EPC模式下BIM技術(shù)的應(yīng)用

許鑫 張樂峰 于建升 楊雄英

北京首鋼國際工程技術(shù)有限公司 北京 100043

引言

BIM技術(shù)起源于美國查克伊斯曼博士提出的一個概念：以三維信息模型為基礎(chǔ)，將設(shè)計(jì)、建造、和管理等多個學(xué)科信息集成到同一個模型中，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、生產(chǎn)、管理的整個過程。而被現(xiàn)在廣泛接受的BIM定義是由Autodesk公司在2002年提出并開發(fā)了相應(yīng)的BIM軟件，在全球范圍推廣BIM的理念和應(yīng)用，在全球多個項(xiàng)目的試用中均取得了不錯的效果。

BIM技術(shù)是建筑信息模型（Building Information Modeling）的簡稱，其核心理念就是結(jié)合可視化和數(shù)字化的技術(shù)，科學(xué)管理建筑相關(guān)的信息。在近些年的不斷發(fā)展中，BIM技術(shù)漸趨成熟，已經(jīng)在世界建筑行業(yè)廣泛應(yīng)用。我國在BIM技術(shù)領(lǐng)域起步較晚，無論是在標(biāo)準(zhǔn)制定還是實(shí)際應(yīng)用均落后于美國、英國、德國和日本等發(fā)達(dá)國家。BIM技術(shù)在工程概算編制、工程設(shè)計(jì)、施工進(jìn)度管理、施工安全管理、施工質(zhì)量控制、竣工結(jié)算等方面均有無可比擬的優(yōu)勢。在國家政策的引導(dǎo)下，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)的廣泛應(yīng)用已經(jīng)成為大趨勢，普及和深入應(yīng)用BIM技術(shù)的施工、設(shè)計(jì)企業(yè)將具有更強(qiáng)大的市場競爭力，特別是在EPC組織模式下，將招投標(biāo)、專業(yè)設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工、竣工結(jié)算等集中在一個模型，與PC端、手機(jī)等移動端實(shí)現(xiàn)共享，與項(xiàng)目執(zhí)行過程中的進(jìn)度、合同、成本、質(zhì)量、安全、圖紙等信息相關(guān)聯(lián)，為項(xiàng)目管理提供數(shù)據(jù)支撐[1]。充分合理應(yīng)用BIM技術(shù)，將其運(yùn)用到工程的各個環(huán)節(jié)中，大部分企業(yè)的EPC項(xiàng)目有8%~15%的利潤空間可以提升。

1 BIM技術(shù)在EPC模式下的應(yīng)用

1.1 工程概算編制

項(xiàng)目投資控制貫穿于整個項(xiàng)目的實(shí)施過程中，項(xiàng)目策劃及設(shè)計(jì)階段對整個項(xiàng)目的投資影響最大。在前期的項(xiàng)目投標(biāo)、項(xiàng)目估算的階段，此階段時間工作量大且時間最緊張，需要各個專業(yè)協(xié)同配合得到總的投標(biāo)價格。由于各個專業(yè)的人員時間、精力、水平以及溝通不足的限制，大多時候根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算建設(shè)造價，造成成本估算粗略、誤差較大。尤其是建安的混凝土和鋼筋的使用量往往是根據(jù)設(shè)備重量乘以經(jīng)驗(yàn)系數(shù)的方式估算，這就造成用量估計(jì)過高，投標(biāo)報(bào)價過高。在“最低價中標(biāo)法”普遍應(yīng)用的大趨勢下，得到準(zhǔn)確的投標(biāo)價格顯得極為重要。

