BIM 技术在石油天然气工程建设中的应用

李超华

(中石化中原油建工程有限公司，河南 濮阳 457001)

0 引言

石油天然气工业生产设施具有高温高压、易燃易爆的特点，而且涉及到很多大型设备，管道布设十分紧密，对于焊接质量有着极高要求，各道工序之间均存在着深度交叉，从而加大了施工现场组织协调的难度。为了能够在规定期限内安全、高质量地完成工程建设任务，必须要充分应用好BIM 技术，促使现场管理水平以及交叉作业效率得到有效提升，尽量减少成本投入、合理缩短工期。当前，BIM 技术在石油天然气工业工程建设中的应用愈加普遍，由于此类工程非常复杂且建设规模大，所需资金量大，一旦在工程建设全生命周期内出现并发生组织和协调上的风险，势必会给石油天然气工业上下游企业带来极大损失，因此研究BIM 技术在工程建设中的应用显得尤为重要。

1 BIM 技术概述

BIM 中文翻译为建筑信息模型，作为一种数据化工具，主要是从资源、行为、交付三个维度，按照工程实施标准针对性搭建参数模型，确保工程策划、运行、维护阶段实现信息的互联互通，为施工单位提供明确的方法指导、实践内容，使之高效应对建设时遇到的各类问题。BIM 技术并非是将数字信息单一地集成起来，更重要的是将数字信息应用在设计、建造、管理等环节，打造数字化集成式管理环境，促使工程建设的整体效率得到进一步提升，有效规避风险，缩短工程建设周期。

BIM 技术的特点集中体现在下列四点：第一，可视化。从石油天然气工业的视角而言，可视化发挥的效能非常之大，比如在拿到施工图纸之后，依托BIM技术将线条式构建转化为三维立体的展示图，突出了构件之间的互动性、反馈性，而且还支持报表生成，为工程的设计、建设、运营过程中的讨论与决策提供可视化依据[1]；第二，协调性。任何工程在投入建设期间，都需要施工单位、业主、设计单位相互之间默契配合，做好相关协调工作，在遇到问题后及时组织相关人员召开会议，一同寻找问题根源、探索解决办法、采取补救措施。石油化工工程的设计阶段，受到各专业设计人员沟通不足的影响，时常导致专业之间发生碰撞，而BIM 则是有效处理此问题的技术，在工程建设初始阶段提前协调各专业的碰撞问题，然后总结归纳协调数据，为工程建设提供优质的协调服务。第三，模拟性。BIM 技术模拟性不仅体现在对建筑物模型的模拟设计，还能够将无法在真实世界操作的事物模拟出来，比如设计阶段的节能、紧急疏散等模拟实验，施工阶段用于指导施工方案编制的施工组织模式以及3D模型造价控制，在工程投入运营后，还可以模拟地震逃生、消防人员疏散等各类可能出现的紧急情况。第四，可出图性。BIM 技术与常规的工程设计图纸、构件加工图纸存在一定差异，主要是通过对工程的可视化展示、协调、模拟之后，为业主提供综合管线图、综合结构留洞图以及碰撞检查侦错报告等，这样就能事先消除相关错误，针对性地优化工程建设方案，为实现工程经济效益最大化奠定基础。

2 BIM 技术在石油天然气工程建设中的应用价值

2.1 推动精细化管理

在石油天然气工业工程建设过程中，积极引入BIM 技术，用于支持数字化模型的搭建，有助于让业务数据产生、储存、使用、再储存的过程形成完整闭环，这样不仅可以简化管理链条，同时也能促使石油化工工程数据的准确性得到显著提升，让有限数据得到最大化利用。另外，工程不同利益相关方均可以依托此BIM 模型展开信息沟通以及信息传递，让业主、监理、设计、施工、运营、供货商/ 服务商等之间的合作更加高效，将标准化设计、工厂化预制、模块化施工、机械化作业、信息化管理(数字化交付)这“五化”与大型物流运输、绿色环境友好型技术应用、自动化和装配化产业链紧密贯通起来，真正实现风险共担、成果共享、绿色环保，打造集成数字的工程设计模式、现代产业模式[2]。以BIM 模型为核心，将多样化信息技术集成在一起，能够将管理举措渗透到石油天然气工业工程建设的安全、质量、进度、成本、信息、环保等各个方面，持续提升工程管理的精细化水平。

2.2 实现智慧建设

BIM 技术在石油天然气工业工程的各个环节均具有显著的应用效能，能够进一步提升工程设计能力、技术能力。就设计阶段而言，利用BIM 技术进行模块化设计，然后展开碰撞检查，将各个模块、专业之间存在的潜在问题提前排除掉，防止后续发生工程变更，避免产生不必要的费用投入。进入到工程准备阶段，BIM 技术可用于模拟现场布置、实际施工、大型吊装等重要方面，提前进行地下地上任何方向上的360°可视化进度计划的展现，以模拟结果为依据多维度分析各阶段计划的合理性、可行性，以虚拟设计为主要方式，对石油天然气工业工程建设全过程进行全方位预测，通过强有力的事前控制，加强工程建设的可控性。

