Введение
Группа НЛМК – сталелитейная компания №1 в России. Следующая высота для нашей компании – стать мировым чемпионом отрасли. Важный этап на пути к этой цели – стратегия развития компании до 2022 года. В инвестиционной программе стратегии почти 2000 инвестиционно-строительных проектов. За 5 лет наиболее крупные из них потребуют почти 1,5 млрд долларов.Один из ключевых сверхкрупных проектов программы 2022 – реконструкция комплекса конвертеров №2 и 3 с газоотводящими трактами. Цель проекта – замена изношенного оборудования газоотводящих трактов конвертеров для обеспечения безопасной эксплуатации котлов-охладителей конвертерных газов, улучшение экологических характеристик, оптимизация работы комплекса. Данные работы – один из этапов масштабного проекта по реконструкции крупнейшего из двух конвертерных цехов НЛМК, который позволит к 2020 году повысить его производительность на 19% до 10 млн тонн стали в год и сократить удельные выбросы в атмосферу на 56%.
Для каждого из новых конвертеров построят газоотводящие тракты с системами улавливания и очистки выбросов. Система улавливания будет работать на основе высокоэффективной технологии с применением мелкодисперсной подачи воды. Повторное использование очищенной воды снизит водопотребление цеха в 2 раза. Специальные укрытия и вытяжные системы уменьшат запыленность воздуха рабочих мест более чем на 95%.
В 2019 году остановлен на реконструкцию Конвертер №2. При этом в связи с существенным влиянием на производственную программу компании главным показателем эффективности проекта являются целевые сроки реализации: строительные работы необходимо выполнить в короткий остановочный период.
Для выполнения подобной амбициозной задачи необходимо было вывести технологии управления строительством и реконструкцией на качественно новый уровень. Изучив лучшие мировые практики, НЛМК остановился на внедрении технологии информационного моделирования сооружений – BIM-моделировании; это процесс создания, изменения и последующего использования виртуальной копии (или цифрового двойника) объекта.
Применение BIM-технологий до старта СМР
Первым этапом внедрения решения стал анализ опыта реализации подобных объектов, поиск ключевых причин срыва сроков и превышения стоимости проектов. Среди основных причин были выявлены следующие:- Недостаток информации о текущей ситуации на площадке при проектировании, неактуальность архивной документации;
- Наличие ошибок (коллизий) в проектной документации, попадающих на строительную площадку и требующих решения в процессе СМР;
- Недостаточно детальное планирование строительных работ, просчеты в организационно-технологических решениях, неучтенные риски СМР, отсутствие актуальной информации о прогрессе работ;
- Несвоевременная поставка оборудования и материалов.
Например, для решения проблемы недостатка и неактуальности информации была применена технология лазерного сканирования, которая позволила с точностью до сантиметра «перенести» текущее состояние объекта в компьютер проектировщика в виде облака точек. Это помогло избежать несоответствий между проектной документацией и реальным объектом, правильно оценить объемы демонтажных работ и многое другое.
Далее в проекте была разработана единая 3D-модель всех основных конструкций и инженерных систем объекта (включая существующие конструкции и технологические системы, выполненные по облаку точек). Это позволило еще на стадии проектирования найти и устранить проектные ошибки до остановки Конвертера, нивелировать риски остановки строительных работ из-за качества документации в процессе СМР.
Сегодня технология 4D/5D-моделирования уже успешно применяется специалистами группы НЛМК для всех крупных проектов программы 2022. Тем не менее, для сопровождения одного из наиболее сложных проектов – реконструкции конвертера №2 – была дополнительно привлечена инжиниринговая компания К4.
Ключевой задачей применения Synchro стало моделирование процесса сооружения до старта СМР, оценка возможных рисков срыва сроков работ, поиск пространственно-временных коллизий, анализ возможностей по сокращению сроков строительства.
Выполненная работа позволила добиться конкретных результатов – благодаря применению 4D/5D-моделирования были найдены следующие технические возможности:
- Укрупнение «на земле» 76% опорных металлоконструкций котла с площадками обслуживания;
- Перенос на предмонтажное укрупнение 78% сварных стыков трубопроводов диаметром от 168 до 500 мм в пределах котла;
- Существенное укрупнение других металлоконструкций Конвертера (от 26 до 90%);
- Увеличение загрузки крана 750 т, оптимизация работы других кранов.
Применение BIM-технологий во время СМР
В настоящее время Система применяется для сопровождения строительных работ в остановочный период Конвертера: выполняется детальный мониторинг работ за счет выдачи недельно-суточных планов, ежедневная фиксация факта выполнения работ, оперативное перемоделирование процесса строительства при возникновении непредвиденных ситуаций, выработка компенсирующих мероприятий при прогнозировании возможных отставаний по срокам и т. д.Использование 4D/5D существенно упростило сбор оперативной фактической информации с площадки: вместо абстрактной отметки о проценте выполнения работ или тонн металлоконструкций, теперь можно увидеть, какие именно и когда конструкции смонтированы или не смонтированы. Ежедневный пересчет расписания «на сегодня» позволяет выявлять отклонения работ от плана с погрешностью не более нескольких часов.
4D/5D-моделирование в ходе мониторинга строительства позволяет гибко менять уровень детализации графика в зависимости от потребностей управления. В ходе сопровождения проекта выявляются критические работы, детализация которых выполняется по мере необходимости. В частности, если при начале реконструкции Конвертера №2 график состоял из 1700 работ, то уже спустя месяц их число перевалило за 2000, а через 3 месяца – превзошло 3000. Задержки, появление новых объемов работ неизбежны для такого сложного проекта; при этом постепенная детализация графика, все более глубокая проработка технологии и передачи фронтов работ (например, от монтажников к электрикам) позволяет находить решения, удерживающие общие сроки в рамках требуемых ограничений.
Результаты
Применение Группой НЛМК технологий информационного моделирования в проекте Реконструкции Конвертера №2 доказала свою эффективность.Так, благодаря лазерному сканированию и 3D-моделированию на этапе проектирования было найдено и заранее устранено более 2700 проектных ошибок. Эффект от предотвращения возможных потерь оценивается в 7 млн долларов.
Применение технологий 4D/5D-моделирования и Synchro Pro показало еще более серьезный результат:
- Найдены возможности по сокращению сроков строительства Конвертера на 11 суток за счет:
- уточнения технологии СМР, детализации работ графика, проверки и оптимизации последовательности работ, перерасчета критического пути;
- сокращения длительности некоторых работ на основе перепроверки по действующим нормативам и по согласованию со строительными организациями;
- укрупнения металлоконструкций общей массой ~800 т, вынесения части работ по укрупнению в доостановочный период;
- распределения подачи конструкций между кранами, построения детальных циклограмм загрузки кранов, указания зон подачи каждого элемента конструкций;
- расчета требований по срокам выдачи проектной документации и поставки оборудования и материалов на основе выбранной технологии;
- Выявлены резервы по работе кранов, в том числе:
- оптимизация работы крана 750 т, оптимизация загрузки других кранов;
- отказ от одного из башенных кранов.