完成�
王新�、李 �、張 弛、劉�(yuǎn)�、李寶忠、李傳民、董文�(jìn)、單立東、郭 �、張明海、朱志斌、曹 �、袁斯浪、胡啟晨、鐘金紅
完成單位
河鋼集團(tuán)有限公司、中冶京誠工程技�(shù)有限公司、唐鋼國際工程技�(shù)有限公司、中國二十二冶集�(tuán)有限公司
研究背景
智能�、綠色化是鋼鐵行�(yè)的發(fā)展方�。習(xí)近平總書記要求河北“堅(jiān)決去、主�(dòng)�(diào)、加快轉(zhuǎn)�,“在改革�(chuàng)�、開放合作中加快�(shí)�(xiàn)新舊�(dòng)能轉(zhuǎn)換�。河鋼集�(tuán)地處京津冀特殊地理位置,也是大型國有企�(yè),更要主�(dòng)作為,牢固樹立和踐行新發(fā)展理念,�(jiān)定不移化解過剩產(chǎn)�,全力推�(dòng)鋼鐵行業(yè)�(chuàng)新發(fā)展、綠色發(fā)�、高�(zhì)量發(fā)展�
唐鋼新區(qū)是貫徹落�(shí)�(xí)近平總書記“堅(jiān)決去、主�(dòng)�(diào)、加快轉(zhuǎn)”重要指示精神的重點(diǎn)工程,是河鋼也是行業(yè)探索鋼廠�(shù)字化、綠色化、品牌化�(zhuǎn)型的重要工程。在鋼鐵工程建設(shè)特別是新型鋼廠建�(shè)過程�,如何實(shí)�(xiàn)全流程全方位的數(shù)字化和綠色化,還需要解決以下四�(gè)核心問題�
一是解決新一代信息技�(shù)與鋼鐵全流程深入融合的問�,實(shí)�(xiàn)信息立體感知與數(shù)�(jù)全方位采�,�(jìn)一步提高數(shù)�(jù)孿生效率,打破產(chǎn)線各系統(tǒng)之間彼此孤立、信息孤�;二是解決綠色技�(shù)與工程設(shè)�(jì)的融合與�(xié)同問�,從總體�(shè)�(jì)角度�(shí)�(xiàn)鋼鐵企業(yè)多工序多污染物污染物治理的協(xié)同以及生�(chǎn)制造與綠色技�(shù)的協(xié)同。三是解決新一代流程鋼廠各工序高效銜接的問�,通過�(shù)字化手段,搭建流程優(yōu)化和智能化運(yùn)行總平臺(tái),實(shí)�(xiàn)各工序間的高效銜�。四是解決鋼鐵工程項(xiàng)目管理手段不�(tǒng)一的問題,�(shí)�(xiàn)鋼鐵工程工藝�(shè)�(jì)、設(shè)備管�、現(xiàn)場施工的�(xié)同管��
總體思路與技�(shù)方案
針對�(shù)字化、綠色化鋼廠建設(shè)工程面臨的鋼廠全流程�(shù)字孿生創(chuàng)新、行�(yè)排放限值要求高、多污染物協(xié)同治理難、生�(chǎn)�(huán)保深度耦合�、綠色技�(shù)工程集成難等諸多難題,本�(xiàng)目團(tuán)�(duì)在唐鋼新區(qū)建設(shè)過程�,以“綠色化、智能化、品牌化”為建設(shè)目標(biāo),以物質(zhì)�、能源流、信息流的最�(yōu)�(wǎng)�(luò)�(jié)�(gòu)為方向,�(yùn)用最新的鋼廠�(dòng)�(tài)精準(zhǔn)�(shè)�(jì)、集成理論和流程界面技�(shù),通過�(shù)字虛擬工廠與�(xiàn)�(shí)工廠�(xié)同架�(gòu)、綠色技�(shù)與工程設(shè)�(jì)�(xié)同模式以及全要素資源�(dòng)�(tài)�(xié)同的過程管控模式等“四�(gè)�(xié)同”的工程管理方法,實(shí)�(xiàn)�(shù)字化綠色化新型鋼廠建�??傮w思路如圖1所��

�1 �(shù)字化綠色化新型鋼廠工程管理思路
主要技�(shù)�(chuàng)�
本項(xiàng)目形成以下創(chuàng)新:
1.研究�(gòu)建出基于�(shè)�(jì)、交�、運(yùn)維全生命周期和全要素?cái)?shù)�(jù)的數(shù)字孿生虛擬與�(xiàn)�(shí)�(xié)同智能化集成技�(shù)平臺(tái),建立了工程�(shù)字化�(xié)同設(shè)�(jì)平臺(tái)、工程數(shù)�(jù)中心,構(gòu)建了�(tǒng)一編碼及統(tǒng)一�(shù)�(jù)接口,實(shí)�(xiàn)了虛擬與�(xiàn)�(shí)�(xié)同的全流程、全生命周期�(shù)字化建��
建立了鋼鐵行�(yè)首�(gè)虛擬與現(xiàn)�(shí)�(xié)同設(shè)�(jì)的數(shù)字孿生工�,融合包含燒�(jié)、球�(tuán)、高爐、煉�、軋鋼等全工序流�,覆蓋從�(shè)�(jì)到交付再到運(yùn)�、維�(hù)的全生命周期,涵蓋工廠生�(chǎn)、質(zhì)�、物�、能�、運(yùn)維、安�(huán)等全要素的多維數(shù)�(jù),解決了多學(xué)�、多維度、跨專業(yè)�(fù)雜的虛擬與實(shí)體工廠同步設(shè)�(jì)、建�(shè)和運(yùn)�,如�2所��

�2 �(xiàn)�(shí)工廠與數(shù)字工廠協(xié)同設(shè)�(jì)技�(shù)路線�
2.建立了貫穿于鋼鐵企業(yè)�(shè)�(jì)-施工-生產(chǎn)-�(yùn)營全生命周期的綠色技�(shù)�(shù)�(jù)�,創(chuàng)建了基于綠色技�(shù)與工程設(shè)�(jì)�(xié)同的減量化、再利用、再循環(huán)綠色工廠,解決了鋼鐵企業(yè)工序多、污染物種類�、污染物�(xié)同治理難的問��
依托�(biāo)�(zhǔn)�(guī)范化的鋼鐵制造各工序綠色指標(biāo),形成符合鋼鐵企�(yè)特征的綠色鋼廠指�(biāo)體系,并以此建立鋼鐵綠色工藝技�(shù)�(shù)�(jù)庫,將技�(shù)體系融入鋼鐵�(xiàng)目總體設(shè)�(jì)�。通過指標(biāo)分解和評(píng)�(jià)方法將綠色技�(shù)�(yīng)用于每�(gè)工序,打造全生命周期、全流程的綠色化工廠。通過建立綠色技�(shù)與工程設(shè)�(jì)�(xié)同模式,以流�(zhuǎn)�(shí)間最小化、空間路徑最小化、過程排放最小化為目�(biāo),通過CAE仿真�(shè)�(jì)平臺(tái)、物流仿真平�(tái)、精�(zhǔn)�(shè)�(jì)平臺(tái)、BIM�(shè)�(jì)平臺(tái),實(shí)�(xiàn)在工程設(shè)�(jì)階段綠色技�(shù)體系與工程設(shè)�(jì)體系的深度融�,如�3所示�

�3 綠色技�(shù)與工程設(shè)�(jì)的協(xié)同路線圖
