BIM技術(shù)在工業(yè)EPC項(xiàng)目上的應(yīng)用研究

胡亞東，楊超，劉濤，孫利波

1 引言

BIM指的是建筑物信息化模型（Building Information Model），以工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，通過數(shù)字信息仿真技術(shù)，模擬機(jī)電設(shè)備、各種管道和建筑物設(shè)施實(shí)體的功能特性。通過BIM管理技術(shù)和平臺，業(yè)主、設(shè)計(jì)、供貨、建設(shè)、安裝等各參與方可創(chuàng)建、管理和共享設(shè)計(jì)、采購、物流、施工安裝以及運(yùn)營等項(xiàng)目全生命周期的數(shù)據(jù)、過程和資源，數(shù)字化設(shè)計(jì)、建造和管理工程建設(shè)，可大幅度提高工程建設(shè)質(zhì)量和效率，減少風(fēng)險。

3D模型是信息的載體，4D、5D、6D是BIM技術(shù)在項(xiàng)目全生命周期的應(yīng)用。4D是3D+進(jìn)度管理，5D是4D+費(fèi)用管理，6D是生產(chǎn)運(yùn)營和維護(hù)。工業(yè)EPC項(xiàng)目的全生命周期包括市場前期、設(shè)計(jì)、采購、物流、施工、調(diào)試和投產(chǎn)運(yùn)營等階段，BIM技術(shù)在全過程的系統(tǒng)應(yīng)用將大幅提高項(xiàng)目的管理水平和效率，提高盈利水平。

隨著工程總承包市場的發(fā)展，業(yè)務(wù)競爭越來越激烈，項(xiàng)目的利潤空間越來越小，傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、電氣等各個專業(yè)缺乏實(shí)時有效的協(xié)同，采購、物流、施工等管理粗放，效率低，資源浪費(fèi)嚴(yán)重。工程總承包企業(yè)迫切需要采用BIM技術(shù)手段來提升其項(xiàng)目的管理水平。

2 BIM技術(shù)工程應(yīng)用研究現(xiàn)狀

國外BIM技術(shù)起步較早，美國自2003年起，實(shí)行國家級BIM 3D-4D計(jì)劃，2007年規(guī)定所有重要項(xiàng)目都要用BIM進(jìn)行空間規(guī)劃；韓國于2016年前實(shí)現(xiàn)BIM在全部公共工程的應(yīng)用；英國建立了系統(tǒng)的BIM標(biāo)準(zhǔn)體系，并明確要求2016年前企業(yè)實(shí)現(xiàn)BIM 3D的全面協(xié)同。在新加坡和歐盟BIM技術(shù)也都有廣泛應(yīng)用。

國內(nèi)BIM技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速。近年來，國家和地方政府相繼出臺有關(guān)政策，大力推行BIM技術(shù)，眾多企事業(yè)單位和高等院校紛紛開展BIM技術(shù)的應(yīng)用研究。趙彬?qū)?D虛擬建造技術(shù)應(yīng)用在進(jìn)度管理中，并與傳統(tǒng)進(jìn)度管理進(jìn)行比較，論證4D技術(shù)的優(yōu)越性[1]。謝佳樂等分析了BIM虛擬施工技術(shù)的應(yīng)用價值和現(xiàn)狀[2]。在工程應(yīng)用方面，學(xué)者們的研究集中體現(xiàn)在對項(xiàng)目管理模式、項(xiàng)目目標(biāo)以及對項(xiàng)目全生命過程的管理方面。利用BIM技術(shù)開展的信息集成化管理，為建筑業(yè)的企業(yè)管理帶來了新的思路和方法，改變了施工企業(yè)的傳統(tǒng)管理模式，實(shí)現(xiàn)了建筑企業(yè)集約化管理。潘怡冰認(rèn)為，大型項(xiàng)目群利用信息集成管理可提高組織效率，而信息集成管理的核心是BIM，運(yùn)用BIM可以構(gòu)建項(xiàng)目產(chǎn)品、全壽命過程和管理組織的大型項(xiàng)目群管理信息模型[3]；張昆從接口集成和系統(tǒng)集成兩大方面，對BIM軟件的集成方案進(jìn)行了初步的研究[4]。

因此，如何結(jié)合BIM技術(shù)對工程進(jìn)行指導(dǎo)，提高工程總承包項(xiàng)目精細(xì)化管理水平，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的集成化，推進(jìn)建筑業(yè)向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)型是BIM技術(shù)的發(fā)展方向。

