李超華

(中石化中原油建工程有限公司，河南 濮陽 457001)

0 引言

石油天然氣工業(yè)生產(chǎn)設施具有高溫高壓、易燃易爆的特點，而且涉及到很多大型設備，管道布設十分緊密，對于焊接質(zhì)量有著極高要求，各道工序之間均存在著深度交叉，從而加大了施工現(xiàn)場組織協(xié)調(diào)的難度。為了能夠在規(guī)定期限內(nèi)安全、高質(zhì)量地完成工程建設任務，必須要充分應用好BIM 技術，促使現(xiàn)場管理水平以及交叉作業(yè)效率得到有效提升，盡量減少成本投入、合理縮短工期。當前，BIM 技術在石油天然氣工業(yè)工程建設中的應用愈加普遍，由于此類工程非常復雜且建設規(guī)模大，所需資金量大，一旦在工程建設全生命周期內(nèi)出現(xiàn)并發(fā)生組織和協(xié)調(diào)上的風險，勢必會給石油天然氣工業(yè)上下游企業(yè)帶來極大損失，因此研究BIM 技術在工程建設中的應用顯得尤為重要。

1 BIM 技術概述

BIM 中文翻譯為建筑信息模型，作為一種數(shù)據(jù)化工具，主要是從資源、行為、交付三個維度，按照工程實施標準針對性搭建參數(shù)模型，確保工程策劃、運行、維護階段實現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，為施工單位提供明確的方法指導、實踐內(nèi)容，使之高效應對建設時遇到的各類問題。BIM 技術并非是將數(shù)字信息單一地集成起來，更重要的是將數(shù)字信息應用在設計、建造、管理等環(huán)節(jié)，打造數(shù)字化集成式管理環(huán)境，促使工程建設的整體效率得到進一步提升，有效規(guī)避風險，縮短工程建設周期。

BIM 技術的特點集中體現(xiàn)在下列四點：第一，可視化。從石油天然氣工業(yè)的視角而言，可視化發(fā)揮的效能非常之大，比如在拿到施工圖紙之后，依托BIM技術將線條式構建轉化為三維立體的展示圖，突出了構件之間的互動性、反饋性，而且還支持報表生成，為工程的設計、建設、運營過程中的討論與決策提供可視化依據(jù)[1]；第二，協(xié)調(diào)性。任何工程在投入建設期間，都需要施工單位、業(yè)主、設計單位相互之間默契配合，做好相關協(xié)調(diào)工作，在遇到問題后及時組織相關人員召開會議，一同尋找問題根源、探索解決辦法、采取補救措施。石油化工工程的設計階段，受到各專業(yè)設計人員溝通不足的影響，時常導致專業(yè)之間發(fā)生碰撞，而BIM 則是有效處理此問題的技術，在工程建設初始階段提前協(xié)調(diào)各專業(yè)的碰撞問題，然后總結歸納協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)，為工程建設提供優(yōu)質(zhì)的協(xié)調(diào)服務。第三，模擬性。BIM 技術模擬性不僅體現(xiàn)在對建筑物模型的模擬設計，還能夠?qū)o法在真實世界操作的事物模擬出來，比如設計階段的節(jié)能、緊急疏散等模擬實驗，施工階段用于指導施工方案編制的施工組織模式以及3D模型造價控制，在工程投入運營后，還可以模擬地震逃生、消防人員疏散等各類可能出現(xiàn)的緊急情況。第四，可出圖性。BIM 技術與常規(guī)的工程設計圖紙、構件加工圖紙存在一定差異，主要是通過對工程的可視化展示、協(xié)調(diào)、模擬之后，為業(yè)主提供綜合管線圖、綜合結構留洞圖以及碰撞檢查偵錯報告等，這樣就能事先消除相關錯誤，針對性地優(yōu)化工程建設方案，為實現(xiàn)工程經(jīng)濟效益最大化奠定基礎。

