“3060目标”提出后，“节能降耗”“能源资源回收”成为未来污泥处置的重点方向[1]。节能减碳与数字化设计的结合是近年来设计转型和研究的热点[2]。通过全生命周期BIM集成与应用[3]，利用BIM技术正向设计，可有效解决工业项目的痛点和难点，便于参建各方数字资源的全面使用和高效共享。项目以BIM为载体，以低碳节能为导向，通过BIM正向设计、双碳应用、风险管控等操作，介绍项目的正向设计过程和应用成果，为类似工程的智慧建造、数实融合、助力双碳提供借鉴和参考。1工程概况工程位于河南焦作，为焦作隆丰皮草企业有限公司固体废物综合处置与资源化利用项目，项目总体透视图及局部剖切图如图1所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.020.F001图1项目总体透视图及局部剖切图该项目是皮革行业污泥和固废协同焚烧工程，运行能力为500.0 t/d，包含432.0 t/d的皮革工业污泥和68.0 t/d的生产固废，占地面积2.4 万m2，采用国际先进的“桨叶式间接热干化+鼓泡流化床独立焚烧”核心工艺，工程总投资约4.0亿元。2BIM正向设计2.1协同设计流程借鉴相关BIM设计经验[4]，在项目初期，BIM团队集中收集工程项目信息需求、设计出图深度需求、各参建方需求、业主方运维需求等，专门针对工程制定了设计团队内部建模及应用手册、厂家设备提资标准、交付标准等，确保项目各设计人员按照统一标准，有序、合理、高效推进设计工作。各专业内部模型采用中心文件协同，各专业间模型采用链接文件。此工作模式既能保证模型的整体性，又不影响后续管线综合工作的开展，还可适当压缩中心文件大小。2.2管理工作流程项目进行中为保证各专业设计与协调管理工作进展顺利、沟通高效、模型准确。项目针对不同设计阶段专门制订了BIM管理工作制度，搭建BIM团队总体及分项管理网络，明确各专业设计负责人周例会制度，定期汇报工作进展情况及需要协调的问题，同时制订了BIM模型审查与维护机制。2.3管线系统划分建模时产生的系统错误多在后期才能发现。合理的系统划分为后续工作预留更多时间，提高设计效率，对三维校审、正向出图、工程量统计、设计成果展示以及成果交付等工作的顺利开展至关重要。各专业在设计初期分别拟定出图目录及系统数量，由BIM团队对系统名称、系统颜色、管道参数以及RGB颜色参数等信息进行统一规划。2.4管线综合工程车间内管线种类包括污泥管、工艺水管、压缩空气管、烟道、循环冷却水水管、除臭和通风风管、电力电缆、给排水水管、消防水管等，种类繁多，错综复杂。在初步拟定各系统管线走向后，相继确定管道高度、平面位置及确定原则。使用BIMSpace2021搭建厂区设计三维管线综合模型，再考虑专业优先级以及相关因素进行布线优化，合理排布管线空间，预留安装和操作空间，形成优化后的三维管线综合模型，确保设计成果准确性与协调性。提高管线综合的设计能力和工作效率，减少错误和返工，降低施工成本。干化机间管线综合图如图2所示。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.020.F002图2干化机间管线综合图施工图设计后期利用Navisworks软件，进行模型细部自动碰撞检查，快速检测碰撞部位及其属性，弥补传统二维设计易产生错漏碰撞的天然缺陷，该项目共解决管线碰撞1 026处。2.5净高分析污泥干化焚烧车间与预处理车间一层处理车间、设备间和库房，大量区域有货车出入需求；而主车间2~3层设置为小型设备间和办公区域、宣传展示区域、参观廊道等功能性房间，对空间净高有一定要求。利用BIM信息对空间狭小或净高要求高的区域进行净高分析，提前发现不满足净高要求功能和美观需求的部位，避免后期设计变更，缩短工期，节约成本。2.6正向出图与扫码识别项目正向设计出图率整体达到62.1%，工艺专业出图率达到82.5%。针对复杂节点，结合二维码技术，在二维图册中补充三维图册，可手机扫码后直接呈现出三维节点大样或三维管线布置，便于参建各方能够快速、准确了解设计意图。2.7三维可视化交底利用三维BIM模型辅助进行技术交底，能有效避免分包团队对设计图纸理解偏差。