BIM技術(shù)在化工項(xiàng)目全過(guò)程管理中的應(yīng)用

張 蕾,劉志會(huì)

(1.湖北城市建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,湖北 武漢 430205;2.中國(guó)五環(huán)工程有限公司,湖北 武漢 430223)

化工行業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一,經(jīng)濟(jì)規(guī)模大、產(chǎn)業(yè)價(jià)值鏈條長(zhǎng)、社會(huì)影響輻射面廣。2020年中國(guó)化工品銷售收入占據(jù)全球接近47%,預(yù)計(jì)在2030年達(dá)到50%,繼續(xù)保持強(qiáng)勁增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。隨著《石油和化學(xué)工業(yè)“十四五”發(fā)展指南》、《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》、《“十四五”環(huán)境影響評(píng)價(jià)與排污許可工作實(shí)施方案》等文件的相繼發(fā)布,化工行業(yè)已改變過(guò)去的“粗放式布局、低盈利經(jīng)營(yíng)、小規(guī)模擴(kuò)建”的建設(shè)困境,朝著“安全綠色、集約集聚、合理控制新增產(chǎn)能”新型道路發(fā)展,形成化工產(chǎn)業(yè)高附加值、多元化產(chǎn)品種類、綠色安全低碳化的高質(zhì)量發(fā)展格局。

受化工產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)的影響,化工項(xiàng)目在可行性研究、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等全過(guò)程管理中將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、集成化、智能化。本文基于BIM技術(shù),分析BIM技術(shù)在化工項(xiàng)目全過(guò)程管理中的應(yīng)用,形成以業(yè)主為主導(dǎo)的BIM應(yīng)用驅(qū)動(dòng)模式,為業(yè)主方提供智能化的系統(tǒng)方案,協(xié)助設(shè)計(jì)單位發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤、缺陷或遺漏,實(shí)現(xiàn)化工項(xiàng)目全生命周期成本最低。

1 BIM技術(shù)

BIM(Building Information Modeling,建筑信息模型)技術(shù)是指在建設(shè)工程及設(shè)施全生命周期內(nèi),對(duì)其物理和功能特性進(jìn)行數(shù)字化表達(dá),并依此開展設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、運(yùn)營(yíng)的全過(guò)程管理。

BIM技術(shù)作為一種數(shù)字化的工程建設(shè)管理手段,廣泛應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外建筑項(xiàng)目中。從2015年開始,住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部先后發(fā)布了關(guān)于推進(jìn)BIM應(yīng)用的指導(dǎo)意見、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、制圖標(biāo)準(zhǔn)和交付標(biāo)準(zhǔn)等;各級(jí)地方政府深化了BIM標(biāo)準(zhǔn),形成了具有特色的地方標(biāo)準(zhǔn),比如《上海市建筑信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》。國(guó)家和地方BIM標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái),促進(jìn)了不同專業(yè)在工程建設(shè)各階段數(shù)據(jù)的建立、儲(chǔ)存、傳遞和溝通,加速了工程項(xiàng)目建設(shè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化,促進(jìn)了不同廠商BIM軟件數(shù)據(jù)格式的兼容性,顯著提升了工程建設(shè)領(lǐng)域數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)化水平。

2 化工項(xiàng)目BIM應(yīng)用現(xiàn)狀

在化工行業(yè)領(lǐng)域,化工工程設(shè)計(jì)公司以工藝管道專業(yè)為主導(dǎo)方,使用AutoPLANT Piping、CADWORX、PDS、PDMS、SP3D等BIM三維工廠設(shè)計(jì)軟件,構(gòu)建化工建設(shè)項(xiàng)目數(shù)字化模型,集中在化工項(xiàng)目管道的硬碰撞、工藝流程改進(jìn)等方面應(yīng)用。

伴隨數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展,目前BIM應(yīng)用從化工工程設(shè)計(jì)逐漸延伸到化工工程的施工、運(yùn)營(yíng)階段,落地的應(yīng)用場(chǎng)景和方案包括數(shù)字化交付、智慧工地、數(shù)字化孿生工廠、智慧園區(qū)等,有效提高了化工工程全生命周期各階段的安全性和管理水平。