BIM技術(shù)有信息共享的特點(diǎn)，各個設(shè)計(jì)專業(yè)可將自己的報(bào)價信息輸入到同一個模型中，將項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的優(yōu)勢以及可行性直觀地展示出來，極大地增強(qiáng)了招投標(biāo)方案的可讀性。作為投標(biāo)人，通過模型的建立，將整個工程建設(shè)的三維模型直觀的展示出來，更容易得到建設(shè)單位的認(rèn)可。同時也可以根據(jù)模型更準(zhǔn)確估算各個專業(yè)的投資，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的總投資估算，這不僅僅包含原材料的使用，還包括資源調(diào)配、施工工序、人力成本等內(nèi)容?；诖耍梢詼?zhǔn)確采集到項(xiàng)目的整體施工費(fèi)用，并做出最為合理的報(bào)價。作為招標(biāo)人，通過建立BIM模型，根據(jù)以往的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)、歷史信息、當(dāng)前市場價格等，準(zhǔn)確地對工程量清單進(jìn)行編制，從而提高招標(biāo)控制價格的精度[2]。

1.2 工程設(shè)計(jì)

EPC模式下工程的建設(shè)需要多個專業(yè)協(xié)同配合，在設(shè)計(jì)經(jīng)理的統(tǒng)一調(diào)配下開展各自專業(yè)的設(shè)計(jì)工作，這就造成各個專業(yè)資料共享不及時，極容易發(fā)生干涉、碰撞等設(shè)計(jì)問題。在工程設(shè)計(jì)中，實(shí)際空間有限，可用空間先占先得，多個專業(yè)可能想利用同一位置進(jìn)行設(shè)計(jì)，而相關(guān)專業(yè)提資料，開會討論不能及時進(jìn)行，這就導(dǎo)致了設(shè)計(jì)干涉，部分專業(yè)需要修改原設(shè)計(jì)，造成返工的情況，造成人力資源浪費(fèi)，成本升高。

BIM技術(shù)在工程設(shè)計(jì)上廣泛應(yīng)用源于它的五大特點(diǎn)：可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性、可出圖性。BIM設(shè)計(jì)需要各個專業(yè)的設(shè)計(jì)師將工程需要收集的信息通過專用軟件進(jìn)行三維建模，將設(shè)計(jì)的二維圖輸入并內(nèi)嵌到模型中，所見即所得，將整個項(xiàng)目的各個細(xì)節(jié)直觀地顯示出來。在EPC模式下的工程項(xiàng)目，往往需要數(shù)個乃至數(shù)十個專業(yè)協(xié)同合作，所有專業(yè)的工程師在同一平臺進(jìn)行設(shè)計(jì)，可快速檢查干涉、碰撞問題。在設(shè)計(jì)過程中，可直接看到其他專業(yè)的設(shè)計(jì)方案，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時溝通，解決問題的時效性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于開會討論的方式，避免各領(lǐng)域、各專業(yè)、各單位由于溝通不暢引發(fā)施工問題。另外，還可將BIM技術(shù)與有限元分析結(jié)合起來，運(yùn)用有限元軟件對混凝土基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備在統(tǒng)一平臺下進(jìn)行單獨(dú)分析，直接找出設(shè)計(jì)不合理之處或者可優(yōu)化之處，從設(shè)計(jì)層面降低成本。運(yùn)用BIM技術(shù)還可以對整個工程進(jìn)行綜合分析，例如，廠房內(nèi)的通風(fēng)、溫度模擬，給各個專業(yè)提供綜合的設(shè)計(jì)參考。

1.3 施工進(jìn)度管理

工程項(xiàng)目的進(jìn)度管理關(guān)乎項(xiàng)目是否能如期完成，因此，把控好項(xiàng)目進(jìn)度是極為重要的。當(dāng)下，大多數(shù)施工計(jì)劃仍然使用傳統(tǒng)的Project軟件進(jìn)行編制，繪制橫道圖、網(wǎng)格圖進(jìn)行進(jìn)度控制。這些方法是使用文字和表格的方式將進(jìn)度計(jì)劃展示出來，不僅耗時長、效率低下、可讀性差，而且不能及時應(yīng)對施工現(xiàn)場隨時可能出現(xiàn)的變數(shù)。在整個工程項(xiàng)目實(shí)施過程中，可能要根據(jù)現(xiàn)場情況，要調(diào)整幾版乃至數(shù)十版計(jì)劃。這些傳統(tǒng)的計(jì)劃編制大多依靠經(jīng)驗(yàn)估算出施工時間，確定出各個工序之間的邏輯順序。在進(jìn)度控制方面不具有前瞻性，只能被動在問題發(fā)生后處理解決。且不能提前預(yù)測施工過程中的重難點(diǎn)問題，在現(xiàn)場實(shí)際施工過程中指導(dǎo)作用不強(qiáng)。

