論新穎技術(shù)在熱力項目設計中的應用

Summary：隨著我國市場經(jīng)濟越來越完善，設計院之間的競爭越來越激烈，表明設計市場已由十幾年前的藍海轉(zhuǎn)入了紅海優(yōu)勝劣汰的階段。業(yè)主也更有條件和底氣對設計院圖紙質(zhì)量及出圖效率提出越來越苛刻的要求。這種背景下，如何利用新穎技術(shù)對傳統(tǒng)舊的設計方式進行改造創(chuàng)新就顯得刻不容緩、尤為重要。本文簡要介紹部分新穎技術(shù)在熱能動力工程過去項目中的實際應用，以啟發(fā)、引導思考。Keys：熱能動力設計；結(jié)構(gòu)SAP2000；有限元技術(shù)；BIM技術(shù)；VBA;程序;prolog規(guī)則型專家知識庫；當前，設計行業(yè)內(nèi)，業(yè)主普遍反映，各設計院的設計質(zhì)量差，很多技術(shù)問題得不到專業(yè)滿意的解答，出圖慢，容易出錯。而這些，究其原因很重要的一點就是設計成品的生產(chǎn)技術(shù)手段傳統(tǒng)又落后，很多問題過度依賴“拍腦袋”的后果。解決辦法是增強設計人員對于問題的處理能力，重視新穎設計技術(shù)的采用和創(chuàng)新，累積達到增質(zhì)提速的效果。一、結(jié)構(gòu)知識及sap2000軟件與熱力工程設計熱力工程設計中，非標鋼結(jié)構(gòu)支吊架設計問題對熱力來講是一個久未真正解決、揮之不去、困擾著不少入行多年的熱力設計師們的問題。多個項目觀察表明，設計師們“拍腦袋”出來的結(jié)果除了個別老工程師，其他絕大多數(shù)都出現(xiàn)了或者嚴重過大選型導致材料浪費、或者盲目自負選型過小無法滿足規(guī)范安全設計的要求。極少有人能真正做到經(jīng)濟又安全。鑒于此，熱力人員掌握結(jié)構(gòu)理論和規(guī)范知識如《GB50017鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》等，懂得用結(jié)構(gòu)專業(yè)設計軟件如pkpm、sap2000等計算非標組合支吊架就成為了很必要很有效的技術(shù)手段。關于結(jié)構(gòu)支吊架開口截面受扭矩（如L形狀類等）支撐受力的普遍認知誤區(qū)糾正“開口截面的支吊架受扭時會相當脆弱”，因為扭轉(zhuǎn)剛度相當?shù)?，結(jié)合支吊架常有的彎矩傳遞變扭矩的一段臂長作半徑旋轉(zhuǎn)后，在最終的支撐點處表現(xiàn)為：很小的力便發(fā)生了很大豎向位移的結(jié)果，支吊架就算沒脫落，也已無法形成工程意義上的有效支撐。從而導致實際管道受力偏離了熱力人員的設計初衷，埋下工程隱患。結(jié)構(gòu)sap2000與熱力主汽管1)結(jié)構(gòu)sap2000與主汽管限位架汽機設備端點受力要求極為苛刻，設備資料經(jīng)常把力和扭矩各方向數(shù)值都要求到3500N和3500N.M以下，從而導致了不得不在一些關鍵位置設置各種形式的限位架。主汽管為例，該管道溫度高、管系復雜，為了保護好汽機設備進口的受力，往往我們都會在汽機入口不遠合適位置添加限位架。限位架的方向和限位間隙都極為講究，往往都是mm級別，根據(jù)應力計算反復調(diào)整求出數(shù)值。但如果不懂結(jié)構(gòu)非標支吊架的設計，便求不出鋼結(jié)構(gòu)工作情況下的變形撓度，這變形撓度將嚴重影響限位架的有效性以及限位間隙的數(shù)值，從而影響到汽機入口的真實受力，導致所設計的成品經(jīng)不起反駁。（國外設計更是特別看重這一點。）2)結(jié)構(gòu)sap2000與主汽管鍋爐本體走管處的應用。鍋爐設備廠設計本體的扶梯平臺時，經(jīng)常不太考慮主汽下管等重要管道走管。如果怕影響操作檢修人員通行而不打算為走管打掉扶梯平臺的話，這時候主汽管往往會被布置到距離鍋爐鋼柱比較遠的位置，比如大寺有2500mm之遠，這種情況經(jīng)常發(fā)生，遠距離大荷載重要主管的支吊架，自然更是需要結(jié)構(gòu)計算軟件才能保障穩(wěn)妥和經(jīng)濟。二、有限元技術(shù)和熱力工程設計

