BIM和VDC技術(shù)在港口工程EPC項(xiàng)目投標(biāo)中的應(yīng)用

陳哲淮，陳良志，錢(qián)原銘

（中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，以下簡(jiǎn)稱(chēng)BIM）技術(shù)是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)建造與運(yùn)維的數(shù)字化工具，是以工程項(xiàng)目的各項(xiàng)相關(guān)信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)建立的參數(shù)化模型，并在項(xiàng)目的全生命周期中實(shí)現(xiàn)信息共享與傳遞，通過(guò)數(shù)字信息仿真模擬建筑物所具有的真實(shí)信息[1]。國(guó)家和地方政府也是大力推廣和發(fā)展BIM技術(shù)，并將BIM技術(shù)作為我國(guó)信息化發(fā)展的重要措施和手段。住建部于2015年6月發(fā)布的《關(guān)于印發(fā)推進(jìn)建筑信息模型應(yīng)用指導(dǎo)意見(jiàn)的通知》指出，到2020年末，對(duì)于國(guó)有資金投資為主的大中型建筑的勘察設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維中，集成應(yīng)用BIM的項(xiàng)目比率達(dá)到90%；交通運(yùn)輸部“十三五”科技規(guī)劃也將BIM技術(shù)列為重點(diǎn)工作之一。

虛擬設(shè)計(jì)與施工（VirtualDesignandConstruction，以下簡(jiǎn)稱(chēng)VDC）概念最早由斯坦福大學(xué)綜合設(shè)施與工程中心（CIFE）于2001年提出。該技術(shù)主要是利用多門(mén)學(xué)科綜合設(shè)計(jì)建設(shè)項(xiàng)目的集成化信息技術(shù)模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的3D可視化設(shè)計(jì)與虛擬建造的全過(guò)程。在這個(gè)虛擬建造的過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)—施工—運(yùn)維的業(yè)務(wù)目標(biāo)[2-3]。

目前港口工程EPC項(xiàng)目投標(biāo)中存在設(shè)計(jì)方案描述不準(zhǔn)確、施工組織編制混亂、工程算量和報(bào)價(jià)不合理等問(wèn)題，針對(duì)這些投標(biāo)階段中存在的問(wèn)題，通過(guò)BIM模型的三維可視化特點(diǎn)以及參數(shù)化模型和工程算量技術(shù)，完善投標(biāo)階段的方案展示和描述，并通過(guò)輕量化BIM+VR技術(shù)在標(biāo)書(shū)中整體展示項(xiàng)目方案，之后基于BIM模型，結(jié)合VDC技術(shù)在虛擬環(huán)境中完成項(xiàng)目的虛擬建造，在這個(gè)過(guò)程中完善施工方案和工程造價(jià)的優(yōu)化，豐富標(biāo)書(shū)內(nèi)容，增加標(biāo)書(shū)的質(zhì)量，提高中標(biāo)率[4-6]。

1 BIM和VDC技術(shù)在投標(biāo)中的研究

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

本工程擬建2個(gè)5萬(wàn)噸級(jí)多用途泊位（水工結(jié)構(gòu)按10萬(wàn)噸級(jí)設(shè)計(jì)）和2個(gè)2 983 kW（4 000馬力）拖輪工作船泊位（兼靠3 000噸級(jí)集裝箱駁船，水工結(jié)構(gòu)按5萬(wàn)噸級(jí)設(shè)計(jì)）。陸域總面積46.05萬(wàn)m2，陸域東西向縱深為450 m，南北向長(zhǎng)度約1180 m，主要布置集裝箱堆場(chǎng)、件雜貨與礦建材料堆場(chǎng)以及道路、機(jī)修場(chǎng)地、港內(nèi)外停車(chē)場(chǎng)、生產(chǎn)生活輔助設(shè)施等，如圖1所示。

