论新颖技术在热力项目设计中的应用

论新颖技术在热力项目设计中的应用

宁卫钦

中国轻工业南宁设计工程有限公司      530031

摘要：随着我国市场经济越来越完善，设计院之间的竞争越来越激烈，表明设计市场已由十几年前的蓝海转入了红海优胜劣汰的阶段。业主也更有条件和底气对设计院图纸质量及出图效率提出越来越苛刻的要求。这种背景下，如何利用新颖技术对传统旧的设计方式进行改造创新就显得刻不容缓、尤为重要。本文简要介绍部分新颖技术在热能动力工程过去项目中的实际应用，以启发、引导思考。

关键词：热能动力设计；结构SAP2000；有限元技术；BIM技术；VBA;程序;prolog规则型专家知识库；

当前，设计行业内，业主普遍反映，各设计院的设计质量差，很多技术问题得不到专业满意的解答，出图慢，容易出错。而这些，究其原因很重要的一点就是设计成品的生产技术手段传统又落后，很多问题过度依赖 “拍脑袋”的后果。解决办法是增强设计人员对于问题的处理能力，重视新颖设计技术的采用和创新，累积达到增质提速的效果。

一、结构知识及sap2000软件与热力工程设计

热力工程设计中，非标钢结构支吊架设计问题对热力来讲是一个久未真正解决、挥之不去、困扰着不少入行多年的热力设计师们的问题。

多个项目观察表明，设计师们“拍脑袋”出来的结果除了个别老工程师，其他绝大多数都出现了或者严重过大选型导致材料浪费、或者盲目自负选型过小无法满足规范安全设计的要求。极少有人能真正做到经济又安全。

鉴于此，热力人员掌握结构理论和规范知识如《GB50017钢结构设计规范》等，懂得用结构专业设计软件如pkpm、sap2000等计算非标组合支吊架就成为了很必要很有效的技术手段。

1. 关于结构支吊架开口截面受扭矩（如L形状类等）支撑受力的普遍认知误区纠正

“开口截面的支吊架受扭时会相当脆弱”，因为扭转刚度相当低，结合支吊架常有的弯矩传递变扭矩的一段臂长作半径旋转后，在最终的支撑点处表现为：很小的力便发生了很大竖向位移的结果，支吊架就算没脱落，也已无法形成工程意义上的有效支撑。从而导致实际管道受力 偏离了热力人员的设计初衷，埋下工程隐患。

2. 结构sap2000与热力主汽管

1)结构sap2000与主汽管限位架

汽机设备端点受力要求极为苛刻，设备资料经常把力和扭矩各方向数值都要求到3500N和3500N.M以下，从而导致了不得不在一些关键位置设置各种形式的限位架。主汽管为例，该管道温度高、管系复杂，为了保护好汽机设备进口的受力，往往我们都会在汽机入口不远合适位置添加限位架。限位架的方向和限位间隙都极为讲究，往往都是mm级别，根据应力计算反复调整求出数值。但如果不懂结构非标支吊架的设计，便求不出钢结构工作情况下的变形挠度，这变形挠度将严重影响限位架的有效性以及限位间隙的数值，从而影响到汽机入口的真实受力，导致所设计的成品经不起反驳。（国外设计更是特别看重这一点。）

2)结构sap2000与主汽管锅炉本体走管处的应用。

锅炉设备厂设计本体的扶梯平台时，经常不太考虑主汽下管等重要管道走管。如果怕影响操作检修人员通行而不打算为走管打掉扶梯平台的话，这时候主汽管往往会被布置到距离锅炉钢柱比较远的位置，比如大寺有2500mm之远，这种情况经常发生，远距离大荷载重要主管的支吊架，自然更是需要结构计算软件才能保障稳妥和经济。

二、有限元技术和热力工程设计

 有限元法是一种数学物理方程和计算机相结合的求解偏微分方程在特定边值条件下的趋近于真值近似解的一种数值计算方法。主要用于复杂问题的求解和设计的检验，可用于求解的领域有:结构、传热、流体、电场、声音、磁场等，以及上述几个物理方面的耦合模拟分析。不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，是行之有效的工程分析手段。

     2015年9月，宁明项目（即广西宁明东亚生物能源有限公司30MW                  生物质能（蔗渣）发电项目）的鼓风机,别人设计时，由于场地的限制，                            锅炉右端风机的入口采用与左端不同的直角形式。但从运行效果来看，                                          操作人员反馈说两台风机出力不一致，表现为风压相差800Pa不知道问                                          题出在哪里。

通过对图纸分析，我们针对消音器和入口风箱进口风段进行了数值模拟                            计算流场找出了原因。最终去掉了消音器和风箱之间的缩放口。并对改造后              的效果进行了重新流场计算验证.

