BIM在EPC公路工程中的应用模式研究

摘要：将建筑信息模型（Building Information Modeling ，BIM ）引入EPC公路工程项目的管理与控制中。通过分析EPC 公路工程项目的特点和识别BIM在EPC公路项目中的潜在应用价值，提出BIM在EPC公路工程项目中的应用流程与保障机制，以保证BIM 在EPC 公路工程项目中的有效实施。

1、引言

EPC （Engineering ，Procurement and Construction ）总承包模式，作为一种可以积极转移投资风险的项目生产全过程集成交付模式，在公路工程建设中正得到广泛关注。由于EPC 总承包模式具有设计—采购—施工一体化的特点，故可节约分阶段式招投标的时间，同时EPC 合同关系也节约了项目业主协调各分包商的时间，因此非常适用于工期紧、施工复杂的公路工程项目。然而，目前国内EPC 公路工程项目的管理水平与国外尚存在一定差距，特别是在利用信息技术辅助项目生产与管理方面还比较欠缺，这直接影响到EPC 项目交互模式的应用效果。

建筑信息模型（Building Information Modeling ，BIM ）是一种集成的全寿命周期管理的建设信息化方法，在欧美等发达国家，BIM 的应用已贯穿建设项目的全生命周期，包括规划、设计、采购、施工和运营等各个阶段，在为项目设计和施工提供有效支持的同时，也为项目各个参与方提供了协同工作和交流的平台；而在国内，由于传统的管理思维与工作方式难以改变、专业人才缺乏、技术集成度低等，BIM 技术的应用水平还比较低，主要用于辅助设计、可视化展示、碰撞检测和施工进度模拟等方面，还没有实现基于BIM 的全生命周期项目管理。另外，无论是国外还是国内，BIM 的应用主要集中于建筑工程项目，而在土木工程项目特别是EPC公路工程中的应用还不多。本研究通过对EPC公路工程项目特点和实际需求的分析，对BIM在EPC公路工程中的潜在应用价值进行探讨，进而提出BIM在EPC公路工程中的应用架构和实施流程，最后提出相应的保障机制，以辅助BIM在EPC公路工程中的成功应用，从而为EPC工程交付模式的有效实施提供支持。

2 EPC公路工程项目特点分析

EPC公路工程总承包商负责工程的设计、采购、施工和试运营等工作，项目业主通过与EPC总承包商共同建立项目管理团队来对项目进行总体的管理和控制，其组织架构如图1所示。EPC公路工程项目通常规模巨大，建设周期长，加之复杂的地形地质条件和自然气候条件，通常比一般建筑工程项目复杂，且具有其独特性。

基于图1 EPC公路工程项目组织架构

2.1 涉及专业多样

公路工程项目建设路段的长度一般可达数百公里，因为地理位置的差异，不同的路段具有不同的地形地貌。一个EPC公路工程项目往往包含多个分项工程，专业种类繁多，如桥梁工程、隧道及涵洞工程、边坡工程等。另外，结构和造型变化多样，专业人员、使用材料、机械设备和施工工艺等也没有统一的标准。这些因素都使得EPC公路工程项目管理的复杂性和综合性大大提高。

2.2 现场条件复杂

公路工程路线不可避免地会通过一些复杂地形或不良地质路段，如滑坡、软基、冻土等。由于其露天施工的特点，还会受到温度、降水、风沙等气候条件的影响。因此在进行施工计划和施工组织安排时，为了保证施工生产的连续性和均衡性，应该尽可能减少和避免不良气候和自然条件的不利影响。

2.3 施工组织不易

公路工程项目具有线形性的特点，随着施工进度的推进，施工现场的情况也随之发生相应的变化，人员、材料、设备和施工机具也会有差异，因此公路工程项目的施工组织相对比较困难。这就需要根据施工对象采用不同的施工模式和施工工艺。另外，同一道工序在不同的作业地点所需的施工工艺和机械设备也可能是不一样的，这对人员设备的组织和规划提出了更高的要求。

