АО «ВНИИ Галургии» на протяжении более 85 лет специализируется на комплексном проектировании объектов калийной промышленности. Институт выполняет функции генерального проектировщика на площадках ПАО «Уралкалий», одного из ведущих мировых производителей калия. «Уралкалий» производит существенную долю мирового объема хлористого калия и контролирует всю производственную цепочку – от добычи калийной руды до поставок готовой продукции потребителям по всему миру.
В течение последних нескольких лет в АО «ВНИИ Галургии» последовательно осуществляется внедрение технологии информационного моделирования (BIM - Building Information Modeling). Имеется опыт разработки информационных моделей как вновь возводимых объектов, так и объектов, подлежащих реконструкции или техническому перевооружению. Реализация BIM-проектов осуществляется в едином информационном пространстве.
В 2019 году институт приступил к проекту по выполнению электронно-математических моделей существующих систем отопления и внутреннего теплоснабжения зданий и сооружений объектов заказчика, с последующей разработкой наладочных мероприятий и рекомендаций по повышению эффективности (Рис. 1).
Для реализации ряда задач в рамках данного проекта было принято решение использовать программное обеспечение LINEAR, в связи с наличием у него сертификации на соответствие российским нормативам и его глубокой интеграцией с основным программным обеспечением Autodesk Revit.
В ходе первого этапа пилотного проекта специалистами института были обследованы системы отопления и внутреннего теплоснабжения пяти зданий перегрузочных узлов калийной руды общей площадью более 2 тыс. м2 и пяти наклонных транспортных галерей общей протяженностью более 1 км.
Первый шаг выполнения работы – создание моделей строительной части зданий и сооружений. За основу были приняты чертежи архитектурно-строительных решений, а также полученные по итогам проведенных обследований и обмерочных работ перепланировки и теплотехнические характеристики ограждающих конструкций. Для создания моделей зданий использовалось программное обеспечение Autodesk Revit, инструментами которого выполнялось моделирование основных ограждающих конструкций. В целях дальнейшего расчета в строительные конструкции модели была добавлена информации о теплопроводности составляющих их материалов.
Второй шаг - расчет потерь тепла в окружающую среду от зданий и сооружений. Данный расчет выполнялся в программном комплексе LINEAR Building в соответствии с требованиями российского нормативного документа СП 60.13330.2016. Функциональные возможности LINEAR Building Analyse позволили подготовить строительную 3D-модель здания для анализа, а затем создать расчётную модель. Эта модель стала основой для нормативных и физических расчётов, в том числе для расчёта требуемой тепловой нагрузки на систему отопления, выполненных с помощью LINEAR Building Heating.
Третьим шагом стало моделирование систем отопления и внутреннего теплоснабжения в Autodesk Revit. В модели оборудования и отопительных приборов вносились данные о тепловой мощности и потерях давления из технических паспортов, предоставленных заказчиком.
Главной задачей наладки систем является достижение устойчивого теплового и гидравлического режимов работы через распределение теплоносителя по отопительным приборам и агрегатам в соответствии с установленными тепловыми нагрузками. Для решения этой задачи было принято решение об установке балансировочных клапанов в местах врезки трубопроводов в магистральную тепловую сеть, на стояках, ответвлениях и непосредственно у отопительных приборов.
Эти решения были реализованы в рамках четвертого шага при помощи гидравлического расчета систем отопления и теплоснабжения, выполненного с помощью программного обеспечения LINEAR Analyse Heating. Одна из сложностей работы заключалась в том, что расчеты выполнялись не для типовых административно-бытовых или жилых зданий, а именно для производственных зданий, сооружений и их систем, в числе которых радиаторы системы отопления бытовых помещений, регистры системы отопления производственных помещений, воздушно-отопительные агрегаты, а также калориферы приточных установок и воздушных завес.
В процессе гидравлического расчета систем отопления и внутреннего теплоснабжения были определены оптимальные места установки балансировочных клапанов, их типоразмер, расчетные параметры и параметры настройки, даны рекомендации по изменению трассировки существующих систем для повышения их эффективности. Необходимая информация из результатов расчета вносилась в элементы модели. Создавались ведомости регулирующих клапанов с автоматически полученными данными по их настройкам.