3 基于BIM技術(shù)的EPC項(xiàng)目管理方法

針對工業(yè)EPC項(xiàng)目建設(shè)特點(diǎn)，應(yīng)用BIM 3D～6D可視化三維模型技術(shù)，實(shí)現(xiàn)模型與圖紙、進(jìn)度、費(fèi)用、質(zhì)量、人機(jī)資源、文檔等信息的關(guān)聯(lián)，建立基于BIM技術(shù)的工程管理方法；通過自主開發(fā)的BIM綜合管理平臺，高效協(xié)同設(shè)計(jì)、施工、采購、物流、設(shè)備制造、業(yè)主等各個方面，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)全過程的精細(xì)化管理，提高項(xiàng)目的盈利水平。

BIM在工業(yè)EPC項(xiàng)目全生命周期管理的系統(tǒng)應(yīng)用將充分發(fā)揮BIM技術(shù)的價值，BIM技術(shù)覆蓋了市場投標(biāo)、設(shè)計(jì)、采購、設(shè)備制造、物流、現(xiàn)場施工、設(shè)備調(diào)試、生產(chǎn)運(yùn)營維護(hù)等過程。市場投標(biāo)階段采用BIM技術(shù)，建立項(xiàng)目投標(biāo)的3D初始模型，可視化展示投標(biāo)方案，基于投標(biāo)模型自動計(jì)算工作量；施工圖設(shè)計(jì)階段，各專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，完成項(xiàng)目施工圖模型，采購、物流、設(shè)備制造等過程信息實(shí)時反饋；運(yùn)用BIM 4D、BIM 5D技術(shù)，對工程建設(shè)過程進(jìn)行進(jìn)度、費(fèi)用、質(zhì)量等精細(xì)化管理；工廠建成后，建立與工廠控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營維護(hù)的信息化管理（6D）。

3.1 三維正向協(xié)同設(shè)計(jì)

工業(yè)EPC項(xiàng)目在投標(biāo)階段即開始采用BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)階段采用BIM技術(shù)三維正向協(xié)同設(shè)計(jì)，能體現(xiàn)出設(shè)計(jì)的高效率和高質(zhì)量的特點(diǎn)，高質(zhì)量的BIM模型是4D、5D、6D技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)。

圖1 三維正向協(xié)同設(shè)計(jì)

正向協(xié)同設(shè)計(jì)基于同一個模型文件協(xié)同工作，如圖1所示。工藝、結(jié)構(gòu)、建筑、電氣、水暖等各專業(yè)同時開展工作，相較于傳統(tǒng)專業(yè)間互提圖紙資料的串行工作模式優(yōu)勢明顯，將縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。

在項(xiàng)目的全生命周期過程中施行正向協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)點(diǎn)更加突出，如圖2所示。X軸表示工程項(xiàng)目的執(zhí)行過程，從前期到投產(chǎn)運(yùn)營，Y軸表示工作的影響力；曲線2表示設(shè)計(jì)變更對項(xiàng)目成本的影響，越是項(xiàng)目執(zhí)行后期出現(xiàn)的變更，對成本的影響越大；曲線3表示傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，曲線4表示正向協(xié)同設(shè)計(jì)，曲線波峰表示設(shè)計(jì)高峰期。由此可見，相較于傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)，正向協(xié)同設(shè)計(jì)的工作高峰期大幅提前，而變更多是在設(shè)計(jì)高峰期產(chǎn)生，所以正向協(xié)同因設(shè)計(jì)變更所致的項(xiàng)目成本增加較傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)要小得多。

圖2 正向協(xié)同設(shè)計(jì)優(yōu)勢對比曲線

正向協(xié)同三維設(shè)計(jì)，專業(yè)間溝通更加順暢，利用BIM軟件的輔助檢查功能，可以快速準(zhǔn)確地解決錯漏碰缺問題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量；所有施工圖紙和工程量均由模型生成，相互關(guān)聯(lián)，模型變，圖紙和工程量隨之改變，設(shè)計(jì)質(zhì)量高，方案修改效率高；基于可視化的3D模型環(huán)境，可以更好地進(jìn)行方案優(yōu)化，節(jié)省工程量，降低項(xiàng)目成本。

在協(xié)同設(shè)計(jì)中，公司采用Autodesk系列軟件統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)，對全部設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)跟蹤，可以制定工程設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的創(chuàng)建、仿真和文檔編制的流程；可以利用軟件修訂管理功能，管理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，快速找到和重新使用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，更加輕松地管理設(shè)計(jì)信息；可以可靠地實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)模型的統(tǒng)一歸檔存儲，記錄模型變更情況、變更原因和歷史版本，方便查找和問題追責(zé)。

3.2 工程建設(shè)過程管理

采用輕量化模型技術(shù)實(shí)現(xiàn)模型與工程管理業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)基于BIM的工程項(xiàng)目4D、5D管理，從而使得BIM技術(shù)從3D向4D、5D等更高維度發(fā)展，逐步優(yōu)化工程項(xiàng)目進(jìn)度、成本、質(zhì)量等。