而利用BIM技術(shù)編制進(jìn)度計(jì)劃時，使用WBS軟件將施工任務(wù)進(jìn)行分解，將工作任務(wù)與工作結(jié)構(gòu)與建立的BIM模型相結(jié)合，再加上時間的維度，可形成4D的進(jìn)度計(jì)劃模型[3]。使用相關(guān)軟件可以較為準(zhǔn)確的模擬出施工過程，以時間驅(qū)動整個建設(shè)周期，將建設(shè)過程展示出來，在實(shí)際施工前就可以對整個施工過程進(jìn)行動態(tài)監(jiān)控，提前發(fā)現(xiàn)進(jìn)度偏差，并及時采取措施對其進(jìn)行糾正。及時發(fā)現(xiàn)資源調(diào)配不合理之處，并優(yōu)化施工方案，充分合理調(diào)用人力、機(jī)具等資源?？梢暬娜S模型更好地指導(dǎo)現(xiàn)場施工，保證總工期如期完成。

1.4 施工安全管理

近年來，我國的建筑行業(yè)蓬勃發(fā)展，建設(shè)規(guī)模與發(fā)展速度取得了舉世矚目的成就，對我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了巨大的推進(jìn)作用。與此同時，建筑工地上安全問題也越來越得到重視。建筑施工行業(yè)是我國五大高危行業(yè)之一，每年在施工過程中發(fā)生的事故層出不窮。隨著施工技術(shù)水平和施工管理水平的提升，建筑安全問題正在逐步得到改善。但是，墊資、壓價等行業(yè)內(nèi)不良競爭和不規(guī)范的市場主體行為直接導(dǎo)致施工單位削減安全投入。由此看來，施工安全管理仍舊有很大的提升空間。施工安全管理不僅關(guān)系到施工人員的人身安全，同時也關(guān)系到建設(shè)單位與施工單位的聲譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益，工程總承包模式下的施工安全管理對提高效益起到至關(guān)重要的作用。

利用BIM技術(shù)建立的三維模型平臺中包含了施工項(xiàng)目中所有的建筑信息，可直截了當(dāng)?shù)谋孀R出危險源及潛在危險源。根據(jù)施工過程的模擬，清晰地體現(xiàn)出建筑、機(jī)具的位置，預(yù)知安全隱患，提前采取相應(yīng)的解決措施，保障施工過程中的人員與財(cái)產(chǎn)安全。還可以將每個施工人員的信息錄入其中，在遇到緊急情況可馬上查找施工人員的個人信息，方便做出進(jìn)一步的處置。在傳統(tǒng)的安全培訓(xùn)和安全交底時，主要是由安全員、班組長對施工人員以文字和講述的方式進(jìn)行簡要說明，工人的接受程度不高，安全意識不強(qiáng)。如上所述，BIM技術(shù)具有可視化的特點(diǎn)，將建設(shè)項(xiàng)目的BIM模型導(dǎo)入到VR設(shè)備中，使用VR設(shè)備對施工人員進(jìn)行交底，置身其中，可以切身感知危險源的所在，遠(yuǎn)離危險源，保證自身安全[4]。

