基于BIM理论的海洋工程集成管理研究

邱惠

当前海洋石油工程项目（以下简称海洋工程项目）逐渐向国际化、集成化、信息化趋势转变，如British Petroleum的 IPD交付、Statoil的SPO信息交付等，然而国内该方面研究还较为有限。2015年Dodge Data & Analytics发布的“中国BIM应用价值研究报告”指出：超过半数的建筑总承包商深信应用BIM技术将改善项目整体运行情况；BIM在建筑行业的成功应用，为国内海洋工程全生命期管理提供了全新的思路。本文选取国际海洋工程项目常用的EPC/EPCI总包管理模式为研究对象，构建基于BIM的项目信息集成系统，并探讨系统实施问题，为今后大型工程项目管理提供借鉴。

一、理论基础

上世纪80 年代，Chuck M. Eastman教授在《Building Product Models》中提到一种假设的计算机系统，可对建筑物智能模拟，并从中提取工程图纸、工程量、施工进度等内部信息，这就是BIM原型。2002年Autodesk公司率先推出BIM工具，并逐渐得到世界建筑行业的普遍接受和认同。2006年美国发布NBIMS标准将BIM定义为一个设施（建设项目）物理特性和功能特性的数字表达；一个共享的知识资源；一个分享设施全生命周期信息，并为所有决策提供可靠依据的过程。可见，BIM不仅是一种新型设计工具，也代表了合作方的共同努力。

BIM按软件特征可分成两类：一是建模软件，包括核心建模软件、方案设计软件、BIM接口几何造型软件、建筑与结构设计软件、机电与其他各系统的设计软件等；二是模型分析软件，包括结构分析软件、施工进度管理软件、制作加工图设计软件、概预算软件、设备管理软件、可视化软件等。同时，借助IFC、IDM、 IFD等标准可完成各软件间数据交换，发挥信息综合优势。

BIM实施由低到高分七个阶段：3D设计、综合协调、4D与5D集成、组织优化、虚拟施工、自动化生产、项目产业链管理等。本文将从信息集成、过程集成、参与方集成角度，研究并构建基于BIM的EPC海洋工程项目集成管理模型（简称EDIS-EPC模型）支持多单位间协同管理。

二、EDIS-EPC管理模型搭建

海洋工程项目分为可研性研究、设计、采办、施工、投产、试运行六个阶段， EPC/EPCI工程总承包管理模式下，业主负责制定项目预期目标、功能要求和设计标准，并协调监理方介入项目过程管理；总承包方对整个工程过程负总责、对工程质量及所有专业分包人履约行为负总责。为此，构建EDIS-EPC系统时，要充分发挥业主方主导作用，统一信息标准，利用各方现有资源，做好信息级联，确保安全、准确、及时传输。

EDIS-EPC系统由基于BIM原理的集成设计子系统及项目信息集成管理平台组成，各干系人系统网络架构采用物理隔离方式，并通过唯一的信息标准进行数据交换，从而在業主、承包商、供货商、监理机构等间形成一套基于网络技术的安全高效的项目管理服务链。其中，集成设计子系统作用是从各专业设计软件采集工程信息，完成信息关联集成与动态更新，并与项目信息集成管理平台集成，提供材料管理、设计校核、碰撞检查、设计/施工模拟等数据支持；项目信息集成管理平台承揽信息集中展示、收发文管理、日程管理、会议管理、工作督办、档案管理等综合管理职能。EDIS-EPC管理模型见图1。

搭建海洋工程集成设计子系统要攻克的主要技术难题是基于BIM原理的跨专业设计软件集成与数据中心维护，基本思路是以3D、智能PID设计软件为核心，与机械、电气、结构等专业设计软件直接传输设计主数据，并通过集成设计系统进行异构系统间接口处理与数据集成。当前，集成设计系统的主要系统开发商是AVEVA、Bentley、鹰图公司。例如鹰图公司以SmartPlant Foundation作为专业数据采集平台，其数据流图见图2。

