文/中國建筑第四工程局有限公司 李祥進 令狐延 李松晏 張 明 周尚憲 廖 燕 李紅梅

0 引言

BIM技術(shù)作為一種高效的管理工具，目前越來越多地應(yīng)用到項目中，協(xié)助管理人員進行項目管理[1]。然而，傳統(tǒng)的設(shè)計與施工分離的承發(fā)包模式并不能真正發(fā)揮BIM的巨大價值，EPC模式的出現(xiàn)為BIM技術(shù)的應(yīng)用帶來新契機，二者的結(jié)合將有廣闊的發(fā)展空間，但目前相關(guān)實際工程應(yīng)用缺乏、經(jīng)驗不足。因此，在分析EPC模式及BIM技術(shù)概述的基礎(chǔ)上，以實際EPC項目為例探索全過程BIM技術(shù)應(yīng)用，希望給后續(xù)類似項目提供參考。

1 國內(nèi)EPC發(fā)展?fàn)顩r

1.1 概念

EPC是國際通用的工程總承包產(chǎn)業(yè)的總稱，是工程總承包的一種模式，設(shè)計-采購-施工總承包（EPC：即Engineering設(shè)計、Procurement采購、Construction施工的組合）是指總承包單位受業(yè)主委托，按合同約定承擔(dān)工程項目的設(shè)計、采購、施工、試運行服務(wù)等工作，并對承包工程的質(zhì)量、安全、工期、造價全面負責(zé)。在EPC模式下，設(shè)計不僅承擔(dān)具體設(shè)計任務(wù)還可能包括整個建設(shè)工程內(nèi)容的總體策劃，以及整個建設(shè)工程實施組織管理的策劃和具體工作；采購專業(yè)設(shè)備及材料，而不局限于建筑材料設(shè)備的采購；除傳統(tǒng)施工內(nèi)容外，還包括安裝、試運行及技術(shù)培訓(xùn)等內(nèi)容。

1.2 模式特點

總承包商是項目主要責(zé)任方，綜合考慮設(shè)計、采購、施工、試運行各階段，使每個階段深度融合、平行搭接，實現(xiàn)各階段協(xié)同管理，業(yè)主方不會過多干涉項目具體管理工作，而是從項目總體及驗收方面進行嚴格管控[2]。如圖1所示，在設(shè)計階段，采購和施工可提前介入，節(jié)約工期和成本，項目利潤很大程度取決于采購和施工的介入時間及各階段的協(xié)同程度。

圖1 插入時間和各階段的協(xié)同程度

1.3 EPC模式下應(yīng)用BIM技術(shù)的必要性

1）EPC模式下總承包商需協(xié)調(diào)設(shè)計、采購、施工等階段工作，雖屬于內(nèi)部橫向之間的協(xié)調(diào)，但對EPC總承包商的綜合管理能力要求高，若各階段協(xié)調(diào)不到位，會影響整個項目的成敗。BIM作為建筑全生命周期管理的有效工具，將直接作用于EPC的設(shè)計、采購、施工及試運行的全過程、全覆蓋的總承包管理。

2）EPC模式下，項目的利潤主要來源于采購、施工階段的深度融合及提前搭接時間，很多EPC項目的失敗正是由于各階段搭接出現(xiàn)問題。BIM技術(shù)作為新型管理平臺，其強大的信息共享能力、協(xié)同工作能力和專業(yè)任務(wù)處理能力可使EPC模式中原本點對總分散管理的狀態(tài)得到有效整合，更好地實現(xiàn)采購、施工與設(shè)計階段的協(xié)同、搭接。

1.4 EPC模式下BIM技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢

1）EPC模式下，設(shè)計、施工、試運行屬同一個承包商，有利于BIM平臺的統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，可保證各階段信息的互通和共享，避免信息斷層及不連續(xù)給BIM應(yīng)用帶來障礙。

2）EPC項目往往體量大、造價高、施工周期長，公司對該類項目投入大，項目一般會設(shè)置BIM管理部，統(tǒng)籌項目BIM技術(shù)應(yīng)用，該模式下不必擔(dān)心人員及資金問題。

3）BIM技術(shù)是先進的工程管理工具，但必須基于EPC模式下才能作用有效，管理才能發(fā)揮作用，二者是求同存、共進退的關(guān)系[3]。

2 EPC模式下各階段BIM技術(shù)應(yīng)用情況

全過程BIM管理是一項貫穿于項目各階段、各參與方的系統(tǒng)性工程，各項BIM應(yīng)用之間均存在信息交換和共享。每項BIM的應(yīng)用不是一次性，而是循環(huán)往復(fù)的過程，與傳統(tǒng)設(shè)計密切聯(lián)系，BIM應(yīng)用點的實施一般遵循如下迭代流程，如圖2所示。

