EPC模式下全過程BIM技術應用探討*

文/中國建筑第四工程局有限公司 李祥進 令狐延 李松晏 張 明 周尚憲 廖 燕 李紅梅

0 引言

BIM技術作為一種高效的管理工具，目前越來越多地應用到項目中，協助管理人員進行項目管理[1]。然而，傳統的設計與施工分離的承發包模式并不能真正發揮BIM的巨大價值，EPC模式的出現為BIM技術的應用帶來新契機，二者的結合將有廣闊的發展空間，但目前相關實際工程應用缺乏、經驗不足。因此，在分析EPC模式及BIM技術概述的基礎上，以實際EPC項目為例探索全過程BIM技術應用，希望給后續類似項目提供參考。

1 國內EPC發展狀況

1.1 概念

EPC是國際通用的工程總承包產業的總稱，是工程總承包的一種模式，設計-采購-施工總承包（EPC：即Engineering設計、Procurement采購、Construction施工的組合）是指總承包單位受業主委托，按合同約定承擔工程項目的設計、采購、施工、試運行服務等工作，并對承包工程的質量、安全、工期、造價全面負責。在EPC模式下，設計不僅承擔具體設計任務還可能包括整個建設工程內容的總體策劃，以及整個建設工程實施組織管理的策劃和具體工作；采購專業設備及材料，而不局限于建筑材料設備的采購；除傳統施工內容外，還包括安裝、試運行及技術培訓等內容。

1.2 模式特點

總承包商是項目主要責任方，綜合考慮設計、采購、施工、試運行各階段，使每個階段深度融合、平行搭接，實現各階段協同管理，業主方不會過多干涉項目具體管理工作，而是從項目總體及驗收方面進行嚴格管控[2]。如圖1所示，在設計階段，采購和施工可提前介入，節約工期和成本，項目利潤很大程度取決于采購和施工的介入時間及各階段的協同程度。

圖1 插入時間和各階段的協同程度

1.3 EPC模式下應用BIM技術的必要性

1）EPC模式下總承包商需協調設計、采購、施工等階段工作，雖屬于內部橫向之間的協調，但對EPC總承包商的綜合管理能力要求高，若各階段協調不到位，會影響整個項目的成敗。BIM作為建筑全生命周期管理的有效工具，將直接作用于EPC的設計、采購、施工及試運行的全過程、全覆蓋的總承包管理。

2）EPC模式下，項目的利潤主要來源于采購、施工階段的深度融合及提前搭接時間，很多EPC項目的失敗正是由于各階段搭接出現問題。BIM技術作為新型管理平臺，其強大的信息共享能力、協同工作能力和專業任務處理能力可使EPC模式中原本點對總分散管理的狀態得到有效整合，更好地實現采購、施工與設計階段的協同、搭接。

1.4 EPC模式下BIM技術應用優勢

1）EPC模式下，設計、施工、試運行屬同一個承包商，有利于BIM平臺的統一和協調，可保證各階段信息的互通和共享，避免信息斷層及不連續給BIM應用帶來障礙。

2）EPC項目往往體量大、造價高、施工周期長，公司對該類項目投入大，項目一般會設置BIM管理部，統籌項目BIM技術應用，該模式下不必擔心人員及資金問題。

3）BIM技術是先進的工程管理工具，但必須基于EPC模式下才能作用有效，管理才能發揮作用，二者是求同存、共進退的關系[3]。

2 EPC模式下各階段BIM技術應用情況

全過程BIM管理是一項貫穿于項目各階段、各參與方的系統性工程，各項BIM應用之間均存在信息交換和共享。每項BIM的應用不是一次性，而是循環往復的過程，與傳統設計密切聯系，BIM應用點的實施一般遵循如下迭代流程，如圖2所示。

圖2 應用點迭代流程

2.1 項目簡介

某大學國際校區EPC項目位于廣州市番禺區南村鎮，項目分2期建設。本期工程面積28.36萬m2，框架結構與框架-剪力墻結構，地上15層，地下均為1層，是廣州市首個設計、施工、運維全過程BIM應用項目。

2.2 前期策劃要點

在EPC模式下，施工方BIM團隊需提前介入設計階段BIM工作（含方案階段）。在方案階段，施工BIM團隊與設計BIM團隊根據方案信息建立模型，參與方案設計的可視化交流探討，利用自身施工經驗，為業主優化方案提供合理參考和判斷依據；在設計階段，施工方BIM團隊與設計共同制定BIM規則，使設計階段的BIM成果具有復用性和沿用性，有效銜接施工管理工作，同時施工BIM團隊參與BIM協同設計，提出合理建議，規避傳統錯誤，減少后期圖紙變更；在施工階段，施工BIM團隊應以設計模型為基礎，提前對接運維為關鍵，完整添加施工信息為重點，保證運維模型的可用性；在運維階段，協助運維單位根據運營維護系統進行建筑及設備空間定位和數據記錄，合理制定運營、管理、維護計劃，降低運營過程中的突發事件發生概率，實現智能、綠色運營管理[4]。全過程BIM應用流程如圖3所示。

