基于BIM的核電廠鋼結構工程管理信息系統建設實踐

楊吉星，胡立新

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

鋼結構工程是以鋼構件的制作、安裝為主的工程，是目前我國主要的建筑結構類型之一，因其具有較好的抗震性、抗風性、耐久性、保溫性、隔音性、健康性、舒適性等優點，且施工簡便，被廣泛應用于我國核電項目中[1]。

核電廠主要由核島廠房、常規島廠房和BOP（Balance of Plant，電站配套設施）組成，各類鋼制品（如主鋼、次鋼、不銹鋼等）、鋼構件廣泛應用于其中，如鋼安全殼的底板、鋼襯里、穹頂，如鋼結構天花覆面、檢漏管、不銹鋼水池、環吊牛腿等。

核電廠土建工程的建設周期約5～6 年，鋼結構工程貫穿始終；1 個核電廠土建工程造價幾十億元，鋼結構工程費用占其比例約10%；鋼結構工程在核電廠核安全管理（如限制污染氣體的泄漏，防止或減少放射性物質向環境釋放，預防或有效抵御飛機撞擊、龍卷風等不可預見性外部事件對核電廠帶來的災害性的影響等）中發揮著極其重要的作用；質量是保證安全的重要措施，我們有必要對核電廠鋼結構工程全生命周期內各項工作認真梳理、明確標準、落實分工、嚴格執行，以期保證各項工作的質量。

因此，我們重新梳理核電廠鋼結構工程管理業務流程，進行核電廠鋼結構工程管理信息系統建設。

1 管理現狀

廣西防城港核電站是中國在西部地區和少數民族地區開工建設的首個核電項目，項目共分為三期，一期的1、2 號機組已經正式投入商業運營；二期3、4 號機組正在建設中；三期的5、6 號機組還未開工。中建二局成立廣西防城港核電項目部，負責本項目的具體施工和管理工作。項目工程部下屬的鋼結構隊負責本項目全部鋼結構工程相關工作的執行。目前，存在如下問題。

1.1 管理流程粗放

鋼結構隊組織結構圖如圖1 所示，目前只設置了生產管理組和現場施工組2 個部門（即項目部僅將鋼結構工程全部管理工作劃分為2 大類），生產管理組負責鋼構件的車間預制工作，現場施工組負責將車間預制完成的鋼構件安裝到工程實體中。組織結構的設置可直接反應組織的管理精細化程度，管理流程粗放。

1.2 管理手段落后

鋼結構工程周期長、費用高，涉及的工作環節多，目前鋼結構隊各項工作的交互仍依靠電子郵件或快遞信件；一些原材料及半成品的出庫、入庫等信息的記錄，仍依靠手工記錄或應用簡單的辦公軟件（如Excel等）進行記錄，工作效率低、錯誤率高；獲得設計單位發來的鋼結構圖紙時，仍憑經驗繪制鋼構件草圖（無法模擬現場施工場景），鋼構件加工完成并運至施工現場、進行現場安裝時，仍頻繁發生無法直接順利安裝的現象。

管理流程粗放、管理手段落后、工作質量難以保證，直接影響到核電廠的安全，同時，也直接影響到了核電項目的進度及成本。

2 建設目標

2.1 引入BPR思想實現精細化管理

BPR（Business Process Reengineering）即業務流程重組，是一種先進的管理思想，它強調以企業管理過程中某項需完善的業務為中心，將其指定為改造對象，以企業高層管理人員的需求和愿景為目標，通過對該業務進行梳理，找到可細化、優化的方面，進行深度思考和管理流程再造（流程再設計），同時，通過先進信息技術的手段，呈現管理流程再造的結果[2]。

重新梳理核電廠鋼結構工程全部業務流程，查漏補缺；借助BPR 的管理思想，細化、優化存在問題的業務流程，實現精細化的核電廠鋼結構工程管理，并探索實現核電廠鋼結構工程管理信息化。

2.2 引入BIM技術實現可視化管理

BIM 是一種應用于工程設計、建造、運維等環節的數字化管理工具，BIM 擁有可視化、協調性、模擬性、優化性、可出圖性等特點[3]。Tekla是芬蘭Tekla 公司開發、世界通用的鋼結構詳圖設計軟件，是BIM 技術應用軟件之一。借助該軟件，用戶可進行鋼結構詳圖制作，生成鋼結構三維信息模型（一種BIM 模型），使得鋼結構工程全生命周期各環節工作人員能夠對目標建筑實體形成一致的理解，以便其正確的完成工作；鋼結構三維信息模型生成的同時，軟件可同步生成各種鋼構件詳圖及清單、零件詳圖及清單，以此指導采購人員采購、生產人員生產；將鋼構件現場安裝的實際場景代入到三維模型中，便可在模型中進行三維智能鋼結構安裝模擬，同時生成可視動畫，以此來指導現場安裝人員工作，保證安裝工作一步到位，進而保證工作質量，節約工期及成本。