有限元法是一種數(shù)學物理方程和計算機相結(jié)合的求解偏微分方程在特定邊值條件下的趨近于真值近似解的一種數(shù)值計算方法。主要用于復雜問題的求解和設計的檢驗，可用于求解的領域有:結(jié)構(gòu)、傳熱、流體、電場、聲音、磁場等，以及上述幾個物理方面的耦合模擬分析。不僅計算精度高，而且能適應各種復雜形狀，是行之有效的工程分析手段。

2015年9月，寧明項目（即廣西寧明東亞生物能源有限公司30MW

生物質(zhì)能（蔗渣）發(fā)電項目）的鼓風機,別人設計時，由于場地的限制，

鍋爐右端風機的入口采用與左端不同的直角形式。但從運行效果來看，

操作人員反饋說兩臺風機出力不一致，表現(xiàn)為風壓相差800Pa不知道問

題出在哪里。通過對圖紙分析，我們針對消音器和入口風箱進口風段進行了數(shù)值模擬

計算流場找出了原因。最終去掉了消音器和風箱之間的縮放口。并對改造后

的效果進行了重新流場計算驗證.三、三維及BIM技術(shù)與熱力工程設計bim技術(shù)特點1)bim可以方便設計協(xié)同，及早發(fā)現(xiàn)碰撞和不合適的占位問題，方便簡化各專業(yè)設計修改的交提資過程，減少不同專業(yè)間數(shù)據(jù)導入后還需重復繪制的工作量。2)對于多層、跨層管道交叉穿梭的管道區(qū)域，光用二維平面圖表示及繪制會非常不便，只有三維能提供多視角的觀察和繪制，再自動導成二維平面圖，能大大方便了人們。3)建模有元件庫、等級庫約束選型，不用一筆筆畫零部件也不用過于零碎的考慮成品件的選型。4)方便數(shù)字交付，實物數(shù)字化，有利于當前企業(yè)數(shù)字化改革的社會浪潮。5)方案等成果可視化，交流直觀，理解透徹。6)利于業(yè)主、施工單位及設計單位之間的協(xié)調(diào)及配合。用數(shù)字化后檢查碰撞把問題消滅在實際安裝發(fā)生前。7)有利于分析模擬和仿真的計算，a)在設計階段，BIM可以進行如：節(jié)能模擬、消防緊急疏散模擬、日照模擬、建筑熱能傳導模擬等；b)在招投標和施工階段可以進行施工的組織設計模擬，指導施工。同時還可以進行考慮造價控制的模擬，從而實現(xiàn)施工成本控制；c)后期運營階段還可模擬日常緊急情況如地震人員逃生模擬及消防人員疏散模擬等。四、程序開發(fā)與熱力工程設計設計作為一種以電腦為平臺、軟件為工具而進行的腦力活動，自然是離不開電腦的編程需求，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。程序能給工程設計帶來以下幾點好處：程序能以人工所不能比的速度完成可觀的工作量，節(jié)省出圖時間。程序能代替重復或不太復雜的智力活動，節(jié)省人力成本，把人力解放到處理更深層次的問題上。程序在能處理的事情里，表現(xiàn)出比人更高更穩(wěn)的準確率。從而保證了設計質(zhì)量，有效規(guī)避了人的惰性及責任心對設計成品質(zhì)量的影響。程序豐富拓展了工具軟件的各項功能，讓工具更符合人們設計思維習慣，提升設計效率。程序?qū)⒃O計、bim技術(shù)與人工智能相結(jié)合，bim技術(shù)為設計自動化提供了數(shù)字化的基礎，人工智能把設計自動化提高到了一個更高的高度。等等。。。當前，熱力工程設計中著手開發(fā)并申請知識產(chǎn)權(quán)保護的程序可舉例的有：煙氣管道按規(guī)范自動計算布置內(nèi)撐桿、加強筋間距，人工拖拽布管、軟件根據(jù)自動計算結(jié)果直接成型建模，再自動統(tǒng)計材料表?？紤]了一定程度的管道熱膨脹之后的支吊架間距的初步自動布置功能。流程計算軟件，實現(xiàn)任意系統(tǒng)圖設計時所需的“所見即所得”：即拖拉設備圖塊再連管線即可自動計算出最終結(jié)果并顯示到流程界面。利用人工智能語言之一的prolog特點，進行規(guī)則型專家知識庫開發(fā)，把設計經(jīng)驗和規(guī)范條目輸入到規(guī)則知識庫里，prolog會根據(jù)輸入，通過推理規(guī)則庫的規(guī)則，迭代求出邏輯結(jié)果。讓設計選型達到自動推薦的效果。綜上，我們可見，眾多的新穎技術(shù)應用于我們實際的熱力設計，表明了其：實用性、高效性、可落地性。也為很多熱力非熱力的設計改進提供了的技術(shù)方面的思考：很多問題的解決是不能局限在專業(yè)內(nèi)找答案的，需要站在未來的角度去看待新穎、接納新穎，以此來改變我們的設計。Reference[1]劉