海外大型EPC 工程BIM 數字建造平臺建設研究

孫豐茂 薄志軍 閆騰 賀英男 韓芳甲

(1.中國電建集團山東電力建設有限公司；2.青島鴻利軟件有限公司)

當前，數字經濟已經被列入國家戰略，數字經濟和實體經濟融合進程必將加速，數字化轉型則是中國企業的必由之路。隨著越來越多的中國工程企業走出國門，特別是走進海外高端市場，更高、更嚴苛的技術標準和項目管理要求也隨之而來。傳統的管理模式已遠遠不能適應項目管理要求，迫使工程企業必須要進行管理模式的創新，而以數字化、信息化、智能化技術，特別是以BIM 技術、物聯網為主要手段所建設的數字建造平臺則是更高效的創新方式。

1.數字建造平臺所急需解決的重點、難點

本研究依托中東地區某特大型港務工程，該項目體量巨大，參與主體多，涉及面廣，工期緊、任務繁重，不可預見風險多，特別是2020 年初發生的新冠肺炎疫情，導致項目各項工作受到很大影響。業主沙特阿美石油公司作為世界上最大的石油公司，擁有嚴苛的標準體系，匯集了50 多年的設計生產和運行管理經驗，形成了自有的龐大標準體系，涵蓋項目EPCO 全過程管理。在項目執行過程中，業主組建了專業團隊直接參與項目管理，嚴格執行其企業標準。在BIM 技術應用背景方面，本項目是阿美石油公司首個將BIM 具體應用要求列入到合同條款的項目，對項目參建方都將是一個新的挑戰。

那么，通過建立數字建造平臺，我們急需解決什么樣的難點、痛點呢。我們的總體原則是：以目標為導向，重在解決現場實際問題。

（1）阿美項目管理體系流程、表單復雜，產生大量重復工作。這也是信息化的難點，但也是重要的基礎工作。因此，我們希望借助平臺，在不改變項目現有管理模式下，將項目數據快速數字化，實現數據有效分析利用。

（2）各業務環節數據標準不統一，不利于數據有效貫通。比如材料清單在各個環節流轉過程中標準不統一，每個環節獨立存在，沒有真正意義的貫通。因此，我們希望借助平臺，統一從設計到施工的全過程數據交付標準，達成共識，與BIM 模型融合，實現數據融會貫通。

（3）BIM 模型無法有效共享協同利用，發揮最大價值。以往BIM 模型都由專業設計工程師使用專業軟件才能打開，不利于廣泛應用。因此，我們希望借助平臺，借助BIM 模型輕量化引擎，實現在網頁端快速瀏覽，并與業務數據融合，實現項目可視化管理。

（4）現場資源統計困難不利于合理調配及成本有效控制。高峰期間達到20000 人之多，且分散在不同的作業區域，無法有效的統計分析。因此我們希望利用智能傳感設備及移動端等手段，及時有效掌握現場資源情況，為資源優化提供決策依據。

2.數字建造平臺的建設思路

針對以上分析的項目管理特點及難點、重點，我們計劃以系統總結項目標準體系和管理體系為切入點，將體系固化到數字建造平臺中。同時，綜合運用“BIM、云、大、物、移、智”等數字化技術，研發基于BIM 技術、物聯網等技術的數字建造平臺，來實現項目管理的數字化、信息化、智能化。主要建設思路如下：