3 BIM技術(shù)在化工項(xiàng)目管理中的應(yīng)用

3.1 基于可視化BIM模型的可行性研究

化工項(xiàng)目業(yè)主應(yīng)搭建面向多參與方、多階段的BIM云平臺(tái),為項(xiàng)目全過(guò)程的各參與單位提供數(shù)據(jù)輸入、傳輸、交換和儲(chǔ)存的數(shù)字支撐平臺(tái)。

可行性研究是化工項(xiàng)目技術(shù)經(jīng)濟(jì)深入論證階段,為項(xiàng)目決策提供依據(jù)。不同于傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方牽頭的BIM應(yīng)用驅(qū)動(dòng)模式,打造以業(yè)主為主導(dǎo)的BIM應(yīng)用驅(qū)動(dòng)模式,將可視化BIM模型運(yùn)用到技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析中,對(duì)項(xiàng)目規(guī)劃進(jìn)行模擬分析,論證項(xiàng)目是否可行,可以提高決策的準(zhǔn)確性和可靠性。

總圖布置是項(xiàng)目可行性研究的關(guān)鍵環(huán)節(jié),不僅包括化工項(xiàng)目各功能分區(qū)的劃分,還具體到各個(gè)化工廠房、煙囪、水塔等的平面尺寸和場(chǎng)地面積[1]。合理布置場(chǎng)內(nèi)外運(yùn)輸、項(xiàng)目?jī)?nèi)部消防道路、火車鐵路或公路專用線走向,涉及投產(chǎn)后原材料、燃料供應(yīng)的運(yùn)輸方式和運(yùn)輸成本,關(guān)聯(lián)到產(chǎn)成品運(yùn)輸路線便捷性,最終影響到化工產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和生產(chǎn)企業(yè)的盈利水平(見圖1)。

對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體量大的化工項(xiàng)目,遵循布置合理、流程順暢、經(jīng)濟(jì)高效、使用方便的原則,BIM可視化工廠模型包括工業(yè)廠房、化工裝置、廠區(qū)道路、外部環(huán)境等,有助于向決策者提供直觀的互動(dòng)性、反饋性(見圖2)。BIM模型可視化讓業(yè)主、投資方深入漫游每個(gè)空間并瀏覽復(fù)雜構(gòu)件,減少雙方信息不對(duì)稱帶來(lái)的溝通障礙,加速?zèng)Q策進(jìn)程,提高化工項(xiàng)目決策水平,保障固定資產(chǎn)投資效益。

圖2 化工廠鳥瞰效果

3.2 多專業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)

在業(yè)主已建立BIM數(shù)據(jù)管理平臺(tái)的基礎(chǔ)上,工程設(shè)計(jì)公司逐步開展基于數(shù)字化BIM的協(xié)同設(shè)計(jì)工作模式:在化工項(xiàng)目局域網(wǎng)的基礎(chǔ)上,為每個(gè)專業(yè)設(shè)置一個(gè)工作集,各專業(yè)共享標(biāo)高和軸網(wǎng)、工作集(見圖3);當(dāng)某個(gè)專業(yè)的設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生變化時(shí),參數(shù)變化同步傳遞給其他專業(yè),其他專業(yè)根據(jù)實(shí)時(shí)變化及時(shí)修改本專業(yè)工作集;各個(gè)專業(yè)將完成的工作集上傳到項(xiàng)目服務(wù)器的中心文件上,專業(yè)間共享模型數(shù)據(jù)、互相引用參照,實(shí)現(xiàn)專業(yè)內(nèi)或?qū)I(yè)間協(xié)同設(shè)計(jì)。

圖3 基于工作集的協(xié)同設(shè)計(jì)

基于工作集的協(xié)同設(shè)計(jì),需要積累和構(gòu)建各專業(yè)元件庫(kù),比如土建、工藝管道、暖通空調(diào)、給排水、設(shè)備、照明、電氣、儀表等。