2 BIM 技術在石油天然氣工程建設中的應用價值

2.1 推動精細化管理

在石油天然氣工業(yè)工程建設過程中，積極引入BIM 技術，用于支持數(shù)字化模型的搭建，有助于讓業(yè)務數(shù)據(jù)產(chǎn)生、儲存、使用、再儲存的過程形成完整閉環(huán)，這樣不僅可以簡化管理鏈條，同時也能促使石油化工工程數(shù)據(jù)的準確性得到顯著提升，讓有限數(shù)據(jù)得到最大化利用。另外，工程不同利益相關方均可以依托此BIM 模型展開信息溝通以及信息傳遞，讓業(yè)主、監(jiān)理、設計、施工、運營、供貨商/ 服務商等之間的合作更加高效，將標準化設計、工廠化預制、模塊化施工、機械化作業(yè)、信息化管理(數(shù)字化交付)這“五化”與大型物流運輸、綠色環(huán)境友好型技術應用、自動化和裝配化產(chǎn)業(yè)鏈緊密貫通起來，真正實現(xiàn)風險共擔、成果共享、綠色環(huán)保，打造集成數(shù)字的工程設計模式、現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)模式[2]。以BIM 模型為核心，將多樣化信息技術集成在一起，能夠?qū)⒐芾砼e措滲透到石油天然氣工業(yè)工程建設的安全、質(zhì)量、進度、成本、信息、環(huán)保等各個方面，持續(xù)提升工程管理的精細化水平。

2.2 實現(xiàn)智慧建設

BIM 技術在石油天然氣工業(yè)工程的各個環(huán)節(jié)均具有顯著的應用效能，能夠進一步提升工程設計能力、技術能力。就設計階段而言，利用BIM 技術進行模塊化設計，然后展開碰撞檢查，將各個模塊、專業(yè)之間存在的潛在問題提前排除掉，防止后續(xù)發(fā)生工程變更，避免產(chǎn)生不必要的費用投入。進入到工程準備階段，BIM 技術可用于模擬現(xiàn)場布置、實際施工、大型吊裝等重要方面，提前進行地下地上任何方向上的360°可視化進度計劃的展現(xiàn)，以模擬結果為依據(jù)多維度分析各階段計劃的合理性、可行性，以虛擬設計為主要方式，對石油天然氣工業(yè)工程建設全過程進行全方位預測，通過強有力的事前控制，加強工程建設的可控性。

2.3 實現(xiàn)精細化運營

從石油天然氣工業(yè)工程的角度來說，相比于設計階段、建設階段，運維階段的價值會更高，依托已經(jīng)搭建完成的BIM 模型，將工程設計與建設階段產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)錄入到模型中，比如設計、制造、供應商、生產(chǎn)參數(shù)、功能特性等數(shù)據(jù)，接著將這些數(shù)據(jù)轉化為資產(chǎn)信息，這樣就可以對工程實現(xiàn)一體化管理，為資本性支出的科學決策提供參考依據(jù)[3]。此外，BIM 技術還可以用于智能化分析各階段、部位在運營維護階段的數(shù)據(jù)，以便于生產(chǎn)管理者及時捕捉到故障問題或者風險隱患，從而針對性地編制生產(chǎn)設施維護檢修方案，將生產(chǎn)消耗、經(jīng)營成本控制到最低限度，實現(xiàn)精細化運營，使企業(yè)的核心競爭力得到穩(wěn)步提升，在激烈的市場競爭中得以生存和發(fā)展。

3 BIM 技術在石油天然氣工程建設中的應用實踐

在組織石油天然氣工業(yè)工程建設的過程中，積極引入BIM 技術，有助于對工程建設流程加以細化，更合理地控制工程進度和工程造價，促使工程管理的實效性得到顯著提升。BIM 技術的應用是石油天然氣工業(yè)工程建設發(fā)展的必然選擇，而如何將技術應用效能最大程度發(fā)揮出來，則是工程建設人員需要認真思考的課題。

3.1 營造良好數(shù)字生態(tài)