2.3 設計階段

1）BIM正向設計 BIM技術為項目建設搭建協同、高效的設計平臺，通過BIM技術的參數化設計、協同設計和深化設計等應用，提升設計效率，減少設計變更，并節約設計成本[5]，如圖4所示。

圖3 全過程BIM應用流程

圖4 正向設計模型

2）定位提資 設計階段結合裝修圖進行設備終端定位、管線預埋、消火栓套管定位建模，并輸出SU模型，提資至施工單位，方便現場施工。相較于二維圖紙，三維模型大大提高了現場人員工作效率及施工質量。

3）幕墻大樣協同設計 基于業主要求，各專業分包采用BIM設計（機電、幕墻、鋼結構、內裝等），如幕墻設計分包采用Revit對宿舍樓群樓正側進行建模，并出具相應的三維圖、施工圖、門窗表、材料表，利用模型進行工程量估算、招標，提前介入招標工作。

2.4 施工階段

施工階段除三維場布、可視化交底、機電管線綜合排布、施工方案模擬、技術管理、虛擬漫游、砌體排磚、二次砌體洞口預留、節點深化等常規應用外，還探索如下新的應用。

2.4.1 基于BIM技術的施工進度重量管理法

項目在決戰60d的沖刺計劃中采用基于BIM技術的施工進度管理法，其基本原理是將各專業、各單位每天的進度完成總重量在某一規定時間點統計清楚，并利用BIM技術轉換成重量，精確到千克，與對應的每日計劃總重量對比，以實現進度的精確計量和獎罰兌現，達到進度精細化管理的目的。BIM技術可發揮的作用為：實體三維建模、提供工作體積、換算工作重量。

本項目將各材料重量采取簡化的處理方式，假定一些工程量的密度，或以代表性的工程重量取代其實際重量，核心是精確計量，相同部件的轉換標準統一即可，如表1所示。

在以表1為假定密度的基礎上，編制以重量參數為標準的進度計劃。將各專業分包單位每日按規定的時間節點向總包單位上報每日進度完成情況，利用BIM技術將其轉換為重量，并與最初編制的計劃工作重量進行對比，以確定獎懲措施，對比情況如表2所示。

借助BIM技術將每日的工程量進行對比，對各項施工的日計劃、周計劃進行記錄，以周進行獎懲，項目按重量管理法進行項目精細化管理，目前項目第一批交付的D、T區進度與預計的進度偏差由原先的1周縮短到現在的2d，相信運用重量進度管理法D、T區一定能在合同規定的時間內完美、優質交付。

表1 各構部件及周轉材料假定密度

表2 D、T地塊外電基礎實際對比（單位：kg）

2.4.2 BIM+RFID技術

目前國內對裝配式的研究主要集中在技術方面，對構件從設計到吊裝甚至后期的運維等管理方面的研究還不是很多，本項目裝配建筑達15萬m2，占總建筑面積的30%，預制構件總量達7284件，數量龐大，安裝區域交叉，管理難度大；加上預制構件的進度狀態控制是項目裝配式建造順利實施的影響因素之一，因此，項目在應用BIM的基礎上引入RFID技術以實現預制構件的智慧化管控。

BIM模型與RFID芯片信息相關聯是該應用的關鍵技術之一。為此將項目C、E區的裝配式BIM模型按照構件廠的深化圖紙進行拆分，得到與工廠構件數量一致的拆分模型；為能夠明顯辨別出構件狀態，制定構件狀態特征表。在BIM平臺中將模型中構件唯一的GUID提取出來，寫進RFID芯片中，實現模型構件與RFID芯片相關聯。

通過外置的掃碼槍將實際構件信息及狀態寫進RFID芯片中，實現外部構件與RFID芯片相關聯，最后通過RFID芯片將整個信息流串聯起來，在預制構件BIM信息中心庫進行展示。RFID信息管理平臺實時更新掃碼槍識別和寫入信息，BIM平臺與RFID信息管理平臺通過云端服務器交互信息，除實現構件各階段信息管理外，還可實現預制構件設計、生產、運輸、儲存、吊裝各階段狀態的三維展現及構件信息的可追溯性（見圖5）。

