BIM 技術(shù)在石油天然氣工程建設(shè)中的應(yīng)用

李超華

(中石化中原油建工程有限公司，河南 濮陽 457001)

0 引言

石油天然氣工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施具有高溫高壓、易燃易爆的特點(diǎn)，而且涉及到很多大型設(shè)備，管道布設(shè)十分緊密，對于焊接質(zhì)量有著極高要求，各道工序之間均存在著深度交叉，從而加大了施工現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)的難度。為了能夠在規(guī)定期限內(nèi)安全、高質(zhì)量地完成工程建設(shè)任務(wù)，必須要充分應(yīng)用好BIM 技術(shù)，促使現(xiàn)場管理水平以及交叉作業(yè)效率得到有效提升，盡量減少成本投入、合理縮短工期。當(dāng)前，BIM 技術(shù)在石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)中的應(yīng)用愈加普遍，由于此類工程非常復(fù)雜且建設(shè)規(guī)模大，所需資金量大，一旦在工程建設(shè)全生命周期內(nèi)出現(xiàn)并發(fā)生組織和協(xié)調(diào)上的風(fēng)險(xiǎn)，勢必會(huì)給石油天然氣工業(yè)上下游企業(yè)帶來極大損失，因此研究BIM 技術(shù)在工程建設(shè)中的應(yīng)用顯得尤為重要。

1 BIM 技術(shù)概述

BIM 中文翻譯為建筑信息模型，作為一種數(shù)據(jù)化工具，主要是從資源、行為、交付三個(gè)維度，按照工程實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)針對性搭建參數(shù)模型，確保工程策劃、運(yùn)行、維護(hù)階段實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，為施工單位提供明確的方法指導(dǎo)、實(shí)踐內(nèi)容，使之高效應(yīng)對建設(shè)時(shí)遇到的各類問題。BIM 技術(shù)并非是將數(shù)字信息單一地集成起來，更重要的是將數(shù)字信息應(yīng)用在設(shè)計(jì)、建造、管理等環(huán)節(jié)，打造數(shù)字化集成式管理環(huán)境，促使工程建設(shè)的整體效率得到進(jìn)一步提升，有效規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)，縮短工程建設(shè)周期。

BIM 技術(shù)的特點(diǎn)集中體現(xiàn)在下列四點(diǎn)：第一，可視化。從石油天然氣工業(yè)的視角而言，可視化發(fā)揮的效能非常之大，比如在拿到施工圖紙之后，依托BIM技術(shù)將線條式構(gòu)建轉(zhuǎn)化為三維立體的展示圖，突出了構(gòu)件之間的互動(dòng)性、反饋性，而且還支持報(bào)表生成，為工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)營過程中的討論與決策提供可視化依據(jù)[1]；第二，協(xié)調(diào)性。任何工程在投入建設(shè)期間，都需要施工單位、業(yè)主、設(shè)計(jì)單位相互之間默契配合，做好相關(guān)協(xié)調(diào)工作，在遇到問題后及時(shí)組織相關(guān)人員召開會(huì)議，一同尋找問題根源、探索解決辦法、采取補(bǔ)救措施。石油化工工程的設(shè)計(jì)階段，受到各專業(yè)設(shè)計(jì)人員溝通不足的影響，時(shí)常導(dǎo)致專業(yè)之間發(fā)生碰撞，而BIM 則是有效處理此問題的技術(shù)，在工程建設(shè)初始階段提前協(xié)調(diào)各專業(yè)的碰撞問題，然后總結(jié)歸納協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，為工程建設(shè)提供優(yōu)質(zhì)的協(xié)調(diào)服務(wù)。第三，模擬性。BIM 技術(shù)模擬性不僅體現(xiàn)在對建筑物模型的模擬設(shè)計(jì)，還能夠?qū)o法在真實(shí)世界操作的事物模擬出來，比如設(shè)計(jì)階段的節(jié)能、緊急疏散等模擬實(shí)驗(yàn)，施工階段用于指導(dǎo)施工方案編制的施工組織模式以及3D模型造價(jià)控制，在工程投入運(yùn)營后，還可以模擬地震逃生、消防人員疏散等各類可能出現(xiàn)的緊急情況。第四，可出圖性。BIM 技術(shù)與常規(guī)的工程設(shè)計(jì)圖紙、構(gòu)件加工圖紙存在一定差異，主要是通過對工程的可視化展示、協(xié)調(diào)、模擬之后，為業(yè)主提供綜合管線圖、綜合結(jié)構(gòu)留洞圖以及碰撞檢查偵錯(cuò)報(bào)告等，這樣就能事先消除相關(guān)錯(cuò)誤，針對性地優(yōu)化工程建設(shè)方案，為實(shí)現(xiàn)工程經(jīng)濟(jì)效益最大化奠定基礎(chǔ)。

2 BIM 技術(shù)在石油天然氣工程建設(shè)中的應(yīng)用價(jià)值

2.1 推動(dòng)精細(xì)化管理

在石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)過程中，積極引入BIM 技術(shù)，用于支持?jǐn)?shù)字化模型的搭建，有助于讓業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)產(chǎn)生、儲(chǔ)存、使用、再儲(chǔ)存的過程形成完整閉環(huán)，這樣不僅可以簡化管理鏈條，同時(shí)也能促使石油化工工程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到顯著提升，讓有限數(shù)據(jù)得到最大化利用。另外，工程不同利益相關(guān)方均可以依托此BIM 模型展開信息溝通以及信息傳遞，讓業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、供貨商/ 服務(wù)商等之間的合作更加高效，將標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工廠化預(yù)制、模塊化施工、機(jī)械化作業(yè)、信息化管理(數(shù)字化交付)這“五化”與大型物流運(yùn)輸、綠色環(huán)境友好型技術(shù)應(yīng)用、自動(dòng)化和裝配化產(chǎn)業(yè)鏈緊密貫通起來，真正實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)共擔(dān)、成果共享、綠色環(huán)保，打造集成數(shù)字的工程設(shè)計(jì)模式、現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)模式[2]。以BIM 模型為核心，將多樣化信息技術(shù)集成在一起，能夠?qū)⒐芾砼e措滲透到石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本、信息、環(huán)保等各個(gè)方面，持續(xù)提升工程管理的精細(xì)化水平。

2.2 實(shí)現(xiàn)智慧建設(shè)

BIM 技術(shù)在石油天然氣工業(yè)工程的各個(gè)環(huán)節(jié)均具有顯著的應(yīng)用效能，能夠進(jìn)一步提升工程設(shè)計(jì)能力、技術(shù)能力。就設(shè)計(jì)階段而言，利用BIM 技術(shù)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，然后展開碰撞檢查，將各個(gè)模塊、專業(yè)之間存在的潛在問題提前排除掉，防止后續(xù)發(fā)生工程變更，避免產(chǎn)生不必要的費(fèi)用投入。進(jìn)入到工程準(zhǔn)備階段，BIM 技術(shù)可用于模擬現(xiàn)場布置、實(shí)際施工、大型吊裝等重要方面，提前進(jìn)行地下地上任何方向上的360°可視化進(jìn)度計(jì)劃的展現(xiàn)，以模擬結(jié)果為依據(jù)多維度分析各階段計(jì)劃的合理性、可行性，以虛擬設(shè)計(jì)為主要方式，對石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)全過程進(jìn)行全方位預(yù)測，通過強(qiáng)有力的事前控制，加強(qiáng)工程建設(shè)的可控性。

2.3 實(shí)現(xiàn)精細(xì)化運(yùn)營

從石油天然氣工業(yè)工程的角度來說，相比于設(shè)計(jì)階段、建設(shè)階段，運(yùn)維階段的價(jià)值會(huì)更高，依托已經(jīng)搭建完成的BIM 模型，將工程設(shè)計(jì)與建設(shè)階段產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)錄入到模型中，比如設(shè)計(jì)、制造、供應(yīng)商、生產(chǎn)參數(shù)、功能特性等數(shù)據(jù)，接著將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為資產(chǎn)信息，這樣就可以對工程實(shí)現(xiàn)一體化管理，為資本性支出的科學(xué)決策提供參考依據(jù)[3]。此外，BIM 技術(shù)還可以用于智能化分析各階段、部位在運(yùn)營維護(hù)階段的數(shù)據(jù)，以便于生產(chǎn)管理者及時(shí)捕捉到故障問題或者風(fēng)險(xiǎn)隱患，從而針對性地編制生產(chǎn)設(shè)施維護(hù)檢修方案，將生產(chǎn)消耗、經(jīng)營成本控制到最低限度，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化運(yùn)營，使企業(yè)的核心競爭力得到穩(wěn)步提升，在激烈的市場競爭中得以生存和發(fā)展。

3 BIM 技術(shù)在石油天然氣工程建設(shè)中的應(yīng)用實(shí)踐

在組織石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)的過程中，積極引入BIM 技術(shù)，有助于對工程建設(shè)流程加以細(xì)化，更合理地控制工程進(jìn)度和工程造價(jià)，促使工程管理的實(shí)效性得到顯著提升。BIM 技術(shù)的應(yīng)用是石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)發(fā)展的必然選擇，而如何將技術(shù)應(yīng)用效能最大程度發(fā)揮出來，則是工程建設(shè)人員需要認(rèn)真思考的課題。

3.1 營造良好數(shù)字生態(tài)

BIM 技術(shù)是一種數(shù)據(jù)化工具，利用參數(shù)模型將工程相關(guān)信息充分整合在一起，為工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)提供強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐。為了讓工程技術(shù)人員可以高效推進(jìn)石油化工工程的建設(shè)進(jìn)程，從設(shè)計(jì)開始就必須要盡快建立數(shù)字生態(tài)。部分設(shè)計(jì)和施工技術(shù)人員并沒有深刻認(rèn)識(shí)到數(shù)字生態(tài)的重要性，因此在技術(shù)應(yīng)用過程中一直缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不足，沒能盡力將BIM 技術(shù)的作用和價(jià)值發(fā)揮出來[4]。基于此，必須要率先明確具體的數(shù)據(jù)化標(biāo)準(zhǔn)，以國家BIM 標(biāo)準(zhǔn)體系為依據(jù)，根據(jù)自身實(shí)際情況建立BIM 應(yīng)用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，明確主要應(yīng)用軟件，形成BIM技術(shù)應(yīng)用的政策，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)對工程一切數(shù)據(jù)加以控制。在工程正式啟動(dòng)之前，從石油化工項(xiàng)目的可行性研究開始，就將勘察資料、設(shè)計(jì)資料以及同類工程資料等儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫中。在此基礎(chǔ)上結(jié)合石油天然氣工業(yè)工程的基本特點(diǎn)，對工程建設(shè)所涉及的工作進(jìn)行分解，建立精準(zhǔn)模型，把虛擬場景導(dǎo)入到模型中，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的效果。另外，還需要對數(shù)據(jù)庫中的項(xiàng)目資料、其他案例展開對比分析，以便于及時(shí)捕捉到潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患，整理風(fēng)險(xiǎn)因素清單，使BIM 模型更加完善。如此一來就能優(yōu)化BIM 技術(shù)的應(yīng)用成效，用BIM 技術(shù)提升工程的精細(xì)化管控水平和風(fēng)險(xiǎn)管理效率，徹底消除信息孤島現(xiàn)象，減少失誤，營造良好的數(shù)字生態(tài)。

3.2 深化設(shè)計(jì)生產(chǎn)裝置

在石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)期間，設(shè)計(jì)工程師通常僅提供與本專業(yè)相關(guān)的依據(jù)、資料和圖紙等，這也導(dǎo)致各專業(yè)之間協(xié)調(diào)性不足，互相“干涉”問題層出不窮，后期帶來諸多設(shè)計(jì)變更，無形中增加了建設(shè)工程投入。為此，在進(jìn)行工程深化設(shè)計(jì)時(shí)，需要認(rèn)真審閱圖紙，將不容易發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)盲點(diǎn)、關(guān)鍵點(diǎn)精準(zhǔn)提煉出來，以便于為施工方案編制提供參考依據(jù)。以鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為例，設(shè)計(jì)工程師可以依托先進(jìn)的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件如Tekla 等進(jìn)行建模、設(shè)計(jì)，然后逐一對專業(yè)實(shí)施碰撞檢查，包括管道、設(shè)備、電氣儀表等，針對檢查未達(dá)標(biāo)的專業(yè)應(yīng)現(xiàn)場安排專業(yè)人員著手校對，通過這一模擬現(xiàn)場施工的過程，及時(shí)捕捉到設(shè)計(jì)中存在的各類問題，切實(shí)保障工程設(shè)計(jì)的可視性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性，有效降低出錯(cuò)率[5]。再如，石油天然氣工業(yè)工程設(shè)備主要包括換熱器、再生器、壓縮機(jī)、塔器，利用BIM 技術(shù)搭建三維立體化模型，并且將附屬管道參數(shù)、電氣儀表參數(shù)準(zhǔn)確錄入到模型內(nèi)，在三維模擬安裝過程中準(zhǔn)確找出質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)，后續(xù)只需要加強(qiáng)關(guān)鍵點(diǎn)控制，與土建、管道、設(shè)備、電氣儀表等專業(yè)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，就能實(shí)現(xiàn)石油化工工程的動(dòng)態(tài)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步加快機(jī)電專業(yè)設(shè)計(jì)的速度并為現(xiàn)場實(shí)施工程可視化管控打下基礎(chǔ)。

3.3 管控工程建設(shè)進(jìn)度

在傳統(tǒng)模式的石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)管理中，由于工程實(shí)施階段人、機(jī)、料、法、環(huán)、金均為現(xiàn)實(shí)的實(shí)物、實(shí)景，協(xié)調(diào)和協(xié)同性要求很高，加之信息傳遞不及時(shí)、溝通不暢，使得設(shè)計(jì)和施工經(jīng)常出現(xiàn)脫節(jié)、碰撞甚至遺漏而產(chǎn)生變更、補(bǔ)充等狀況，而BIM 技術(shù)的應(yīng)用則能有效解決這一問題，通過搭建一體化平臺(tái)，事前對設(shè)計(jì)問題展開審核。具體到實(shí)踐中，首先由石油天然氣工業(yè)企業(yè)根據(jù)工程特點(diǎn)，向設(shè)計(jì)單位詳細(xì)說明工程的工藝情況、提供工程資料，由設(shè)計(jì)單位圍繞工程實(shí)際情況建立三維模型；其次，待模型建設(shè)完畢之后，逐項(xiàng)逐專業(yè)地計(jì)算工程的總工程量，最后依據(jù)工程定額、進(jìn)度要求，精心編制工程建設(shè)的進(jìn)度計(jì)劃、確定施工節(jié)點(diǎn)，并且將進(jìn)度計(jì)劃納入到三維模型中，以便于現(xiàn)場總負(fù)責(zé)人動(dòng)態(tài)化地管理現(xiàn)有資源，統(tǒng)籌施工進(jìn)度，以可視化方法對施工現(xiàn)場進(jìn)行布置和管理[6]。以BIM 模型為載體，對施工組織、施工環(huán)境提前進(jìn)行模擬，有助于及時(shí)找出施工階段潛在問題，進(jìn)而針對性地編制應(yīng)急處置策略、靈活調(diào)整施工方案，將施工中方案變更的概率、變更影響范圍控制到最小，確保工程進(jìn)度計(jì)劃目標(biāo)順利達(dá)成。

3.4 加強(qiáng)工程質(zhì)量控制

BIM 技術(shù)在石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)中的應(yīng)用，能夠起到強(qiáng)化質(zhì)量控制、提升管理水平的作用，使工程每一道工序、各個(gè)專業(yè)均符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)用BIM技術(shù)實(shí)施石油天然氣工業(yè)工程質(zhì)量管理需要按照如下步驟進(jìn)行：首先，重新梳理工藝流程，并確定各個(gè)流程的技術(shù)操作規(guī)范、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；其次，是依據(jù)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)搭建BIM 模型；最后，將工程所涉及材料的類型、型號(hào)、數(shù)量以及構(gòu)件規(guī)格等信息匯總到模型中[7]。完成上述工作之后，現(xiàn)場管理人員只需要根據(jù)BIM平臺(tái)中的信息，動(dòng)態(tài)化監(jiān)管工程建設(shè)質(zhì)量即可，及時(shí)掌握施工技術(shù)質(zhì)量，一旦發(fā)現(xiàn)偏差便要盡快采取糾正措施，以此來為工程建設(shè)質(zhì)量保駕護(hù)航。

例如，在鋼結(jié)構(gòu)墊鐵質(zhì)量控制方面，由于墊鐵主要安裝在結(jié)構(gòu)底座、混凝土層之間，用于調(diào)整鋼結(jié)構(gòu)標(biāo)高、水平度，為二次灌漿預(yù)留充足的操作空間。因此，施工方必須高度重視鋼結(jié)構(gòu)墊鐵安裝的質(zhì)量控制，利用BIM 技術(shù)模擬施工內(nèi)容、施工環(huán)境，建立三維立體化信息模型，然后依據(jù)模擬成像科學(xué)布置墊鐵施工，找準(zhǔn)施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵點(diǎn)，并面向施工人員認(rèn)真做好三維可視化技術(shù)的交底工作。相比于常規(guī)技術(shù)，三維可視化技術(shù)交底能夠?qū)⑹┕み^程直觀清晰地呈現(xiàn)出來，便于施工人員了解施工技術(shù)難點(diǎn)、重點(diǎn)，把質(zhì)量隱患消除在萌芽狀態(tài)，提高工程管理及質(zhì)量控制的有效性。再如，在鋼結(jié)構(gòu)焊接質(zhì)量控制方面，關(guān)鍵點(diǎn)在于搭建鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)焊接的三維模型，詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)焊縫尺寸、焊接順序、注意事項(xiàng)，以及焊縫的余高、寬度、棱角度、均勻性，將石油天然氣工業(yè)工程鋼結(jié)構(gòu)焊接施工的全過程可視化展示出來，確保施工人員準(zhǔn)確掌握每一個(gè)焊接細(xì)節(jié)，這樣就能大大提升信息傳遞的效率，使施工人員牢固樹立質(zhì)量控制意識(shí)。

3.5 科學(xué)管控建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)

石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)除了工期長、投資大之外，所涉及的技術(shù)也比較復(fù)雜，且各個(gè)專業(yè)之間存在密切聯(lián)系，這也意味著工程建設(shè)階段會(huì)存在諸多不確定因素、風(fēng)險(xiǎn)隱患。這其中部分隱患是顯性的，是能夠在施工中被提前預(yù)測到的，因此能夠提前采取規(guī)避措施。但是也有個(gè)別風(fēng)險(xiǎn)是突發(fā)性的，不具備可預(yù)測性，這就需要利用BIM 技術(shù)來解決，也是此次研究的重點(diǎn)[8]。應(yīng)用BIM 技術(shù)對工程建設(shè)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，需要在工程建設(shè)的初始階段，由技術(shù)人員依托BIM 模型全方位檢測設(shè)計(jì)方案的碰撞問題，將問題分析放置在施工推進(jìn)的首要位置，以此來為施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)，目的在于避免施工過程中因多專業(yè)碰撞問題延誤施工進(jìn)度、誘發(fā)變更風(fēng)險(xiǎn)，讓現(xiàn)場所有工程建設(shè)人員主動(dòng)參與到工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)的控制中，打造本質(zhì)安全、“五化”引領(lǐng)的建設(shè)模式，為石油化工業(yè)的研、建、管一體化從而得到長效可持續(xù)發(fā)展提供保障。重視廣泛采集工程數(shù)據(jù)資料，并對這部分資料展開系統(tǒng)性分析，以概率統(tǒng)計(jì)為指導(dǎo)思想，將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率以及可能造成損失科學(xué)計(jì)算出來，通過量化風(fēng)險(xiǎn)的方式，為現(xiàn)場風(fēng)險(xiǎn)管理提供數(shù)據(jù)支撐，保證每一項(xiàng)決策的科學(xué)合理性[9]。將風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率、損失量等因素納入考慮范疇，這樣就能得出風(fēng)險(xiǎn)度，后續(xù)管理人員只需要按照由大及小的順序?qū)κ吞烊粴夤I(yè)工程建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行排列即可，從而確定工程的總體風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。以風(fēng)險(xiǎn)為導(dǎo)向針對性制定風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略，努力將風(fēng)險(xiǎn)損失控制到最小或者將風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化。

4 結(jié)語

綜上所述，在石油天然氣工業(yè)工程建設(shè)過程中，積極引入先進(jìn)的BIM 技術(shù)，用于支持工程建設(shè)的決策(可行性研究)、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維等階段的管理及決策，能夠規(guī)避或者降低風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生概率，同時(shí)還可以引領(lǐng)工程利益相關(guān)方協(xié)同合作，依托BIM 模型實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通，加強(qiáng)預(yù)控減少糾紛。在技術(shù)應(yīng)用中，需要通過營造良好數(shù)字生態(tài)、深化設(shè)計(jì)生產(chǎn)裝置、管控工程建設(shè)進(jìn)度、加強(qiáng)工程質(zhì)量控制、科學(xué)管控建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)等策略，將BIM 技術(shù)的應(yīng)用效能最大程度發(fā)揮出來。條件允許的情況下，石油天然氣工業(yè)工程相關(guān)企業(yè)可以嵌入估算軟件、算法程序，這樣能夠讓工程的風(fēng)險(xiǎn)管理精準(zhǔn)度更高。下一步對于綠色環(huán)保方面的信息也要加入模型中，更好地體現(xiàn)工程建設(shè)對環(huán)境友好的影響與要求。