BIM在冶金EPC總承包工程中的應(yīng)用

李 賀 唐佳潤(rùn) 張衛(wèi)華 崔乾民

北京首鋼國(guó)際工程技術(shù)有限公司 北京 100043

0 引言

改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)冶金行業(yè)得到了蓬勃發(fā)展，其工藝流程日益完善，但由于冶金行業(yè)前期規(guī)劃缺乏經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致鋼鐵廠(chǎng)的建設(shè)生產(chǎn)極其的不合理。隨著我國(guó)社會(huì)不斷的進(jìn)步發(fā)展，人們對(duì)美好生活追求不斷的提高，對(duì)冶金行業(yè)提出了更高的要求，我國(guó)出臺(tái)了鋼企退城搬遷、建立碳交易平臺(tái)等一系列措施規(guī)范和發(fā)展我國(guó)冶金企業(yè)的建設(shè)。目前，我國(guó)冶金EPC總承包模式尚不成熟，在工程建設(shè)中仍存在費(fèi)時(shí)費(fèi)工、成本投入高、進(jìn)度延遲、建設(shè)工程質(zhì)量差且組織管理冗雜粗放等問(wèn)題。

BIM技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展將給冶金EPC總承包工程建設(shè)帶來(lái)革命性的變化，從設(shè)計(jì)、采購(gòu)到施工，再到工程管理，BIM技術(shù)將在一定程度上改變我國(guó)冶金EPC總承包工程建設(shè)中的現(xiàn)狀，使我國(guó)的冶金工程建設(shè)更加高效、合理。

1 相關(guān)理論及概念介紹

1.1 BIM簡(jiǎn)介

BIM（Building Information Modeling）是對(duì)三維實(shí)體建立信息模型。目前，將BIM技術(shù)引入到工程建設(shè)當(dāng)中，比較成熟的定義是由美國(guó)BIM標(biāo)準(zhǔn)NBIMS V2給出的，BIM是物理特性和功能特性在數(shù)字化技術(shù)上的體現(xiàn)，且具有項(xiàng)目建設(shè)從設(shè)計(jì)開(kāi)始到產(chǎn)品生產(chǎn)運(yùn)行全壽命階段所有的相關(guān)信息[1]。從美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)NBIMS V2對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)中BIM技術(shù)的定義可以看出，在工程建設(shè)項(xiàng)目的全壽命階段，各個(gè)項(xiàng)目參與方均可在BIM平臺(tái)對(duì)項(xiàng)目中的三維實(shí)體建立、修改、更新和插入信息，最終建立起滿(mǎn)足項(xiàng)目工程建設(shè)的信息產(chǎn)品。當(dāng)前我國(guó)主流的BIM軟件有 Autodesk Revit、Bentley、Intergraph，BIM技術(shù)主要包括可視化技術(shù)、碰撞檢測(cè)技術(shù)、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(xiàng)目工程建設(shè)帶來(lái)極大的方便。

1.2 EPC冶金工程建設(shè)模式

目前我國(guó)的冶金建設(shè)模式普遍采用EPC總承包。EPC總承包是指受業(yè)主委托，按照合同約定對(duì)工程建設(shè)項(xiàng)目的勘察、設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工、試運(yùn)行等實(shí)行全過(guò)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(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中的多個(gè)階段、多維度地結(jié)合起來(lái)，進(jìn)行縱向和橫向的管理，從而提高工程建設(shè)組織管理水平，保證工程建設(shè)質(zhì)量和減少成本投入。以往的冶金工程建設(shè)模式設(shè)計(jì)部門(mén)和施工部門(mén)經(jīng)常因?yàn)閳D紙變更或施工問(wèn)題而相互推卸責(zé)任，導(dǎo)致延誤工期、成本增加、建設(shè)工程質(zhì)量無(wú)法保證。EPC總承包模式將項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)參與方的利益捆綁在一起，從而避免相互推卸責(zé)任的現(xiàn)象，使工程建設(shè)質(zhì)量得到了保障。近幾年，我國(guó)的EPC總承包模式越來(lái)越完善、越來(lái)越成熟，使我國(guó)的工程技術(shù)在國(guó)際市場(chǎng)更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。