圖2 應(yīng)用點迭代流程

2.1 項目簡介

某大學(xué)國際校區(qū)EPC項目位于廣州市番禺區(qū)南村鎮(zhèn)，項目分2期建設(shè)。本期工程面積28.36萬m2，框架結(jié)構(gòu)與框架-剪力墻結(jié)構(gòu)，地上15層，地下均為1層，是廣州市首個設(shè)計、施工、運維全過程BIM應(yīng)用項目。

2.2 前期策劃要點

在EPC模式下，施工方BIM團隊需提前介入設(shè)計階段BIM工作（含方案階段）。在方案階段，施工BIM團隊與設(shè)計BIM團隊根據(jù)方案信息建立模型，參與方案設(shè)計的可視化交流探討，利用自身施工經(jīng)驗，為業(yè)主優(yōu)化方案提供合理參考和判斷依據(jù)；在設(shè)計階段，施工方BIM團隊與設(shè)計共同制定BIM規(guī)則，使設(shè)計階段的BIM成果具有復(fù)用性和沿用性，有效銜接施工管理工作，同時施工BIM團隊參與BIM協(xié)同設(shè)計，提出合理建議，規(guī)避傳統(tǒng)錯誤，減少后期圖紙變更；在施工階段，施工BIM團隊?wèi)?yīng)以設(shè)計模型為基礎(chǔ)，提前對接運維為關(guān)鍵，完整添加施工信息為重點，保證運維模型的可用性；在運維階段，協(xié)助運維單位根據(jù)運營維護系統(tǒng)進行建筑及設(shè)備空間定位和數(shù)據(jù)記錄，合理制定運營、管理、維護計劃，降低運營過程中的突發(fā)事件發(fā)生概率，實現(xiàn)智能、綠色運營管理[4]。全過程BIM應(yīng)用流程如圖3所示。

2.3 設(shè)計階段

1）BIM正向設(shè)計 BIM技術(shù)為項目建設(shè)搭建協(xié)同、高效的設(shè)計平臺，通過BIM技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計、協(xié)同設(shè)計和深化設(shè)計等應(yīng)用，提升設(shè)計效率，減少設(shè)計變更，并節(jié)約設(shè)計成本[5]，如圖4所示。

圖3 全過程BIM應(yīng)用流程

圖4 正向設(shè)計模型

2）定位提資 設(shè)計階段結(jié)合裝修圖進行設(shè)備終端定位、管線預(yù)埋、消火栓套管定位建模，并輸出SU模型，提資至施工單位，方便現(xiàn)場施工。相較于二維圖紙，三維模型大大提高了現(xiàn)場人員工作效率及施工質(zhì)量。

3）幕墻大樣協(xié)同設(shè)計 基于業(yè)主要求，各專業(yè)分包采用BIM設(shè)計（機電、幕墻、鋼結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝等），如幕墻設(shè)計分包采用Revit對宿舍樓群樓正側(cè)進行建模，并出具相應(yīng)的三維圖、施工圖、門窗表、材料表，利用模型進行工程量估算、招標(biāo)，提前介入招標(biāo)工作。

2.4 施工階段

施工階段除三維場布、可視化交底、機電管線綜合排布、施工方案模擬、技術(shù)管理、虛擬漫游、砌體排磚、二次砌體洞口預(yù)留、節(jié)點深化等常規(guī)應(yīng)用外，還探索如下新的應(yīng)用。

2.4.1 基于BIM技術(shù)的施工進度重量管理法

項目在決戰(zhàn)60d的沖刺計劃中采用基于BIM技術(shù)的施工進度管理法，其基本原理是將各專業(yè)、各單位每天的進度完成總重量在某一規(guī)定時間點統(tǒng)計清楚，并利用BIM技術(shù)轉(zhuǎn)換成重量，精確到千克，與對應(yīng)的每日計劃總重量對比，以實現(xiàn)進度的精確計量和獎罰兌現(xiàn)，達到進度精細化管理的目的。BIM技術(shù)可發(fā)揮的作用為：實體三維建模、提供工作體積、換算工作重量。

本項目將各材料重量采取簡化的處理方式，假定一些工程量的密度，或以代表性的工程重量取代其實際重量，核心是精確計量，相同部件的轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一即可，如表1所示。

在以表1為假定密度的基礎(chǔ)上，編制以重量參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)的進度計劃。將各專業(yè)分包單位每日按規(guī)定的時間節(jié)點向總包單位上報每日進度完成情況，利用BIM技術(shù)將其轉(zhuǎn)換為重量，并與最初編制的計劃工作重量進行對比，以確定獎懲措施，對比情況如表2所示。

