周艷桃，熊峰，張?zhí)焐?，潘欣鈺，盛?/p>

(1.中船第九設(shè)計(jì)研究院工程有限公司，上海 200090；2.上海寶冶集團(tuán)有限公司，上海 200941)

1 引言

EPC 項(xiàng)目是承包商承接從設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工乃至建成試運(yùn)行后交付業(yè)主的一體化工程總承包模式，也是國(guó)家現(xiàn)在所倡導(dǎo)的工程建設(shè)項(xiàng)目的承建模式。其主要特點(diǎn)之一是，在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，除了業(yè)主的需求改變而引起的變更以外，承包商因設(shè)計(jì)錯(cuò)漏碰缺（Design Flaws）所產(chǎn)生的變更以及因施工技術(shù)和工法應(yīng)用不當(dāng)而產(chǎn)生的缺陷(Construction Defects)所導(dǎo)致的返工，并由此引起的工期延誤和造價(jià)增加，是不能向業(yè)主索賠的。應(yīng)用BIM技術(shù)，可以提高水運(yùn)工程設(shè)計(jì)質(zhì)量，有效控制工程的生產(chǎn)效率、成本、工期，對(duì)水運(yùn)工程的建設(shè)具有積極意義[1]。

所以，EPC 項(xiàng)目中，管控好設(shè)計(jì)很重要。高質(zhì)量的設(shè)計(jì)文件、施工技術(shù)方案，能夠有效地銜接好對(duì)材料和分包的采購(gòu)；結(jié)合好現(xiàn)場(chǎng)的施工，使得建筑設(shè)備和材料具有可采購(gòu)性，從而減少采購(gòu)成本；現(xiàn)場(chǎng)施工具有可實(shí)施性，從而節(jié)省建造成本；運(yùn)營(yíng)階段具有可維護(hù)性，從而降低運(yùn)營(yíng)成本[2]。真正做到設(shè)計(jì)聯(lián)系施工，減少設(shè)計(jì)變更，因地制宜采購(gòu)，方便施工，實(shí)現(xiàn)“設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工”的深度融合，這既能為業(yè)主提高項(xiàng)目建成后的獲得感，也能為項(xiàng)目創(chuàng)造出更大的盈利[3]。

因此，EPC 項(xiàng)目中應(yīng)有統(tǒng)管主體設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)和施工組織設(shè)計(jì)的“大設(shè)計(jì)”管理的觀念，而BIM（Building Information Modeling）技術(shù)在EPC 項(xiàng)目的設(shè)計(jì)及其管理中的應(yīng)用，是聯(lián)系設(shè)計(jì)與施工的紐帶和橋梁，是重要的技術(shù)管理抓手之一[4-5]。

2 工程概況簡(jiǎn)介

某船廠車間單層工業(yè)廠房，主要柱距為十多米。其中AB 跨為高跨，設(shè)二層起重機(jī)行車，上層設(shè)起重能力超過(guò)200 t 的大跨度行車，下層設(shè)常規(guī)噸位行車；BC、CD 跨為低跨，設(shè)二層起重機(jī)行車，上層設(shè)起重能力超過(guò)200 t的大跨度行車，下層設(shè)常規(guī)噸位行車。結(jié)構(gòu)形式為鋼排架，為特重型鋼管混凝土鋼結(jié)構(gòu)廠房。耐火等級(jí)為二級(jí)，防水等級(jí)為Ⅱ級(jí)。廠房主要用于船舶加工、裝配與焊接。項(xiàng)目采用EPC 工程總承包的模式。

3 工程特點(diǎn)和難點(diǎn)

1）項(xiàng)目啟動(dòng)時(shí)，工藝設(shè)備尚未定型。

2）工期緊，2 年的正常工期縮短為10 個(gè)月。

3）鋼結(jié)構(gòu)體量大、吊裝時(shí)間緊，約1.5 萬(wàn)t 用鋼量，需在3 個(gè)月內(nèi)吊裝完成。

4）結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，車間三跨、雙層行車，高低跨處柱子左右側(cè)承載行車的肩梁和牛腿4 層錯(cuò)落；除各軸線有作業(yè)鋼平臺(tái)外，C 軸還有參觀平臺(tái)和電梯；柱子加工制作要求時(shí)間緊、精準(zhǔn)度高。因此，要求鋼結(jié)構(gòu)三維深化設(shè)計(jì)提前介入，與鋼結(jié)構(gòu)二維設(shè)計(jì)協(xié)同同步進(jìn)行，并與機(jī)電專業(yè)三維管線模型協(xié)同。