2 冶金EPC總承包在工程建設(shè)中的弊端

2.1 EPC總承包設(shè)計(jì)階段

目前冶金設(shè)計(jì)行業(yè)，其設(shè)計(jì)工藝流程已相對(duì)完善，其工業(yè)設(shè)備也基本沒(méi)有太多的改動(dòng)。在工程建設(shè)中，其設(shè)計(jì)的工藝流程和設(shè)備都沒(méi)有太多的變動(dòng)，許多設(shè)計(jì)的工程大同小異。在工藝和設(shè)備均已相對(duì)成熟的情況下，傳統(tǒng)的二維圖紙?jiān)趥鬟f信息的過(guò)程中信息丟失和偏差的弊端尤為突出。

1）設(shè)計(jì)行業(yè)培養(yǎng)接班人成本高、時(shí)間長(zhǎng) 在設(shè)計(jì)行業(yè)新人剛接觸復(fù)雜二維的設(shè)計(jì)圖紙，頭腦中基本很難想象出產(chǎn)品的幾何外形，導(dǎo)致新人無(wú)法詳細(xì)了解某項(xiàng)工藝流程或設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造。于是不得不安排新人去現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)，這樣會(huì)增加公司培養(yǎng)新人的成本。

2）設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)品的信息丟失和偏差嚴(yán)重 在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)出現(xiàn)信息丟失，尤其在設(shè)計(jì)較高精度和較復(fù)雜的構(gòu)件時(shí)，且有些復(fù)雜產(chǎn)品信息很難在二維圖紙中體現(xiàn)。另外在設(shè)計(jì)行業(yè)往往會(huì)有許多的輔助專(zhuān)業(yè)，主工藝專(zhuān)業(yè)會(huì)對(duì)輔助專(zhuān)業(yè)進(jìn)行綜合會(huì)簽，這對(duì)主工藝人員的綜合素質(zhì)要求較高。在綜合各個(gè)專(zhuān)業(yè)的信息中，面對(duì)如此復(fù)雜的信息時(shí)，即使再優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員，也難免會(huì)有疏漏。

3）設(shè)計(jì)審核流程復(fù)雜 當(dāng)前設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)的施工圖紙需要經(jīng)過(guò)經(jīng)驗(yàn)豐富的設(shè)計(jì)人員層層審核，才能將其應(yīng)用到施工現(xiàn)場(chǎng)。該圖紙審核模式在面對(duì)工程量很大的工程時(shí)，審核人員的任務(wù)量會(huì)加大，易出現(xiàn)失誤導(dǎo)致延誤施工進(jìn)度，不僅使施工圖紙質(zhì)量無(wú)法得到保障，而且對(duì)設(shè)計(jì)資源造成浪費(fèi)，顯然已不適應(yīng)現(xiàn)在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。

2.2 EPC總承包采購(gòu)階段

在EPC總承包模式下，采購(gòu)由承包方按業(yè)主方的合同規(guī)定進(jìn)行招標(biāo)和評(píng)標(biāo)。采購(gòu)是整個(gè)工程建設(shè)投資占比最大的一部分，也是保證整個(gè)建設(shè)工程質(zhì)量的基礎(chǔ)，只有材料和設(shè)備質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)的性能要求，整個(gè)建設(shè)工程才能安全高效的穩(wěn)定運(yùn)行。目前的采購(gòu)模式相較傳統(tǒng)的模式信息化程度有一定的提高，招標(biāo)采用電子招標(biāo)方式，但改變的只是評(píng)標(biāo)形式，具體的操作與傳統(tǒng)的操作并沒(méi)有實(shí)質(zhì)性的改變[3]。當(dāng)前的采購(gòu)模式依然存在招標(biāo)過(guò)程不透明、設(shè)備材料采購(gòu)質(zhì)量不達(dá)標(biāo)和數(shù)量不對(duì)應(yīng)的問(wèn)題。

1）大型項(xiàng)目工程量的復(fù)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(jì)算的準(zhǔn)確性，時(shí)常有漏項(xiàng)的情況發(fā)生，這對(duì)建設(shè)方的進(jìn)度和成本控制極為不利。

