BIM技術(shù)體系在沙特國王港EPC項目中的應用

謝 豪 王雅娟

(中國電建集團山東電力建設(shè)有限公司，山東 濟南 250000)

BIM(Building Information Modeling)是將基于3D模型的信息技術(shù)應用于設(shè)計、施工、運維的過程，自2000年以來逐步發(fā)展成熟。目前已被廣泛用于各類工程項目當中，依托BIM技術(shù)實現(xiàn)項目可視化管理，改變各相關(guān)方依靠二維圖紙進行項目建設(shè)和運營管理的工作方式，項目管理逐漸從粗放型、松散型管理向精細化、標準化、高科技化管理轉(zhuǎn)型[1]。

基于BIM技術(shù)進行設(shè)計并直接從模型輸出圖紙可交付的方式被稱為“正向設(shè)計”，目前全過程的正向設(shè)計在執(zhí)行過程中均會面對一定的困難，本文介紹了從策劃階段到設(shè)計、施工階段項目執(zhí)行工作流程，以及施工階段的典型應用，較好的將正向設(shè)計及BIM技術(shù)融入到了項目的管理體系中[2]。

1 項目背景

1.1 項目簡介

國王港項目位于沙特東部阿拉伯灣沿岸。國王港項目南北跨度4.5km，東西跨度2.5km，總占地面積約11km2，建成后將成為全球規(guī)模最大的“超級船廠”。根據(jù)項目要求，國王港項目將使用BIM技術(shù)對項目的設(shè)計、采購和施工進行指導和服務。

1.2 BIM在項目中的應用難點

a.工期短、體量大。國王港項目設(shè)計周期一年，施工周期44個月，28000余份設(shè)計交付物均使用美國、歐洲、沙特及阿美公司的規(guī)范標準；工程BIM設(shè)計模型量、工作量大，包括1400個專業(yè)模型，總?cè)萘砍^50GB，設(shè)計階段構(gòu)件數(shù)量達到400萬。

b.標準要求高。根據(jù)業(yè)主EIR(Employer Information Requirements)對BIM要求及項目執(zhí)行需求，模型LOD、LOI、COBie均有明確要求，BIM翻模方式不僅會產(chǎn)生大量專業(yè)設(shè)計師的重復勞動，并且不能實時有效地解決工程問題，只有正向設(shè)計才能真正為項目保駕護航。

c.施工協(xié)調(diào)困難。國王港項目全球分包參與，分包單位多，設(shè)計主體位于阿聯(lián)酋迪拜，采購國際化程度高，共有沙特、中國、美國、英國、韓國等眾多國家的500多家國際一流供應商，施工現(xiàn)場在沙特達曼，協(xié)調(diào)難度大。因此需要建立良好的協(xié)調(diào)機制以此提高工作效率。

為了克服以上技術(shù)難題，項目交由世界知名國際工程公司Jacobs進行設(shè)計及建模；并組建了以SEPCO總包方主導的，包括設(shè)計院(Jacobs)、水電三局、水電五局、SEPCO的BIM團隊，以及編制了一系列BIM從設(shè)計到交付的手冊、執(zhí)行策略等管理體系文件，通過在此項目中實踐、印證，最終形成了完整的工程的BIM正向設(shè)計體系[3-4]。

2 BIM應用標準及執(zhí)行策略

2.1 BIM執(zhí)行方案

本項目BIM采用的標準體系為英標，應用模式參照PAS-1192-2。為了更好地執(zhí)行BIM及促進BIM技術(shù)為項目服務，在項目策劃及執(zhí)行過程中，項目部BIM團隊編制了一系列程序文件指導項目執(zhí)行(見表1)。同時協(xié)同各部門確定好相關(guān)工作流的具體操作流程以便項目各方順利開展BIM應用相關(guān)工作，其中最主要的是明確了BIM整體工作流程，涉及項目的各個相關(guān)方包括業(yè)主、運營方、設(shè)計院、總包方等的職責見圖1。

表1 程序文件清單

圖1 項目整體BIM工作流程

2.2 通用數(shù)據(jù)環(huán)境

由于項目體量較大、涉及項目相關(guān)方較多，及考慮不同產(chǎn)品在各個方面的優(yōu)勢和弊端，項目決定設(shè)計團隊內(nèi)部采用ProjectWise、項目層級使用Aconex為CDE(Common Data Environment)通用數(shù)據(jù)環(huán)境(見表2)。設(shè)計協(xié)同通過ProjectWise進行，所有Revit模型存儲在ProjectWise服務器中，BIM工程師與設(shè)計師都通過ProjectWise協(xié)同完成模型設(shè)計工作。在項目層，將通過Aconex進行協(xié)同，包括模型提交、文件圖紙審批、供應商資料審批等。

表2 項目CDE通用數(shù)據(jù)環(huán)境

3 BIM設(shè)計階段應用流程及典型應用

3.1 設(shè)計階段工作流

在BIM設(shè)計過程中，按照項目策劃階段編制的建模手冊進行正向設(shè)計三維建模協(xié)同工作，根據(jù)BEP進行相應的BIM過程管理和協(xié)同工作，整體工作流見圖2，設(shè)計過程中的模型檢查、碰撞檢查、管線綜合等工作流見圖3。