5）設(shè)計(jì)階段的機(jī)電管線路由、鋼結(jié)構(gòu)的預(yù)留孔洞、支吊架的預(yù)留空間需與鋼結(jié)構(gòu)模型協(xié)同深化；設(shè)計(jì)階段的機(jī)電模型要能夠傳遞至施工階段進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，需預(yù)先考慮預(yù)留與施工模型協(xié)同。

6）要求屋面鋼結(jié)構(gòu)網(wǎng)架體系與機(jī)電系統(tǒng)在地面安裝后整體提升，需要設(shè)計(jì)與施工協(xié)同，確保機(jī)電管線及其支吊架在網(wǎng)架結(jié)構(gòu)中精確定位安裝。

7）工藝設(shè)備定型后，其設(shè)備基礎(chǔ)及其電纜溝、電纜井需與機(jī)電供電設(shè)備協(xié)同，確保工藝設(shè)備進(jìn)場(chǎng)安裝時(shí)，在已完成的地坪上不重新開溝挖槽。

4 BIM 技術(shù)的應(yīng)用策劃

針對(duì)項(xiàng)目的上述特點(diǎn)和難點(diǎn)，制訂BIM 技術(shù)應(yīng)用的方案。

首先，建立起EPC 項(xiàng)目中“大設(shè)計(jì)管理”的理念，從設(shè)計(jì)源頭上把控好項(xiàng)目的起點(diǎn)。將項(xiàng)目的設(shè)計(jì)內(nèi)容分解為“六大設(shè)計(jì)”部分，即：（1）主體建安工程設(shè)計(jì)（包括主體工程的土建和機(jī)電的設(shè)計(jì)）；（2）主體建安工程的深化設(shè)計(jì)；（3）專項(xiàng)工程設(shè)計(jì)；（4）專業(yè)領(lǐng)域的功能（工藝）設(shè)計(jì)；（5）工程總體施工組織設(shè)計(jì)；（6）專項(xiàng)工程施工方案設(shè)計(jì)。

“六大設(shè)計(jì)”內(nèi)容既相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，不僅要確保這些設(shè)計(jì)自身的設(shè)計(jì)質(zhì)量，更要管理好它們之間的協(xié)同和銜接，尤其是后續(xù)施工技術(shù)方案需要前置至設(shè)計(jì)階段的內(nèi)容，應(yīng)是設(shè)計(jì)管理的重點(diǎn)。BIM 技術(shù)的應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)上述協(xié)同應(yīng)用的重要技術(shù)手段。

其次，制訂三維設(shè)計(jì)的工作計(jì)劃，設(shè)定設(shè)計(jì)和施工階段的BIM 應(yīng)用目標(biāo)，建立相應(yīng)的組織架構(gòu)，選定適用的BIM 軟件。

5 BIM 技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用

5.1 設(shè)計(jì)階段的協(xié)同應(yīng)用

1）以三維可視化設(shè)計(jì)為核心，充分應(yīng)用各專業(yè)實(shí)體化的三維模型，并進(jìn)行集成整合，在設(shè)計(jì)過(guò)程中開展設(shè)計(jì)協(xié)同和優(yōu)化，以優(yōu)化各專業(yè)間的空間關(guān)系、機(jī)電管線的路由走向等。

2）穿越車間的機(jī)電管線，可以利用大門上方結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)桁架，在其內(nèi)部穿越，而不必在屋架內(nèi)穿越，可以在較大程度上節(jié)約機(jī)電管線的路由和降低施工難度。

3）行車采用包絡(luò)體方式，能單獨(dú)顯隱，可通過(guò)碰撞檢查一鍵查詢與鋼柱的關(guān)系，避免碰撞。

4）對(duì)行車司機(jī)室與登機(jī)平臺(tái)的相對(duì)關(guān)系，采用了跨模型提取數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)對(duì)比的方式，從工藝模型提取駕駛室高度，在建筑模型提取登機(jī)平臺(tái)高度，二者對(duì)比，一目了然，減少錯(cuò)漏。

