BIM技术提升海外工程项目建设品质

文|王帅 蔡伟

近年来，工程建设EPC 模式在国内快速发展，随着“一带一路”倡议的深入推进，海外港口EPC 项目也在不断增多。除常规人员素质要求高、国际标准体系下设计及报批复杂、施工质量要求高等之外，海外工程项目建设还面临多语言环境沟通效率低、工程精度控制要求高、交叉作业面多干扰大等多方面挑战，采用常规技术手段解决新问题往往力不从心。随着BIM 技术的不断发展，利用先进技术手段推动海外工程项目向智慧化转型升级已成为新发展趋势。

巴基斯坦某自动化集装箱码头二期工程位于巴基斯坦卡拉奇市，是该国第一个自动化集装箱码头堆场项目。工程占地30公顷，预计二期堆场建成后，港区集装箱吞吐量将达到310 万TEU。工程建设内容包括集装箱堆场与房建等相关设施，具体包含：道堆、给排水、消防、污水、电气和控制系统管网、辅助建筑物、铁路、孤岛电站、冷藏箱架和其他配套设施等。

本项目建设面临五大突出挑战：一是自动化集装箱码头信息化程度高，同现有一期运营码头接口点众多，施工调试过程要避免对运营项目干扰。二是项目综合性强，地下管网系统复杂，各系统管线密集，相互干扰大。三是施工项次繁杂，分区块交工，工期紧迫。四是采用英标体系，建设质量要求高。五是项目涉及乌尔都语、英语、汉语等多语言环境，当地工人文化水平偏低，跨文化交流障碍问题突出。据此，项目组利用BIM 技术的直观性、协同性、优化性及信息完备性等优势以解决上述难题，将BIM 技术应用于本EPC 项目设计和施工阶段，最大程度发挥一体化应用价值。

BIM 实施策划

BIM 实施工作流程

为充分发挥工程建设过程中BIM 应用实施效果，项目在启动之初便开展系统的实施策划。主要步骤包括：识别项目BIM应用重点和难点、确定BIM 应用目标、明确BIM 工作范围及内容、策划BIM 实施流程、明确成员在项目中的角色和责任、规划BIM 实施所需的基础资源等。本项目BIM 建模应用内容基本涵盖港口工程所有项次，主要实施工作流程如图1所示。项目组编制了《BIM 实施工作方案》等系列项目BIM 应用标准，用以指导和规范BIM 工作开展。

图1 项目BIM 实施工作流程

BIM 应用目标及重点

BIM 应用目标。本项目在实施策划时，制定总体应用目标如下：

一是通过BIM 模型直观展示，解决海外大型EPC 项目因多语言、跨文化交流、文化水平较低等因素带来的交流效率低下问题，提高沟通效率，加快设计报批进程。同时，在一定程度上减少中方人员外出交流频次，保证海外工作人员人身安全。

二是通过建立港口工程参数化构件库以及软件二次开发，解决BIM 应用过程中标准化程度高、重复性大、耗费时间长的建模问题，提高协同设计效率。

三是通过BIM 一体化应用，解决集装箱堆场管线碰撞问题，减少后期设计变更，提高设计品质；通过将施工阶段问题前置，优化方案，减少施工中的潜在返工，从根本上节约工期、降低建设成本。

四是通过BIM 模型创建与应用，形成数字化资产，为自动化集装箱码头信息化建设和后期运营提供基础条件。

各阶段工作重点。设计阶段发挥BIM 在三维设计方面优势，工作重点包括：建立本项目BIM 实施标准体系。开展BIM 协同设计，基于协同平台并按照项目统一的BIM 标准，建立满足项目应用要求的各专业BIM 模型。应用BIM技术进行模型碰撞检查，防止设计错误传递到施工阶段或造成安装工程的返工。利用BIM 模型对设计理念和方案进行充分展示。

施工阶段充分继承设计阶段BIM 成果，并按施工分部分项进一步深化分解模型，开展深化应用，工作重点包括：开展施工模型深化并联接集成、录入施工计划数据、施工过程信息、检验批次等，以BIM 模型为载体集成施工信息，实现建造信息的实时查询。实现移动端可视化交底，模型轻量化后传输到移动设备，移动式项目管理，提高交流效率和管理效率。建立管网、道路工程的施工工艺库，进行施工工艺模拟。开展施工工序和进度模拟，进行计划进度与实际进度的对比，及时调整进度计划，辅助进度管理。

