BIM技術(shù)在EPC石化碼頭的應(yīng)用研究

巴 特，馬玉柱

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

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BIM技術(shù)在EPC石化碼頭的應(yīng)用研究

巴 特，馬玉柱

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300222）

本文從EPC石化碼頭總承包管理難點(diǎn)出發(fā)，將BIM技術(shù)引入對(duì)其的管理和控制。通過(guò)分析一個(gè)石化碼頭實(shí)例的特點(diǎn)，識(shí)別BIM技術(shù)在EPC石化碼頭項(xiàng)目中的潛在應(yīng)用價(jià)值，并在實(shí)際項(xiàng)目應(yīng)用中取得了較好的效果。

BIM；EPC；石化碼頭

引 言

隨著EPC（Engineering，Procurement and Construction）總承包模式在水運(yùn)建設(shè)行業(yè)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，設(shè)計(jì)采購(gòu)施工一體化已逐步被建設(shè)單位所接受。在此模式下，建設(shè)單位可以節(jié)約分階段分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工招投標(biāo)的時(shí)間，同時(shí)也大幅減少了建設(shè)單位項(xiàng)目管理人員協(xié)調(diào)各分包商的工作量，更重要的是可以積極將相當(dāng)一部分投資風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移到EPC總承包商。尤其針對(duì)具有工期緊、專(zhuān)業(yè)多等特點(diǎn)的大型石化碼頭EPC項(xiàng)目，總承包商既要承擔(dān)水工和配套石化裝卸設(shè)備的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工和試運(yùn)行等任務(wù)，又要對(duì)項(xiàng)目的質(zhì)量、安全、工期和造價(jià)承擔(dān)全部責(zé)任。因此在這種情況下，如何提高總承包商的綜合解決能力成為當(dāng)務(wù)之急。

BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）技術(shù)近年來(lái)在建筑領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注，它以其全壽命周期的綜合信息化集成特點(diǎn)正好迎合了水運(yùn)行業(yè)EPC總承包商的急于提高綜合結(jié)局能力的需求。本文結(jié)合BIM技術(shù)在某EPC石化碼頭項(xiàng)目中的應(yīng)用，通過(guò)針對(duì)EPC石化碼頭工程特點(diǎn)解決工程建設(shè)中實(shí)際困難，對(duì)BIM技術(shù)在碼頭領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價(jià)值進(jìn)行分析總結(jié)，以期為類(lèi)似項(xiàng)目的建設(shè)和管理提供參考。

1 碼頭項(xiàng)目工程概況及難點(diǎn)

1.1 工程概況

本文示例碼頭項(xiàng)目包含1#、2#、3#、4#四個(gè)泊位，其中1#、2#為1萬(wàn)t級(jí)，3#、4#為2萬(wàn)t級(jí)。四個(gè)泊位的碼頭總長(zhǎng)度為870 m，分別在西側(cè)順岸部分390 m岸線(xiàn)布置兩個(gè)泊位，在北側(cè)突堤240 m布置2個(gè)泊位（雙側(cè)靠船）。碼頭年設(shè)計(jì)吞吐量為310萬(wàn)t，其中油品年吞吐量為160萬(wàn)t，液體化工產(chǎn)品年吞吐量為150萬(wàn)t，碼頭平面布置見(jiàn)圖1。

圖1　碼頭平面布置

碼頭主體設(shè)有3個(gè)靠船平臺(tái)，1#、2#泊位靠船平臺(tái)尺寸為64 m×22 m，3#、4#泊位靠船平臺(tái)64 m×39 m結(jié)構(gòu)型式均為高樁梁板結(jié)構(gòu)，排架間距為7.5 m，每個(gè)排架上均布置6根樁，基樁采用650 mm×650 mm預(yù)應(yīng)力混凝土空心方樁，上部結(jié)構(gòu)為預(yù)制預(yù)應(yīng)力橫梁、連系梁、面板和鋼筋混凝土靠船構(gòu)件。碼頭裝卸輸送管線(xiàn)共66條，設(shè)備安裝分為裝卸系統(tǒng)、吹掃系統(tǒng)、給排水消防、供電照明、控制監(jiān)控及通信、環(huán)保、管廊鋼結(jié)構(gòu)等。