2.3 实现精细化运营

从石油天然气工业工程的角度来说，相比于设计阶段、建设阶段，运维阶段的价值会更高，依托已经搭建完成的BIM 模型，将工程设计与建设阶段产生的各种数据录入到模型中，比如设计、制造、供应商、生产参数、功能特性等数据，接着将这些数据转化为资产信息，这样就可以对工程实现一体化管理，为资本性支出的科学决策提供参考依据[3]。此外，BIM 技术还可以用于智能化分析各阶段、部位在运营维护阶段的数据，以便于生产管理者及时捕捉到故障问题或者风险隐患，从而针对性地编制生产设施维护检修方案，将生产消耗、经营成本控制到最低限度，实现精细化运营，使企业的核心竞争力得到稳步提升，在激烈的市场竞争中得以生存和发展。

3 BIM 技术在石油天然气工程建设中的应用实践

在组织石油天然气工业工程建设的过程中，积极引入BIM 技术，有助于对工程建设流程加以细化，更合理地控制工程进度和工程造价，促使工程管理的实效性得到显著提升。BIM 技术的应用是石油天然气工业工程建设发展的必然选择，而如何将技术应用效能最大程度发挥出来，则是工程建设人员需要认真思考的课题。

3.1 营造良好数字生态

BIM 技术是一种数据化工具，利用参数模型将工程相关信息充分整合在一起，为工程的设计、建设、运行、维护提供强有力的数据支撑。为了让工程技术人员可以高效推进石油化工工程的建设进程，从设计开始就必须要尽快建立数字生态。部分设计和施工技术人员并没有深刻认识到数字生态的重要性，因此在技术应用过程中一直缺少统一的标准，导致数据准确性不足，没能尽力将BIM 技术的作用和价值发挥出来[4]。基于此，必须要率先明确具体的数据化标准，以国家BIM 标准体系为依据，根据自身实际情况建立BIM 应用的技术标准，明确主要应用软件，形成BIM技术应用的政策，严格按照标准对工程一切数据加以控制。在工程正式启动之前，从石油化工项目的可行性研究开始，就将勘察资料、设计资料以及同类工程资料等储存在数据库中。在此基础上结合石油天然气工业工程的基本特点，对工程建设所涉及的工作进行分解，建立精准模型，把虚拟场景导入到模型中，实现增强现实的效果。另外，还需要对数据库中的项目资料、其他案例展开对比分析，以便于及时捕捉到潜在风险隐患，整理风险因素清单，使BIM 模型更加完善。如此一来就能优化BIM 技术的应用成效，用BIM 技术提升工程的精细化管控水平和风险管理效率，彻底消除信息孤岛现象，减少失误，营造良好的数字生态。

3.2 深化设计生产装置

在石油天然气工业工程建设期间，设计工程师通常仅提供与本专业相关的依据、资料和图纸等，这也导致各专业之间协调性不足，互相“干涉”问题层出不穷，后期带来诸多设计变更，无形中增加了建设工程投入。为此，在进行工程深化设计时，需要认真审阅图纸，将不容易发现的设计盲点、关键点精准提炼出来，以便于为施工方案编制提供参考依据。以钢结构设计为例，设计工程师可以依托先进的钢结构设计软件如Tekla 等进行建模、设计，然后逐一对专业实施碰撞检查，包括管道、设备、电气仪表等，针对检查未达标的专业应现场安排专业人员着手校对，通过这一模拟现场施工的过程，及时捕捉到设计中存在的各类问题，切实保障工程设计的可视性、协调性、优化性，有效降低出错率[5]。再如，石油天然气工业工程设备主要包括换热器、再生器、压缩机、塔器，利用BIM 技术搭建三维立体化模型，并且将附属管道参数、电气仪表参数准确录入到模型内，在三维模拟安装过程中准确找出质量控制的关键点，后续只需要加强关键点控制，与土建、管道、设备、电气仪表等专业进行关联，就能实现石油化工工程的动态化设计，进一步加快机电专业设计的速度并为现场实施工程可视化管控打下基础。

3.3 管控工程建设进度

在传统模式的石油天然气工业工程建设管理中，由于工程实施阶段人、机、料、法、环、金均为现实的实物、实景，协调和协同性要求很高，加之信息传递不及时、沟通不畅，使得设计和施工经常出现脱节、碰撞甚至遗漏而产生变更、补充等状况，而BIM 技术的应用则能有效解决这一问题，通过搭建一体化平台，事前对设计问题展开审核。具体到实践中，首先由石油天然气工业企业根据工程特点，向设计单位详细说明工程的工艺情况、提供工程资料，由设计单位围绕工程实际情况建立三维模型；其次，待模型建设完毕之后，逐项逐专业地计算工程的总工程量，最后依据工程定额、进度要求，精心编制工程建设的进度计划、确定施工节点，并且将进度计划纳入到三维模型中，以便于现场总负责人动态化地管理现有资源，统筹施工进度，以可视化方法对施工现场进行布置和管理[6]。以BIM 模型为载体，对施工组织、施工环境提前进行模拟，有助于及时找出施工阶段潜在问题，进而针对性地编制应急处置策略、灵活调整施工方案，将施工中方案变更的概率、变更影响范围控制到最小，确保工程进度计划目标顺利达成。