3 建設成果

3.1 業務流程細化及重組

從工程開工收到第一份鋼結構工程訂單到最后一批鋼構件在工程實體中安裝完成并通過驗收為止，經梳理，得出核電廠鋼結構工程全部管理事項如下：訂單接收、圖紙獲取、圖紙深化設計、生成BIM 三維模型、生成構件清單、生成零件清單、生成原材需用計劃、原材采購管理、原材庫存管理、編制工藝方案、原材套料管理、編制加工計劃、車間排產、生產加工、完工報驗、構件入庫、構件配送出庫、構件現場安裝、訂單驗收、原材質檢、成品質檢、實體質檢、無損檢測、理化檢測等[4]。

3.2 組織結構優化及分工

鑒于鋼結構工程在核電廠土建工程中具有的重要性，項目部依據鋼結構隊各項業務（工作）流程的細化及重組結果，將鋼結構隊的組織結構進行優化，從原來的2 個工作組細化為8 個工作組（圖2），以使各項工作能有序開展。同時，明確分工，使各崗位人員能各司其職，以保證各項工作的工作質量。

圖2 廣西防城港核電項目鋼結構隊組織結構圖(BPR后)

3.3 信息系統建設及應用

依據核電廠鋼結構工程業務流程重組、組織結構優化及工作分工的結果，建設核電廠鋼結構工程管理信息系統。將各項業務有機組合成8 個管理模塊，各管理模塊業務關系如圖3 所示。

鋼結構隊內不同的工作組負責不同管理模塊功能的使用與維護，責任關系如表1 所示。

表1 核電廠鋼結構工程管理信息系統管理模塊及主責部門信息表

3.3.1 項目管理模塊

在項目管理模塊中，主要實現鋼結構工程訂單的接收，針對訂單制定進度計劃，并進行進度監控，直至訂單中全部鋼構件在工程實體中安裝完成并通過驗收、訂單驗收為止。

項目管理組的用戶接收到訂單后，及時將訂單傳遞到設計管理組，以便設計管理組用戶及時進行工程設計；同時，依據訂單中的“現場安裝時間”等信息，制定本訂單中的鋼構件的5 個管理過程的進度計劃，5 個管理過程分別是：圖紙深化、工藝方案、構件入庫、構件出庫、構件安裝，系統為每個管理過程的工程實體圖形（鋼構件）分配了不同的顏色，依據每個圖形中的顏色顯示，用戶可直觀地看到何種部位的何種構件現在已經完成何種工作、完成比例等，用戶可直接的掌握整個訂單的執行進度，進而制定后續工作計劃（針對進度超前、進度滯后的工作采取相應的措施等），實現基于BIM 三維信息模型的可視化管理，具體如圖4 所示。

圖4 BIM技術在進度管理方面的應用示例圖

3.3.2 設計管理模塊

設計管理模塊是整個系統的核心，是后續各項工作的源頭。設計管理組用戶從設計單位或業主單位接收到工程圖紙后，依據圖紙，在Tekla 軟件中對圖紙中描述的需求內容，結合現場的實際情況，進行圖紙深化設計。

1）生成BIM 三維信息模型，并將其展示到項目管理模塊的進度監控部分的“圖紙深化”模型中。

2）生成并導出鋼構件清單，并為每一個鋼構件分配唯一的編號（該編號將伴隨鋼構件后續的各個環節，直至鋼構件安裝驗收、移交維保），并將清單傳遞到工藝管理組。

3）生成零件清單、原材料需求計劃，并將其傳遞到物資管理組。

4）生成“現場安裝施工模擬動畫”，傳遞到工藝管理組、生產管理組及現場施工組。

鋼結構工程訂單圖紙深化設計工作完成后生成BIM 三維信息模型和零件清單。

通過Tekla 軟件的應用，設計人員在三維信息模型中對欲加工的鋼構件進行多角度的分析，合理拆分構件、實現量化生產，提高了鋼構件的加工質量與工作效率；將“現場安裝施工模擬動畫”傳遞到現場施工組，輔助現場安裝人員提前了解安裝流程、步驟、方法等，保證鋼構件的安裝質量及安裝工作的效率。