1.5 施工質(zhì)量控制

當(dāng)下，建筑工程項(xiàng)目的相對復(fù)雜，業(yè)主對工期要求也更為苛刻，多個分項(xiàng)工程會同時進(jìn)行施工作業(yè)，在項(xiàng)目緊張階段還可能三班連續(xù)作業(yè)，這對于總包方項(xiàng)目部保證施工質(zhì)量提出了更大的挑戰(zhàn)。因此，在施工的過程中，必須嚴(yán)格保證施工的質(zhì)量，最大限度減少、甚至杜絕返工的次數(shù)，防止出現(xiàn)多次重復(fù)性工作，提升施工效率，在保證工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，最大限度的縮減項(xiàng)目的總工期。當(dāng)前，EPC模式下的工程體量較大、涉及專業(yè)較多，其中包含的土建基礎(chǔ)、設(shè)備安裝、管道鋪設(shè)、電氣自動化調(diào)試內(nèi)容較多，在傳統(tǒng)施工模式下很難發(fā)現(xiàn)所有的干涉問題，這樣導(dǎo)致了返工問題，降低了施工效率。

利用BIM技術(shù)，在三維模型中對所有內(nèi)容進(jìn)行干涉檢查，查找設(shè)計(jì)階段未能及時發(fā)現(xiàn)的錯誤，提前發(fā)現(xiàn)、提前處理、提前解決，避免在施工過程中出現(xiàn)問題導(dǎo)致窩工。通過BIM三維模型，施工人員也可全面、直觀地理解本項(xiàng)目，對施工中可能存在的問題、缺陷提前預(yù)知，對施工中重難點(diǎn)理解更加充分，提前準(zhǔn)備對策，起到未雨綢繆的作用。在施工過程中，隨時根據(jù)模型發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)場實(shí)際不符之處，及時糾偏，確保施工符合設(shè)計(jì)要求。對各工序之間的銜接能夠提前組織，根據(jù)時間節(jié)點(diǎn)要求組織人員、機(jī)具，科學(xué)組織施工，最大限度地提升施工效率。

1.6 竣工結(jié)算

竣工結(jié)算時，工程造價文件的編制工作內(nèi)容較多，首先自查存檔的工程資料，對施工單位的結(jié)算資料進(jìn)行全面審查，對其真實(shí)性進(jìn)行檢查，判斷是否有效。EPC項(xiàng)目往往建設(shè)規(guī)模大、施工周期長，必然存在較多的設(shè)計(jì)變更、簽證、相關(guān)法律法規(guī)以及政策的要求，致使工程資料數(shù)量巨大，而且往往以紙質(zhì)版形式存檔，容易丟失、錯亂，翻找極其不便。結(jié)算時需要專門人員核算數(shù)據(jù)信息，不僅工作量較大，且容易出現(xiàn)紕漏，造價文件的準(zhǔn)確性無法保障。

BIM模式下的工程資料采用電子儲存的方式，從項(xiàng)目開始到竣工結(jié)束的所有信息都包含在三維模型當(dāng)中，保證了信息的安全性、完整性[5]。結(jié)算時，在前中期形成的三維模型將工程中發(fā)生的更改添加進(jìn)去，最終形成的BIM模型可以自動核算工程量，可較為準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出各種材料、工器具、機(jī)具、施工人員的使用量。

2 結(jié)束語

相對來說，BIM技術(shù)的應(yīng)用在我國起步較晚，局限于使用成本、使用場合和對BIM技術(shù)的認(rèn)知，導(dǎo)致BIM技術(shù)推廣使用并不普及。積極探索BIM技術(shù)在建設(shè)工程行業(yè)、在EPC模式下工程建設(shè)的應(yīng)用價值，順應(yīng)行業(yè)的發(fā)展趨勢，提升總承包方的管理水平和技術(shù)水平，嚴(yán)格把控項(xiàng)目實(shí)施過程中的各個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將BIM技術(shù)與現(xiàn)場實(shí)際施工有機(jī)結(jié)合起來，貫穿于整個項(xiàng)目的生命周期中，為實(shí)際工程建設(shè)提供新的動力和新的利潤增長點(diǎn)。