EDIS-EPC模型实施将涉及各单位间网络集成、应用系统集成、专业设计软件集成等系统接口。国内外学者研究发现，各项目只有建立统一的工程信息标准，才能实现不同设计软件、不同系统、不同成员间的数据转化、提取、分类、存储和高效传输。工程信息标准化体系主要由三部分组成：信息格式标准化、信息传递标准化、信息管理标准化，体系框架如图3。各单位可结合企业标准、行业标准，根据设施特性，制定相应技术分册。

海洋工程项目强调以设计为龙头，严格控制设备招标和采办程序保证设备质量和工程进度，合理安排建造、安装进度，确保交叉施工中的工程质量。引入EDIS-EPC模式，有利于提高整个项目团队的沟通效率，管理过程集成如图4。

考虑各单位信息化水平、内部管理制度差异，EDISEPC实施应由业主方主导，必要时可借助第三方数据处理商解决跨系统数据转换问题，最终满足各方利益诉求。EDIS-EPC的参与方集成模型如图5。

三、实例分析

X油气田开发项目拟建设4座井口平台，该项目采用EPCI总包管理模式，具有工期紧，任务重， 参建单位多、场地分散，预制设备多、人员流动性大等特点。施工时发现部分到场设备型号与需求不符，且各现场间业主与监理公司、总承包商，总承包商与设计分包商、建造分包商、安装分包商间沟通不畅，影响施工进度。项目成员通过头脑风暴分析并制定了改进措施，包括引入EDIS-EPC管理模式，通过可视化技术及虚拟办公提高沟通效率。

本项目涉及异构网络集成及信息安全管理，通过对现场规模、网络状况、数据量、投资收益等的评估，最终确定硬件集成方案为：常设陆地现场专线接入，临时陆地现场Ipsec-VPN路由接入，海上部署临时微波应急通讯系统，各现场与总部设置视屏会议系统、电话会议系统。同时，为确保信息安全，业主与总承包商间采用防火墙+VPN技术，业主与供应商间采用防火墙+CA技术。

本项目采用鹰图公司的SmartPlant Foundation搭建集成设计子系统（简称SPF），应用IFC标准进行各专业软件与SPF系统的数据交换，应用XML标准进行Internet的结构文档交换，确保业主项目信息集成系统（简称EDIS-PIP子系统）与总承包商项目信息集成系统（简称EDIS-PIPE）对接进行项目组正式文件传输与管理，业主方SPF与总承包商SPF对接实现技术数据传输及方案联审，最终成果输出到工程信息成果库（简称EDIS_DB）集中移交。系统架构见图6。

EDIS-EPC实施涉及多方协调，容易受各方管理理念、人员素质、IT技术水平、应用环境等多因素影响，应建立配套的管理制度，促进工作持续改进。本项目采用主要保障措施如下：

项目前期业主与总承包方、供货商等就本项目引用的信息标准达成一致，并列入合同约束条款，强制实施。

明确信息沟通渠道，即業主方对总承包商，总承包商管理各分包商。项目期间同步开展数据合规性审查，通过周例会等形式加强沟通协调，并将常见问题整理编制成应知应会手册。

充分利用项目启动会等形式做好技术交流，加强各单位间设计对接。项目关键节点，安排现场巡检，进行问题排除。

建立配套的I T管理程序，并做好信息专业队伍培养。

实施效果：应用EDIS-EPC实现了图纸自动校核、3D方案评审，提高设计精度，并为材料精心化管理提供数据基础。图7为X项目方案审查示意图。

项目期间，各专业人员利用EDIS-EPC进行设计质量管理，包括跨部门、跨现场、跨专业的技术文件联合审查等，系统动态跟踪各项问题处理情况、汇总生成统计报表，并提供系统预警，应用举例见图8。

四、结束语

EPC总承包项目具有项目整体经济性较高，业主易于控制、总承包商在项目实施过程中处于核心地位、承包商承担大部分风险等特点。应用基于EDIS-EPC管理模式，可加强多合作单位、多现场、多专业间沟通效率，有利于项目精细化管理与质量提升，可为今后工程项目数字化管理提供参考与借鉴。未来可将EDIS-EPC与电子签名系统集成，从而提高完工资料移交速度；同时由于EDIS-EPC的重要组成部分“集成设计子系统”为国外引进产品，需加强本地技术团队培养，支持未来智能油田建设。