5）對(duì)山墻區(qū)域的機(jī)電管線路由進(jìn)行了優(yōu)化，管線從50m 縮短到37 m，抗風(fēng)桁架穿行較之傳統(tǒng)方案，節(jié)省管材，隱蔽美觀。

6）對(duì)電纜橋架鋼平臺(tái)下方敷設(shè)進(jìn)行優(yōu)化，電纜橋架從12 m 降至3.5 m 鋼平臺(tái)下敷設(shè)，較之傳統(tǒng)方案，節(jié)約電纜，降低安裝難度。

5.2 設(shè)計(jì)與施工的協(xié)同應(yīng)用

設(shè)計(jì)階段充分考慮施工階段的可施工性對(duì)模型的需求，針對(duì)施工階段的深化設(shè)計(jì)內(nèi)容，包括機(jī)電管線的支吊架、支管、閥門和接頭箱的位置等做好預(yù)留空間，這樣就能將設(shè)計(jì)階段的模型有效地傳遞至施工階段。施工階段在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步的深化和細(xì)化，而不至于要重新建模，體現(xiàn)了設(shè)計(jì)階段BIM 模型的價(jià)值，提高了設(shè)計(jì)與施工協(xié)同應(yīng)用水平和效率。

5.2.1 鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)

鋼結(jié)構(gòu)深化設(shè)計(jì)單位提前介入設(shè)計(jì)階段，應(yīng)用Tekla軟件，采用“伴隨式”與二維設(shè)計(jì)同步開展三維建模，并進(jìn)行協(xié)同，先將主體鋼結(jié)構(gòu)模型建成后，與其他專業(yè)進(jìn)行協(xié)同，同時(shí)進(jìn)一步開展節(jié)點(diǎn)的深化設(shè)計(jì)，這樣在二維設(shè)計(jì)完成的同時(shí)，可以同時(shí)完成鋼結(jié)構(gòu)加工制作圖的深化設(shè)計(jì)，也能準(zhǔn)確地統(tǒng)計(jì)出用鋼量，提高了對(duì)分包招標(biāo)的議價(jià)能力。

5.2.2 機(jī)電深化設(shè)計(jì)

1）機(jī)電管線路由的深化設(shè)計(jì)

應(yīng)用BIM 模型，對(duì)出車間需要穿越基礎(chǔ)梁的機(jī)電管線做進(jìn)一步的梳理排列，做到在基礎(chǔ)梁里預(yù)埋套管位置，既合理、準(zhǔn)確無(wú)誤又排列整齊。

2）綜合支吊架的深化

原機(jī)電各專業(yè)設(shè)計(jì)均選擇各自管線的支吊架，并提出參照?qǐng)D集或畫出示意圖，以及抗震支吊架的要求。但實(shí)際工程中各機(jī)電專業(yè)的管線是相對(duì)集中走線的，需要深化設(shè)計(jì)綜合支吊架。設(shè)計(jì)階段在機(jī)電管線綜合時(shí)，充分考慮了預(yù)留支吊架的位置，以便在施工準(zhǔn)備階段進(jìn)行深化設(shè)計(jì)時(shí)，可以在設(shè)計(jì)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行綜合支吊架和抗震支吊架的設(shè)計(jì)和布置，尤其對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行特別關(guān)注，如鋼平臺(tái)下方橋架支吊架布置，高空懸掛支吊架布置，通道大門上方支吊架布置，網(wǎng)架內(nèi)電纜橋架支撐架布置。

3）對(duì)電氣供電箱APF、工藝設(shè)備控制柜、電纜溝位置進(jìn)行了深化和優(yōu)化

由于工藝設(shè)備一般至最后才能確定，因此，以往在工藝設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前缺乏供電箱位置，與工藝設(shè)備電纜溝、控制柜位置的復(fù)核，往往導(dǎo)致設(shè)備進(jìn)場(chǎng)安裝時(shí)，發(fā)現(xiàn)電纜溝、電纜井的位置與供電箱的位置錯(cuò)位，進(jìn)而導(dǎo)致需要開溝挖槽、電纜或不夠長(zhǎng)或有一段會(huì)明敷等問(wèn)題，造成返工，延誤工期、引起索賠。BIM 設(shè)計(jì)提前介入，對(duì)于這些重點(diǎn)部位進(jìn)行復(fù)核，提前解決問(wèn)題，以免造成延誤和索賠。