（1）結合集團、公司現有的標準體系以及業主項目建設標準體系，從項目自身出發，建立一套合理、成熟的EPC項目管理體系。

（2）結合形成的EPC 項目管理體系，與項目各業務部門進行全業務鏈條的需求調研，形成BIM 平臺、智慧工地平臺的需求分析說明書。

（3）調研BIM 輕量化引擎技術，將BIM 模型與BIM管理平臺、智慧工地平臺相關業務進行有機融合。

（4）開發建設BIM 平臺、智慧工地平臺，完成數字建造平臺部署上線。

（5）持續應用BIM 平臺、智慧工地平臺，形成項目知識庫、經驗庫。

3.數字建造平臺的建設目標

平臺建設首先要基于項目實際情況，再者才能考慮為項目賦能，達到提質增效的目標。

（1）必須要基于項目EPC 管理體系建立，盡量不增加項目工作量，目的是進一步提升和規范項目的管理。

（2）平臺要基于BIM 輕量化技術建設，將項目管理要素與BIM 模型相融合，實現項目管理信息的可視化管理，為項目部提質增效。

（3）平臺建設要在頂層設計上充分考慮普適性應用，除滿足國王港需求外，后續經過簡單的改造升級即可在公司其他類型工程上快速推廣應用。

（4）通過智能巡檢、人員定位、機械定位、AI 視頻識別等功能對施工運維區域嚴格把控，提前預警告警，提高施工作業的安全性。

（5）智慧工地中的GPS 定位監測、用電分析等功能，可以綜合分析機械在場區內的分布情況和工作效率，以及分析用電峰谷值,從而提高設備利用率。

（6）通過機械定位、智能巡檢、智能考勤等系統運用，大幅提高人員機械的調度效率，提高現場管理能力和綜合工作效率。

（7）通過智慧工地系統對場區資源的綜合分析與監控，增加項目管理經營手段，實現經營效率的提高。

（8）提高自動化投入率，通過智能巡檢、智能預警、無感知考勤、電能分析等手段提高工作效率，增加現場有效人工時，實現降本增效。

4.數字建造平臺的主要建設內容

本項目為特大型港務工程，建筑設施數量眾多，功能相對獨立，具有唯一的代碼（Facility ID）。因此，我們計劃借助BIM 輕量化引擎實現BIM 模型的輕量化展示，并且以“建筑設施Facility ID”為核心編碼貫穿所有業務，與EPC項目管理業務充分融合，能夠更加直觀的反映出項目管理的各項屬性，采用移動端應用輔助，實現管理活動可視化，達到“所見即所得”的可視化效果。

我們通過研究以沙特阿美項目管理體系、標準為核心基礎，以BIM 技術平臺為載體，將研究沙特阿美管理體系中設計、采購、施工流程以及進度、質量、安全業務與BIM技術相融合，建立了基于BIM 技術的項目EPC 數字化管理系統，能夠有效覆蓋工程建設的主要管理維度，同時結合以現場智能硬件為基礎的智慧工地平臺，豐富項目管理平臺數據收集方式，以期為項目管理提質增效助力，創造更高的管理價值。

4.1 主要建設內容

數字建造平臺的主要建設內容分為決策分析管理、BIM模型管理、設計管理、采購管理、調試管理、進度管理、質量管理、安全管理、物流管理、倉儲管理、文件管理、資源管理、成本管理、資產管理等模塊，涵蓋項目管理EPC 全過程管理要素。

4.2 項目管理模塊建設內容

通過深入研究項目管理體系內容，我們系統分析了阿美項目與其他項目的區別，將本項目有代表性的管理特點與數字建造平臺結合，建設了適用于項目管理方式的EPC 數字化管理平臺，這也是與其他EPC 管理平臺明顯的特點。

舉例如下：

（1）進度管理方面：阿美公司通過進度測量管理系統PMS 來管控項目進度，此系統是基于EXCEL 表格，邏輯復雜，運行緩慢，不利于管理以及進度數據的快速統計分析，且無法形成結構化的數據發揮更大的價值?；诖?，我們通過對其內部邏輯進行系統分析，整理出其關鍵要點，將PMS 與BIM 管理平臺數據打通，一方面保持項目原有的工作習慣，另一方面將所有關鍵指標內置BIM 管理平臺，可以進行多維度快速統計分析。

（2）指標管理方面：在阿美項目管理體系中，項目PQI（項目質量指數）、PSI（項目安全指數）是其非常關鍵的兩項項目評價體系，阿美公司通過選取一些關鍵性的質量、安全指標來評估其承包方履約合同要求的能力，以及用來反映出項目發展的健康狀態。因此我們深入研究兩項體系內容，提取其中關鍵指標，分別在質量管理系統、HSE 管理系統完成了項目PQI、項目安全PSI 功能開發，并且形成了月度的PQI、PSI 趨勢圖，橫向對比來體現項目發展的健康狀態。

（3）質量驗收管理方面：阿美制定了按照分部分項工程整理成的標準的ITP（檢驗計劃）表格，并且要求承包商提前24 小時提交RFI（質量驗收申請）報檢申請。我們將標準的ITP 表格及RFI 模板內置BIM 管理平臺，形成格式化的數據，實現了驗收過程的信息化，同時可在平臺中快速導出RFI 清單，并與阿美的質量管理EPMS 系統快速對接。

（4）采購管理方面：通過分析阿美采購管理體系中MTO、PO信息，我們將采購催繳整個業務流程（內含IK采購、JV 采購）納入BIM 管理平臺，可從采購合同簽署后進行全過程跟蹤管理，實現了采購催繳的全過程跟蹤管理。

（5）不符合項管理：阿美對承包商的不符合項（NCR）控制要求非常嚴格，不符合項（NCR）必須在規定的時間內關閉，同時不符合項（NCR）狀態清單以及關閉情況在每周的質量會上雙方就關閉狀態進行討論。針對不符合項（NCR）關閉時效性要求，我們在PC 端和移動端同步開發了質量不符合項（NCR）管理功能，在PC 端可以快速批量導入不符合項（NCR）信息，在PC 端和移動端均可以關閉不符合項（NCR），可快速導出阿美需要的信息提交阿美審閱。同時我們開發了不符合項（NCR）統計報表，可按時間段篩選得出不同標段、不同專業、不同狀態的不符合項（NCR）總數、關閉數、剩余數、關閉率等關鍵指標。

（6）安全分析管理方面：阿美安全標準要求高，通過JSA（作業風險識別）制度，對每個施工步驟進行風險識別判斷、分析，對作業活動進行風險控制，確保安全施工。我們在平臺中根據施工計劃，快速識別施工活動中潛在的風險，并且與建筑物ID 相關聯，通過BIM 模型可視化技術，將安全風險點在BIM 模型中直觀的展示?？梢宰龅教崆邦A警并提出預防措施和行動方案，更好地預防了安全事故的發生。

（7）文件管理方面：阿美項目文件管理的特點是使用傳遞單管理，文件種類多，較為分散，雖然能夠保證文件的傳輸正確性，但是不利于文件的分類管理。我們結合阿美文件目錄結構，總結完成了項目文件管理目錄樹，建立了函件管理功能，并且根據相應規則建立項目傳遞文件管理機制，極大的提升了項目文件管理工作效率。

4.3 BIM 輕量化引擎

BIM 輕量化引擎是BIM 輕量化應用的重點。引擎的優劣就直接影響平臺的使用效果，因此我們充分調研了國內多家主流做BIM 引擎的公司，最終選定了自主可控的引擎工具，并將其與平臺做了深度融合，在加載速度、功能建設、操作體驗及視覺效果方面均有著良好的表現，主要體現在以下幾方面：

網頁手機，輕松瀏覽：在網頁端及手機端，無須借助安裝其他專業設計軟件，都可以快速查看項目模型，便于工程師在現場通過三維模型與實體建筑對比分析。

功能豐富，操作簡捷：輕量化引擎的功能很豐富，操作簡潔高效。如：細節查看、立體測距、自由剖切、標簽、視點等功能。

按需集成，任意組合：模型集成方面，能夠按需集成，任意組合。能夠將不同格式、不同專業的模型快速整合在一起形成集成模型，便于碰撞檢測等；

模型與圖紙，二三維聯動：針對正向設計的模型與圖紙，可實現精準聯動，解決設計院提供的圖紙和模型不能直觀對比展示的問題。

進度4D，直觀展示：在進度4D 方面，實現了單體模型的計劃進度與實際進度的對比展示，以及差異分析。

4.4 智慧物聯應用建設內容

（1）人力資源管理系統

采用RFID 射頻識別技術，通過無線網橋進行遠距離數據傳輸，有效解決了因施工場地大、安裝位置分散造成的布線難道大、成本高和上萬人考勤費時的問題。自動判斷人員進出記錄，按時間段生成考勤報表?；陧椖慷ㄖ乒窘M織架構，可通過EXCEL 批量導入全部人員信息，根據導入信息自動生成人員國籍、工種、年齡等信息統計。

（2）機械管理與定位監測系統

機械管理與定位監測系統采用了RFID 射頻識別與車輛分析攝像機、GPS 定位器，可統計、查驗區域內的車輛信息，計算車輛運行時長、環境參數，并可實現對大型機械車輛的實時有效監督，為降本增效、資源合理調配提供有效解決方案，并形成歷史數據。

（3）能源監控系統

利用智能傳感器將現場柴油發電機控制器實時采集的電壓、電流、油壓、水溫、轉速、負載輸出等信息收集至智慧工地平臺，實現實時在線對發電機的管控和及時預警。在保證現場用電安全的同時，為項目用電成本控制提供依據。并可在緊急情況下，可實行遠程停機。

（4）施工隱患識別

通過與BIM 模型的結合，根據施工計劃，識別施工活動中潛在的危害，利用BIM 模型可視化特點，提出預防措施和行動方案，預防安全事故發生。

（5）混凝土全過程監控管理

由于本項目混凝土數量達到200 萬方以上，且場區面積大，現場機械車輛數量多，內部道路復雜，給混凝土運輸造成了很大難度。通過數字建造平臺與物聯網技術相結合，可實現混凝土從生產到澆筑的跟蹤管理，同時，結合大體積混凝土溫度監測系統，可實現全過程信息化管理。

5.結語

該平臺目前已經在本項目得到的良好應用，且得到了業主方高層領導的充分肯定，具有一定的行業示范效應，贏得了國際客戶的尊重與信賴，進一步提升了中國企業在海外的品牌影響力。在國務院國資委主辦的首屆“國企數字場景創新專業賽”中榮獲一等獎。

數字化轉型是大型工程企業的發展必由之路，數字建造平臺則是其關鍵工具，其核心根本是企業和項目管理能力的提升，只有將二者充分結合起來，才能發揮更高的價值，更好的為項目賦能，為企業賦能。