3.3.3 工藝管理模塊

鋼構件生產加工的工藝通常包括套料、下料、拼裝、焊接、噴漆等，工藝管理組的用戶依據本模塊的功能對從設計管理組傳遞過來的鋼構件清單中的鋼構件進行工藝路線的指定。同一鋼構件訂單中的構件信息傳遞到工藝管理組后，工藝管理組的用戶在工藝管理模塊中，先將所有構件按照不同的工藝路線進行分類，之后為每一類鋼構件指定相應的加工工藝。

如圖5（a）、圖5（b)所示，為某類鋼構件的工藝方案、工藝方案詳解示意圖。同時為最大限度地合理應用（節省）鋼結構原材料，工藝管理組的用戶通過套料軟件進行套料，如圖5（c)所示，為套料人員在某鋼材尾料中進行套料工作的結果示意圖。將工作成果展示到項目管理模塊的進度監控部分的“工藝方案”模型中，并同步傳遞到生產管理組。

圖5 某構件工藝管理工作示意圖

基于可視化的BIM 三維信息模型，工藝管理組的用戶可查看到任意鋼構件的細部構造，模擬現場安裝的實際場景，制定合理的工藝方案。

3.3.4 生產管理模塊

生產管理是鋼構件從圖紙、模型到實物的轉化過程。生產管理組的用戶在接收到已指定工藝方案的鋼構件清單后，先制定生產計劃，后進行車間排產。各個車間按生產計劃開展生產工作，生產完成后，向質量管理組報驗，經質量管理組的用戶進行相應質檢工作且質檢合格后，對相應構件進行入庫，將工作成果展示到項目管理模塊的進度監控部分的“構件入庫”模型中，并同步傳遞到物流管理組。

生產計劃如圖6 所示，左側為某類鋼構件的生產工藝（工序），右側為某道工序的執行時間及執行時長，以甘特圖的形式展示。

圖6 生產計劃示意圖

基于可視化的BIM 三維信息模型及Tekla軟件導出的鋼構件清單，車間工人可直接照圖生產，同時，輔以先進的數字化生產加工設備，實現鋼構件的批量化生產，大大提高了工作效率。

3.3.5 配送管理模塊

鋼構件驗收入庫后，物流管理組用戶依據現場的施工情況，制定鋼構件配送計劃、安排配送車輛及配送人員，并及時安排構件出庫，構件運達現場后，經現場施工人員的清點、驗收，完成配送工作。將工作成果展示到項目管理模塊的進度監控部分的“構件出庫”模型中。

3.3.6 安裝管理模塊

鋼構件運達現場并驗收、現場施工人員認真學習“現場安裝施工模擬動畫”后，施工人員開展安裝施工工作。安裝施工工作完成且驗收合格后，將工作成果展示到項目管理模塊的進度監控部分的“構件安裝”模型中。由項目管理組用戶組織完成訂單驗收的工作，完成鋼構件訂單的全過程管理。

3.3.7 原材管理模塊

原材管理模塊為物資管理組提供了從原材采購計劃到原材采購送貨清單，從原材驗收入庫到原材領料出庫等功能。

3.3.8 質量管理模塊

質量管理模塊為質量管理組用戶提供了各類質量監督、檢查、驗收的功能。質量管理工作貫穿于所有工作組的所有工作活動中，如對采購進場的原材料進行進場驗收，對生產管理組加工的鋼構件、對現場施工組施工的工程實體等各個環節進行質量監督、質量檢查及質量驗收。

4 應用效果

通過核電廠鋼結構工程管理信息系統的建設，細化并規范了核電鋼結構工程管理流程，提高了核電廠鋼結構工程項目管理水平，同時提高了核電廠土建工程項目經理部信息技術應用水平，助力企業成功推進數字化轉型。

5 結語

核電廠鋼結構工程管理信息系統實現了從鋼結構訂單接收、圖紙深化設計，到現場安裝、訂單驗收等一系列工作的信息化管理；同時，實現了基于BIM 三維信息模型的進度可視化管理。系統的上線、使用，大大提高了各級鋼結構工程管理人員的工作效率、工作準確率，大大減輕了各方、各級管理人員的工作負擔，節約成本、縮短工期，助力企業發展。