4）機(jī)電末端設(shè)備安裝位置的深化和優(yōu)化

對(duì)設(shè)計(jì)不合理的檢修閥門位置進(jìn)行了優(yōu)化，以方便后期使用與維護(hù)。

5.3 施工階段的協(xié)同應(yīng)用

施工階段，當(dāng)各專業(yè)分包或設(shè)備供貨商確定后，由于各個(gè)分包和供貨商雖然在技術(shù)參數(shù)上能夠滿足設(shè)計(jì)要求，但在安裝方法、節(jié)點(diǎn)處理上具有各自的特點(diǎn)，因此，非常有必要在正式施工前，應(yīng)用BIM 技術(shù)，將各分包或供貨商的模型進(jìn)行集成和整合。針對(duì)以往項(xiàng)目中屋面彩鋼板、采光帶、屋面通風(fēng)器、天溝、虹吸排水漏斗在交界面處容易產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)不匹配、經(jīng)常發(fā)生滲漏水的現(xiàn)象，將上述模型進(jìn)行整合集成，事前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，改進(jìn)了節(jié)點(diǎn)做法或?qū)?jié)點(diǎn)予以了加強(qiáng)。

6 BIM 的可視化應(yīng)用

6.1 設(shè)計(jì)階段的可視化應(yīng)用

在設(shè)計(jì)階段，利用專業(yè)軟件，對(duì)BIM 模型進(jìn)行渲染，可實(shí)時(shí)觀看室內(nèi)漫游環(huán)境，直觀表現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)境，與業(yè)主溝通更加順暢。

6.1.1 基于模型的設(shè)計(jì)會(huì)審

運(yùn)用三維快速布局，可高效可視化推敲、修改、優(yōu)化方案；SketchUp 設(shè)備方案模型深化后導(dǎo)入施工圖設(shè)計(jì)平臺(tái)Revit，方便快捷，不重復(fù)建模，快速發(fā)現(xiàn)問(wèn)題；總裝工藝、機(jī)電專業(yè)，土建模型，進(jìn)行干涉檢查，可直觀快速地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化。

6.1.2 模型實(shí)時(shí)渲染的展示

應(yīng)用實(shí)時(shí)渲染軟件，對(duì)模型中的構(gòu)件進(jìn)行材質(zhì)、光影等的細(xì)化和深化，并加入人員的真實(shí)比例關(guān)系，進(jìn)行實(shí)時(shí)渲染動(dòng)畫，極大地提高了三維渲染效果的精度和效率，給人以真實(shí)和直觀的視覺感受，增加了業(yè)主對(duì)項(xiàng)目建成后的真實(shí)體驗(yàn)感，達(dá)到了“所見即所建”。

模型中的構(gòu)件信息、360°的多視角以及細(xì)部的放大觀賞方式，讓業(yè)主和項(xiàng)目參建各方對(duì)建筑整體以及細(xì)部都可以有較為全面的了解。

6.1.3 對(duì)運(yùn)維期間檢修通道的安全性預(yù)巡檢

應(yīng)用專業(yè)軟件，對(duì)建成后的車間模型進(jìn)行檢修通道的安全巡檢，發(fā)現(xiàn)原來(lái)的直爬梯存在安全隱患，最后修改為反方向的斜梯。

6.1.4 應(yīng)用于與業(yè)主的溝通

1）確定柱子中間隔墻布置的方案

業(yè)主在項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，需要在柱子中間增加隔墻。項(xiàng)目設(shè)計(jì)師應(yīng)用BIM 模型與業(yè)主就增加隔墻后，會(huì)涉及影響鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件、上吊車鋼梯、垂直電梯、行車、屋面雨水溝等因素展開充分的布置方案的討論，最終確定隔墻是布置在柱子之間還是外側(cè)，拿出最佳方案，應(yīng)用BIM模型可視化溝通，直觀高效。