三、三维及BIM技术与热力工程设计

1. bim技术特点

1)bim可以方便设计协同，及早发现碰撞和不合适的占位问题，方便简化各专业设计修改的交提资过程，减少不同专业间数据导入后还需重复绘制的工作量。

2)对于多层、跨层管道交叉穿梭的管道区域，光用二维平面图表示及绘制会非常不便，只有三维能提供多视角的观察和绘制，再自动导成二维平面图，能大大方便了人们。

3)建模有元件库、等级库约束选型，不用一笔笔画零部件也不用过于零碎的考虑成品件的选型。

4)方便数字交付，实物数字化，有利于当前企业数字化改革的社会浪潮。

5)方案等成果可视化，交流直观，理解透彻。

6)利于业主、施工单位及设计单位之间的协调及配合。用数字化后检查碰撞把问题消灭在实际安装发生前。

7)有利于分析模拟和仿真的计算，

a)在设计阶段，BIM可以进行如：节能模拟、消防紧急疏散模拟、日照模拟、建筑热能传导模拟等；

b)在招投标和施工阶段可以进行施工的组织设计模拟，指导施工。同时还可以进行考虑造价控制的模拟，从而实现施工成本控制；

c)后期运营阶段还可模拟日常紧急情况如地震人员逃生模拟及消防人员疏散模拟等。

四、程序开发与热力工程设计

设计作为一种以电脑为平台、软件为工具而进行的脑力活动，自然是离不开电脑的编程需求，工欲善其事，必先利其器，何以利其器？程序便是最好的磨刀石。

程序能给工程设计带来以下几点好处：

1. 程序能以人工所不能比的速度完成可观的工作量，节省出图时间。
2. 程序能代替重复或不太复杂的智力活动，节省人力成本，把人力解放到处理更深层次的问题上。
3. 程序在能处理的事情里，表现出比人更高更稳的准确率。从而保证了设计质量，有效规避了人的惰性及责任心对设计成品质量的影响。
4. 程序丰富拓展了工具软件的各项功能，让工具更符合人们设计思维习惯，提升设计效率。
5. 程序将设计、bim技术与人工智能相结合，bim技术为设计自动化提供了数字化的基础，人工智能把设计自动化提高到了一个更高的高度。

等等。。。

当前，热力工程设计中着手开发并申请知识产权保护的程序可举例的有：

1. 烟气管道按规范自动计算布置内撑杆、加强筋间距，人工拖拽布管、软件根据自动计算结果直接成型建模，再自动统计材料表。
2. 考虑了一定程度的管道热膨胀之后的支吊架间距的初步自动布置功能。
3. 流程计算软件，实现任意系统图设计时所需的“所见即所得”：即拖拉设备图块再连管线即可自动计算出最终结果并显示到流程界面。
4. 利用人工智能语言之一的prolog特点，进行规则型专家知识库开发，把设计经验和规范条目输入到规则知识库里，prolog会根据输入，通过推理规则库的规则，迭代求出逻辑结果。让设计选型达到自动推荐的效果。

综上，我们可见，众多的新颖技术应用于我们实际的热力设计，表明了其：实用性、高效性、可落地性。也为很多热力非热力的设计改进提供了的技术方面的思考：很多问题的解决是不能局限在专业内找答案的，需要站在未来的角度去看待新颖、接纳新颖，以此来改变我们的设计。

参考文献

[1]刘剑兴，赖睿智，吴尽.BIM技术在建筑施工企业的应用思路[J].重庆建筑,2019，18(12):59-60

[2]梁靖涵。对基于BIM技术的4D建模及其应用探讨 [J].中华人民共和国住宅措施,2019(11):16-17

[3]渠立明。BIM技术在装配式建筑设计及施工管理中的应用探索 [D].中国矿业大学，2019