2）激烈的競(jìng)爭(zhēng)市場(chǎng) 在冶金工程建設(shè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈的情況下，總承包方為了降低技術(shù)成本而弱化技術(shù)的精確性和準(zhǔn)確性，對(duì)相關(guān)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行改動(dòng)，使建設(shè)工程的質(zhì)量無(wú)法得到保證；同時(shí)，設(shè)備廠(chǎng)家為了節(jié)約成本偷工減料、以次充好[4]。上述情況的出現(xiàn)，使采購(gòu)設(shè)備材料的質(zhì)量大打折扣，建設(shè)工程的質(zhì)量也就無(wú)法保證。

2.3 EPC總承包施工階段

我國(guó)的建筑施工仍處于初期階段，現(xiàn)場(chǎng)管理水平差，技術(shù)施工人員素質(zhì)良莠不齊，施工設(shè)施和施工方法落后。由于以上原因?qū)е挛覈?guó)的施工建設(shè)進(jìn)度緩慢，成本投入高、施工質(zhì)量差，施工人員的安全得不到保障。據(jù)國(guó)家建筑部統(tǒng)計(jì)，我國(guó)建筑工程在2010年～2016年平均安全事故傷亡人數(shù)高達(dá)677人，高處墜落事故255起，物體坍塌、打擊、機(jī)械傷害事故共161起[5]。為了讓我國(guó)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(xiàn)狀的方法。

1）施工人員素質(zhì)差 在施工企業(yè)，大部分施工人員都是農(nóng)民工，沒(méi)有受到過(guò)高等教育，基本都是技術(shù)人員用二維圖指導(dǎo)施工，農(nóng)民工很難理解抽象復(fù)雜的信息，難免導(dǎo)致施工出現(xiàn)差錯(cuò)。返工使增加成本、進(jìn)度延誤，嚴(yán)重的話(huà)可能會(huì)對(duì)施工人員生命造成威脅。

2）施工設(shè)施、施工方法落后 我國(guó)的施工設(shè)備相較發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定差距，導(dǎo)致生產(chǎn)力下降，費(fèi)時(shí)費(fèi)工。目前我國(guó)的施工設(shè)備機(jī)械自動(dòng)化較低、種類(lèi)單一，面對(duì)工期緊張的情況略顯吃力，對(duì)施工企業(yè)參與激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)極為不利。施工現(xiàn)場(chǎng)往往復(fù)雜多變，很多改造過(guò)程都是在老建筑的基礎(chǔ)上進(jìn)行建設(shè)，施工難度大，極易與以前的建筑或設(shè)備發(fā)生碰撞，這就要求施工隊(duì)伍有很豐富的施工經(jīng)驗(yàn)和施工方法。

2.4 EPC總承包組織管理

目前我國(guó)EPC總承包僅在形式上將設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工整合在一起，受市場(chǎng)準(zhǔn)入制度的影響，和對(duì)企業(yè)資質(zhì)的嚴(yán)格要求，導(dǎo)致建設(shè)工程的各個(gè)參與方處于明存實(shí)離的狀態(tài)，實(shí)際應(yīng)用中EPC總承包模式仍然存在一系列的問(wèn)題，如合同管理復(fù)雜、組織協(xié)調(diào)困難、責(zé)任劃分不明確、產(chǎn)品信息更新不同步等。出現(xiàn)上述情況的原因，一方面是政府部門(mén)對(duì)工程市場(chǎng)的嚴(yán)格管控，無(wú)法在實(shí)質(zhì)上使項(xiàng)目的各個(gè)參與方成為利益共同體；另一方面是建設(shè)工程的全流程過(guò)程中沒(méi)有搭建在線(xiàn)實(shí)時(shí)信息管理平臺(tái)，各參與方信息孤立，無(wú)法使工程質(zhì)量得到保障。