借助BIM技術(shù)將每日的工程量進行對比，對各項施工的日計劃、周計劃進行記錄，以周進行獎懲，項目按重量管理法進行項目精細化管理，目前項目第一批交付的D、T區(qū)進度與預(yù)計的進度偏差由原先的1周縮短到現(xiàn)在的2d，相信運用重量進度管理法D、T區(qū)一定能在合同規(guī)定的時間內(nèi)完美、優(yōu)質(zhì)交付。

表1 各構(gòu)部件及周轉(zhuǎn)材料假定密度

表2 D、T地塊外電基礎(chǔ)實際對比（單位：kg）

2.4.2 BIM+RFID技術(shù)

目前國內(nèi)對裝配式的研究主要集中在技術(shù)方面，對構(gòu)件從設(shè)計到吊裝甚至后期的運維等管理方面的研究還不是很多，本項目裝配建筑達15萬m2，占總建筑面積的30%，預(yù)制構(gòu)件總量達7284件，數(shù)量龐大，安裝區(qū)域交叉，管理難度大；加上預(yù)制構(gòu)件的進度狀態(tài)控制是項目裝配式建造順利實施的影響因素之一，因此，項目在應(yīng)用BIM的基礎(chǔ)上引入RFID技術(shù)以實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件的智慧化管控。

BIM模型與RFID芯片信息相關(guān)聯(lián)是該應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。為此將項目C、E區(qū)的裝配式BIM模型按照構(gòu)件廠的深化圖紙進行拆分，得到與工廠構(gòu)件數(shù)量一致的拆分模型；為能夠明顯辨別出構(gòu)件狀態(tài)，制定構(gòu)件狀態(tài)特征表。在BIM平臺中將模型中構(gòu)件唯一的GUID提取出來，寫進RFID芯片中，實現(xiàn)模型構(gòu)件與RFID芯片相關(guān)聯(lián)。

通過外置的掃碼槍將實際構(gòu)件信息及狀態(tài)寫進RFID芯片中，實現(xiàn)外部構(gòu)件與RFID芯片相關(guān)聯(lián)，最后通過RFID芯片將整個信息流串聯(lián)起來，在預(yù)制構(gòu)件BIM信息中心庫進行展示。RFID信息管理平臺實時更新掃碼槍識別和寫入信息，BIM平臺與RFID信息管理平臺通過云端服務(wù)器交互信息，除實現(xiàn)構(gòu)件各階段信息管理外，還可實現(xiàn)預(yù)制構(gòu)件設(shè)計、生產(chǎn)、運輸、儲存、吊裝各階段狀態(tài)的三維展現(xiàn)及構(gòu)件信息的可追溯性（見圖5）。

圖5 預(yù)制構(gòu)件狀態(tài)三維可視化

2.4.3 基于BIM5D平臺的質(zhì)量安全管理

項目采用BIM5D平臺對當(dāng)前傳統(tǒng)的質(zhì)量、安全管理流程進行改造，改造后的流程可長時間留存管理痕跡，同時極大提升管理人員工作效率，提高質(zhì)量、安全的整改回復(fù)率。

傳統(tǒng)流程：發(fā)現(xiàn)問題→拍照片發(fā)送微信群打電話聯(lián)系責(zé)任人→責(zé)任人整改→未整改發(fā)整改單→問題復(fù)查，驗收合格，開會總結(jié)；BIM5D流程：發(fā)現(xiàn)問題→拍照上傳平臺指定責(zé)任人→責(zé)任人整改回復(fù)→網(wǎng)頁端打印整改單→問題復(fù)查，合格關(guān)閉問題，數(shù)據(jù)留存，開會總結(jié)。

BIM模式下，質(zhì)量、安全管控主要是利用5D平臺的質(zhì)量（安全）管理模塊，配合手機端、PC端進行質(zhì)量(安全)管控，涉及人員主要為質(zhì)量（安全）員、質(zhì)量（安全）主管、各地塊棟號長、生產(chǎn)經(jīng)理、各分包質(zhì)量（安全）員、各班組帶班，由于班組帶班流動性大、軟件掌握度低等原因，將各角色在5D中承擔(dān)的責(zé)任進行簡化。項目采用BIM5D進行質(zhì)量（安全）管控的具體做法如下。

1）質(zhì)量（安全）巡查員發(fā)現(xiàn)問題后上傳，并指定相應(yīng)的責(zé)任單位、整改單位（班組）、整改人、整改期限。

2）當(dāng)有整改任務(wù)時，手機端會提醒相應(yīng)責(zé)任人進行整改，整改人將整改后的照片在整改期限內(nèi)上傳平臺，超出期限，平臺會記錄并提醒責(zé)任人。

