BIM和VDC技术在港口工程EPC项目投标中的应用

陈哲淮，陈良志，钱原铭

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，以下简称BIM）技术是一种应用于工程设计建造与运维的数字化工具，是以工程项目的各项相关信息数据为基础建立的参数化模型，并在项目的全生命周期中实现信息共享与传递，通过数字信息仿真模拟建筑物所具有的真实信息[1]。国家和地方政府也是大力推广和发展BIM技术，并将BIM技术作为我国信息化发展的重要措施和手段。住建部于2015年6月发布的《关于印发推进建筑信息模型应用指导意见的通知》指出，到2020年末，对于国有资金投资为主的大中型建筑的勘察设计、施工、运维中，集成应用BIM的项目比率达到90%；交通运输部“十三五”科技规划也将BIM技术列为重点工作之一。

虚拟设计与施工（VirtualDesignandConstruction，以下简称VDC）概念最早由斯坦福大学综合设施与工程中心（CIFE）于2001年提出。该技术主要是利用多门学科综合设计建设项目的集成化信息技术模型，通过计算机环境中实现项目的3D可视化设计与虚拟建造的全过程。在这个虚拟建造的过程中，实现工程项目的设计—施工—运维的业务目标[2-3]。

目前港口工程EPC项目投标中存在设计方案描述不准确、施工组织编制混乱、工程算量和报价不合理等问题，针对这些投标阶段中存在的问题，通过BIM模型的三维可视化特点以及参数化模型和工程算量技术，完善投标阶段的方案展示和描述，并通过轻量化BIM+VR技术在标书中整体展示项目方案，之后基于BIM模型，结合VDC技术在虚拟环境中完成项目的虚拟建造，在这个过程中完善施工方案和工程造价的优化，丰富标书内容，增加标书的质量，提高中标率[4-6]。

1 BIM和VDC技术在投标中的研究

1.1 项目简介

本工程拟建2个5万吨级多用途泊位（水工结构按10万吨级设计）和2个2 983 kW（4 000马力）拖轮工作船泊位（兼靠3 000吨级集装箱驳船，水工结构按5万吨级设计）。陆域总面积46.05万m2，陆域东西向纵深为450 m，南北向长度约1180 m，主要布置集装箱堆场、件杂货与矿建材料堆场以及道路、机修场地、港内外停车场、生产生活辅助设施等，如图1所示。

图1 本项目整体BIM模型Fig.1 The overall BIM model of the project

此外，该项目要求承包人实现以业主为核心，各参建单位协同工作的BIM管理模式。完成制定项目BIM整体规划；组织管理项目BIM整体工作和互联网云端协同配合；建立BIM模型，同时提供甄错及过程中优化服务；制定施工阶段的BIM技术标准和实施导则；协助验收最终竣工模型，并对模型进行整合，为后续建筑施工提供支持；为项目全程提供BIM技术支持和管理培训，对项目整体运行过程中引导和推动分包方及各参建单位实施和应用BIM技术。

1.2 总体目标

通过BIM和VDC技术的应用，解决港口工程EPC项目投标中存在设计方案描述不准确、施工组织编制混乱、工程算量和报价不合理等问题，实现项目投标的数字化管理、提升投标文件的品质、提高中标率，并为项目中标之后的BIM工作打下基础，也为以后类似的港口工程EPC项目投标积累BIM和VDC技术经验。

1.3 主要内容

实施内容主要包括以下几部分：根据招标单位提供的初步设计图纸建立BIM设计模型、由BIM模型审查项目中的设计难点和技术难题、基于VDC的施工组织方案编制和工程算量、成本核算等。

1）建立初设BIM模型：根据招标单位提供的初步设计图纸建立工程范围内各专业设计BIM模型，并基于模型分析初步设计方案，提出施工图设计思路和方向。

2）根据BIM模型审查项目中的设计难点和技术难题：BIM技术的可视化特点方便各专业人员审查项目中的设计难点和技术难点，提前进行EPC项目的施工图深化设计和优化，预判项目的实施风险。

3）基于VDC的施工组织方案编写和工程算量：基于初设的BIM模型，项目团队根据项目特点和招标单位工期要求，制定施工方案和进度计划，结合VDC技术在Vico office软件中实现虚拟建造，过程中实现BIM模型的工程算量以及人、机、料等资源的添加，按照造价计算需要将造价项与构件工程量进行关联。输入单价自动生成成本，从而实现项目的成本管理。

4）由BIM技术完成施工总体部署三维模型：包括主要机械设备、堆场、加工场、临时道路、临时供水供电、临时排水排污设施等的布局，做到主要施工阶段总平面布置的齐全合理。

5）最后将初步设计方案的BIM模型进行渲染，作为技术标书成果的一部分在标书中进行汇总和展示。

2 研究成果和实施效果

2.1 初设BIM模型构建与应用

1）各专业模型

在投标过程中，按照招标单位的初步设计方案图纸构建各专业BIM模型，包括水工结构、港池航道开挖、护岸、装卸工艺以及道路堆场等分专业模型，然后将各专业模型进行整合，形成投标项目的模型总装，实现了整个初步设计方案的三维可视化。根据初设方案的BIM模型，讨论施工图设计优化方向和深化设计思路。