利用以BIM技術(shù)為支撐的協(xié)同工作平臺(tái),開展化工項(xiàng)目多專業(yè)間的數(shù)據(jù)資源共享,推動(dòng)各專業(yè)的設(shè)計(jì)協(xié)同工作,實(shí)現(xiàn)不同專業(yè)數(shù)據(jù)信息高質(zhì)量、無(wú)損化的傳輸交換和有條件共享,改變了傳統(tǒng)的管道硬碰撞檢驗(yàn)?zāi)Ｊ?實(shí)時(shí)共享模型數(shù)據(jù)優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)綜合管線布置方案優(yōu)化。首先,在同一協(xié)作平臺(tái)上,完成靜止?fàn)顟B(tài)下建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、電氣和管道之間的硬碰撞檢測(cè),確保實(shí)體與實(shí)體在空間上無(wú)交叉碰撞;其次,在硬碰撞合格的前提下,模擬項(xiàng)目實(shí)施動(dòng)態(tài)過(guò)程,進(jìn)行基于同一時(shí)間的軟碰撞,比如閥門的安裝方向是否影響到結(jié)構(gòu)柱;最后,根據(jù)硬碰撞和軟碰撞檢測(cè)報(bào)告,完善綜合管線布置方案,降低錯(cuò)、漏、碰、缺等設(shè)計(jì)通病,減少各專業(yè)數(shù)據(jù)沖突、邊界不清等帶來(lái)的后期設(shè)計(jì)變更、施工索賠,有利于全過(guò)程造價(jià)控制(見圖4)。

圖4 優(yōu)化后綜合管線和裝備

3.3 數(shù)字化造價(jià)管理

2021年10月,《中共中央國(guó)務(wù)院關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰、碳中和工作的意見》和《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案的通知》相繼發(fā)布,宣告了碳達(dá)峰、碳中和“1+N”政策體系的正式建立,化工行業(yè)迎來(lái)了風(fēng)口發(fā)展期:產(chǎn)能規(guī)模與集中度不斷優(yōu)化,投資規(guī)模顯著擴(kuò)大,單個(gè)突破百億元的化工項(xiàng)目數(shù)量明顯增加。在造價(jià)管理工作范圍內(nèi),全過(guò)程作為重要的戰(zhàn)略思想所發(fā)揮的支撐作用尤為顯著[2]。為了保障投資安全性,化工項(xiàng)目應(yīng)從可行性研究投資估算、設(shè)計(jì)概算、施工圖預(yù)算、工程結(jié)算、竣工決算等全過(guò)程進(jìn)行數(shù)字化造價(jià)管理。

數(shù)字化造價(jià)管理利用BIM、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和區(qū)塊鏈等數(shù)字技術(shù),引領(lǐng)建設(shè)領(lǐng)域造價(jià)管理轉(zhuǎn)型升級(jí),實(shí)現(xiàn)造價(jià)管理價(jià)值鏈的全要素、全員、全過(guò)程的智能化和系統(tǒng)化,做到工程造價(jià)全業(yè)務(wù)流程數(shù)字化。數(shù)字化造價(jià)管理模型見圖5。

圖5 數(shù)字化造價(jià)管理模型

當(dāng)編制招標(biāo)控制價(jià)時(shí),首先,造價(jià)工程師在云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)上,廣泛收集以往類似完工的化工項(xiàng)目造價(jià)數(shù)據(jù)和最新人材機(jī)市場(chǎng)價(jià)格;其次,建立BIM計(jì)量計(jì)價(jià)模型,結(jié)合工程進(jìn)度對(duì)工程成本進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)地跟蹤,實(shí)現(xiàn)精細(xì)化管理控制;最后,通過(guò)項(xiàng)目造價(jià)數(shù)據(jù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)線上各單位工程計(jì)量計(jì)價(jià)協(xié)同,沉淀造價(jià)成果,完成造價(jià)工程師由造價(jià)編制為主向造價(jià)控制為主的角色轉(zhuǎn)變,完成造價(jià)管理提質(zhì)增效的目標(biāo)。

3.4 BIM5D施工管理

在BIM三維模型基礎(chǔ)上,結(jié)合項(xiàng)目時(shí)間和費(fèi)用,形成了BIM5D管理系統(tǒng)。由于BIM5D能實(shí)時(shí)地跟蹤項(xiàng)目進(jìn)度和成本,為施工管理提供信息服務(wù)保障,強(qiáng)化現(xiàn)場(chǎng)流程管理、成本管控和優(yōu)化工期,有效緩解施工管理的風(fēng)險(xiǎn)。在BIM協(xié)同設(shè)計(jì)和計(jì)量計(jì)價(jià)模型的基礎(chǔ)上,創(chuàng)建BIM5D施工管理平臺(tái)(見圖6)。

圖6 施工管理平臺(tái)