3）整改人上傳整改后的照片后，總包質(zhì)量（安全）巡查員進行審核，審核通過后進行問題閉合；審核不通過需重新進行整改，直至問題閉合。

4）PC端負責(zé)進行質(zhì)量（安全）巡查員問題上傳情況、各單位問題整改情況，并對質(zhì)量（安全）問題類型、質(zhì)量（安全）問題分區(qū)情況等進行分析，找出主要原因，以便采取措施進行質(zhì)量、安全管控，PC端還可批量生成質(zhì)量（安全）問題整改單，生成問題分區(qū)布置圖（見圖6），PC端大數(shù)據(jù)篩選結(jié)果還用于質(zhì)量（安全）人員履職考核、分包（班組帶班）考核、后續(xù)質(zhì)量（安全）改進方向等的參考。

圖6 質(zhì)量（安全）問題分布

2.5 運維階段

根據(jù)運維需求，施工總包將BIM運維模型按照空間類型、樓層類型、機電設(shè)備類型、資產(chǎn)類型等多維度進行劃分與分類，以保證后期運維階段可快速、便捷、有效查找相關(guān)資料，對竣工交付的BIM模型進行輕量化處理，解除對專業(yè)軟件的依賴，為后續(xù)與其他數(shù)據(jù)進行平臺整合進行準(zhǔn)備。一般而言，在運營維護階段，BIM可有如下應(yīng)用：維護計劃，資產(chǎn)管理，空間管理與分析，防災(zāi)計劃與災(zāi)害應(yīng)急模擬，按照運營單位需要進行選擇。

3 不足及改進方向

3.1 不足

1）EPC總承包模式主要分3種：①設(shè)計院承攬業(yè)務(wù)，施工分包；②施工單位承攬業(yè)務(wù)，設(shè)計分包；③設(shè)計、施工組成聯(lián)合體承攬業(yè)務(wù)。案例項目是以設(shè)計為主導(dǎo)的聯(lián)合體EPC全過程BIM應(yīng)用，設(shè)計、施工為不同單位，再加上設(shè)計單位邀請的BIM咨詢單位，本項目有3種不同的BIM管理平臺，加大了各方工作量。

2）本項目全過程BIM服務(wù)合同是與設(shè)計院單獨簽訂，理應(yīng)以設(shè)計院為主導(dǎo)負責(zé)全過程BIM服務(wù)事宜，包括設(shè)計、施工、運維各階段事宜，而施工、運維階段BIM工作又涉及各單位之間的協(xié)調(diào)配合，由于費用問題導(dǎo)致后續(xù)工作出現(xiàn)推諉、不配合情況。

3）復(fù)合型人才缺失 全過程BIM應(yīng)用對人才要求較高，需懂設(shè)計、施工、后期運維的人員，BIM管理人員既要專又要全[6]；

4）全過程BIM應(yīng)用理解不深刻 全過程BIM應(yīng)用絕不是將傳統(tǒng)各階段BIM應(yīng)用拼接起來，而是各階段統(tǒng)一、協(xié)調(diào)，工作提前策劃、穿插，為項目部的招采、施工穿插提供服務(wù)。

3.2 改進

1）提前規(guī)劃BIM管理平臺 在項目投標(biāo)階段依據(jù)EPC總承包類型進行BIM管理平臺統(tǒng)一規(guī)劃，保證參建各部門（設(shè)計、施工、監(jiān)理、運維單位）工作通過BIM協(xié)同平臺連接起來，形成互相連接、互動的信息系統(tǒng)，能在BIM平臺上進行合同、進度、質(zhì)量、安全的管理。

2）責(zé)權(quán)利劃分明確 在設(shè)計、施工組成聯(lián)合體EPC總承包模式下提前進行BIM工作職責(zé)與合同界面的劃分及費用分割，只有工作范圍清晰、資金分明才能保證后期工作的質(zhì)量，在設(shè)計院承攬業(yè)務(wù)、施工分包和施工單位承攬業(yè)務(wù)、設(shè)計分包的情形下建議分別由設(shè)計院和施工單位主導(dǎo)進行BIM工作，但要注意人員配置問題。

3）重視內(nèi)部人員培養(yǎng) 能勝任工作的人員是基礎(chǔ)，企業(yè)應(yīng)加強投入，先從企業(yè)內(nèi)部選拔、培養(yǎng)，這樣員工的忠誠度較高，也可從外部招聘有經(jīng)驗的人員。