3 BIM在冶金EPC總承包建設(shè)上的應(yīng)用

3.1 BIM在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

BIM的三維可視化模型及其附加的功能特性替代傳統(tǒng)的二維平面圖形，可讓設(shè)計(jì)新人在學(xué)習(xí)的過(guò)程中對(duì)產(chǎn)品的尺寸外形觀察更加直觀，對(duì)產(chǎn)品的功能特性了解全面具體，從而可以更快速地掌握本專(zhuān)業(yè)的基礎(chǔ)知識(shí)；設(shè)計(jì)人員在BIM技術(shù)的加持下在面對(duì)復(fù)雜精密的構(gòu)件和設(shè)備時(shí)，可在三維模型中簡(jiǎn)單清晰表達(dá)產(chǎn)品中的設(shè)計(jì)要點(diǎn)和難點(diǎn)，擺脫了傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)中復(fù)雜的設(shè)計(jì)流程，避免了因設(shè)計(jì)人員素質(zhì)差異導(dǎo)致信息傳遞過(guò)程中產(chǎn)生遺漏和偏差；BIM技術(shù)的可視化技術(shù)、碰撞檢測(cè)技術(shù)可以減輕審核人員的工作量，避免許多不必要的失誤，讓優(yōu)秀的設(shè)計(jì)人員可以將更多的精力投入到產(chǎn)品優(yōu)化和開(kāi)發(fā)上。

3.2 BIM在采購(gòu)階段的應(yīng)用

BIM的附加功能特性可代替復(fù)雜的工程量清單和設(shè)備技術(shù)附件?？偝邪鼏挝豢苫贐IM模型建立設(shè)備采購(gòu)合同和設(shè)備技術(shù)附件，BIM模型的可視化及其附加功能特性讓抽象復(fù)雜的工程量和技術(shù)要求更加形象化、簡(jiǎn)單化。在以BIM模型為基礎(chǔ)的采購(gòu)流程中，不僅保證了設(shè)備材料的精確性，而且信息在傳遞過(guò)程中不易產(chǎn)生偏差和失真?？杀ＷC最終工程量清單的準(zhǔn)確性，避免因?yàn)槁╉?xiàng)耽誤工程進(jìn)度；同時(shí)還可以避免在采購(gòu)流程中，承包方和設(shè)備廠(chǎng)家為了節(jié)約成本出現(xiàn)弱化技術(shù)參數(shù)、偷工減料等問(wèn)題。

3.3 BIM在施工階段的應(yīng)用

利用BIM可視化技術(shù)，將施工過(guò)程以動(dòng)畫(huà)的形式展現(xiàn)給施工人員?？蓪?fù)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(zhuān)業(yè)素質(zhì)產(chǎn)生信息丟失、偏差等問(wèn)題。BIM結(jié)合GIS技術(shù)可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行3D模擬，則施工人員即可在施工準(zhǔn)備階段合理地規(guī)劃施工材料的擺放周轉(zhuǎn)，對(duì)施工器械的行進(jìn)路線(xiàn)及施工過(guò)程進(jìn)行模擬，最終確定最佳的施工方案和施工方法；同時(shí)研發(fā)人員可在3D模型中開(kāi)發(fā)高效的施工設(shè)備。BIM技術(shù)在施工中的應(yīng)用不僅彌補(bǔ)了我國(guó)施工隊(duì)伍專(zhuān)業(yè)素質(zhì)良莠不齊的弊端，且讓施工過(guò)程可以更加高效有序地進(jìn)行。

3.4 BIM在組織管理的應(yīng)用

BIM技術(shù)能夠?qū)⑿畔⒓伞⒋鎯?chǔ)在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)上，參與項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)參與方均可在這個(gè)平臺(tái)上建立、修改及分享平臺(tái)里面的信息，建立起一條集設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工為一體的信息鏈。項(xiàng)目的各個(gè)參與方在處理建設(shè)問(wèn)題時(shí)均可參與討論，避免了因?yàn)樾畔⒉顚?dǎo)致的一系列問(wèn)題，減少了投資成本，使工程組織管理更加高效。

4 總結(jié)

BIM技術(shù)的推廣應(yīng)用使我國(guó)的工程建設(shè)數(shù)字化進(jìn)入一個(gè)全新的階段，使我國(guó)的EPC總承包模式更加成熟完善。目前BIM技術(shù)的應(yīng)用推廣最大阻力就是初期成本投入太高，企業(yè)在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的市場(chǎng)中對(duì)研發(fā)投入越來(lái)越少?？珙I(lǐng)域合作將是工程技術(shù)企業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，將具有高端人才的現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)與工程技術(shù)企業(yè)結(jié)合在一起，才能使我國(guó)的工程建設(shè)擺脫困境，走向未來(lái)。