圖1 本項(xiàng)目整體BIM模型Fig.1 The overall BIM model of the project

此外，該項(xiàng)目要求承包人實(shí)現(xiàn)以業(yè)主為核心，各參建單位協(xié)同工作的BIM管理模式。完成制定項(xiàng)目BIM整體規(guī)劃；組織管理項(xiàng)目BIM整體工作和互聯(lián)網(wǎng)云端協(xié)同配合；建立BIM模型，同時(shí)提供甄錯(cuò)及過(guò)程中優(yōu)化服務(wù)；制定施工階段的BIM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)施導(dǎo)則；協(xié)助驗(yàn)收最終竣工模型，并對(duì)模型進(jìn)行整合，為后續(xù)建筑施工提供支持；為項(xiàng)目全程提供BIM技術(shù)支持和管理培訓(xùn)，對(duì)項(xiàng)目整體運(yùn)行過(guò)程中引導(dǎo)和推動(dòng)分包方及各參建單位實(shí)施和應(yīng)用BIM技術(shù)。

1.2 總體目標(biāo)

通過(guò)BIM和VDC技術(shù)的應(yīng)用，解決港口工程EPC項(xiàng)目投標(biāo)中存在設(shè)計(jì)方案描述不準(zhǔn)確、施工組織編制混亂、工程算量和報(bào)價(jià)不合理等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目投標(biāo)的數(shù)字化管理、提升投標(biāo)文件的品質(zhì)、提高中標(biāo)率，并為項(xiàng)目中標(biāo)之后的BIM工作打下基礎(chǔ)，也為以后類(lèi)似的港口工程EPC項(xiàng)目投標(biāo)積累BIM和VDC技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

1.3 主要內(nèi)容

實(shí)施內(nèi)容主要包括以下幾部分：根據(jù)招標(biāo)單位提供的初步設(shè)計(jì)圖紙建立BIM設(shè)計(jì)模型、由BIM模型審查項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和技術(shù)難題、基于VDC的施工組織方案編制和工程算量、成本核算等。

1）建立初設(shè)BIM模型：根據(jù)招標(biāo)單位提供的初步設(shè)計(jì)圖紙建立工程范圍內(nèi)各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)BIM模型，并基于模型分析初步設(shè)計(jì)方案，提出施工圖設(shè)計(jì)思路和方向。

2）根據(jù)BIM模型審查項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和技術(shù)難題：BIM技術(shù)的可視化特點(diǎn)方便各專(zhuān)業(yè)人員審查項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和技術(shù)難點(diǎn)，提前進(jìn)行EPC項(xiàng)目的施工圖深化設(shè)計(jì)和優(yōu)化，預(yù)判項(xiàng)目的實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

3）基于VDC的施工組織方案編寫(xiě)和工程算量：基于初設(shè)的BIM模型，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和招標(biāo)單位工期要求，制定施工方案和進(jìn)度計(jì)劃，結(jié)合VDC技術(shù)在Vico office軟件中實(shí)現(xiàn)虛擬建造，過(guò)程中實(shí)現(xiàn)BIM模型的工程算量以及人、機(jī)、料等資源的添加，按照造價(jià)計(jì)算需要將造價(jià)項(xiàng)與構(gòu)件工程量進(jìn)行關(guān)聯(lián)。輸入單價(jià)自動(dòng)生成成本，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的成本管理。

4）由BIM技術(shù)完成施工總體部署三維模型：包括主要機(jī)械設(shè)備、堆場(chǎng)、加工場(chǎng)、臨時(shí)道路、臨時(shí)供水供電、臨時(shí)排水排污設(shè)施等的布局，做到主要施工階段總平面布置的齊全合理。

5）最后將初步設(shè)計(jì)方案的BIM模型進(jìn)行渲染，作為技術(shù)標(biāo)書(shū)成果的一部分在標(biāo)書(shū)中進(jìn)行匯總和展示。

2 研究成果和實(shí)施效果

2.1 初設(shè)BIM模型構(gòu)建與應(yīng)用

1）各專(zhuān)業(yè)模型

在投標(biāo)過(guò)程中，按照招標(biāo)單位的初步設(shè)計(jì)方案圖紙構(gòu)建各專(zhuān)業(yè)BIM模型，包括水工結(jié)構(gòu)、港池航道開(kāi)挖、護(hù)岸、裝卸工藝以及道路堆場(chǎng)等分專(zhuān)業(yè)模型，然后將各專(zhuān)業(yè)模型進(jìn)行整合，形成投標(biāo)項(xiàng)目的模型總裝，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)初步設(shè)計(jì)方案的三維可視化。根據(jù)初設(shè)方案的BIM模型，討論施工圖設(shè)計(jì)優(yōu)化方向和深化設(shè)計(jì)思路。