土建施工单位可根据三维模型对现场洞口预留、套管预埋、埋件安装等工作进行核查；安装单位可对管线安装、支吊架深化设计、大型设备吊装与拼装、设备加工制造点及存放点布置等内容提前规划。3双碳应用3.1“BIM+CFD”模拟优化通风方案干化焚烧车间设有焚烧炉等大散热量设备，且被附属系统车间包围在建筑中心，自然进风口面积受限，严重影响车间散热效果，因此项目亟须结合BIM可视化和可模拟的技术特点，提出同时满足散热需求和低能耗的通风设计方案。工艺、建筑、通风等专业同步利用BIM进行设计优化，经多轮配合，通过调整车间内部布局、增设地下风廊等措施，结合BIM和CFD模拟技术，在保证功能需求的基础上，增加自然进风口面积144%，使得室内自然通风气流组织无死角，最大限度降低了机械通风系统使用率，预计全年减少通风能耗102.5 万kWh。3.2灯光节能分析在照明设计时，根据车间、办公区域等不同功能区域的用电需求和时间段，分别模拟不同区域照明效果。改变传统粗放式照明模式，优化照明布置和控制，达到电气节能的目标。3.3碳排放评估计算项目根据规范《建筑碳排放计算标准》（GBT 51366—2019），构建碳排放模型，根据各专业设计方案，确定计算方法以及碳排放因子选取，探索主车间碳排放计算，实现主体结构低碳设计。通过对建设期间碳排放计算结果的分析，项目优化了外墙墙体做法、门窗型号、室内装修方案、屋面通风形式、采暖及制冷方案以及照明方案等内容，减少了化石能源的使用，最终主体建筑降低建设期间碳排约7.34 万t。3.4臭气排放塔对厂区环境影响模拟通过简化BIM模型，导入Phoenics软件，参考文献设置污染物边界[5-6]，对臭气排放塔排放进行CFD模拟，分别分析冬季工况和夏季工况主导风作用下的厂区内及厂区外周边流场，判断厂界污染物浓度是否达标，优化除臭系统设计，避免设备、输配系统选型过大，实现节能、减碳、环保的目标。4风险管控4.1基于模型的消防审图与优化项目车间体量大、工艺复杂、火灾危险等级高，传统审图方式效率低、易漏项。为了解决此类问题，研究以BIM模型和建筑消防规范为数据来源，国际数据标准IFC为数据基础，利用知识图谱在知识推理上的优势，通过构建建筑消防知识图谱以及BIM数据智能提取方法，提出了一种适合建筑消防智能审图方法。此法扩展了知识图谱在建筑消防领域的应用，推动了建筑模型消防智能审图的优化和升级，保证建筑消防审图的快速性和准确性。研究中建筑消防知识图谱的构建方法，适用于其他建筑领域专业知识图谱的构建，对促进建筑行业人工智能的发展具有重大意义。4.2BIM+VR技术设计阶段结合项目特点形成全专业设计和总包管理的“风险源识别清单”，并在BIM模型中标识风险点；结合协同管理平台，协助管理人员在建设、运维期清晰且全面地管控风险。将BIM模型与3Dmax结合，搭建VR虚拟工厂（如图3所示），各参建方和运营单位可利用其进行沉浸式的安全管理培训。10.19301/j.cnki.zncs.2023.06.020.F003图3VR风险展示效果5结语项目成功利用BIM正向设计攻克多个技术难点，协助总包团队高效完成管理工作，打造了一个标准化、可推广的污泥与固废综合处置与资源化的典型示范工程，为重污染高能耗企业的绿色转型和可持续发展提供指引。（1）标准化设计要前置。BIM正向设计过程初期，应建立BIM建模标准体系，形成标准化指导文件，规定管路系统划分、管理工作流程、出图制作样式等工作要求，这些前置的标准化设计对于项目整体管控和最终成果交付都大有裨益。（2）设备提资审核要严格。固废处理处置厂项目设备类别和数量较多，且绝大多数为非标设备。设备族的建立单独依靠BIM设计团队，其时效性和准确性都较低。设计应协调各设备厂家按照项目标准化要求进行设备模型提资，同时做好模型格式把控、参数化录入、审核管理和后期修改等工作。（3）基础性应用要抓牢。基于BIM的管线综合、净高分析、风环境模拟、三维可视化交底等基础性应用已经非常成熟，BIM设计团队要打好基础，做出务实的应用成果，才能得到设计内部、业主、施工单位的认可和支持，也才能为数字孪生、信息集成等打好坚实的基础。（4）拓展性应用要前瞻。BIM技术是设计行业的先头兵，在拓展应用方面要发挥牵头作用。项目尝试对固废处理厂建设期间碳排放进行计算，为之后运维及拆除部分碳排放计算奠定了基础。