對(duì)于傳統(tǒng)化工項(xiàng)目施工管理,技術(shù)交底是效率比較低的環(huán)節(jié)。化工項(xiàng)目技術(shù)交底以口頭講授為主,文字描述為輔。一旦溝通錯(cuò)誤,就存在施工質(zhì)量和安全隱患,增加工程建設(shè)成本。通過(guò)BIM5D技術(shù),對(duì)復(fù)雜化工項(xiàng)目施工進(jìn)行動(dòng)畫模擬,實(shí)現(xiàn)三維可視化技術(shù)交底,減少施工質(zhì)量隱患和返工、節(jié)約成本、保證工期。比如,化工項(xiàng)目的大型設(shè)備安裝、管道的高空架設(shè)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)構(gòu)件施工,BIM平臺(tái)結(jié)合AR技術(shù)對(duì)復(fù)雜工藝裝置進(jìn)行吊裝模擬,并指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作,減少安全事故和質(zhì)量隱患。

物資管理是施工項(xiàng)目管理的重要組成部分,關(guān)聯(lián)到項(xiàng)目成本、質(zhì)量和進(jìn)度三大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。BIM5D既實(shí)現(xiàn)施工裝置分區(qū)管理,又集成工程項(xiàng)目的所有構(gòu)件編號(hào)、尺寸、材質(zhì)和位置信息等實(shí)例參數(shù)。根據(jù)施工裝置分區(qū)、進(jìn)度計(jì)劃圖、樓層和構(gòu)件實(shí)例參數(shù),施工企業(yè)能夠制定精準(zhǔn)化的物資需求計(jì)劃表和采購(gòu)計(jì)劃表,具體到單項(xiàng)工程、單位工程和分部分項(xiàng)工程。結(jié)合工程實(shí)際進(jìn)度和需求計(jì)劃,采購(gòu)適當(dāng)?shù)奈镔|(zhì),減少物資采購(gòu)不足、過(guò)度或不及時(shí)造成的質(zhì)量和安全問(wèn)題。參照限額領(lǐng)料單,發(fā)放物資,做到不超發(fā),節(jié)約施工成本。同時(shí),BIM5D技術(shù)能節(jié)省物資二次搬運(yùn)成本,減少因保存不當(dāng)增加材料的損耗率,比如鋼材氧化而變質(zhì)、水泥受潮而降效。

3.5 運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理

深度融合BIM、物聯(lián)網(wǎng)和GIS技術(shù),構(gòu)建綜合型工廠運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理平臺(tái),將工廠建筑、基礎(chǔ)設(shè)施、市政管網(wǎng)、工藝設(shè)備和自動(dòng)控制系統(tǒng)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)備運(yùn)行和碳排放的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、成本分析和指標(biāo)控制,支持設(shè)備設(shè)施運(yùn)行的動(dòng)態(tài)信息查詢和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)異常情況快速定位,實(shí)現(xiàn)事前預(yù)警、事中告警、事后統(tǒng)計(jì)的閉環(huán)管理理念。

可視化、智慧化、集成化的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理平臺(tái)應(yīng)包含綜合監(jiān)控系統(tǒng)、日常巡邏系統(tǒng)、安防管理系統(tǒng)、設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)和能源管理系統(tǒng)。其中,設(shè)備運(yùn)行管理系統(tǒng)細(xì)分為運(yùn)行監(jiān)控、設(shè)備維護(hù)、設(shè)備巡檢和設(shè)備臺(tái)賬等若干個(gè)子系統(tǒng);能源管理系統(tǒng)劃分成空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、電梯系統(tǒng)和變配電系統(tǒng)等若干個(gè)子系統(tǒng)。完善的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理平臺(tái)有利于化工項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)管理數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級(jí),從而提高化工產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力,賦能企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

4 結(jié)語(yǔ)

BIM技術(shù)在化工項(xiàng)目全過(guò)程的應(yīng)用,保證了項(xiàng)目質(zhì)量,加快了實(shí)施進(jìn)度,實(shí)現(xiàn)了早投產(chǎn)、早受益,保障了固定資產(chǎn)投資收益,有利于工程項(xiàng)目參與方管理水平的提高。除了質(zhì)量、進(jìn)度、造價(jià)等外,BIM技術(shù)還可以在應(yīng)急管理方面有所深入應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)各種可預(yù)見災(zāi)害的模擬和應(yīng)急處置,減少災(zāi)害實(shí)際發(fā)生時(shí)的人員和財(cái)產(chǎn)損失。