3.建立全過程與全要素資源動(dòng)�(tài)�(xié)同的過程管理方法。通過�(jié)�(gòu)化WBS和實(shí)�(shí)KPI方法,把投資、工�、采購需求、設(shè)備監(jiān)�、工程施工、項(xiàng)目結(jié)�、竣工轉(zhuǎn)資等要素�(jìn)行實(shí)�(shí)控制和科�(xué)�(diào)�,解決項(xiàng)目管理過程中多部門、多流程、跨專業(yè)、分階段�(tǒng)一管理的難�,實(shí)�(xiàn)�(xiàng)目建�(shè)過程全要素資源的集中�(diào)配與高效�(xié)同管理,降低同口徑噸鋼投資費(fèi)�21%�
利用先�(jìn)的實(shí)施方法論和技�(shù),通過管控組織與作�(yè)區(qū)域及配套相結(jié)合、作�(yè)區(qū)域及配套與費(fèi)用類型相�(jié)合的�(jié)�(gòu)化WBS架構(gòu),將投資�(jì)劃、采購需�、采購合�、工期�(jìn)�、項(xiàng)目成�、結(jié)算規(guī)�、組織人�、過程資料等全資源要素�(jìn)行統(tǒng)一管理,提高了�(shè)�(jì)、需�、采�、合同實(shí)施間的協(xié)同融合管理效�;增�(qiáng)了跨專業(yè)、跨部門、跨工程建設(shè)階段的精�(xì)化資源調(diào)配與�(jiān)控能�;實(shí)�(xiàn)了項(xiàng)目建�(shè)全過程的�(shù)字化信息共享。整體路線如�4所��

�4 �(xiàng)目全要素資源�(xié)同管控技�(shù)路線�
4.研究開發(fā)出基于工程數(shù)字與模塊建造協(xié)同管理的可視�、信息化、高效化建造體�,解決了建造過程集成化程度低、資源占用多、施工效率低,質(zhì)�、安全和投資管控�,信息化程度低的難題�
�(xiàng)目將“BIM和模塊建造協(xié)同”方法貫穿建�(shè)的全生命周期。利用BIM三維技�(shù),直觀展示�(shè)�(jì)方案成果和全過程的可視化�(shè)�(jì),同�(shí),通過BIM�(shù)字化平臺(tái)多專�(yè)�(xié)同設(shè)�(jì),及�(shí)解決各專�(yè)�(shè)�(jì)成果�(cuò)漏和碰撞沖突,精�(zhǔn)�(jì)算工程量,設(shè)�(jì)�(yōu)化,有效減少�(shè)�(jì)失誤造成的返�。在施工階段,一是運(yùn)用BIM三維�(shù)字模擬技�(shù),�(jìn)行設(shè)�(jì)、安全技�(shù)等交底和方案討論工作,使得工程質(zhì)�、安全管控直觀可視�。二是將3D與時(shí)間維度相�(jié)合,形成4D�(dòng)�(tài)管理,管控施工�(jìn)�,對施工資源和場地布置等�(jìn)行優(yōu)�。三是利用BIM技�(shù)和模塊化建造協(xié)同融�,使得項(xiàng)目施工質(zhì)量可�,安全管理可�,實(shí)�(xiàn)�(shù)字建筑的成本精益和高效管�。技�(shù)路線圖如�5所��

�5 BIM和模塊建造協(xié)同路線圖
�(yīng)用情況與效果
該工程管理成果,在成功建�(shè)“綠色化、智能化、品牌化”的唐鋼新區(qū)工程�,還�(yīng)用到河鋼石鋼短流程典范工廠、河鋼邯鋼老區(qū)搬遷等鋼廠建�(shè)工程中,取得了顯著的�(jīng)�(jì)效益和社�(huì)效益。以唐鋼新區(qū)為例�
1.工程建設(shè)效率顯著提升