3 BIM在EPC公路工程项目中的应用价值分析

BIM是基于数字化和可视化技术进行集成与管理建设项目信息的方法与技术，相关信息不仅包括建筑、结构、设备等几何信息，还包括资源、费用、工序、性能等非几何信息。BIM应用涵盖了建设项目全生命周期内的各个阶段，不仅用于辅助项目设计、沟通、展示与推广，还扩展到辅助采购、施工管理和运营维护等方面。基于上述EPC公路工程项目特点分析，对BIM在EPC公路工程中的潜在应用价值进行如下剖析。

3.1 提高沟通与管理效率

在EPC公路工程项目中，EPC总承包商对项目的设计、采购、施工和试运营等整个过程进行管理和控制，并将上述工作分包给各专业分包商。如何有效提高各专业、各参与方之间的沟通效率和工作质量，是项目管理中遇到的一大难题。利用BIM的可视化、数字化、集成化等优势，一方面可以辅助工程各方的沟通与管理，如基于BIM的可视化会议可有效辅助多方决策、方案比选和技术讨论等；另一方面可以实现基于BIM平台的协同工作，如深化设计、施工场地布置与管理及资源管理等。从而，加强各参与方对项目的认知与表达，提高项目的实施质量与效率。

3.2 辅助设计分析和展示

三维可视化是BIM的重要特点，EPC总承包模式下的公路工程项目中，BIM技术可以在项目初期就引入到规划和设计中，结合初步规划方案和现场环境，利用BIM技术建立初步的三维模型，可用于辅助比较和选择公路的规划方案。随着方案确定和设计深化，进行整体和局部结构模型细化处理，比如公路断面、配筋、钢结构等，直至详细设计图纸完成。在深化设计过程中，可对设计进行检测分析，如结构冲突、结构稳定性分析、可建造性分析等，以保证施工开始前解决这些问题。同时，对于EPC公路工程项目，BIM还可以辅助车流流量分析等，以展示公路工程项目各方面的性能参数。

3.3 辅助工程量准确测算

在EPC公路工程项目中，大量的多专业的工程数据使得项目难以实现精细化管理。BIM的信息集成优势，则可以实现及时、准确地获得相关工程信息数据。

基于BIM数据库的信息数据平台，任一时点的工程信息，包括工程量、资源的投入和消耗量、人力和机械设备的使用等，都可以被快速获取并传送到信息管理系统中，实现工程量和工程进度的实时监控。项目管理人员可以根据这些信息准确做出项目决策，有效改善传统管理模式中项目信息无法实时获取而难以控制项目风险的情况。

3.4 施工过程优化与控制

基于BIM技术和模拟技术，项目人员可以对工程项目进行施工工序的优化和施工进度的控制。通过过程模拟，施工人员可以有效分析复杂过程的施工工序是否合理；同时将三维模型和进度计划结合起来，实现基于时间维度的施工进度模拟和控制。并且，在基于BIM的管理系统中进行相关的可视化模拟和分析，还可以实现施工空间规划、施工机械配置、资源材料供应等施工方案的优化。BIM可以为EPC公路工程项目提供较好的施工管理方案，优化和控制整个施工过程，有效提高施工管理水平。

4 BIM在EPC公路工程项目中的实施流程

结合BIM技术在EPC公路工程中的潜在应用价值以及EPC公路工程项目的执行过程，构建BIM在EPC公路工程项目中的实施流程，如图2所示。

在确定项目策划方案后，建设单位面向所有投标人选择EPC总承包商。与此同时，BIM团队则开始参与到项目中。BIM团队由EPC总承包商自行建立或者委派BIM咨询方组建。通过与各设计分包商之间的协同作业，以“边设计边建模边分析”的方式确定适用的设计方案，同时进行三维协调、概算、性能分析、施工组织设计等工作；然后对确定的设计方案进行深入检测、验证及修正，最终完成设计工作。

进而利用BIM模型导出相关设备、材料的参数信息，以辅助采购。EPC公路工程项目通常涉及复杂的特殊工程，如桥梁工程等，大量的预制构件信息参数的准确性都有很高的要求。基于BIM的采购使总承包商与材料供应商之间共享BIM模型集成的信息，材料供应商不再需要与总承包商进行繁琐而低效率的沟通，因此为工程信息的共享、传递和交换提供有效的支持。

