基于BIM理論的海洋工程集成管理研究

邱惠

當前海洋石油工程項目（以下簡稱海洋工程項目）逐漸向國際化、集成化、信息化趨勢轉變，如British Petroleum的 IPD交付、Statoil的SPO信息交付等，然而國內該方面研究還較為有限。2015年Dodge Data & Analytics發(fā)布的“中國BIM應用價值研究報告”指出：超過半數(shù)的建筑總承包商深信應用BIM技術將改善項目整體運行情況；BIM在建筑行業(yè)的成功應用，為國內海洋工程全生命期管理提供了全新的思路。本文選取國際海洋工程項目常用的EPC/EPCI總包管理模式為研究對象，構建基于BIM的項目信息集成系統(tǒng)，并探討系統(tǒng)實施問題，為今后大型工程項目管理提供借鑒。

一、理論基礎

上世紀80 年代，Chuck M. Eastman教授在《Building Product Models》中提到一種假設的計算機系統(tǒng)，可對建筑物智能模擬，并從中提取工程圖紙、工程量、施工進度等內部信息，這就是BIM原型。2002年Autodesk公司率先推出BIM工具，并逐漸得到世界建筑行業(yè)的普遍接受和認同。2006年美國發(fā)布NBIMS標準將BIM定義為一個設施（建設項目）物理特性和功能特性的數(shù)字表達；一個共享的知識資源；一個分享設施全生命周期信息，并為所有決策提供可靠依據(jù)的過程?？梢?，BIM不僅是一種新型設計工具，也代表了合作方的共同努力。

BIM按軟件特征可分成兩類：一是建模軟件，包括核心建模軟件、方案設計軟件、BIM接口幾何造型軟件、建筑與結構設計軟件、機電與其他各系統(tǒng)的設計軟件等；二是模型分析軟件，包括結構分析軟件、施工進度管理軟件、制作加工圖設計軟件、概預算軟件、設備管理軟件、可視化軟件等。同時，借助IFC、IDM、 IFD等標準可完成各軟件間數(shù)據(jù)交換，發(fā)揮信息綜合優(yōu)勢。

BIM實施由低到高分七個階段：3D設計、綜合協(xié)調、4D與5D集成、組織優(yōu)化、虛擬施工、自動化生產、項目產業(yè)鏈管理等。本文將從信息集成、過程集成、參與方集成角度，研究并構建基于BIM的EPC海洋工程項目集成管理模型（簡稱EDIS-EPC模型）支持多單位間協(xié)同管理。

二、EDIS-EPC管理模型搭建

海洋工程項目分為可研性研究、設計、采辦、施工、投產、試運行六個階段， EPC/EPCI工程總承包管理模式下，業(yè)主負責制定項目預期目標、功能要求和設計標準，并協(xié)調監(jiān)理方介入項目過程管理；總承包方對整個工程過程負總責、對工程質量及所有專業(yè)分包人履約行為負總責。為此，構建EDIS-EPC系統(tǒng)時，要充分發(fā)揮業(yè)主方主導作用，統(tǒng)一信息標準，利用各方現(xiàn)有資源，做好信息級聯(lián)，確保安全、準確、及時傳輸。

EDIS-EPC系統(tǒng)由基于BIM原理的集成設計子系統(tǒng)及項目信息集成管理平臺組成，各干系人系統(tǒng)網(wǎng)絡架構采用物理隔離方式，并通過唯一的信息標準進行數(shù)據(jù)交換，從而在業(yè)主、承包商、供貨商、監(jiān)理機構等間形成一套基于網(wǎng)絡技術的安全高效的項目管理服務鏈。其中，集成設計子系統(tǒng)作用是從各專業(yè)設計軟件采集工程信息，完成信息關聯(lián)集成與動態(tài)更新，并與項目信息集成管理平臺集成，提供材料管理、設計校核、碰撞檢查、設計/施工模擬等數(shù)據(jù)支持；項目信息集成管理平臺承攬信息集中展示、收發(fā)文管理、日程管理、會議管理、工作督辦、檔案管理等綜合管理職能。EDIS-EPC管理模型見圖1。

搭建海洋工程集成設計子系統(tǒng)要攻克的主要技術難題是基于BIM原理的跨專業(yè)設計軟件集成與數(shù)據(jù)中心維護，基本思路是以3D、智能PID設計軟件為核心，與機械、電氣、結構等專業(yè)設計軟件直接傳輸設計主數(shù)據(jù)，并通過集成設計系統(tǒng)進行異構系統(tǒng)間接口處理與數(shù)據(jù)集成。當前，集成設計系統(tǒng)的主要系統(tǒng)開發(fā)商是AVEVA、Bentley、鷹圖公司。例如鷹圖公司以SmartPlant Foundation作為專業(yè)數(shù)據(jù)采集平臺，其數(shù)據(jù)流圖見圖2。

