BIM在冶金EPC總承包工程中的應用

李 賀 唐佳潤 張衛華 崔乾民

北京首鋼國際工程技術有限公司 北京 100043

0 引言

改革開放以來，我國冶金行業得到了蓬勃發展，其工藝流程日益完善，但由于冶金行業前期規劃缺乏經驗，導致鋼鐵廠的建設生產極其的不合理。隨著我國社會不斷的進步發展，人們對美好生活追求不斷的提高，對冶金行業提出了更高的要求，我國出臺了鋼企退城搬遷、建立碳交易平臺等一系列措施規范和發展我國冶金企業的建設。目前，我國冶金EPC總承包模式尚不成熟，在工程建設中仍存在費時費工、成本投入高、進度延遲、建設工程質量差且組織管理冗雜粗放等問題。

BIM技術的應用發展將給冶金EPC總承包工程建設帶來革命性的變化，從設計、采購到施工，再到工程管理，BIM技術將在一定程度上改變我國冶金EPC總承包工程建設中的現狀，使我國的冶金工程建設更加高效、合理。

1 相關理論及概念介紹

1.1 BIM簡介

BIM（Building Information Modeling）是對三維實體建立信息模型。目前，將BIM技術引入到工程建設當中，比較成熟的定義是由美國BIM標準NBIMS V2給出的，BIM是物理特性和功能特性在數字化技術上的體現，且具有項目建設從設計開始到產品生產運行全壽命階段所有的相關信息[1]。從美國標準NBIMS V2對于項目建設中BIM技術的定義可以看出，在工程建設項目的全壽命階段，各個項目參與方均可在BIM平臺對項目中的三維實體建立、修改、更新和插入信息，最終建立起滿足項目工程建設的信息產品。當前我國主流的BIM軟件有 Autodesk Revit、Bentley、Intergraph，BIM技術主要包括可視化技術、碰撞檢測技術、GIS。BIM中的三維可視化圖形及其附加的功能屬性，相較二維圖紙及其信息清單，更加清晰直觀、便捷高效，給項目工程建設帶來極大的方便。

1.2 EPC冶金工程建設模式

目前我國的冶金建設模式普遍采用EPC總承包。EPC總承包是指受業主委托，按照合同約定對工程建設項目的勘察、設計、采購、施工、試運行等實行全過程或若干階段的承包[2]。EPC總承包是一種高度集成化的管理模式，其將項目建設過程中的多個階段、多維度地結合起來，進行縱向和橫向的管理，從而提高工程建設組織管理水平，保證工程建設質量和減少成本投入。以往的冶金工程建設模式設計部門和施工部門經常因為圖紙變更或施工問題而相互推卸責任，導致延誤工期、成本增加、建設工程質量無法保證。EPC總承包模式將項目建設的各個參與方的利益捆綁在一起，從而避免相互推卸責任的現象，使工程建設質量得到了保障。近幾年，我國的EPC總承包模式越來越完善、越來越成熟，使我國的工程技術在國際市場更加具有競爭力。

2 冶金EPC總承包在工程建設中的弊端

2.1 EPC總承包設計階段

目前冶金設計行業，其設計工藝流程已相對完善，其工業設備也基本沒有太多的改動。在工程建設中，其設計的工藝流程和設備都沒有太多的變動，許多設計的工程大同小異。在工藝和設備均已相對成熟的情況下，傳統的二維圖紙在傳遞信息的過程中信息丟失和偏差的弊端尤為突出。

1）設計行業培養接班人成本高、時間長 在設計行業新人剛接觸復雜二維的設計圖紙，頭腦中基本很難想象出產品的幾何外形，導致新人無法詳細了解某項工藝流程或設備內部構造。于是不得不安排新人去現場學習，這樣會增加公司培養新人的成本。

2）設計過程中產品的信息丟失和偏差嚴重 在設計過程中難免會出現信息丟失，尤其在設計較高精度和較復雜的構件時，且有些復雜產品信息很難在二維圖紙中體現。另外在設計行業往往會有許多的輔助專業，主工藝專業會對輔助專業進行綜合會簽，這對主工藝人員的綜合素質要求較高。在綜合各個專業的信息中，面對如此復雜的信息時，即使再優秀的設計人員，也難免會有疏漏。

3）設計審核流程復雜 當前設計師設計的施工圖紙需要經過經驗豐富的設計人員層層審核，才能將其應用到施工現場。該圖紙審核模式在面對工程量很大的工程時，審核人員的任務量會加大，易出現失誤導致延誤施工進度，不僅使施工圖紙質量無法得到保障，而且對設計資源造成浪費，顯然已不適應現在激烈的市場競爭。

2.2 EPC總承包采購階段

在EPC總承包模式下，采購由承包方按業主方的合同規定進行招標和評標。采購是整個工程建設投資占比最大的一部分，也是保證整個建設工程質量的基礎，只有材料和設備質量達到設計的性能要求，整個建設工程才能安全高效的穩定運行。目前的采購模式相較傳統的模式信息化程度有一定的提高，招標采用電子招標方式，但改變的只是評標形式，具體的操作與傳統的操作并沒有實質性的改變[3]。當前的采購模式依然存在招標過程不透明、設備材料采購質量不達標和數量不對應的問題。

