BIM技术在工业EPC项目上的应用研究

胡亚东，杨超，刘涛，孙利波

1 引言

BIM指的是建筑物信息化模型（Building Information Model），以工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，通过数字信息仿真技术，模拟机电设备、各种管道和建筑物设施实体的功能特性。通过BIM管理技术和平台，业主、设计、供货、建设、安装等各参与方可创建、管理和共享设计、采购、物流、施工安装以及运营等项目全生命周期的数据、过程和资源，数字化设计、建造和管理工程建设，可大幅度提高工程建设质量和效率，减少风险。

3D模型是信息的载体，4D、5D、6D是BIM技术在项目全生命周期的应用。4D是3D+进度管理，5D是4D+费用管理，6D是生产运营和维护。工业EPC项目的全生命周期包括市场前期、设计、采购、物流、施工、调试和投产运营等阶段，BIM技术在全过程的系统应用将大幅提高项目的管理水平和效率，提高盈利水平。

随着工程总承包市场的发展，业务竞争越来越激烈，项目的利润空间越来越小，传统二维设计，工艺、建筑、结构、电气等各个专业缺乏实时有效的协同，采购、物流、施工等管理粗放，效率低，资源浪费严重。工程总承包企业迫切需要采用BIM技术手段来提升其项目的管理水平。

2 BIM技术工程应用研究现状

国外BIM技术起步较早，美国自2003年起，实行国家级BIM 3D-4D计划，2007年规定所有重要项目都要用BIM进行空间规划；韩国于2016年前实现BIM在全部公共工程的应用；英国建立了系统的BIM标准体系，并明确要求2016年前企业实现BIM 3D的全面协同。在新加坡和欧盟BIM技术也都有广泛应用。

国内BIM技术起步较晚，但发展迅速。近年来，国家和地方政府相继出台有关政策，大力推行BIM技术，众多企事业单位和高等院校纷纷开展BIM技术的应用研究。赵彬将4D虚拟建造技术应用在进度管理中，并与传统进度管理进行比较，论证4D技术的优越性[1]。谢佳乐等分析了BIM虚拟施工技术的应用价值和现状[2]。在工程应用方面，学者们的研究集中体现在对项目管理模式、项目目标以及对项目全生命过程的管理方面。利用BIM技术开展的信息集成化管理，为建筑业的企业管理带来了新的思路和方法，改变了施工企业的传统管理模式，实现了建筑企业集约化管理。潘怡冰认为，大型项目群利用信息集成管理可提高组织效率，而信息集成管理的核心是BIM，运用BIM可以构建项目产品、全寿命过程和管理组织的大型项目群管理信息模型[3]；张昆从接口集成和系统集成两大方面，对BIM软件的集成方案进行了初步的研究[4]。

因此，如何结合BIM技术对工程进行指导，提高工程总承包项目精细化管理水平，实现项目信息的集成化，推进建筑业向技术密集型转型是BIM技术的发展方向。

3 基于BIM技术的EPC项目管理方法

针对工业EPC项目建设特点，应用BIM 3D～6D可视化三维模型技术，实现模型与图纸、进度、费用、质量、人机资源、文档等信息的关联，建立基于BIM技术的工程管理方法；通过自主开发的BIM综合管理平台，高效协同设计、施工、采购、物流、设备制造、业主等各个方面，实现工程建设全过程的精细化管理，提高项目的盈利水平。

BIM在工业EPC项目全生命周期管理的系统应用将充分发挥BIM技术的价值，BIM技术覆盖了市场投标、设计、采购、设备制造、物流、现场施工、设备调试、生产运营维护等过程。市场投标阶段采用BIM技术，建立项目投标的3D初始模型，可视化展示投标方案，基于投标模型自动计算工作量；施工图设计阶段，各专业协同设计，完成项目施工图模型，采购、物流、设备制造等过程信息实时反馈；运用BIM 4D、BIM 5D技术，对工程建设过程进行进度、费用、质量等精细化管理；工厂建成后，建立与工厂控制系统的数据接口，实现生产运营维护的信息化管理（6D）。

3.1 三维正向协同设计

工业EPC项目在投标阶段即开始采用BIM技术，设计阶段采用BIM技术三维正向协同设计，能体现出设计的高效率和高质量的特点，高质量的BIM模型是4D、5D、6D技术应用的基础。

图1 三维正向协同设计

正向协同设计基于同一个模型文件协同工作，如图1所示。工艺、结构、建筑、电气、水暖等各专业同时开展工作，相较于传统专业间互提图纸资料的串行工作模式优势明显，将缩短设计周期，提高设计效率。

在项目的全生命周期过程中施行正向协同设计优点更加突出，如图2所示。X轴表示工程项目的执行过程，从前期到投产运营，Y轴表示工作的影响力；曲线2表示设计变更对项目成本的影响，越是项目执行后期出现的变更，对成本的影响越大；曲线3表示传统二维设计，曲线4表示正向协同设计，曲线波峰表示设计高峰期。由此可见，相较于传统二维设计，正向协同设计的工作高峰期大幅提前，而变更多是在设计高峰期产生，所以正向协同因设计变更所致的项目成本增加较传统二维设计要小得多。

图2 正向协同设计优势对比曲线

正向协同三维设计，专业间沟通更加顺畅，利用BIM软件的辅助检查功能，可以快速准确地解决错漏碰缺问题，提高设计质量；所有施工图纸和工程量均由模型生成，相互关联，模型变，图纸和工程量随之改变，设计质量高，方案修改效率高；基于可视化的3D模型环境，可以更好地进行方案优化，节省工程量，降低项目成本。

在协同设计中，公司采用Autodesk系列软件统一管理数据，对全部设计数据进行系统跟踪，可以制定工程设计团队进行数据模型的创建、仿真和文档编制的流程；可以利用软件修订管理功能，管理设计数据，快速找到和重新使用设计数据，更加轻松地管理设计信息；可以可靠地实现设计模型的统一归档存储，记录模型变更情况、变更原因和历史版本，方便查找和问题追责。

3.2 工程建设过程管理

采用轻量化模型技术实现模型与工程管理业务数据的关联，实现基于BIM的工程项目4D、5D管理，从而使得BIM技术从3D向4D、5D等更高维度发展，逐步优化工程项目进度、成本、质量等。

BIM 4D技术指基于3D模型进行项目的进度管理。设计完成3D模型、进行轻量化处理后，通过自主开发的BIM平台软件进行进度管理，施工WBS分级与模型相互关联，如图3所示。技术人员结合项目的具体情况，基于此WBS，可以编制更加精细的进度计划和资源配置。完成进度计划和资源配置后，软件可以进行整个项目施工过程的3D模拟，检查施工组织计划是否合理。项目执行过程中，技术人员可以通过平台实时反馈项目的进度信息、人机资源信息和质量信息等，通过计划进度与实际进度的对比反映项目的进度状态，对有拖期可能的任务提前预警，实现进度管理功能。BIM 4D的数据流程如图4所示。

BIM 5D技术指基于三维模型进行费用管理。4D模型中的WBS任务分级可自动计算工程量和成本，模型、进度和费用关联；结合项目合同的具体情况，配置费控指标，模型与预算、费控关联对应，实现成本控制。技术人员通过平台实时反馈建设过程中发生的费用信息，实现费控、设计与实际发生成本之间的精细化管理。

3.3 设备管理

工业EPC项目中设备管理包括设备请购、设备采购、设备制造、装箱发运、现场移交、现场库存、设备安装、调试运营等过程。BIM平台运用扫码、物联网等技术，实现对设备全过程的系统跟踪和控制。

BIM平台可配置设备管理的细度，进行设备相关进度和质量计划的编制；项目执行过程中，通过扫码，实时反馈设备的进度信息、质量信息、成本信息等。计划与实际对比，实现对设备进度、成本和质量的控制。

3.4 生产运维管理

BIM 6D技术即生产运维管理，是对EPC项目BIM模型的功能延伸。基于信息完备的BIM模型，BIM平台软件可以提取生产运维所需要的设备信息数据库、备件信息数据库等。通过自主开发的数据接口，接入工厂智能化监测系统的运行数据，运行数据与平台数据库实时对比，可以监控机电设备的运行状态，对异常情况实时预警。

基于工厂BIM竣工模型的可视化环境和数据信息，实时显示生产线和机电设备的运行数据和状态，为工厂生产的信息化管理提供展示平台和基础数据库。

4 结语

图3 4D模型示意图

本文根据公司BIM技术的研发成果，分析了BIM技术应用于工业EPC项目管理的方法。BIM技术应用于市场投标，将提升企业市场竞争力；正

向协同设计会提高设计效率和质量，大幅减少错漏碰缺，优化设计，降低项目成本；4D 5D技术的应用，实现对工程项目进度、费用、质量的精细化管理，提高项目管控水平；6D技术的应用是BIM价值的延伸，为工厂智能化管理提供可视化平台和数据支撑。

BIM技术在EPC项目全生命周期管理中应用价值很高，但它的实施对公司的人员配置和硬件配置要求都高，一次性投入大，这也是许多公司应用BIM技术经常遇到的问题。

图4 BIM 4D数据流