设计施工一体化BIM 应用

BIM 协同设计建模

利用Bentley 平台实现BIM 协同设计建模，部分建模规则如图2所示。其中：利用ProjectWise 平台开展多专业协同设计，并结合其公共数据环境集中托管的功能，实现了建模标准的统一管理和流程的集中控制。利用MicroStation 及OpenRoads Designer 软件建立参数化构件库，实现了道路及堆场、交通工程等模型的建立，同时通过二次开发手段实现了集装箱、工艺机械设备的快速放置，有效提升建模效率（见图3）。此外，利用SUDA 软件模块，实现了给排水、电气等管线的参数化建模，完成地下管线综合模型的搭建；利用ProStructures 实现水工和土建结构的三维配筋；利用OpenBuildings 软件实现了辅助建筑物模型的搭建；利用OpenRail ConceptStation 软件实现了铁路的方案设计。各专业模型创建完毕之后，按照“模型文件—结构组装—专业分装—项目总装”的顺序进行模型装配，形成整个项目的总装模型，如图4所示。

图2 项目部分BIM 建模规则

图3 项目BIM 协同设计建模（左图-协同设计平台，右图-快速建模二次开发）

图4 项目BIM 模型成果（左图-陆域整体模型，右图-地下管网模型）

设计施工一体化应用成果

基于本项目EPC 模式的管理优势，开展贯穿设计和施工阶段的一体化BIM 应用（如图5所示）。将“设计模型——施工模型——工程实体”相互对应起来，确保BIM 模型和工程实体的一致性，解决港口项目因综合性强、碰撞问题突出、设计变更频繁导致的效率低下、工程延误等问题，将施工阶段问题前置到设计阶段解决，提高海外项目设计品质。

图5 设计施工一体化BIM 应用

设计阶段基于BIM 模型并结合VR 虚拟漫游技术，对方案进行模拟分析，直观展示了自动化集装箱码头工程复杂结构的空间特征，并直接获取模型相关信息。同时，开展了管网综合及碰撞检测、构件的三维配筋和出图、工程量快速统计等应用，克服传统设计弊端，对设计模型进行“错漏碰缺”直观检测，及时进行方案调整和设计优化，典型应用如图6所示。

图6 构件三维配筋及材料统计

施工阶段结合移动端应用，通过BIM 模型与业主和咨工进行高效沟通，直观表达设计意图，加快报批进程，解决了海外EPC 项目多语言、跨文化交流障碍问题。同时，利用BIM 技术对项目重点及难点进行施工工序和进度模拟，优化了施工组织设计，最大程度节约了工程成本，保证了各区块节点工期，如图7所示。

图7 项目4D 施工进度模拟

本工程搭建了BIM+GIS 数字化管理平台（如图8所示），以模型为载体，实现了设计和施工阶段工程信息的集成，项目竣工后可形成数字化资产，为自动化集装箱码头信息化建设和后期运营维护提供数据支撑。

图8 本工程BIM+GIS 数字化管理平台

结论与展望

依托海外工程实例，项目团队探索了BIM技术在海外多语言环境下EPC 项目中的一体化应用模式，克服了传统沟通效率低下等问题，体现了BIM 技术对于提升工程质量、提高沟通效率、积累数字资产等方面的重要价值。

开展基于BIM 的三维协同设计建模及深化应用，解决了传统二维模式下，因专业间缺少高效协调手段而导致的管线碰撞和设计变更频繁等问题，有效提升了设计效率和成果质量，满足了英标体系和自动化集装箱码头高标准设计要求。

项目按照各区块施工要求和分部分项技术要求，应用BIM 技术进行施工虚拟建造，将施工问题前置，减少潜在返工次数，保证工期要求。通过BIM模型创建与应用，形成数字化资产，集成了设计和施工阶段项目信息，为后期自动化集装箱码头的运营提供基础条件。