2）模型应用

通过各专业BIM模型，投标阶段通过开展整合检查、工程量核对等应用，为消除项目的设计风险，提高投标质量起到了关键作用。同时发现招标单位初步设计方案中不合理以及设计错误的地方，向招标单位提出投标澄清。如图2所示，通过BIM模型发现初步设计中胸墙管沟与系船柱位置冲突，需要在施工图设计进行修正。

图2 初步设计水工结构模型局部Fig.2 Partial port structional model of preliminary design

3）轻量化VR项目展示

投标阶段也采用了手机端轻量化BIM技术应用，将项目的整体模型进行处理，形成云端轻量化VR模型，并制作二维码，通过扫描二维码的方式直接手机端查看项目三维模型。将项目的二维码作为一种新的技术手段和成果放入标书文件，方便招标单位通过手机端审查模型细节和设计意图，增加了技术标书的科技含量。

2.2 根据BIM模型审查项目中的设计难点

基于初步设计的BIM模型，可以直观地审视项目中的设计难点和技术难题。如本项目码头南侧衔接段采用沉箱封堵，南侧端部距远期规划码头前沿线79 m，封头方式为沿码头前沿线方向布设大沉箱1件，沉箱尺度同主体沉箱结构。垂直码头前沿线方向布设小沉箱4件，单件沉箱重约600 t。南护岸延伸至小沉箱处，护岸结构挡浪墙与小沉箱胸墙相接，护岸衔接段抛石体采用1∶1.5的坡度放坡至预留大沉箱后沿，护面块体仍采用12 t扭王字块。这个区域内结构的衔接及坡度变化非常复杂，见图3，通常的二维设计和文字语言难以表达设计意图，因此通过BIM模型可以方便地找出项目中的设计和技术难题。

图3 本项目南侧封头段设计方案Fig.3 South head design of the project

2.3 基于VDC的施工组织方案编写和工程算量

本项目工程规模大，复杂程度高，而港口施工又是一个高度动态的管理过程，通过VDC技术可以将初步设计的BIM模型信息与施工计划的时间信息整合在一个可视化4D模型中，通过对整个项目虚拟建造的过程进行管理和控制，优化项目投标过程的施工组织、资源和费用控制[7-8]。

施工进度计划利用P6进行编排，将计划中的WBS和作业与3D模型构件属性名称进行一一匹配，导出后利用Vico Office将BIM与施工进度计划相链接对设计意图进行VDC虚拟推演，对施工流程进行仿真，提高施工风险可预测性。

例如本项目中码头工程与护岸工程的施工搭接问题，只有完成码头与南护岸衔接段的沉箱安装后，才能开始护岸工程的施工。通过VDC的虚拟建造过程，可以清晰地反映总体计划是否合理，科学地进行施工部署和场地布置，优化施工资源配置。

另外，在Vico office项目管理软件中可通过添加函数等方式自动计算工程量，且造价项与构件进行关联。通过加载工程量单价与人、机、料资源，制定项目成本目标计划。配合项目的施工进度计划，可以准确生成项目的现金流表，编制资金使用计划，进而精细化测算项目成本。通过上述VDC过程之后，施工组织设计的编制将更加合理有效。

2.4 施工总体部署三维模型

投标阶段利用三维临建软件对施工临建场地和设施进行快速建模，确定预制场、办公室、场地道路、临水临电、堆场等主要设施的布置，通过模型实现临建工程量的快速提取，采用可视化交底直观向招标单位展示最优的临建方案和布置。

2.5 技术标组标

在本次投标的技术标组标过程中，将BIM和VDC技术的应用作为成果一部分加入标书中，丰富了标书的内容和表达方式，尤其是轻量化VR模型二维码的应用，通过手机扫描就能直接观看项目的立体化展示，直观地表达对招标项目的理解，可以增加评标专家的认可度，提高项目的中标率。

3 收获与体会

项目投标中BIM和VDC技术应用的收获与体会如下：

1）投标阶段BIM和VDC技术应用的投入较大，但如果有约20%的中标率，一个项目的回报率大于全部的项目投入。

2）BIM和VDC技术具有更好的技术方案展现、风险预测能力、施工组织更加合理、精细化工程量计算以及成本测算等优势，因此提高了项目的中标率，本项目就顺利中标。

3）如果项目是单价合同，投标阶段结合BIM和VDC技术以及运用不平衡报价策略，中标之后将获得更好的结算收益。

4 结语

通过投标过程中对BIM和VDC技术的应用和研究，可以看到该技术在港口工程EPC项目投标中的先进性及优越性。通过BIM三维模型的可视化展示，解决项目投标中设计方案描述不准确问题；通过VDC技术的应用解决了施工组织编制混乱、工程算量和报价不合理等问题，实现项目投标的数字化管理，提升投标文件的品质，提高中标率，为港口工程数字化投标提供数据基础，为后续港口工程EPC项目投标积累BIM和VDC技术经验。