圖5 預制構件狀態三維可視化

2.4.3 基于BIM5D平臺的質量安全管理

項目采用BIM5D平臺對當前傳統的質量、安全管理流程進行改造，改造后的流程可長時間留存管理痕跡，同時極大提升管理人員工作效率，提高質量、安全的整改回復率。

傳統流程：發現問題→拍照片發送微信群打電話聯系責任人→責任人整改→未整改發整改單→問題復查，驗收合格，開會總結；BIM5D流程：發現問題→拍照上傳平臺指定責任人→責任人整改回復→網頁端打印整改單→問題復查，合格關閉問題，數據留存，開會總結。

BIM模式下，質量、安全管控主要是利用5D平臺的質量（安全）管理模塊，配合手機端、PC端進行質量(安全)管控，涉及人員主要為質量（安全）員、質量（安全）主管、各地塊棟號長、生產經理、各分包質量（安全）員、各班組帶班，由于班組帶班流動性大、軟件掌握度低等原因，將各角色在5D中承擔的責任進行簡化。項目采用BIM5D進行質量（安全）管控的具體做法如下。

1）質量（安全）巡查員發現問題后上傳，并指定相應的責任單位、整改單位（班組）、整改人、整改期限。

2）當有整改任務時，手機端會提醒相應責任人進行整改，整改人將整改后的照片在整改期限內上傳平臺，超出期限，平臺會記錄并提醒責任人。

3）整改人上傳整改后的照片后，總包質量（安全）巡查員進行審核，審核通過后進行問題閉合；審核不通過需重新進行整改，直至問題閉合。

4）PC端負責進行質量（安全）巡查員問題上傳情況、各單位問題整改情況，并對質量（安全）問題類型、質量（安全）問題分區情況等進行分析，找出主要原因，以便采取措施進行質量、安全管控，PC端還可批量生成質量（安全）問題整改單，生成問題分區布置圖（見圖6），PC端大數據篩選結果還用于質量（安全）人員履職考核、分包（班組帶班）考核、后續質量（安全）改進方向等的參考。

圖6 質量（安全）問題分布

2.5 運維階段

根據運維需求，施工總包將BIM運維模型按照空間類型、樓層類型、機電設備類型、資產類型等多維度進行劃分與分類，以保證后期運維階段可快速、便捷、有效查找相關資料，對竣工交付的BIM模型進行輕量化處理，解除對專業軟件的依賴，為后續與其他數據進行平臺整合進行準備。一般而言，在運營維護階段，BIM可有如下應用：維護計劃，資產管理，空間管理與分析，防災計劃與災害應急模擬，按照運營單位需要進行選擇。

3 不足及改進方向

3.1 不足

1）EPC總承包模式主要分3種：①設計院承攬業務，施工分包；②施工單位承攬業務，設計分包；③設計、施工組成聯合體承攬業務。案例項目是以設計為主導的聯合體EPC全過程BIM應用，設計、施工為不同單位，再加上設計單位邀請的BIM咨詢單位，本項目有3種不同的BIM管理平臺，加大了各方工作量。

2）本項目全過程BIM服務合同是與設計院單獨簽訂，理應以設計院為主導負責全過程BIM服務事宜，包括設計、施工、運維各階段事宜，而施工、運維階段BIM工作又涉及各單位之間的協調配合，由于費用問題導致后續工作出現推諉、不配合情況。

3）復合型人才缺失 全過程BIM應用對人才要求較高，需懂設計、施工、后期運維的人員，BIM管理人員既要專又要全[6]；

4）全過程BIM應用理解不深刻 全過程BIM應用絕不是將傳統各階段BIM應用拼接起來，而是各階段統一、協調，工作提前策劃、穿插，為項目部的招采、施工穿插提供服務。

3.2 改進

1）提前規劃BIM管理平臺 在項目投標階段依據EPC總承包類型進行BIM管理平臺統一規劃，保證參建各部門（設計、施工、監理、運維單位）工作通過BIM協同平臺連接起來，形成互相連接、互動的信息系統，能在BIM平臺上進行合同、進度、質量、安全的管理。

2）責權利劃分明確 在設計、施工組成聯合體EPC總承包模式下提前進行BIM工作職責與合同界面的劃分及費用分割，只有工作范圍清晰、資金分明才能保證后期工作的質量，在設計院承攬業務、施工分包和施工單位承攬業務、設計分包的情形下建議分別由設計院和施工單位主導進行BIM工作，但要注意人員配置問題。

3）重視內部人員培養 能勝任工作的人員是基礎，企業應加強投入，先從企業內部選拔、培養，這樣員工的忠誠度較高，也可從外部招聘有經驗的人員。