3.4 加强工程质量控制

BIM 技术在石油天然气工业工程建设中的应用，能够起到强化质量控制、提升管理水平的作用，使工程每一道工序、各个专业均符合质量标准。应用BIM技术实施石油天然气工业工程质量管理需要按照如下步骤进行：首先，重新梳理工艺流程，并确定各个流程的技术操作规范、质量标准；其次，是依据质量管理标准搭建BIM 模型；最后，将工程所涉及材料的类型、型号、数量以及构件规格等信息汇总到模型中[7]。完成上述工作之后，现场管理人员只需要根据BIM平台中的信息，动态化监管工程建设质量即可，及时掌握施工技术质量，一旦发现偏差便要尽快采取纠正措施，以此来为工程建设质量保驾护航。

例如，在钢结构垫铁质量控制方面，由于垫铁主要安装在结构底座、混凝土层之间，用于调整钢结构标高、水平度，为二次灌浆预留充足的操作空间。因此，施工方必须高度重视钢结构垫铁安装的质量控制，利用BIM 技术模拟施工内容、施工环境，建立三维立体化信息模型，然后依据模拟成像科学布置垫铁施工，找准施工质量控制的关键点，并面向施工人员认真做好三维可视化技术的交底工作。相比于常规技术，三维可视化技术交底能够将施工过程直观清晰地呈现出来，便于施工人员了解施工技术难点、重点，把质量隐患消除在萌芽状态，提高工程管理及质量控制的有效性。再如，在钢结构焊接质量控制方面，关键点在于搭建钢结构节点焊接的三维模型，详细标准焊缝尺寸、焊接顺序、注意事项，以及焊缝的余高、宽度、棱角度、均匀性，将石油天然气工业工程钢结构焊接施工的全过程可视化展示出来，确保施工人员准确掌握每一个焊接细节，这样就能大大提升信息传递的效率，使施工人员牢固树立质量控制意识。

3.5 科学管控建设风险

石油天然气工业工程建设除了工期长、投资大之外，所涉及的技术也比较复杂，且各个专业之间存在密切联系，这也意味着工程建设阶段会存在诸多不确定因素、风险隐患。这其中部分隐患是显性的，是能够在施工中被提前预测到的，因此能够提前采取规避措施。但是也有个别风险是突发性的，不具备可预测性，这就需要利用BIM 技术来解决，也是此次研究的重点[8]。应用BIM 技术对工程建设进行风险评估，需要在工程建设的初始阶段，由技术人员依托BIM 模型全方位检测设计方案的碰撞问题，将问题分析放置在施工推进的首要位置，以此来为施工风险评估提供科学依据，目的在于避免施工过程中因多专业碰撞问题延误施工进度、诱发变更风险，让现场所有工程建设人员主动参与到工程建设风险的控制中，打造本质安全、“五化”引领的建设模式，为石油化工业的研、建、管一体化从而得到长效可持续发展提供保障。重视广泛采集工程数据资料，并对这部分资料展开系统性分析，以概率统计为指导思想，将风险发生概率以及可能造成损失科学计算出来，通过量化风险的方式，为现场风险管理提供数据支撑，保证每一项决策的科学合理性[9]。将风险发生概率、损失量等因素纳入考虑范畴，这样就能得出风险度，后续管理人员只需要按照由大及小的顺序对石油天然气工业工程建设中的风险因素进行排列即可，从而确定工程的总体风险系数。以风险为导向针对性制定风险应对策略，努力将风险损失控制到最小或者将风险转化。

4 结语

综上所述，在石油天然气工业工程建设过程中，积极引入先进的BIM 技术，用于支持工程建设的决策(可行性研究)、设计、施工、运维等阶段的管理及决策，能够规避或者降低风险事件的发生概率，同时还可以引领工程利益相关方协同合作，依托BIM 模型实现工程数据信息的互联互通，加强预控减少纠纷。在技术应用中，需要通过营造良好数字生态、深化设计生产装置、管控工程建设进度、加强工程质量控制、科学管控建设风险等策略，将BIM 技术的应用效能最大程度发挥出来。条件允许的情况下，石油天然气工业工程相关企业可以嵌入估算软件、算法程序，这样能够让工程的风险管理精准度更高。下一步对于绿色环保方面的信息也要加入模型中，更好地体现工程建设对环境友好的影响与要求。