BIM技術在工業EPC項目上的應用研究

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），以工程項目的各項相關信息數據作為模型的基礎，通過數字信息仿真技術，模擬機電設備、各種管道和建筑物設施實體的功能特性。通過BIM管理技術和平臺，業主、設計、供貨、建設、安裝等各參與方可創建、管理和共享設計、采購、物流、施工安裝以及運營等項目全生命周期的數據、過程和資源，數字化設計、建造和管理工程建設，可大幅度提高工程建設質量和效率，減少風險。

3D模型是信息的載體，4D、5D、6D是BIM技術在項目全生命周期的應用。4D是3D+進度管理，5D是4D+費用管理，6D是生產運營和維護。工業EPC項目的全生命周期包括市場前期、設計、采購、物流、施工、調試和投產運營等階段，BIM技術在全過程的系統應用將大幅提高項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展，業務競爭越來越激烈，項目的利潤空間越來越小，傳統二維設計，工藝、建筑、結構、電氣等各個專業缺乏實時有效的協同，采購、物流、施工等管理粗放，效率低，資源浪費嚴重。工程總承包企業迫切需要采用BIM技術手段來提升其項目的管理水平。

2 BIM技術工程應用研究現狀

國外BIM技術起步較早，美國自2003年起，實行國家級BIM 3D-4D計劃，2007年規定所有重要項目都要用BIM進行空間規劃；韓國于2016年前實現BIM在全部公共工程的應用；英國建立了系統的BIM標準體系，并明確要求2016年前企業實現BIM 3D的全面協同。在新加坡和歐盟BIM技術也都有廣泛應用。

國內BIM技術起步較晚，但發展迅速。近年來，國家和地方政府相繼出臺有關政策，大力推行BIM技術，眾多企事業單位和高等院校紛紛開展BIM技術的應用研究。趙彬將4D虛擬建造技術應用在進度管理中，并與傳統進度管理進行比較，論證4D技術的優越性[1]。謝佳樂等分析了BIM虛擬施工技術的應用價值和現狀[2]。在工程應用方面，學者們的研究集中體現在對項目管理模式、項目目標以及對項目全生命過程的管理方面。利用BIM技術開展的信息集成化管理，為建筑業的企業管理帶來了新的思路和方法，改變了施工企業的傳統管理模式，實現了建筑企業集約化管理。潘怡冰認為，大型項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，運用BIM可以構建項目產品、全壽命過程和管理組織的大型項目群管理信息模型[3]；張昆從接口集成和系統集成兩大方面，對BIM軟件的集成方案進行了初步的研究[4]。

因此，如何結合BIM技術對工程進行指導，提高工程總承包項目精細化管理水平，實現項目信息的集成化，推進建筑業向技術密集型轉型是BIM技術的發展方向。

3 基于BIM技術的EPC項目管理方法

針對工業EPC項目建設特點，應用BIM 3D～6D可視化三維模型技術，實現模型與圖紙、進度、費用、質量、人機資源、文檔等信息的關聯，建立基于BIM技術的工程管理方法；通過自主開發的BIM綜合管理平臺，高效協同設計、施工、采購、物流、設備制造、業主等各個方面，實現工程建設全過程的精細化管理，提高項目的盈利水平。

BIM在工業EPC項目全生命周期管理的系統應用將充分發揮BIM技術的價值，BIM技術覆蓋了市場投標、設計、采購、設備制造、物流、現場施工、設備調試、生產運營維護等過程。市場投標階段采用BIM技術，建立項目投標的3D初始模型，可視化展示投標方案，基于投標模型自動計算工作量；施工圖設計階段，各專業協同設計，完成項目施工圖模型，采購、物流、設備制造等過程信息實時反饋；運用BIM 4D、BIM 5D技術，對工程建設過程進行進度、費用、質量等精細化管理；工廠建成后，建立與工廠控制系統的數據接口，實現生產運營維護的信息化管理（6D）。

3.1 三維正向協同設計

工業EPC項目在投標階段即開始采用BIM技術，設計階段采用BIM技術三維正向協同設計，能體現出設計的高效率和高質量的特點，高質量的BIM模型是4D、5D、6D技術應用的基礎。

圖1 三維正向協同設計

正向協同設計基于同一個模型文件協同工作，如圖1所示。工藝、結構、建筑、電氣、水暖等各專業同時開展工作，相較于傳統專業間互提圖紙資料的串行工作模式優勢明顯，將縮短設計周期，提高設計效率。