1）大型項目工程量的復雜性 EPC模式下，即使承包方采用了軟件算量也很難保證工程量計算的準確性，時常有漏項的情況發生，這對建設方的進度和成本控制極為不利。

2）激烈的競爭市場 在冶金工程建設競爭越來越激烈的情況下，總承包方為了降低技術成本而弱化技術的精確性和準確性，對相關技術參數進行改動，使建設工程的質量無法得到保證；同時，設備廠家為了節約成本偷工減料、以次充好[4]。上述情況的出現，使采購設備材料的質量大打折扣，建設工程的質量也就無法保證。

2.3 EPC總承包施工階段

我國的建筑施工仍處于初期階段，現場管理水平差，技術施工人員素質良莠不齊，施工設施和施工方法落后。由于以上原因導致我國的施工建設進度緩慢，成本投入高、施工質量差，施工人員的安全得不到保障。據國家建筑部統計，我國建筑工程在2010年～2016年平均安全事故傷亡人數高達677人，高處墜落事故255起，物體坍塌、打擊、機械傷害事故共161起[5]。為了讓我國的建筑施工水平更加完善成熟，急需探尋出一種可以改變目前施工現狀的方法。

1）施工人員素質差 在施工企業，大部分施工人員都是農民工，沒有受到過高等教育，基本都是技術人員用二維圖指導施工，農民工很難理解抽象復雜的信息，難免導致施工出現差錯。返工使增加成本、進度延誤，嚴重的話可能會對施工人員生命造成威脅。

2）施工設施、施工方法落后 我國的施工設備相較發達國家還有一定差距，導致生產力下降，費時費工。目前我國的施工設備機械自動化較低、種類單一，面對工期緊張的情況略顯吃力，對施工企業參與激烈的市場競爭極為不利。施工現場往往復雜多變，很多改造過程都是在老建筑的基礎上進行建設，施工難度大，極易與以前的建筑或設備發生碰撞，這就要求施工隊伍有很豐富的施工經驗和施工方法。

2.4 EPC總承包組織管理

目前我國EPC總承包僅在形式上將設計、采購、施工整合在一起，受市場準入制度的影響，和對企業資質的嚴格要求，導致建設工程的各個參與方處于明存實離的狀態，實際應用中EPC總承包模式仍然存在一系列的問題，如合同管理復雜、組織協調困難、責任劃分不明確、產品信息更新不同步等。出現上述情況的原因，一方面是政府部門對工程市場的嚴格管控，無法在實質上使項目的各個參與方成為利益共同體；另一方面是建設工程的全流程過程中沒有搭建在線實時信息管理平臺，各參與方信息孤立，無法使工程質量得到保障。

3 BIM在冶金EPC總承包建設上的應用

3.1 BIM在設計階段的應用

BIM的三維可視化模型及其附加的功能特性替代傳統的二維平面圖形，可讓設計新人在學習的過程中對產品的尺寸外形觀察更加直觀，對產品的功能特性了解全面具體，從而可以更快速地掌握本專業的基礎知識；設計人員在BIM技術的加持下在面對復雜精密的構件和設備時，可在三維模型中簡單清晰表達產品中的設計要點和難點，擺脫了傳統二維設計中復雜的設計流程，避免了因設計人員素質差異導致信息傳遞過程中產生遺漏和偏差；BIM技術的可視化技術、碰撞檢測技術可以減輕審核人員的工作量，避免許多不必要的失誤，讓優秀的設計人員可以將更多的精力投入到產品優化和開發上。

3.2 BIM在采購階段的應用

BIM的附加功能特性可代替復雜的工程量清單和設備技術附件。總承包單位可基于BIM模型建立設備采購合同和設備技術附件，BIM模型的可視化及其附加功能特性讓抽象復雜的工程量和技術要求更加形象化、簡單化。在以BIM模型為基礎的采購流程中，不僅保證了設備材料的精確性，而且信息在傳遞過程中不易產生偏差和失真。可保證最終工程量清單的準確性，避免因為漏項耽誤工程進度；同時還可以避免在采購流程中，承包方和設備廠家為了節約成本出現弱化技術參數、偷工減料等問題。

3.3 BIM在施工階段的應用

利用BIM可視化技術，將施工過程以動畫的形式展現給施工人員。可將復雜的信息更加直觀形象地傳遞給施工人員，避免了因工人專業素質產生信息丟失、偏差等問題。BIM結合GIS技術可對施工現場進行3D模擬，則施工人員即可在施工準備階段合理地規劃施工材料的擺放周轉，對施工器械的行進路線及施工過程進行模擬，最終確定最佳的施工方案和施工方法；同時研發人員可在3D模型中開發高效的施工設備。BIM技術在施工中的應用不僅彌補了我國施工隊伍專業素質良莠不齊的弊端，且讓施工過程可以更加高效有序地進行。

3.4 BIM在組織管理的應用

BIM技術能夠將信息集成、存儲在一個網絡共享平臺上，參與項目建設的各個參與方均可在這個平臺上建立、修改及分享平臺里面的信息，建立起一條集設計、采購、施工為一體的信息鏈。項目的各個參與方在處理建設問題時均可參與討論，避免了因為信息差導致的一系列問題，減少了投資成本，使工程組織管理更加高效。

4 總結

BIM技術的推廣應用使我國的工程建設數字化進入一個全新的階段，使我國的EPC總承包模式更加成熟完善。目前BIM技術的應用推廣最大阻力就是初期成本投入太高，企業在競爭日益激烈的市場中對研發投入越來越少。跨領域合作將是工程技術企業未來的發展方向，將具有高端人才的現代互聯網企業與工程技術企業結合在一起，才能使我國的工程建設擺脫困境，走向未來。