:“為了保護這座巨大的‘自然博物館’和生物物種‘基因庫’,我們需要控制氮氧化物、硫氧化物和二氧化碳的排放,提高土地利用率,減少對植被的破壞。”

　　應對環境、技術和協作挑戰

　　從一開始,中冶南方面臨的最大挑戰就是保護周邊的自然環境和居住環境。此外,項目規模龐大,地形復雜,設計和施工難度大。該項目需要在山區同時建設四條鋼鐵生產線,地質條件復雜,地震烈度高。褚主任解釋說:“煉鐵、煉鋼工藝、設備、管道和結構規模大、交叉多且不規則,需要全面考慮滿負荷生產調度和意外故障,設計難度很高。”由于高層結構高達 100 米,施工工程需要超高吊裝。

　　除了嚴格的環保要求和技術挑戰外,中冶南方還面臨著多專業團隊管理大型工程的協作問題。褚主任強調:“項目涉及 50 多家參與單位,包含 25 萬噸鋼結構、80 萬立方米混凝土、6300 千米電纜和 8 萬張 A1 施工圖紙,需要及時、準確、可靠的數據交換和跨部門協作,給管理帶來了巨大挑戰。”中冶南方認識到,無論是傳統的二維設計還是單一專業的三維設計都無法滿足項目的時間、技術、環境和多方協作及溝通要求。為了高效、經濟地交付現代化環保型生產設施,項目團隊需要綜合的設計、施工和項目管理技術解決方案。

　　利用Bentley的開放式建模和數字孿生技術

　　中冶南方利用 ProjectWise、Bentley 的 Open 系列應用程序和 SYNCHRO 等技術,創建互連數據環境和協同設計模型,進行施工模擬,并創建數字孿生模型,實現一體化設計、精細化施工和綠色運營。褚主任表示:“我們采用 Bentley 的 ProjectWise 信息管理平臺,結合各類設計、模擬、計算和施工管理軟件,實現項目協同管理、快速建模設計、精準工程量計算、多方協同施工和鋼鐵生產的數字化運維,充分落實了智慧應用創新。”

　　中冶南方利用 OpenPlant 和 OpenRoads 優化了設計流程,執行高精度參數化三維建模,以適應斜坡地形,同時盡可能地減少項目的空間碳足跡。通過集成 STAAD 進行地震計算,確保了結構安全,iTwin Capture Modeler 和 SYNCHRO 則助力實現了現場工程的實時、可視化施工監控。

　　得益于 Bentley 應用程序的數據互用性以及數據和模型完整性,中冶南方分析了 22 個專業的 300 萬個組件和 200 GB 點云模型,從而創建了三維模型,為確立智能調度和維護數字孿生模型奠定了基礎。通過集成學習算法、物聯網和 5G 通信技術,實現了自動化生產和調度管理,以及實時數據收集和傳輸,優化了設備利用率、運營、維護和決策,確保了低碳設施流程。褚主任表示:“鋼鐵綠色維護數字孿生模型可以對高爐、轉爐、連鑄生產過程、設備維護周期、原材料分配和碳排放進行精確監控和分析。”

　　數字化助力節省成本,支持智慧運營

　　中冶南方通過創建互連數字化平臺,22 名設計師的設計工作流得到同步,50 多家參與單位能夠實時共享設計成果,溝通效率提升了 50%,設計效率提升了 35%。與傳統三維設計相比,數字化解決方案助力在施工前解決了 157 處設計錯誤,縮短了設計周期 38 天,并節省了后續現場修改成本 2200 萬元。褚主任表示:“設計階段總共節省成本 2860 萬元。”

　　使用 SYNCHRO 進行數字化施工規劃,有利于在多個施工方之間精確分配資源,并實現對現場進度的直觀洞察,確保項目按計劃進行。通過采用 4D 施工模擬平臺,縮短施工工期 76 天,節省施工成本 4000 萬元。通過從模型中直接提取材料工程量,中冶南方控制了材料損失,節省了約 3150 萬元的采購成本。

　　褚主任解釋道:“我們利用 Bentley 軟件平臺的標準數據解析和傳輸,構建了鋼鐵智慧運維數字孿生模型。”數字孿生模型實現了設施全生命周期的智慧數字化,助力中冶南方實現智能、高效、綠色和低碳項目目標。該技術方案優化了鋼鐵生產流程,每年節省標煤 5.15 萬噸,減少二氧化碳排放 34.65 萬噸。褚主任總結道:“通過這些數字化手段,該項目有效實現了高質量、高標準、綠色交付和智慧維護目標,顯著提高了各階段人員的工作效率,降低了勞動強度。”