2）模型應(yīng)用

通過(guò)各專(zhuān)業(yè)BIM模型，投標(biāo)階段通過(guò)開(kāi)展整合檢查、工程量核對(duì)等應(yīng)用，為消除項(xiàng)目的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，提高投標(biāo)質(zhì)量起到了關(guān)鍵作用。同時(shí)發(fā)現(xiàn)招標(biāo)單位初步設(shè)計(jì)方案中不合理以及設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的地方，向招標(biāo)單位提出投標(biāo)澄清。如圖2所示，通過(guò)BIM模型發(fā)現(xiàn)初步設(shè)計(jì)中胸墻管溝與系船柱位置沖突，需要在施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行修正。

圖2 初步設(shè)計(jì)水工結(jié)構(gòu)模型局部Fig.2 Partial port structional model of preliminary design

3）輕量化VR項(xiàng)目展示

投標(biāo)階段也采用了手機(jī)端輕量化BIM技術(shù)應(yīng)用，將項(xiàng)目的整體模型進(jìn)行處理，形成云端輕量化VR模型，并制作二維碼，通過(guò)掃描二維碼的方式直接手機(jī)端查看項(xiàng)目三維模型。將項(xiàng)目的二維碼作為一種新的技術(shù)手段和成果放入標(biāo)書(shū)文件，方便招標(biāo)單位通過(guò)手機(jī)端審查模型細(xì)節(jié)和設(shè)計(jì)意圖，增加了技術(shù)標(biāo)書(shū)的科技含量。

2.2 根據(jù)BIM模型審查項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

基于初步設(shè)計(jì)的BIM模型，可以直觀地審視項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)難點(diǎn)和技術(shù)難題。如本項(xiàng)目碼頭南側(cè)銜接段采用沉箱封堵，南側(cè)端部距遠(yuǎn)期規(guī)劃碼頭前沿線79 m，封頭方式為沿碼頭前沿線方向布設(shè)大沉箱1件，沉箱尺度同主體沉箱結(jié)構(gòu)。垂直碼頭前沿線方向布設(shè)小沉箱4件，單件沉箱重約600 t。南護(hù)岸延伸至小沉箱處，護(hù)岸結(jié)構(gòu)擋浪墻與小沉箱胸墻相接，護(hù)岸銜接段拋石體采用1∶1.5的坡度放坡至預(yù)留大沉箱后沿，護(hù)面塊體仍采用12 t扭王字塊。這個(gè)區(qū)域內(nèi)結(jié)構(gòu)的銜接及坡度變化非常復(fù)雜，見(jiàn)圖3，通常的二維設(shè)計(jì)和文字語(yǔ)言難以表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，因此通過(guò)BIM模型可以方便地找出項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)和技術(shù)難題。

圖3 本項(xiàng)目南側(cè)封頭段設(shè)計(jì)方案Fig.3 South head design of the project

2.3 基于VDC的施工組織方案編寫(xiě)和工程算量

本項(xiàng)目工程規(guī)模大，復(fù)雜程度高，而港口施工又是一個(gè)高度動(dòng)態(tài)的管理過(guò)程，通過(guò)VDC技術(shù)可以將初步設(shè)計(jì)的BIM模型信息與施工計(jì)劃的時(shí)間信息整合在一個(gè)可視化4D模型中，通過(guò)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目虛擬建造的過(guò)程進(jìn)行管理和控制，優(yōu)化項(xiàng)目投標(biāo)過(guò)程的施工組織、資源和費(fèi)用控制[7-8]。

施工進(jìn)度計(jì)劃利用P6進(jìn)行編排，將計(jì)劃中的WBS和作業(yè)與3D模型構(gòu)件屬性名稱(chēng)進(jìn)行一一匹配，導(dǎo)出后利用Vico Office將BIM與施工進(jìn)度計(jì)劃相鏈接對(duì)設(shè)計(jì)意圖進(jìn)行VDC虛擬推演，對(duì)施工流程進(jìn)行仿真，提高施工風(fēng)險(xiǎn)可預(yù)測(cè)性。

