BIM技術提升海外工程項目建設品質

文|王帥 蔡偉

近年來，工程建設EPC 模式在國內快速發展，隨著“一帶一路”倡議的深入推進，海外港口EPC 項目也在不斷增多。除常規人員素質要求高、國際標準體系下設計及報批復雜、施工質量要求高等之外，海外工程項目建設還面臨多語言環境溝通效率低、工程精度控制要求高、交叉作業面多干擾大等多方面挑戰，采用常規技術手段解決新問題往往力不從心。隨著BIM 技術的不斷發展，利用先進技術手段推動海外工程項目向智慧化轉型升級已成為新發展趨勢。

巴基斯坦某自動化集裝箱碼頭二期工程位于巴基斯坦卡拉奇市，是該國第一個自動化集裝箱碼頭堆場項目。工程占地30公頃，預計二期堆場建成后，港區集裝箱吞吐量將達到310 萬TEU。工程建設內容包括集裝箱堆場與房建等相關設施，具體包含：道堆、給排水、消防、污水、電氣和控制系統管網、輔助建筑物、鐵路、孤島電站、冷藏箱架和其他配套設施等。

本項目建設面臨五大突出挑戰：一是自動化集裝箱碼頭信息化程度高，同現有一期運營碼頭接口點眾多，施工調試過程要避免對運營項目干擾。二是項目綜合性強，地下管網系統復雜，各系統管線密集，相互干擾大。三是施工項次繁雜，分區塊交工，工期緊迫。四是采用英標體系，建設質量要求高。五是項目涉及烏爾都語、英語、漢語等多語言環境，當地工人文化水平偏低，跨文化交流障礙問題突出。據此，項目組利用BIM 技術的直觀性、協同性、優化性及信息完備性等優勢以解決上述難題，將BIM 技術應用于本EPC 項目設計和施工階段，最大程度發揮一體化應用價值。

BIM 實施策劃

BIM 實施工作流程

為充分發揮工程建設過程中BIM 應用實施效果，項目在啟動之初便開展系統的實施策劃。主要步驟包括：識別項目BIM應用重點和難點、確定BIM 應用目標、明確BIM 工作范圍及內容、策劃BIM 實施流程、明確成員在項目中的角色和責任、規劃BIM 實施所需的基礎資源等。本項目BIM 建模應用內容基本涵蓋港口工程所有項次，主要實施工作流程如圖1所示。項目組編制了《BIM 實施工作方案》等系列項目BIM 應用標準，用以指導和規范BIM 工作開展。

圖1 項目BIM 實施工作流程

BIM 應用目標及重點

BIM 應用目標。本項目在實施策劃時，制定總體應用目標如下：

一是通過BIM 模型直觀展示，解決海外大型EPC 項目因多語言、跨文化交流、文化水平較低等因素帶來的交流效率低下問題，提高溝通效率，加快設計報批進程。同時，在一定程度上減少中方人員外出交流頻次，保證海外工作人員人身安全。

二是通過建立港口工程參數化構件庫以及軟件二次開發，解決BIM 應用過程中標準化程度高、重復性大、耗費時間長的建模問題，提高協同設計效率。

三是通過BIM 一體化應用，解決集裝箱堆場管線碰撞問題，減少后期設計變更，提高設計品質；通過將施工階段問題前置，優化方案，減少施工中的潛在返工，從根本上節約工期、降低建設成本。

四是通過BIM 模型創建與應用，形成數字化資產，為自動化集裝箱碼頭信息化建設和后期運營提供基礎條件。

各階段工作重點。設計階段發揮BIM 在三維設計方面優勢，工作重點包括：建立本項目BIM 實施標準體系。開展BIM 協同設計，基于協同平臺并按照項目統一的BIM 標準，建立滿足項目應用要求的各專業BIM 模型。應用BIM技術進行模型碰撞檢查，防止設計錯誤傳遞到施工階段或造成安裝工程的返工。利用BIM 模型對設計理念和方案進行充分展示。

施工階段充分繼承設計階段BIM 成果，并按施工分部分項進一步深化分解模型，開展深化應用，工作重點包括：開展施工模型深化并聯接集成、錄入施工計劃數據、施工過程信息、檢驗批次等，以BIM 模型為載體集成施工信息，實現建造信息的實時查詢。實現移動端可視化交底，模型輕量化后傳輸到移動設備，移動式項目管理，提高交流效率和管理效率。建立管網、道路工程的施工工藝庫，進行施工工藝模擬。開展施工工序和進度模擬，進行計劃進度與實際進度的對比，及時調整進度計劃，輔助進度管理。