唐鋼新區(qū)�(xiàng)目年�(chǎn)鐵水732萬噸、鋼�747萬噸,全流程�(yīng)用數(shù)字化�(shè)�(jì)和交�,與國內(nèi)外同�(guī)模沿海鋼鐵企�(yè)、“十三五”期間同期建�(shè)�(xiàng)目相�,均具有先�(jìn)�。噸鋼投資(到熱軋工序)在同類沿海鋼鐵廠中最�,且比同地區(qū)鋼鐵新建企業(yè)降低21%。項(xiàng)目建�(shè)周期僅用30�(gè)�,比同類型降�6-13�(gè)�,比原計(jì)�36�(gè)月縮�6�(gè)��
2.唐鋼新區(qū)廠內(nèi)�(yùn)行流程緊�
唐鋼新區(qū)在總圖布置中�(yùn)用新一代聯(lián)合鋼鐵企�(yè)總體�(shè)�(jì)理念,實(shí)�(xiàn)總圖布局的緊�、生�(chǎn)流程的順�、功能分區(qū)的明�,做到人流與貨流分開,特種物流與普通物流分�,有污染的生�(chǎn)區(qū)與清潔生�(chǎn)區(qū)分開,噸鋼占地面�0.53m2,在國內(nèi)外相同規(guī)模企�(yè)中占地最小,流程最為緊�,物流成本最低�
3.唐鋼新區(qū)綠色制造能力達(dá)到行�(yè)�(lǐng)先水�
唐鋼新區(qū)�(xiàng)目研�(fā)和應(yīng)�230余項(xiàng)新工�、新技�(shù),實(shí)�130多項(xiàng)國內(nèi)最先�(jìn)的綠色環(huán)保生�(chǎn)技�(shù),實(shí)�(xiàn)生產(chǎn)單元煙氣全凈化和污染物高效處�。項(xiàng)目噸鋼綜合能耗為539.75kgce,企�(yè)自發(fā)電比例達(dá)�80%以上,噸鋼SO2排放�0.06kg,噸鋼NOx排放�0.20kg,噸鋼煙粉塵排放�0.10kg,二次能源回收利用率100%。物料實(shí)�(xiàn)全封閉運(yùn)輸和�(shí)�(shí)�(jiān)�,成品運(yùn)輸火車集�、非公路�(yùn)輸率�(dá)�98%以上。噸礦污染物排放總量比行�(yè)超低排放水平再降36%,與常規(guī)長流程鋼鐵企�(yè)相比減少碳排�20%�2022年唐鋼新區(qū)被河北省生態(tài)�(huán)境廳�(píng)為環(huán)保A�(jí)績效企業(yè)�
4.唐鋼新區(qū)�(shù)字化水平國內(nèi)�(lǐng)�
唐鋼新區(qū)�(gòu)建了全流程一體化的智能生�(chǎn)管控系統(tǒng),集成生�(chǎn)、設(shè)�、質(zhì)�、銷�、市�、物�、能源、環(huán)�、安全等與生�(chǎn)�(jīng)營相�(guān)的全方位信息�(shù)�(jù),覆蓋整�(gè)工序鏈條,實(shí)�(xiàn)全流程生�(chǎn)�(yùn)營的大數(shù)�(jù)匯聚、智能分析和智能決策。搭建了流程�(yōu)化和智能化運(yùn)行的總體�(shè)�(jì)和協(xié)同平�(tái),從全流程角�,提出鐵鋼界靀鋼軋界�、鑄軋界面動(dòng)�(tài)有序�(yùn)行的�(xié)同規(guī)則,系統(tǒng)自動(dòng)匹配各工序作�(yè)用時(shí)的優(yōu)化與工序間高效銜�,使得“流�(zhuǎn)�(shí)間最小化、空間路徑最小化、過程排放最小化”理念得以量化和�(shí)�(xiàn)。建成了國內(nèi)最智能的“無人化”料場,以及高爐自動(dòng)化控制系�(tǒng)、轉(zhuǎn)爐一鍵煉�、一鍵自�(dòng)出鋼、設(shè)備在線診�、廠區(qū)智慧物流及機(jī)器人�(yīng)用等智能裝備,顯著提高唐鋼新區(qū)�(yùn)行效率和柔性制造能��












