BIM在冶金EPC总承包工程中的应用

李 贺 唐佳润 张卫华 崔乾民

北京首钢国际工程技术有限公司 北京 100043

0 引言

改革开放以来，我国冶金行业得到了蓬勃发展，其工艺流程日益完善，但由于冶金行业前期规划缺乏经验，导致钢铁厂的建设生产极其的不合理。随着我国社会不断的进步发展，人们对美好生活追求不断的提高，对冶金行业提出了更高的要求，我国出台了钢企退城搬迁、建立碳交易平台等一系列措施规范和发展我国冶金企业的建设。目前，我国冶金EPC总承包模式尚不成熟，在工程建设中仍存在费时费工、成本投入高、进度延迟、建设工程质量差且组织管理冗杂粗放等问题。

BIM技术的应用发展将给冶金EPC总承包工程建设带来革命性的变化，从设计、采购到施工，再到工程管理，BIM技术将在一定程度上改变我国冶金EPC总承包工程建设中的现状，使我国的冶金工程建设更加高效、合理。

1 相关理论及概念介绍

1.1 BIM简介

BIM（Building Information Modeling）是对三维实体建立信息模型。目前，将BIM技术引入到工程建设当中，比较成熟的定义是由美国BIM标准NBIMS V2给出的，BIM是物理特性和功能特性在数字化技术上的体现，且具有项目建设从设计开始到产品生产运行全寿命阶段所有的相关信息[1]。从美国标准NBIMS V2对于项目建设中BIM技术的定义可以看出，在工程建设项目的全寿命阶段，各个项目参与方均可在BIM平台对项目中的三维实体建立、修改、更新和插入信息，最终建立起满足项目工程建设的信息产品。当前我国主流的BIM软件有 Autodesk Revit、Bentley、Intergraph，BIM技术主要包括可视化技术、碰撞检测技术、GIS。BIM中的三维可视化图形及其附加的功能属性，相较二维图纸及其信息清单，更加清晰直观、便捷高效，给项目工程建设带来极大的方便。

1.2 EPC冶金工程建设模式

目前我国的冶金建设模式普遍采用EPC总承包。EPC总承包是指受业主委托，按照合同约定对工程建设项目的勘察、设计、采购、施工、试运行等实行全过程或若干阶段的承包[2]。EPC总承包是一种高度集成化的管理模式，其将项目建设过程中的多个阶段、多维度地结合起来，进行纵向和横向的管理，从而提高工程建设组织管理水平，保证工程建设质量和减少成本投入。以往的冶金工程建设模式设计部门和施工部门经常因为图纸变更或施工问题而相互推卸责任，导致延误工期、成本增加、建设工程质量无法保证。EPC总承包模式将项目建设的各个参与方的利益捆绑在一起，从而避免相互推卸责任的现象，使工程建设质量得到了保障。近几年，我国的EPC总承包模式越来越完善、越来越成熟，使我国的工程技术在国际市场更加具有竞争力。

2 冶金EPC总承包在工程建设中的弊端

2.1 EPC总承包设计阶段

目前冶金设计行业，其设计工艺流程已相对完善，其工业设备也基本没有太多的改动。在工程建设中，其设计的工艺流程和设备都没有太多的变动，许多设计的工程大同小异。在工艺和设备均已相对成熟的情况下，传统的二维图纸在传递信息的过程中信息丢失和偏差的弊端尤为突出。

1）设计行业培养接班人成本高、时间长 在设计行业新人刚接触复杂二维的设计图纸，头脑中基本很难想象出产品的几何外形，导致新人无法详细了解某项工艺流程或设备内部构造。于是不得不安排新人去现场学习，这样会增加公司培养新人的成本。

2）设计过程中产品的信息丢失和偏差严重 在设计过程中难免会出现信息丢失，尤其在设计较高精度和较复杂的构件时，且有些复杂产品信息很难在二维图纸中体现。另外在设计行业往往会有许多的辅助专业，主工艺专业会对辅助专业进行综合会签，这对主工艺人员的综合素质要求较高。在综合各个专业的信息中，面对如此复杂的信息时，即使再优秀的设计人员，也难免会有疏漏。

3）设计审核流程复杂 当前设计师设计的施工图纸需要经过经验丰富的设计人员层层审核，才能将其应用到施工现场。该图纸审核模式在面对工程量很大的工程时，审核人员的任务量会加大，易出现失误导致延误施工进度，不仅使施工图纸质量无法得到保障，而且对设计资源造成浪费，显然已不适应现在激烈的市场竞争。

2.2 EPC总承包采购阶段

在EPC总承包模式下，采购由承包方按业主方的合同规定进行招标和评标。采购是整个工程建设投资占比最大的一部分，也是保证整个建设工程质量的基础，只有材料和设备质量达到设计的性能要求，整个建设工程才能安全高效的稳定运行。目前的采购模式相较传统的模式信息化程度有一定的提高，招标采用电子招标方式，但改变的只是评标形式，具体的操作与传统的操作并没有实质性的改变[3]。当前的采购模式依然存在招标过程不透明、设备材料采购质量不达标和数量不对应的问题。

1）大型项目工程量的复杂性 EPC模式下，即使承包方采用了软件算量也很难保证工程量计算的准确性，时常有漏项的情况发生，这对建设方的进度和成本控制极为不利。

2）激烈的竞争市场 在冶金工程建设竞争越来越激烈的情况下，总承包方为了降低技术成本而弱化技术的精确性和准确性，对相关技术参数进行改动，使建设工程的质量无法得到保证；同时，设备厂家为了节约成本偷工减料、以次充好[4]。上述情况的出现，使采购设备材料的质量大打折扣，建设工程的质量也就无法保证。

2.3 EPC总承包施工阶段

我国的建筑施工仍处于初期阶段，现场管理水平差，技术施工人员素质良莠不齐，施工设施和施工方法落后。由于以上原因导致我国的施工建设进度缓慢，成本投入高、施工质量差，施工人员的安全得不到保障。据国家建筑部统计，我国建筑工程在2010年～2016年平均安全事故伤亡人数高达677人，高处坠落事故255起，物体坍塌、打击、机械伤害事故共161起[5]。为了让我国的建筑施工水平更加完善成熟，急需探寻出一种可以改变目前施工现状的方法。

1）施工人员素质差 在施工企业，大部分施工人员都是农民工，没有受到过高等教育，基本都是技术人员用二维图指导施工，农民工很难理解抽象复杂的信息，难免导致施工出现差错。返工使增加成本、进度延误，严重的话可能会对施工人员生命造成威胁。

2）施工设施、施工方法落后 我国的施工设备相较发达国家还有一定差距，导致生产力下降，费时费工。目前我国的施工设备机械自动化较低、种类单一，面对工期紧张的情况略显吃力，对施工企业参与激烈的市场竞争极为不利。施工现场往往复杂多变，很多改造过程都是在老建筑的基础上进行建设，施工难度大，极易与以前的建筑或设备发生碰撞，这就要求施工队伍有很丰富的施工经验和施工方法。

2.4 EPC总承包组织管理

目前我国EPC总承包仅在形式上将设计、采购、施工整合在一起，受市场准入制度的影响，和对企业资质的严格要求，导致建设工程的各个参与方处于明存实离的状态，实际应用中EPC总承包模式仍然存在一系列的问题，如合同管理复杂、组织协调困难、责任划分不明确、产品信息更新不同步等。出现上述情况的原因，一方面是政府部门对工程市场的严格管控，无法在实质上使项目的各个参与方成为利益共同体；另一方面是建设工程的全流程过程中没有搭建在线实时信息管理平台，各参与方信息孤立，无法使工程质量得到保障。

3 BIM在冶金EPC总承包建设上的应用

3.1 BIM在设计阶段的应用

BIM的三维可视化模型及其附加的功能特性替代传统的二维平面图形，可让设计新人在学习的过程中对产品的尺寸外形观察更加直观，对产品的功能特性了解全面具体，从而可以更快速地掌握本专业的基础知识；设计人员在BIM技术的加持下在面对复杂精密的构件和设备时，可在三维模型中简单清晰表达产品中的设计要点和难点，摆脱了传统二维设计中复杂的设计流程，避免了因设计人员素质差异导致信息传递过程中产生遗漏和偏差；BIM技术的可视化技术、碰撞检测技术可以减轻审核人员的工作量，避免许多不必要的失误，让优秀的设计人员可以将更多的精力投入到产品优化和开发上。

3.2 BIM在采购阶段的应用

BIM的附加功能特性可代替复杂的工程量清单和设备技术附件。总承包单位可基于BIM模型建立设备采购合同和设备技术附件，BIM模型的可视化及其附加功能特性让抽象复杂的工程量和技术要求更加形象化、简单化。在以BIM模型为基础的采购流程中，不仅保证了设备材料的精确性，而且信息在传递过程中不易产生偏差和失真。可保证最终工程量清单的准确性，避免因为漏项耽误工程进度；同时还可以避免在采购流程中，承包方和设备厂家为了节约成本出现弱化技术参数、偷工减料等问题。

3.3 BIM在施工阶段的应用

利用BIM可视化技术，将施工过程以动画的形式展现给施工人员。可将复杂的信息更加直观形象地传递给施工人员，避免了因工人专业素质产生信息丢失、偏差等问题。BIM结合GIS技术可对施工现场进行3D模拟，则施工人员即可在施工准备阶段合理地规划施工材料的摆放周转，对施工器械的行进路线及施工过程进行模拟，最终确定最佳的施工方案和施工方法；同时研发人员可在3D模型中开发高效的施工设备。BIM技术在施工中的应用不仅弥补了我国施工队伍专业素质良莠不齐的弊端，且让施工过程可以更加高效有序地进行。

3.4 BIM在组织管理的应用

BIM技术能够将信息集成、存储在一个网络共享平台上，参与项目建设的各个参与方均可在这个平台上建立、修改及分享平台里面的信息，建立起一条集设计、采购、施工为一体的信息链。项目的各个参与方在处理建设问题时均可参与讨论，避免了因为信息差导致的一系列问题，减少了投资成本，使工程组织管理更加高效。

4 总结

BIM技术的推广应用使我国的工程建设数字化进入一个全新的阶段，使我国的EPC总承包模式更加成熟完善。目前BIM技术的应用推广最大阻力就是初期成本投入太高，企业在竞争日益激烈的市场中对研发投入越来越少。跨领域合作将是工程技术企业未来的发展方向，将具有高端人才的现代互联网企业与工程技术企业结合在一起，才能使我国的工程建设摆脱困境，走向未来。