BIM 4D技術(shù)指基于3D模型進(jìn)行項(xiàng)目的進(jìn)度管理。設(shè)計(jì)完成3D模型、進(jìn)行輕量化處理后，通過自主開發(fā)的BIM平臺軟件進(jìn)行進(jìn)度管理，施工WBS分級與模型相互關(guān)聯(lián)，如圖3所示。技術(shù)人員結(jié)合項(xiàng)目的具體情況，基于此WBS，可以編制更加精細(xì)的進(jìn)度計(jì)劃和資源配置。完成進(jìn)度計(jì)劃和資源配置后，軟件可以進(jìn)行整個項(xiàng)目施工過程的3D模擬，檢查施工組織計(jì)劃是否合理。項(xiàng)目執(zhí)行過程中，技術(shù)人員可以通過平臺實(shí)時反饋項(xiàng)目的進(jìn)度信息、人機(jī)資源信息和質(zhì)量信息等，通過計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的對比反映項(xiàng)目的進(jìn)度狀態(tài)，對有拖期可能的任務(wù)提前預(yù)警，實(shí)現(xiàn)進(jìn)度管理功能。BIM 4D的數(shù)據(jù)流程如圖4所示。

BIM 5D技術(shù)指基于三維模型進(jìn)行費(fèi)用管理。4D模型中的WBS任務(wù)分級可自動計(jì)算工程量和成本，模型、進(jìn)度和費(fèi)用關(guān)聯(lián)；結(jié)合項(xiàng)目合同的具體情況，配置費(fèi)控指標(biāo)，模型與預(yù)算、費(fèi)控關(guān)聯(lián)對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)成本控制。技術(shù)人員通過平臺實(shí)時反饋建設(shè)過程中發(fā)生的費(fèi)用信息，實(shí)現(xiàn)費(fèi)控、設(shè)計(jì)與實(shí)際發(fā)生成本之間的精細(xì)化管理。

3.3 設(shè)備管理

工業(yè)EPC項(xiàng)目中設(shè)備管理包括設(shè)備請購、設(shè)備采購、設(shè)備制造、裝箱發(fā)運(yùn)、現(xiàn)場移交、現(xiàn)場庫存、設(shè)備安裝、調(diào)試運(yùn)營等過程。BIM平臺運(yùn)用掃碼、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備全過程的系統(tǒng)跟蹤和控制。

BIM平臺可配置設(shè)備管理的細(xì)度，進(jìn)行設(shè)備相關(guān)進(jìn)度和質(zhì)量計(jì)劃的編制；項(xiàng)目執(zhí)行過程中，通過掃碼，實(shí)時反饋設(shè)備的進(jìn)度信息、質(zhì)量信息、成本信息等。計(jì)劃與實(shí)際對比，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備進(jìn)度、成本和質(zhì)量的控制。

3.4 生產(chǎn)運(yùn)維管理

BIM 6D技術(shù)即生產(chǎn)運(yùn)維管理，是對EPC項(xiàng)目BIM模型的功能延伸?；谛畔⑼陚涞腂IM模型，BIM平臺軟件可以提取生產(chǎn)運(yùn)維所需要的設(shè)備信息數(shù)據(jù)庫、備件信息數(shù)據(jù)庫等。通過自主開發(fā)的數(shù)據(jù)接口，接入工廠智能化監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，運(yùn)行數(shù)據(jù)與平臺數(shù)據(jù)庫實(shí)時對比，可以監(jiān)控機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對異常情況實(shí)時預(yù)警。

基于工廠BIM竣工模型的可視化環(huán)境和數(shù)據(jù)信息，實(shí)時顯示生產(chǎn)線和機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)和狀態(tài)，為工廠生產(chǎn)的信息化管理提供展示平臺和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。

4 結(jié)語

圖3 4D模型示意圖

本文根據(jù)公司BIM技術(shù)的研發(fā)成果，分析了BIM技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)EPC項(xiàng)目管理的方法。BIM技術(shù)應(yīng)用于市場投標(biāo)，將提升企業(yè)市場競爭力；正

向協(xié)同設(shè)計(jì)會提高設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量，大幅減少錯漏碰缺，優(yōu)化設(shè)計(jì)，降低項(xiàng)目成本；4D 5D技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對工程項(xiàng)目進(jìn)度、費(fèi)用、質(zhì)量的精細(xì)化管理，提高項(xiàng)目管控水平；6D技術(shù)的應(yīng)用是BIM價值的延伸，為工廠智能化管理提供可視化平臺和數(shù)據(jù)支撐。

BIM技術(shù)在EPC項(xiàng)目全生命周期管理中應(yīng)用價值很高，但它的實(shí)施對公司的人員配置和硬件配置要求都高，一次性投入大，這也是許多公司應(yīng)用BIM技術(shù)經(jīng)常遇到的問題。

圖4 BIM 4D數(shù)據(jù)流