例如本項(xiàng)目中碼頭工程與護(hù)岸工程的施工搭接問(wèn)題，只有完成碼頭與南護(hù)岸銜接段的沉箱安裝后，才能開(kāi)始護(hù)岸工程的施工。通過(guò)VDC的虛擬建造過(guò)程，可以清晰地反映總體計(jì)劃是否合理，科學(xué)地進(jìn)行施工部署和場(chǎng)地布置，優(yōu)化施工資源配置。

另外，在Vico office項(xiàng)目管理軟件中可通過(guò)添加函數(shù)等方式自動(dòng)計(jì)算工程量，且造價(jià)項(xiàng)與構(gòu)件進(jìn)行關(guān)聯(lián)。通過(guò)加載工程量單價(jià)與人、機(jī)、料資源，制定項(xiàng)目成本目標(biāo)計(jì)劃。配合項(xiàng)目的施工進(jìn)度計(jì)劃，可以準(zhǔn)確生成項(xiàng)目的現(xiàn)金流表，編制資金使用計(jì)劃，進(jìn)而精細(xì)化測(cè)算項(xiàng)目成本。通過(guò)上述VDC過(guò)程之后，施工組織設(shè)計(jì)的編制將更加合理有效。

2.4 施工總體部署三維模型

投標(biāo)階段利用三維臨建軟件對(duì)施工臨建場(chǎng)地和設(shè)施進(jìn)行快速建模，確定預(yù)制場(chǎng)、辦公室、場(chǎng)地道路、臨水臨電、堆場(chǎng)等主要設(shè)施的布置，通過(guò)模型實(shí)現(xiàn)臨建工程量的快速提取，采用可視化交底直觀向招標(biāo)單位展示最優(yōu)的臨建方案和布置。

2.5 技術(shù)標(biāo)組標(biāo)

在本次投標(biāo)的技術(shù)標(biāo)組標(biāo)過(guò)程中，將BIM和VDC技術(shù)的應(yīng)用作為成果一部分加入標(biāo)書(shū)中，豐富了標(biāo)書(shū)的內(nèi)容和表達(dá)方式，尤其是輕量化VR模型二維碼的應(yīng)用，通過(guò)手機(jī)掃描就能直接觀看項(xiàng)目的立體化展示，直觀地表達(dá)對(duì)招標(biāo)項(xiàng)目的理解，可以增加評(píng)標(biāo)專(zhuān)家的認(rèn)可度，提高項(xiàng)目的中標(biāo)率。

3 收獲與體會(huì)

項(xiàng)目投標(biāo)中BIM和VDC技術(shù)應(yīng)用的收獲與體會(huì)如下：

1）投標(biāo)階段BIM和VDC技術(shù)應(yīng)用的投入較大，但如果有約20%的中標(biāo)率，一個(gè)項(xiàng)目的回報(bào)率大于全部的項(xiàng)目投入。

2）BIM和VDC技術(shù)具有更好的技術(shù)方案展現(xiàn)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)能力、施工組織更加合理、精細(xì)化工程量計(jì)算以及成本測(cè)算等優(yōu)勢(shì)，因此提高了項(xiàng)目的中標(biāo)率，本項(xiàng)目就順利中標(biāo)。

3）如果項(xiàng)目是單價(jià)合同，投標(biāo)階段結(jié)合BIM和VDC技術(shù)以及運(yùn)用不平衡報(bào)價(jià)策略，中標(biāo)之后將獲得更好的結(jié)算收益。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)投標(biāo)過(guò)程中對(duì)BIM和VDC技術(shù)的應(yīng)用和研究，可以看到該技術(shù)在港口工程EPC項(xiàng)目投標(biāo)中的先進(jìn)性及優(yōu)越性。通過(guò)BIM三維模型的可視化展示，解決項(xiàng)目投標(biāo)中設(shè)計(jì)方案描述不準(zhǔn)確問(wèn)題；通過(guò)VDC技術(shù)的應(yīng)用解決了施工組織編制混亂、工程算量和報(bào)價(jià)不合理等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目投標(biāo)的數(shù)字化管理，提升投標(biāo)文件的品質(zhì)，提高中標(biāo)率，為港口工程數(shù)字化投標(biāo)提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，為后續(xù)港口工程EPC項(xiàng)目投標(biāo)積累BIM和VDC技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。