1.2 工程難點(diǎn)

1）工期短

本工程合同工期為24個(gè)月，包含設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、設(shè)備安裝聯(lián)調(diào)和試運(yùn)行，刨除設(shè)計(jì)實(shí)際及冬季施工，實(shí)際可用施工工期僅為18個(gè)月。

2）專(zhuān)業(yè)多

水工、油工藝、鋼結(jié)構(gòu)、消防給排水、供電照明、控制通訊和環(huán)保等多專(zhuān)業(yè)需協(xié)同設(shè)計(jì)，應(yīng)盡可能避免專(zhuān)業(yè)沖突、控制造價(jià)以及減少后期設(shè)計(jì)變更。

3）采購(gòu)任務(wù)重

包含：1 500 t鋼結(jié)構(gòu)，大量管道（碳鋼管、不銹鋼管、內(nèi)襯不銹鋼管道等）和各型號(hào)閥門(mén)，72條荷蘭進(jìn)口復(fù)合軟管、8座消防炮塔、2臺(tái)輸油臂等。

4）施工難度大

墩臺(tái)樁位復(fù)雜，沉樁施工難度大，墩臺(tái)混凝土方量大，墩臺(tái)吊底、綁扎鋼筋、支立模板、鋼梁拆底困難，施工效率低。墩臺(tái)為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，需有專(zhuān)門(mén)措施控制大體積混凝土防裂。同時(shí)該碼頭用高樁梁板式結(jié)構(gòu)形式，預(yù)制構(gòu)配件工作量較大且在遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場(chǎng)的固定預(yù)制廠(chǎng)加工，預(yù)制構(gòu)件的質(zhì)量控制和水上沉樁是質(zhì)量管理的重中之重。

5）交叉作業(yè)多

為壓縮工期，在碼頭面層未施工前管廊鋼結(jié)構(gòu)以及預(yù)埋管線(xiàn)任務(wù)需要同時(shí)開(kāi)展，鋼結(jié)構(gòu)安裝同時(shí)工藝管線(xiàn)焊接安裝也必須同時(shí)進(jìn)行，在狹小的引橋區(qū)域會(huì)集合多專(zhuān)業(yè)共同作業(yè)。其中最高的軟管升降機(jī)平臺(tái)高度為18 m，每一榀鋼架均為焊接完成后于現(xiàn)場(chǎng)吊裝，需要在狹小空間使用50T履帶吊和25T汽車(chē)吊共同完成。

2 BIM技術(shù)碼頭建設(shè)應(yīng)用價(jià)值分析

BIM是基于數(shù)字化和可視化技術(shù)進(jìn)行集成與管理建設(shè)項(xiàng)目信息的方法與技術(shù)，相關(guān)信息不僅包括建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備等幾何信息，還包括資源、費(fèi)用、工序、性能等非幾何信息［1］。將BIM技術(shù)相對(duì)傳統(tǒng)CAD相比，它通過(guò)參數(shù)化建模并通過(guò)矢量模型為載體，涵蓋各部位相關(guān)信息數(shù)據(jù)，從而達(dá)到全過(guò)程管理和控制建設(shè)項(xiàng)目的目的。

2.1 設(shè)計(jì)階段的價(jià)值分析

1）提高溝通效率，實(shí)現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)

利用BIM技術(shù)強(qiáng)大的建模和可視渲染性，在BIM三維模型中，可以通過(guò)模型的互動(dòng)和反饋的全過(guò)程可視將設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖很好的展示給建設(shè)單位，從而避免由于各方期望不同造成總承包商在設(shè)計(jì)階段的被動(dòng)地位，從而減少因責(zé)任產(chǎn)生的分歧，提高溝通效率。利用BIM技術(shù)的模擬仿真性，讓施工人員和后期建設(shè)單位運(yùn)行人員先行體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，從而實(shí)現(xiàn)從施工角度和運(yùn)營(yíng)角度提出合理化建議，最終減少后期施工困難和設(shè)計(jì)變更。

2）源頭上控制工程造價(jià)

