EPC模式下全过程BIM技术应用探讨*

文/中国建筑第四工程局有限公司 李祥进 令狐延 李松晏 张 明 周尚宪 廖 燕 李红梅

0 引言

BIM技术作为一种高效的管理工具，目前越来越多地应用到项目中，协助管理人员进行项目管理[1]。然而，传统的设计与施工分离的承发包模式并不能真正发挥BIM的巨大价值，EPC模式的出现为BIM技术的应用带来新契机，二者的结合将有广阔的发展空间，但目前相关实际工程应用缺乏、经验不足。因此，在分析EPC模式及BIM技术概述的基础上，以实际EPC项目为例探索全过程BIM技术应用，希望给后续类似项目提供参考。

1 国内EPC发展状况

1.1 概念

EPC是国际通用的工程总承包产业的总称，是工程总承包的一种模式，设计-采购-施工总承包（EPC：即Engineering设计、Procurement采购、Construction施工的组合）是指总承包单位受业主委托，按合同约定承担工程项目的设计、采购、施工、试运行服务等工作，并对承包工程的质量、安全、工期、造价全面负责。在EPC模式下，设计不仅承担具体设计任务还可能包括整个建设工程内容的总体策划，以及整个建设工程实施组织管理的策划和具体工作；采购专业设备及材料，而不局限于建筑材料设备的采购；除传统施工内容外，还包括安装、试运行及技术培训等内容。

1.2 模式特点

总承包商是项目主要责任方，综合考虑设计、采购、施工、试运行各阶段，使每个阶段深度融合、平行搭接，实现各阶段协同管理，业主方不会过多干涉项目具体管理工作，而是从项目总体及验收方面进行严格管控[2]。如图1所示，在设计阶段，采购和施工可提前介入，节约工期和成本，项目利润很大程度取决于采购和施工的介入时间及各阶段的协同程度。

图1 插入时间和各阶段的协同程度

1.3 EPC模式下应用BIM技术的必要性

1）EPC模式下总承包商需协调设计、采购、施工等阶段工作，虽属于内部横向之间的协调，但对EPC总承包商的综合管理能力要求高，若各阶段协调不到位，会影响整个项目的成败。BIM作为建筑全生命周期管理的有效工具，将直接作用于EPC的设计、采购、施工及试运行的全过程、全覆盖的总承包管理。

2）EPC模式下，项目的利润主要来源于采购、施工阶段的深度融合及提前搭接时间，很多EPC项目的失败正是由于各阶段搭接出现问题。BIM技术作为新型管理平台，其强大的信息共享能力、协同工作能力和专业任务处理能力可使EPC模式中原本点对总分散管理的状态得到有效整合，更好地实现采购、施工与设计阶段的协同、搭接。

1.4 EPC模式下BIM技术应用优势

1）EPC模式下，设计、施工、试运行属同一个承包商，有利于BIM平台的统一和协调，可保证各阶段信息的互通和共享，避免信息断层及不连续给BIM应用带来障碍。

2）EPC项目往往体量大、造价高、施工周期长，公司对该类项目投入大，项目一般会设置BIM管理部，统筹项目BIM技术应用，该模式下不必担心人员及资金问题。

3）BIM技术是先进的工程管理工具，但必须基于EPC模式下才能作用有效，管理才能发挥作用，二者是求同存、共进退的关系[3]。

2 EPC模式下各阶段BIM技术应用情况

全过程BIM管理是一项贯穿于项目各阶段、各参与方的系统性工程，各项BIM应用之间均存在信息交换和共享。每项BIM的应用不是一次性，而是循环往复的过程，与传统设计密切联系，BIM应用点的实施一般遵循如下迭代流程，如图2所示。

图2 应用点迭代流程

2.1 项目简介

某大学国际校区EPC项目位于广州市番禺区南村镇，项目分2期建设。本期工程面积28.36万m2，框架结构与框架-剪力墙结构，地上15层，地下均为1层，是广州市首个设计、施工、运维全过程BIM应用项目。

2.2 前期策划要点

在EPC模式下，施工方BIM团队需提前介入设计阶段BIM工作（含方案阶段）。在方案阶段，施工BIM团队与设计BIM团队根据方案信息建立模型，参与方案设计的可视化交流探讨，利用自身施工经验，为业主优化方案提供合理参考和判断依据；在设计阶段，施工方BIM团队与设计共同制定BIM规则，使设计阶段的BIM成果具有复用性和沿用性，有效衔接施工管理工作，同时施工BIM团队参与BIM协同设计，提出合理建议，规避传统错误，减少后期图纸变更；在施工阶段，施工BIM团队应以设计模型为基础，提前对接运维为关键，完整添加施工信息为重点，保证运维模型的可用性；在运维阶段，协助运维单位根据运营维护系统进行建筑及设备空间定位和数据记录，合理制定运营、管理、维护计划，降低运营过程中的突发事件发生概率，实现智能、绿色运营管理[4]。全过程BIM应用流程如图3所示。

2.3 设计阶段

1）BIM正向设计 BIM技术为项目建设搭建协同、高效的设计平台，通过BIM技术的参数化设计、协同设计和深化设计等应用，提升设计效率，减少设计变更，并节约设计成本[5]，如图4所示。

图3 全过程BIM应用流程

图4 正向设计模型

2）定位提资 设计阶段结合装修图进行设备终端定位、管线预埋、消火栓套管定位建模，并输出SU模型，提资至施工单位，方便现场施工。相较于二维图纸，三维模型大大提高了现场人员工作效率及施工质量。

3）幕墙大样协同设计 基于业主要求，各专业分包采用BIM设计（机电、幕墙、钢结构、内装等），如幕墙设计分包采用Revit对宿舍楼群楼正侧进行建模，并出具相应的三维图、施工图、门窗表、材料表，利用模型进行工程量估算、招标，提前介入招标工作。

2.4 施工阶段

施工阶段除三维场布、可视化交底、机电管线综合排布、施工方案模拟、技术管理、虚拟漫游、砌体排砖、二次砌体洞口预留、节点深化等常规应用外，还探索如下新的应用。

2.4.1 基于BIM技术的施工进度重量管理法

项目在决战60d的冲刺计划中采用基于BIM技术的施工进度管理法，其基本原理是将各专业、各单位每天的进度完成总重量在某一规定时间点统计清楚，并利用BIM技术转换成重量，精确到千克，与对应的每日计划总重量对比，以实现进度的精确计量和奖罚兑现，达到进度精细化管理的目的。BIM技术可发挥的作用为：实体三维建模、提供工作体积、换算工作重量。

本项目将各材料重量采取简化的处理方式，假定一些工程量的密度，或以代表性的工程重量取代其实际重量，核心是精确计量，相同部件的转换标准统一即可，如表1所示。

在以表1为假定密度的基础上，编制以重量参数为标准的进度计划。将各专业分包单位每日按规定的时间节点向总包单位上报每日进度完成情况，利用BIM技术将其转换为重量，并与最初编制的计划工作重量进行对比，以确定奖惩措施，对比情况如表2所示。

借助BIM技术将每日的工程量进行对比，对各项施工的日计划、周计划进行记录，以周进行奖惩，项目按重量管理法进行项目精细化管理，目前项目第一批交付的D、T区进度与预计的进度偏差由原先的1周缩短到现在的2d，相信运用重量进度管理法D、T区一定能在合同规定的时间内完美、优质交付。

表1 各构部件及周转材料假定密度

表2 D、T地块外电基础实际对比（单位：kg）

2.4.2 BIM+RFID技术

目前国内对装配式的研究主要集中在技术方面，对构件从设计到吊装甚至后期的运维等管理方面的研究还不是很多，本项目装配建筑达15万m2，占总建筑面积的30%，预制构件总量达7284件，数量庞大，安装区域交叉，管理难度大；加上预制构件的进度状态控制是项目装配式建造顺利实施的影响因素之一，因此，项目在应用BIM的基础上引入RFID技术以实现预制构件的智慧化管控。

BIM模型与RFID芯片信息相关联是该应用的关键技术之一。为此将项目C、E区的装配式BIM模型按照构件厂的深化图纸进行拆分，得到与工厂构件数量一致的拆分模型；为能够明显辨别出构件状态，制定构件状态特征表。在BIM平台中将模型中构件唯一的GUID提取出来，写进RFID芯片中，实现模型构件与RFID芯片相关联。

通过外置的扫码枪将实际构件信息及状态写进RFID芯片中，实现外部构件与RFID芯片相关联，最后通过RFID芯片将整个信息流串联起来，在预制构件BIM信息中心库进行展示。RFID信息管理平台实时更新扫码枪识别和写入信息，BIM平台与RFID信息管理平台通过云端服务器交互信息，除实现构件各阶段信息管理外，还可实现预制构件设计、生产、运输、储存、吊装各阶段状态的三维展现及构件信息的可追溯性（见图5）。