Благодаря визуальному отображению исходных данных и результатов расчета, а также непосредственной связи расчетных данных с 3D-моделью здания, стало возможно точно оценить все существующие проблемы в отопительных системах.
Для выполнения корректного расчета системы должны быть правильно смоделированы, поэтому в процессе работы в тесном сотрудничестве с командой LINEAR устранялись неточности моделей инженерных систем, выявлялись нюансы создания компонентов моделей Autodesk Revit (Рис. 3). Компания LINEAR также выиграла от плодотворного сотрудничества, своевременно предоставив обновления, с целью соответствия требованиям российского рынка программного обеспечения.
Одна из проблем, выявленная в процессе работы, была связана с тем, что отопительные приборы (регистры) с маленькими нагрузками, подключенные по однотрубной схеме, не могли сбалансироваться клапанами со смежными нагруженными ветками. В этих случаях приходилось менять трассировку труб, в частности, однотрубную схему на двухтрубную (Рис. 2).
Пятым шагом стала оценка стоимости выполнения наладочных мероприятий (демонтаж и монтаж трубопроводов и арматуры). Из информационных моделей формировались сметные расчеты с помощью российского программного обеспечения Гектор 5D Смета.
Результаты проделанной работы предоставлялись заказчику в ПО Autodesk Navisworks. Для удобства просмотра информационной модели создавались различные 3D-виды и сечения, позволяющие выбрать элемент в модели и посмотреть его свойства. Это позволило отказаться от традиционного бумажного обмена результатами выполненной работы между заказчиком и исполнителем, а также включить заказчика в единую среду общих данных и оптимизировать работу его инженерно-технических служб.
Полученные информационные модели зданий и сооружений с сетями отопления в дальнейшем используются как источник информации о существующих инженерных сетях. Сотрудники заказчика получают данные о расположении оборудования, технических параметрах и другую информацию для управления объектом. В будущем планируется добавить в модели данные о техническом обслуживании, что позволит использовать их как оперативную базу данных при выполнении работ. После пилотной фазы планируется добавление и других сетей – вентиляции, водоснабжения, электроснабжения и технологических сетей. Таким образом, со временем будет сформирован «цифровой двойник» всех объектов заказчика.
Успешное выполнение первого этапа позволило применить указанную методику в рамках второго этапа пилотного проекта. На этом этапе была создана цифровая модель пяти зданий общей площадью более 25 тыс. м2, в которых была оптимизирована система отопления и теплоснабжения (Рис. 4). По итогам реализации двух этапов пилотного проекта заказчик принял решение о создании электронно-математических моделей всех зданий и сооружений своих эксплуатируемых объектов.
«Хотелось бы отдельно поблагодарить службы клиентского сервиса LINEAR. По всем возникающим проблемам при решении нестандартных задач нам оперативно помогала техническая поддержка. При этом мы получили помощь не только от уполномоченных партнеров в России (НИП Информатика), но и непосредственно от разработчика в Германии, что помогало нам в самых сложных случаях»
Алексей Николаевич Балышев,
начальник отдела технологии информационного моделирования АО «ВНИИ Галургии»
Авторы
Анастасия Бахарева
Инженер, BIM-координатор,
Отдел технологии информационного моделирования
Елена Малинина
Инженер, сектор отопления и вентиляции
Алексей Балышев
Начальник отдела технологии информационного моделирования
АО «ВНИИ Галургии» - научно-исследовательский и проектный институт в области разведки, добычи и переработки горно-химического сырья, объединивший научных и проектных специалистов в Перми и Санкт-Петербурге.
Основанный в 1931 г. на базе Соляной лаборатории АН СССР, институт выполнил большой комплекс исследовательских работ по изучению геологии, гидрогеологии, геомеханики соляных и калийных месторождений: в Белоруссии, на Украине, на Урале, в Сибири и в республиках Средней Азии, разработал технологии подземной высокомеханизированной добычи калийных руд, подземного выщелачивания калийных и соляных месторождений.
В настоящее время в составе АО «ВНИИ Галургии» — 14 научно-исследовательских лабораторий, 24 проектных отдела, в которых работает более 500 сотрудников, среди них 7 докторов и 26 кандидатов технических наук.