由于大多數(shù)EPC模式的碼頭工程都屬于固定總價(jià)合同，所以設(shè)計(jì)階段成為EPC承包商的主要盈利階段。在滿(mǎn)足建設(shè)單位各項(xiàng)要求的前提下，通過(guò)BIM技術(shù)的工程量統(tǒng)計(jì)和造價(jià)統(tǒng)計(jì)功能實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)和限額設(shè)計(jì)，從根本上做到控制工程總造價(jià)。

3）協(xié)同設(shè)計(jì)，減少?zèng)_突

在BIM三維模型中能直觀進(jìn)行各專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)沖突，從而減少設(shè)計(jì)失誤提高設(shè)計(jì)效率。并且，在以BIM為載體的設(shè)計(jì)審查將更為清晰，能真正實(shí)現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.2 采購(gòu)階段的價(jià)值分析

由于石化碼頭的設(shè)備密集程度高，所以控制采購(gòu)成本成為控制工程總造價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，采購(gòu)環(huán)節(jié)能否順利進(jìn)行至關(guān)重要。采購(gòu)部門(mén)同制造商和施工方的溝通協(xié)調(diào)工作量大，同時(shí)采購(gòu)本身又包含計(jì)劃、采買(mǎi)、催交和運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)，因而極易造成疏漏從而影響施工的順利進(jìn)行，同時(shí)采購(gòu)數(shù)量的精確更是重要。利用BIM技術(shù)的信息管理功能，對(duì)各種設(shè)備的名稱(chēng)、型號(hào)、數(shù)量、位置等信息能很好地把握，從而很好地實(shí)現(xiàn)控制采購(gòu)成本和降低采購(gòu)環(huán)節(jié)失誤。

2.3 施工環(huán)節(jié)的價(jià)值分析

1）精確施工交底

利用BIM的可視化漫游功能可以更直觀的展示和更便利的查詢(xún)，使專(zhuān)業(yè)分包和各級(jí)施工人員更深入了解工程情況，并擁有全局把握工程內(nèi)容的能力。

2）優(yōu)化施工方案

通過(guò)BIM三維模型的碰撞檢查和360度巡視功能可以在虛擬環(huán)境下精確分析各專(zhuān)業(yè)之間的相互關(guān)系，在交叉作業(yè)過(guò)程中避免沖突，既有利于進(jìn)度和安全，也有利于不必要的返工和設(shè)備材料損失，從而得到更加優(yōu)化和接地氣的施工方案。

3）施工難點(diǎn)展示

在對(duì)BIM模型的基礎(chǔ)上，加上時(shí)間維度（導(dǎo)入進(jìn)度計(jì)劃），就可以生成4D施工模擬，從而正確反映整個(gè)工程及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的施工流程和工況。

4）協(xié)助進(jìn)度管理

將現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度信息如實(shí)加入BIM模型中，就可以在三維場(chǎng)景中直觀顯示實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度之間的實(shí)際差異，從而及時(shí)調(diào)整人機(jī)料的數(shù)量達(dá)到優(yōu)化進(jìn)度的目的。

3 BIM技術(shù)在某碼頭建設(shè)中的應(yīng)用

3.1 Autodesk Revit建模

BIM三維模型的建立是碼頭項(xiàng)目所有工作的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目中利用Autodesk Revit的建筑、結(jié)構(gòu)、電氣三個(gè)專(zhuān)業(yè)系列軟件進(jìn)行基礎(chǔ)建模。Revit為BIM的建模提供了豐富的編輯命令，可以按照設(shè)計(jì)思路修改添加模型的各種信息。建模完畢后，將Revit設(shè)計(jì)模型導(dǎo)入Navisworks中，并通過(guò)Navisworks展示模型。碼頭三維模型如圖2所示。

圖2　碼頭在Navisworks中的效果

3.2 在碼頭設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

1）利用多維和動(dòng)態(tài)的BIM三維模型就設(shè)計(jì)方案與建設(shè)單位充分溝通。包括碼頭水工結(jié)構(gòu)、設(shè)備平面布置、管道工藝流程及電控等專(zhuān)業(yè)的三維展示，充分吸收建設(shè)單位建議。

2）方案階段的模型轉(zhuǎn)到施工圖設(shè)計(jì)階段的過(guò)程，是總平面、水工、油工藝及其他輔助專(zhuān)業(yè)協(xié)同的過(guò)程，基于同一個(gè)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)時(shí)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)間的條件檢查，避免疏漏，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