继之，基于建立的BIM模型模拟、分析和优化施工方案，并利用优化后的施工方案直接指导现场的施工，进行成本、进度等管理，保障项目的工期和质量；同时，也为EPC总承包商和建设单位提供了沟通协作平台，确保施工的顺利进行。

施工结束后，根据项目竣工图及其相关信息，构建竣工BIM模型。该竣工模型集成项目的所有信息，如材料型号、供应商等，并将这些信息数据归档管理，以辅助项目的运营和维护。

5 BIM应用保障机制

BIM的项目集成管理思想有效辅助EPC项目交付模式的实施。为了确保BIM在EPC公路工程项目中的有效执行，提出以下BIM应用保障机制。

5.1 高效的BIM团队

对于EPC公路工程项目来说，BIM团队既是BIM实施的主体，也是建设单位与项目各参与方进行交流和沟通的纽带，因此项目参与方需要积极组建高效的BIM 团队。考虑到当前BIM应用仍处在探索阶段，特别是在EPC公路工程中，这就需要对BIM团队相关人员进行适当培训，以加强BIM团队与各专业人员的合作，将BIM 技术有效地应用于EPC公路工程项目。

5.2 有力的决策者支持

要保证BIM在EPC公路工程项目中切实有效地运

行，需要决策者的大力支持。面对BIM 理念和技术在EPC 公路项目中的集成应用，项目人员难以在短期内改变传统的作业方式，甚至有抵触情绪，这就需要决策者的强力支持。与此同时，BIM 团队可以根据项目需求制定各时间段的目标，并且强化各参与方对项目的认识，激励项目人员克服所遇困难。另外，有了决策者的支持，在财力、人力等方面也能得到较好的保障。

5.3适用的BIM 软件

适用的BIM 软件是BIM 应用实施成功的基础。目前，BIM 系列软件可以大体分为两大类，即设计建模和模拟分析，其中设计建模软件用于BIM 模型的建立与分析，以选择或优化设计方案，保证其可建造性；而模拟分析软件则用于施工方案的模拟与分析，以确定及优化施工方案，保证其可行性。应根据EPC 公路工程项目的需要，选择适用的BIM 软件，为BIM 在EPC 公路工程项目中的有效应用提供平台。

5.4 良好的信息交换机制

EPC 公路工程项目因其复杂性，涉及大量的信息传递和交换，为了提高沟通效率，建立一个良好的信息交换机制尤为重要。良好的信息交换机制，一方面应该具备流畅的人员沟通渠道，不会出现信息传递的阻滞和信息丢失现象；另一方面还应该具备快速的信息反馈渠道，使各方面专业人员能及时得到所需信息的反馈。基于此，构建EPC 模式下BIM 的信息交换机制，如图3所示。

5.5完善的BIM标准

BIM 相关标准和规范是BIM 成功实施的关键。BIM 技术的应用还不成熟，特别是在我国还处于发展阶段，BIM 在项目各个阶段的应用还缺乏有效的、统一的标准，BIM 的应用效果也因此受到影响。

建议借鉴国内外已有BIM 标准，结合EPC 公路工程项目的实际情况，制定符合其需求的BIM 标准，为BIM 在EPC 公路工程项目中应用推广提供支持。

6 结 语

针对EPC 公路工程项目实施成效不足，本研究探讨了BIM 辅助EPC 公路工程项目实施的可行性。通过分析EPC 公路工程项目的特点，表明其项目管理过程复杂、施工组织不易等特性，需要有效的管理方式或技术手段来辅助EPC 项目的实施；通过讨论BIM 在EPC 公路工程项目中的潜在应用价值，发现BIM 有潜力支持EPC 公路项目的实施，提高其管理水平和效率；通过构建BIM 在EPC 公路工程项目中的应用实施流程，表明BIM 辅助EPC 公路工程项目的实施是可行的；另外，通过提出BIM 应用的保障机制，也为BIM 的成功实施提供了支撑。同时，本研究主要从理论上分析了BIM 辅助EPC 公路工程项目实施的可行性，仍缺乏基于工程案例的实证研究。因此，在未来研究中将相关理论研究成果应用于实际工程案例中，以验证其可行性和有效性。