圖2 設(shè)計階段工作流

圖3 模型檢測協(xié)同工作流

3.2 BIM出圖

根據(jù)BEP中的碰撞檢測工作流，在設(shè)計各階段各專業(yè)完成模型設(shè)計后將進行各個專業(yè)之間的交叉碰撞檢測，包含軟碰撞和硬碰撞檢測。完成碰撞檢查工作后，根據(jù)工作流定義各個專業(yè)的碰撞問題并由BIM協(xié)調(diào)員檢查后分配給相應專業(yè)工程師，專業(yè)工程師之間相互協(xié)調(diào)，最終解決碰撞問題，見圖3。

經(jīng)過模型審核、碰撞檢測及專業(yè)協(xié)調(diào)后，根據(jù)在策劃階段策劃的正向設(shè)計工作流，在BEP中策劃符合設(shè)計院制圖要求的圖框、標識、注釋等樣式，并設(shè)定為出圖樣板，在出圖階段BIM模型可快速生成二維及三維圖紙，見圖4。由于模型真實反映了節(jié)點設(shè)計情況，對于復雜節(jié)點，通過二維與三維圖紙的對照，非設(shè)計人員可以理解管廊的設(shè)計意圖，有利于圖紙審核與設(shè)計交底。同時，圖紙與模型實時同步修改，大大地提高了設(shè)計變更效率。

圖4 Revit模型在圖紙信息

4 施工階段BIM應用

4.1 施工階段BIM策劃

施工階段BIM實施需在傳統(tǒng)施工流程基礎(chǔ)上進行BIM施工流程再造，建立基于BIM的協(xié)作化實施模式，使施工過程運轉(zhuǎn)流暢，從而提高施工效率和水平，保障工程質(zhì)量。施工階段BIM實施流程主要包括組織策劃、模型審核(碰撞檢測)、施工模型變更深化、施工過程模擬優(yōu)化、現(xiàn)場施工應用(例如工程量應用、AR應用、漫游展示等)和成果交付等步驟，見圖5。

圖5 施工階段BIM工作流程

在施工階段，項目總包方對BIM在施工階段的應用進行了策劃[5-7]，并細化為兩級目標。Ⅰ級目標為較成熟也較容易于實現(xiàn)BIM的應用，并以此內(nèi)容為切入點策劃II級目標的實現(xiàn)，由于Ⅱ級目標涉及內(nèi)容多、投入大或者面對技術(shù)挑戰(zhàn)，因此作為本項目的應用研究點。在執(zhí)行過程中根據(jù)項目的執(zhí)行情況，會進行適當調(diào)整和增減，詳細目標見表3；并對應用過程中的典型應用進行了詳細說明。

表3 施工階段BIM策劃應用點

4.2 4D施工模擬

本項目采用Synchro Pro 4D軟件作為施工模擬軟件，施工模擬工作流程見圖6，對每一個單體都開展4D施工模擬工作，4D施工模擬一方面通過進度模擬發(fā)現(xiàn)不符合實際工序的部位并形成4D報告，將發(fā)給項目控制部計劃編制部門用于項目計劃的升級，在本項目中由于4D技術(shù)的引入，使控制部編制的計劃更加符合實際，更加可以準確指導現(xiàn)場施工；另一方面4D施工模擬或特殊施工方案的4D施工模擬將幫助相關(guān)工程師和施工團隊更好地理解施工方案的實施過程與執(zhí)行過程中的一些關(guān)鍵細節(jié)[10-12]。圖7為實際進度與計劃進度對比情況，其中左側(cè)為計劃進度模擬，右側(cè)為實際進度模擬，通過演示對比能夠直觀地顯示出滯后的作業(yè)。

圖6 4D施工模型工作流

圖7 計劃與實際4D模型對比(主變電站4D模擬)

4.3 工程量提取

項目BIM團隊結(jié)合相應軟件的API接口開發(fā)了專門用于工程量提取的插件工具(已經(jīng)申請了專利，專利號為2020SR0941796)，以便于更快速高效地對工程量信息進行提取和更新。原本整個項目的1300多個模型的工程量提取工作需要十幾名工程師至少工作兩周才能完成，開發(fā)模型數(shù)據(jù)提取插件后此工作由一到兩名工程師在三天內(nèi)即可完成，極大提升了BIM團隊的工作效率。通過Revit軟件編寫的插件運行界面見圖8。

圖8 模型提取插件運行界面

項目BIM團隊組織專人負責模型工程量數(shù)據(jù)提取和更新，圖9為BIM團隊提取后發(fā)布的工程量數(shù)據(jù)表，其他專業(yè)工程師直接通過網(wǎng)頁瀏覽器Power BI即可訪問，其中可對不同專業(yè)、單體、區(qū)域、標段等字段進行智能化歸類匯總，相應工程師即點即得。

圖9 項目工程量信息在線查詢頁面

5 結(jié) 論

文章重點說明了項目執(zhí)行過程中各個階段的工作流，通過設(shè)計階段的正向設(shè)計有效避免了圖模不一致的問題，通過碰撞檢測、三維管線綜合有效解決了設(shè)計階段的問題，避免設(shè)計問題遺漏至施工階段影響施工進度；通過施工階段的BIM技術(shù)輔助施工，例如4D施工模型、工程量管理、施工深化，實現(xiàn)了項目的精細化管理。探索出了一條將BIM技術(shù)融入項目管理的思路，為后續(xù)項目BIM執(zhí)行提供了較好的管理和設(shè)計經(jīng)驗與價值。