3）由于BIM的設(shè)計(jì)成果包含大量信息，確保信息模型的唯一性（見(jiàn)圖3），為后續(xù)采購(gòu)和施工打下堅(jiān)持基礎(chǔ)。

圖3　信息模型舉例（壓縮空氣罐）

4）碰撞檢查。利用Navisworks進(jìn)行硬碰撞和碰撞檢查（Clash Detective功能，圖4），從而減少后續(xù)施工中的設(shè)計(jì)變更，保證項(xiàng)目實(shí)施的流暢性。

圖4　管線(xiàn)與鋼結(jié)構(gòu)的膨脹檢查

3.3 在設(shè)備采購(gòu)階段的應(yīng)用

因BIM技術(shù)的信息計(jì)量性，可以將大量與工程相關(guān)的信息數(shù)據(jù)化為工程設(shè)備采購(gòu)提供精準(zhǔn)支撐。借助這些信息進(jìn)行時(shí)空維度、構(gòu)配件設(shè)備類(lèi)型等的匯總、拆分和對(duì)比分析，時(shí)刻把握對(duì)設(shè)備采購(gòu)成本的控制。

3.4 在碼頭施工階段的應(yīng)用

1）BIM技術(shù)在碼頭施工階段，可以將Project或者P6等項(xiàng)目管理軟件導(dǎo)入Navisworks，從而實(shí)現(xiàn)碼頭動(dòng)態(tài)的四維的施工組織與施工進(jìn)度模擬，同時(shí)分專(zhuān)業(yè)和分階段進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，方便提出采購(gòu)計(jì)劃和資金使用計(jì)劃。

2）在項(xiàng)目開(kāi)工前，可以利用BIM三維模型進(jìn)行關(guān)鍵工序的模擬，避免施工過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤造成工期延誤、質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)等。圖5以水工結(jié)構(gòu)施工中底模鋪設(shè)為例演示BIM的作用。

圖5　水工施工中底模鋪設(shè)BIM演示

3）BIM技術(shù)很好的解決了目前普遍存在的設(shè)計(jì)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)深度不足的問(wèn)題，從微觀角度，BIM模型涵蓋了項(xiàng)目的重要信息，同時(shí)可以做出更直觀的石化工藝管線(xiàn)綜合排布和定位，較好的實(shí)現(xiàn)了水運(yùn)工程精細(xì)化施工的目標(biāo)。

3 結(jié)論與展望

本文通過(guò)一個(gè)EPC石化碼頭實(shí)例，闡述了利用BIM技術(shù)輔助管理EPC石化碼頭項(xiàng)目實(shí)施的可行性。在設(shè)計(jì)階段，實(shí)現(xiàn)了各專(zhuān)業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)和碰撞檢查，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了施工的可視化指導(dǎo)。在采購(gòu)階段，BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了A碼頭采購(gòu)管理的精準(zhǔn)，確保了采購(gòu)成本控制和施工順利進(jìn)行。在施工階段為施工單位提供了施工動(dòng)態(tài)模擬，從而克服了碼頭的施工難點(diǎn)，確保了工期和質(zhì)量目標(biāo)。后續(xù)，BIM模型將為碼頭運(yùn)行方提供更好的運(yùn)營(yíng)維護(hù)管理。

The Application Research on BIM Technology in An EPC Petrochemical Terminal Project

Ba Te， Ma Yuzhu
（CCCC First Harbor consultants Co.， Ltd.， Tianjin 300222， China）

This article from the EPC contract of petrochemical terminal management difficulties， the introduction of BIM technology into the management and control of the project. Based on the analysis of characteristics of a petrochemical terminal case， the potential application of BIM technology in the identification of EPC petrochemical wharf project， which has obtained a better effect in practical application.

BIM； EPC； petrochemical terminal project

U655.2

A

1004-9592（2016）03-0070-04

10.16403/j.cnki.ggjs20160318

2016-04-28

巴特（1982-），男，工程師，主要從事水運(yùn)工程EPC管理工作。

［1]劉文平， 郭紅領(lǐng). BIM在EPC公路工程中的應(yīng)用模式研究［J］. 建筑經(jīng)濟(jì)， 2014， 9: 31.