設計施工一體化BIM 應用

BIM 協同設計建模

利用Bentley 平臺實現BIM 協同設計建模，部分建模規則如圖2所示。其中：利用ProjectWise 平臺開展多專業協同設計，并結合其公共數據環境集中托管的功能，實現了建模標準的統一管理和流程的集中控制。利用MicroStation 及OpenRoads Designer 軟件建立參數化構件庫，實現了道路及堆場、交通工程等模型的建立，同時通過二次開發手段實現了集裝箱、工藝機械設備的快速放置，有效提升建模效率（見圖3）。此外，利用SUDA 軟件模塊，實現了給排水、電氣等管線的參數化建模，完成地下管線綜合模型的搭建；利用ProStructures 實現水工和土建結構的三維配筋；利用OpenBuildings 軟件實現了輔助建筑物模型的搭建；利用OpenRail ConceptStation 軟件實現了鐵路的方案設計。各專業模型創建完畢之后，按照“模型文件—結構組裝—專業分裝—項目總裝”的順序進行模型裝配，形成整個項目的總裝模型，如圖4所示。

圖2 項目部分BIM 建模規則

圖3 項目BIM 協同設計建模（左圖-協同設計平臺，右圖-快速建模二次開發）

圖4 項目BIM 模型成果（左圖-陸域整體模型，右圖-地下管網模型）

設計施工一體化應用成果

基于本項目EPC 模式的管理優勢，開展貫穿設計和施工階段的一體化BIM 應用（如圖5所示）。將“設計模型——施工模型——工程實體”相互對應起來，確保BIM 模型和工程實體的一致性，解決港口項目因綜合性強、碰撞問題突出、設計變更頻繁導致的效率低下、工程延誤等問題，將施工階段問題前置到設計階段解決，提高海外項目設計品質。

圖5 設計施工一體化BIM 應用

設計階段基于BIM 模型并結合VR 虛擬漫游技術，對方案進行模擬分析，直觀展示了自動化集裝箱碼頭工程復雜結構的空間特征，并直接獲取模型相關信息。同時，開展了管網綜合及碰撞檢測、構件的三維配筋和出圖、工程量快速統計等應用，克服傳統設計弊端，對設計模型進行“錯漏碰缺”直觀檢測，及時進行方案調整和設計優化，典型應用如圖6所示。

圖6 構件三維配筋及材料統計

施工階段結合移動端應用，通過BIM 模型與業主和咨工進行高效溝通，直觀表達設計意圖，加快報批進程，解決了海外EPC 項目多語言、跨文化交流障礙問題。同時，利用BIM 技術對項目重點及難點進行施工工序和進度模擬，優化了施工組織設計，最大程度節約了工程成本，保證了各區塊節點工期，如圖7所示。

圖7 項目4D 施工進度模擬

本工程搭建了BIM+GIS 數字化管理平臺（如圖8所示），以模型為載體，實現了設計和施工階段工程信息的集成，項目竣工后可形成數字化資產，為自動化集裝箱碼頭信息化建設和后期運營維護提供數據支撐。

圖8 本工程BIM+GIS 數字化管理平臺

結論與展望

依托海外工程實例，項目團隊探索了BIM技術在海外多語言環境下EPC 項目中的一體化應用模式，克服了傳統溝通效率低下等問題，體現了BIM 技術對于提升工程質量、提高溝通效率、積累數字資產等方面的重要價值。

開展基于BIM 的三維協同設計建模及深化應用，解決了傳統二維模式下，因專業間缺少高效協調手段而導致的管線碰撞和設計變更頻繁等問題，有效提升了設計效率和成果質量，滿足了英標體系和自動化集裝箱碼頭高標準設計要求。

項目按照各區塊施工要求和分部分項技術要求，應用BIM 技術進行施工虛擬建造，將施工問題前置，減少潛在返工次數，保證工期要求。通過BIM模型創建與應用，形成數字化資產，集成了設計和施工階段項目信息，為后期自動化集裝箱碼頭的運營提供基礎條件。