图5 预制构件状态三维可视化

2.4.3 基于BIM5D平台的质量安全管理

项目采用BIM5D平台对当前传统的质量、安全管理流程进行改造，改造后的流程可长时间留存管理痕迹，同时极大提升管理人员工作效率，提高质量、安全的整改回复率。

传统流程：发现问题→拍照片发送微信群打电话联系责任人→责任人整改→未整改发整改单→问题复查，验收合格，开会总结；BIM5D流程：发现问题→拍照上传平台指定责任人→责任人整改回复→网页端打印整改单→问题复查，合格关闭问题，数据留存，开会总结。

BIM模式下，质量、安全管控主要是利用5D平台的质量（安全）管理模块，配合手机端、PC端进行质量(安全)管控，涉及人员主要为质量（安全）员、质量（安全）主管、各地块栋号长、生产经理、各分包质量（安全）员、各班组带班，由于班组带班流动性大、软件掌握度低等原因，将各角色在5D中承担的责任进行简化。项目采用BIM5D进行质量（安全）管控的具体做法如下。

1）质量（安全）巡查员发现问题后上传，并指定相应的责任单位、整改单位（班组）、整改人、整改期限。

2）当有整改任务时，手机端会提醒相应责任人进行整改，整改人将整改后的照片在整改期限内上传平台，超出期限，平台会记录并提醒责任人。

3）整改人上传整改后的照片后，总包质量（安全）巡查员进行审核，审核通过后进行问题闭合；审核不通过需重新进行整改，直至问题闭合。

4）PC端负责进行质量（安全）巡查员问题上传情况、各单位问题整改情况，并对质量（安全）问题类型、质量（安全）问题分区情况等进行分析，找出主要原因，以便采取措施进行质量、安全管控，PC端还可批量生成质量（安全）问题整改单，生成问题分区布置图（见图6），PC端大数据筛选结果还用于质量（安全）人员履职考核、分包（班组带班）考核、后续质量（安全）改进方向等的参考。

图6 质量（安全）问题分布

2.5 运维阶段

根据运维需求，施工总包将BIM运维模型按照空间类型、楼层类型、机电设备类型、资产类型等多维度进行划分与分类，以保证后期运维阶段可快速、便捷、有效查找相关资料，对竣工交付的BIM模型进行轻量化处理，解除对专业软件的依赖，为后续与其他数据进行平台整合进行准备。一般而言，在运营维护阶段，BIM可有如下应用：维护计划，资产管理，空间管理与分析，防灾计划与灾害应急模拟，按照运营单位需要进行选择。

3 不足及改进方向

3.1 不足

1）EPC总承包模式主要分3种：①设计院承揽业务，施工分包；②施工单位承揽业务，设计分包；③设计、施工组成联合体承揽业务。案例项目是以设计为主导的联合体EPC全过程BIM应用，设计、施工为不同单位，再加上设计单位邀请的BIM咨询单位，本项目有3种不同的BIM管理平台，加大了各方工作量。

2）本项目全过程BIM服务合同是与设计院单独签订，理应以设计院为主导负责全过程BIM服务事宜，包括设计、施工、运维各阶段事宜，而施工、运维阶段BIM工作又涉及各单位之间的协调配合，由于费用问题导致后续工作出现推诿、不配合情况。

3）复合型人才缺失 全过程BIM应用对人才要求较高，需懂设计、施工、后期运维的人员，BIM管理人员既要专又要全[6]；

4）全过程BIM应用理解不深刻 全过程BIM应用绝不是将传统各阶段BIM应用拼接起来，而是各阶段统一、协调，工作提前策划、穿插，为项目部的招采、施工穿插提供服务。

3.2 改进

1）提前规划BIM管理平台 在项目投标阶段依据EPC总承包类型进行BIM管理平台统一规划，保证参建各部门（设计、施工、监理、运维单位）工作通过BIM协同平台连接起来，形成互相连接、互动的信息系统，能在BIM平台上进行合同、进度、质量、安全的管理。

2）责权利划分明确 在设计、施工组成联合体EPC总承包模式下提前进行BIM工作职责与合同界面的划分及费用分割，只有工作范围清晰、资金分明才能保证后期工作的质量，在设计院承揽业务、施工分包和施工单位承揽业务、设计分包的情形下建议分别由设计院和施工单位主导进行BIM工作，但要注意人员配置问题。

3）重视内部人员培养 能胜任工作的人员是基础，企业应加强投入，先从企业内部选拔、培养，这样员工的忠诚度较高，也可从外部招聘有经验的人员。