2）與業(yè)主使用方的溝通

委托工程建設(shè)項(xiàng)目的一般是業(yè)主的建設(shè)部門，并不是今后的真正使用部門。因此，在項(xiàng)目建成后，當(dāng)建設(shè)部門向使用部門移交時(shí)，使用部門往往會(huì)提出許多為了便于后續(xù)運(yùn)維期間的使用和檢修而需要整改的內(nèi)容，這就會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)已完成施工內(nèi)容的返工。應(yīng)用BIM 模型，在正式開始施工前，先行與業(yè)主的使用部門進(jìn)行溝通，對(duì)著模型，業(yè)主使用部門提出的閥門安裝位置不合理、設(shè)備控制箱的布置位置不合理等意見，如懸于空中的閥門不便于檢修，控制箱擋住門扇的開啟，大門控制箱離外門近，容易淋雨燒壞，車間大門外側(cè)需設(shè)截水溝，防止下雨時(shí)雨水朝車間內(nèi)流淌等問(wèn)題，及時(shí)予以調(diào)整，直至業(yè)主使用部門滿意，在很大程度上避免了移交時(shí)候的整改返工情況，為項(xiàng)目建成后的順利移交打好了基礎(chǔ)。

6.1.5 設(shè)計(jì)的可視化交底

應(yīng)用BIM 模型，對(duì)鋼結(jié)構(gòu)柱子肩梁、吊車梁輔助系統(tǒng)等較復(fù)雜部位的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分解，并以視頻方式動(dòng)畫演示安裝工序和工藝，更能清晰地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，提高了溝通效率，也提高了施工單位的識(shí)圖能力，有利于提高加工制作的質(zhì)量。

6.2 施工階段的可視化應(yīng)用

6.2.1 施工總體組織設(shè)計(jì)展示

應(yīng)用BIM 模型對(duì)里程碑節(jié)點(diǎn)的進(jìn)度計(jì)劃和施工工序進(jìn)行模擬，通過(guò)將樁基試打、承臺(tái)基礎(chǔ)施工、鋼結(jié)構(gòu)吊裝、機(jī)電安裝以及大型行車吊裝等關(guān)鍵分部分項(xiàng)工程節(jié)點(diǎn)與施工工序相結(jié)合，通過(guò)可視化的視頻方式，直觀地向各個(gè)施工分包展示，使其充分了解施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和主要工法，也讓業(yè)主充分知曉了工程的整體進(jìn)度計(jì)劃，有利于固化整個(gè)項(xiàng)目的進(jìn)度計(jì)劃。

6.2.2 施工過(guò)程的進(jìn)度計(jì)劃管理

為保證業(yè)主進(jìn)度要求，對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行了進(jìn)度管理與進(jìn)度模擬，保證在規(guī)定期限內(nèi)完成項(xiàng)目，交付業(yè)主使用。

6.2.3 配合非標(biāo)設(shè)備的采購(gòu)

應(yīng)用模型，配合車間中間通道非標(biāo)柔性大門的采購(gòu)。模型表示出了預(yù)留柔性大門一側(cè)周邊的結(jié)構(gòu)形式，另一側(cè)已經(jīng)布置的機(jī)電管線，以及剖面圖，作為柔性大門技術(shù)規(guī)格書的一部分，為大門的招標(biāo)提供了技術(shù)支持。

6.2.4 對(duì)專業(yè)分包施工單位進(jìn)行技術(shù)交底

在施工交底技術(shù)交流會(huì)上，應(yīng)用BIM 模型，演繹施工重點(diǎn)與難點(diǎn)，使得大家對(duì)項(xiàng)目建設(shè)做到心中有底。

7 結(jié)語(yǔ)

BIM 技術(shù)的應(yīng)用，核心還是業(yè)務(wù)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)，BIM 是為其提質(zhì)增效賦能的。應(yīng)用BIM 技術(shù)，整體提升了項(xiàng)目的質(zhì)量，修改通知單減少了95%，極大地提高了施工的可實(shí)施性和施工的連續(xù)性，大大縮短了項(xiàng)目的建設(shè)工期，工期縮短58%，并且保證了項(xiàng)目的品質(zhì)，控制住了造價(jià)！