在項目的全生命周期過程中施行正向協同設計優點更加突出，如圖2所示。X軸表示工程項目的執行過程，從前期到投產運營，Y軸表示工作的影響力；曲線2表示設計變更對項目成本的影響，越是項目執行后期出現的變更，對成本的影響越大；曲線3表示傳統二維設計，曲線4表示正向協同設計，曲線波峰表示設計高峰期。由此可見，相較于傳統二維設計，正向協同設計的工作高峰期大幅提前，而變更多是在設計高峰期產生，所以正向協同因設計變更所致的項目成本增加較傳統二維設計要小得多。

圖2 正向協同設計優勢對比曲線

正向協同三維設計，專業間溝通更加順暢，利用BIM軟件的輔助檢查功能，可以快速準確地解決錯漏碰缺問題，提高設計質量；所有施工圖紙和工程量均由模型生成，相互關聯，模型變，圖紙和工程量隨之改變，設計質量高，方案修改效率高；基于可視化的3D模型環境，可以更好地進行方案優化，節省工程量，降低項目成本。

在協同設計中，公司采用Autodesk系列軟件統一管理數據，對全部設計數據進行系統跟蹤，可以制定工程設計團隊進行數據模型的創建、仿真和文檔編制的流程；可以利用軟件修訂管理功能，管理設計數據，快速找到和重新使用設計數據，更加輕松地管理設計信息；可以可靠地實現設計模型的統一歸檔存儲，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。

3.2 工程建設過程管理

采用輕量化模型技術實現模型與工程管理業務數據的關聯，實現基于BIM的工程項目4D、5D管理，從而使得BIM技術從3D向4D、5D等更高維度發展，逐步優化工程項目進度、成本、質量等。

BIM 4D技術指基于3D模型進行項目的進度管理。設計完成3D模型、進行輕量化處理后，通過自主開發的BIM平臺軟件進行進度管理，施工WBS分級與模型相互關聯，如圖3所示。技術人員結合項目的具體情況，基于此WBS，可以編制更加精細的進度計劃和資源配置。完成進度計劃和資源配置后，軟件可以進行整個項目施工過程的3D模擬，檢查施工組織計劃是否合理。項目執行過程中，技術人員可以通過平臺實時反饋項目的進度信息、人機資源信息和質量信息等，通過計劃進度與實際進度的對比反映項目的進度狀態，對有拖期可能的任務提前預警，實現進度管理功能。BIM 4D的數據流程如圖4所示。

BIM 5D技術指基于三維模型進行費用管理。4D模型中的WBS任務分級可自動計算工程量和成本，模型、進度和費用關聯；結合項目合同的具體情況，配置費控指標，模型與預算、費控關聯對應，實現成本控制。技術人員通過平臺實時反饋建設過程中發生的費用信息，實現費控、設計與實際發生成本之間的精細化管理。

3.3 設備管理

工業EPC項目中設備管理包括設備請購、設備采購、設備制造、裝箱發運、現場移交、現場庫存、設備安裝、調試運營等過程。BIM平臺運用掃碼、物聯網等技術，實現對設備全過程的系統跟蹤和控制。

BIM平臺可配置設備管理的細度，進行設備相關進度和質量計劃的編制；項目執行過程中，通過掃碼，實時反饋設備的進度信息、質量信息、成本信息等。計劃與實際對比，實現對設備進度、成本和質量的控制。

3.4 生產運維管理

BIM 6D技術即生產運維管理，是對EPC項目BIM模型的功能延伸。基于信息完備的BIM模型，BIM平臺軟件可以提取生產運維所需要的設備信息數據庫、備件信息數據庫等。通過自主開發的數據接口，接入工廠智能化監測系統的運行數據，運行數據與平臺數據庫實時對比，可以監控機電設備的運行狀態，對異常情況實時預警。

基于工廠BIM竣工模型的可視化環境和數據信息，實時顯示生產線和機電設備的運行數據和狀態，為工廠生產的信息化管理提供展示平臺和基礎數據庫。

4 結語

圖3 4D模型示意圖

本文根據公司BIM技術的研發成果，分析了BIM技術應用于工業EPC項目管理的方法。BIM技術應用于市場投標，將提升企業市場競爭力；正

向協同設計會提高設計效率和質量，大幅減少錯漏碰缺，優化設計，降低項目成本；4D 5D技術的應用，實現對工程項目進度、費用、質量的精細化管理，提高項目管控水平；6D技術的應用是BIM價值的延伸，為工廠智能化管理提供可視化平臺和數據支撐。

BIM技術在EPC項目全生命周期管理中應用價值很高，但它的實施對公司的人員配置和硬件配置要求都高，一次性投入大，這也是許多公司應用BIM技術經常遇到的問題。

圖4 BIM 4D數據流