EDIS-EPC模型實施將涉及各單位間網(wǎng)絡集成、應用系統(tǒng)集成、專業(yè)設計軟件集成等系統(tǒng)接口。國內外學者研究發(fā)現(xiàn)，各項目只有建立統(tǒng)一的工程信息標準，才能實現(xiàn)不同設計軟件、不同系統(tǒng)、不同成員間的數(shù)據(jù)轉化、提取、分類、存儲和高效傳輸。工程信息標準化體系主要由三部分組成：信息格式標準化、信息傳遞標準化、信息管理標準化，體系框架如圖3。各單位可結合企業(yè)標準、行業(yè)標準，根據(jù)設施特性，制定相應技術分冊。

海洋工程項目強調以設計為龍頭，嚴格控制設備招標和采辦程序保證設備質量和工程進度，合理安排建造、安裝進度，確保交叉施工中的工程質量。引入EDIS-EPC模式，有利于提高整個項目團隊的溝通效率，管理過程集成如圖4。

考慮各單位信息化水平、內部管理制度差異，EDISEPC實施應由業(yè)主方主導，必要時可借助第三方數(shù)據(jù)處理商解決跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)轉換問題，最終滿足各方利益訴求。EDIS-EPC的參與方集成模型如圖5。

三、實例分析

X油氣田開發(fā)項目擬建設4座井口平臺，該項目采用EPCI總包管理模式，具有工期緊，任務重， 參建單位多、場地分散，預制設備多、人員流動性大等特點。施工時發(fā)現(xiàn)部分到場設備型號與需求不符，且各現(xiàn)場間業(yè)主與監(jiān)理公司、總承包商，總承包商與設計分包商、建造分包商、安裝分包商間溝通不暢，影響施工進度。項目成員通過頭腦風暴分析并制定了改進措施，包括引入EDIS-EPC管理模式，通過可視化技術及虛擬辦公提高溝通效率。

本項目涉及異構網(wǎng)絡集成及信息安全管理，通過對現(xiàn)場規(guī)模、網(wǎng)絡狀況、數(shù)據(jù)量、投資收益等的評估，最終確定硬件集成方案為：常設陸地現(xiàn)場專線接入，臨時陸地現(xiàn)場Ipsec-VPN路由接入，海上部署臨時微波應急通訊系統(tǒng)，各現(xiàn)場與總部設置視屏會議系統(tǒng)、電話會議系統(tǒng)。同時，為確保信息安全，業(yè)主與總承包商間采用防火墻+VPN技術，業(yè)主與供應商間采用防火墻+CA技術。

本項目采用鷹圖公司的SmartPlant Foundation搭建集成設計子系統(tǒng)（簡稱SPF），應用IFC標準進行各專業(yè)軟件與SPF系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換，應用XML標準進行Internet的結構文檔交換，確保業(yè)主項目信息集成系統(tǒng)（簡稱EDIS-PIP子系統(tǒng)）與總承包商項目信息集成系統(tǒng)（簡稱EDIS-PIPE）對接進行項目組正式文件傳輸與管理，業(yè)主方SPF與總承包商SPF對接實現(xiàn)技術數(shù)據(jù)傳輸及方案聯(lián)審，最終成果輸出到工程信息成果庫（簡稱EDIS_DB）集中移交。系統(tǒng)架構見圖6。

EDIS-EPC實施涉及多方協(xié)調，容易受各方管理理念、人員素質、IT技術水平、應用環(huán)境等多因素影響，應建立配套的管理制度，促進工作持續(xù)改進。本項目采用主要保障措施如下：

項目前期業(yè)主與總承包方、供貨商等就本項目引用的信息標準達成一致，并列入合同約束條款，強制實施。

明確信息溝通渠道，即業(yè)主方對總承包商，總承包商管理各分包商。項目期間同步開展數(shù)據(jù)合規(guī)性審查，通過周例會等形式加強溝通協(xié)調，并將常見問題整理編制成應知應會手冊。

充分利用項目啟動會等形式做好技術交流，加強各單位間設計對接。項目關鍵節(jié)點，安排現(xiàn)場巡檢，進行問題排除。

建立配套的I T管理程序，并做好信息專業(yè)隊伍培養(yǎng)。

實施效果：應用EDIS-EPC實現(xiàn)了圖紙自動校核、3D方案評審，提高設計精度，并為材料精心化管理提供數(shù)據(jù)基礎。圖7為X項目方案審查示意圖。

項目期間，各專業(yè)人員利用EDIS-EPC進行設計質量管理，包括跨部門、跨現(xiàn)場、跨專業(yè)的技術文件聯(lián)合審查等，系統(tǒng)動態(tài)跟蹤各項問題處理情況、匯總生成統(tǒng)計報表，并提供系統(tǒng)預警，應用舉例見圖8。

四、結束語

EPC總承包項目具有項目整體經(jīng)濟性較高，業(yè)主易于控制、總承包商在項目實施過程中處于核心地位、承包商承擔大部分風險等特點。應用基于EDIS-EPC管理模式，可加強多合作單位、多現(xiàn)場、多專業(yè)間溝通效率，有利于項目精細化管理與質量提升，可為今后工程項目數(shù)字化管理提供參考與借鑒。未來可將EDIS-EPC與電子簽名系統(tǒng)集成，從而提高完工資料移交速度；同時由于EDIS-EPC的重要組成部分“集成設計子系統(tǒng)”為國外引進產品，需加強本地技術團隊培養(yǎng)，支持未來智能油田建設。