BIM 技術是一種數(shù)據(jù)化工具，利用參數(shù)模型將工程相關信息充分整合在一起，為工程的設計、建設、運行、維護提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。為了讓工程技術人員可以高效推進石油化工工程的建設進程，從設計開始就必須要盡快建立數(shù)字生態(tài)。部分設計和施工技術人員并沒有深刻認識到數(shù)字生態(tài)的重要性，因此在技術應用過程中一直缺少統(tǒng)一的標準，導致數(shù)據(jù)準確性不足，沒能盡力將BIM 技術的作用和價值發(fā)揮出來[4]?；诖?，必須要率先明確具體的數(shù)據(jù)化標準，以國家BIM 標準體系為依據(jù)，根據(jù)自身實際情況建立BIM 應用的技術標準，明確主要應用軟件，形成BIM技術應用的政策，嚴格按照標準對工程一切數(shù)據(jù)加以控制。在工程正式啟動之前，從石油化工項目的可行性研究開始，就將勘察資料、設計資料以及同類工程資料等儲存在數(shù)據(jù)庫中。在此基礎上結合石油天然氣工業(yè)工程的基本特點，對工程建設所涉及的工作進行分解，建立精準模型，把虛擬場景導入到模型中，實現(xiàn)增強現(xiàn)實的效果。另外，還需要對數(shù)據(jù)庫中的項目資料、其他案例展開對比分析，以便于及時捕捉到潛在風險隱患，整理風險因素清單，使BIM 模型更加完善。如此一來就能優(yōu)化BIM 技術的應用成效，用BIM 技術提升工程的精細化管控水平和風險管理效率，徹底消除信息孤島現(xiàn)象，減少失誤，營造良好的數(shù)字生態(tài)。

3.2 深化設計生產(chǎn)裝置

在石油天然氣工業(yè)工程建設期間，設計工程師通常僅提供與本專業(yè)相關的依據(jù)、資料和圖紙等，這也導致各專業(yè)之間協(xié)調(diào)性不足，互相“干涉”問題層出不窮，后期帶來諸多設計變更，無形中增加了建設工程投入。為此，在進行工程深化設計時，需要認真審閱圖紙，將不容易發(fā)現(xiàn)的設計盲點、關鍵點精準提煉出來，以便于為施工方案編制提供參考依據(jù)。以鋼結構設計為例，設計工程師可以依托先進的鋼結構設計軟件如Tekla 等進行建模、設計，然后逐一對專業(yè)實施碰撞檢查，包括管道、設備、電氣儀表等，針對檢查未達標的專業(yè)應現(xiàn)場安排專業(yè)人員著手校對，通過這一模擬現(xiàn)場施工的過程，及時捕捉到設計中存在的各類問題，切實保障工程設計的可視性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性，有效降低出錯率[5]。再如，石油天然氣工業(yè)工程設備主要包括換熱器、再生器、壓縮機、塔器，利用BIM 技術搭建三維立體化模型，并且將附屬管道參數(shù)、電氣儀表參數(shù)準確錄入到模型內(nèi)，在三維模擬安裝過程中準確找出質(zhì)量控制的關鍵點，后續(xù)只需要加強關鍵點控制，與土建、管道、設備、電氣儀表等專業(yè)進行關聯(lián)，就能實現(xiàn)石油化工工程的動態(tài)化設計，進一步加快機電專業(yè)設計的速度并為現(xiàn)場實施工程可視化管控打下基礎。

3.3 管控工程建設進度

在傳統(tǒng)模式的石油天然氣工業(yè)工程建設管理中，由于工程實施階段人、機、料、法、環(huán)、金均為現(xiàn)實的實物、實景，協(xié)調(diào)和協(xié)同性要求很高，加之信息傳遞不及時、溝通不暢，使得設計和施工經(jīng)常出現(xiàn)脫節(jié)、碰撞甚至遺漏而產(chǎn)生變更、補充等狀況，而BIM 技術的應用則能有效解決這一問題，通過搭建一體化平臺，事前對設計問題展開審核。具體到實踐中，首先由石油天然氣工業(yè)企業(yè)根據(jù)工程特點，向設計單位詳細說明工程的工藝情況、提供工程資料，由設計單位圍繞工程實際情況建立三維模型；其次，待模型建設完畢之后，逐項逐專業(yè)地計算工程的總工程量，最后依據(jù)工程定額、進度要求，精心編制工程建設的進度計劃、確定施工節(jié)點，并且將進度計劃納入到三維模型中，以便于現(xiàn)場總負責人動態(tài)化地管理現(xiàn)有資源，統(tǒng)籌施工進度，以可視化方法對施工現(xiàn)場進行布置和管理[6]。以BIM 模型為載體，對施工組織、施工環(huán)境提前進行模擬，有助于及時找出施工階段潛在問題，進而針對性地編制應急處置策略、靈活調(diào)整施工方案，將施工中方案變更的概率、變更影響范圍控制到最小，確保工程進度計劃目標順利達成。

3.4 加強工程質(zhì)量控制

BIM 技術在石油天然氣工業(yè)工程建設中的應用，能夠起到強化質(zhì)量控制、提升管理水平的作用，使工程每一道工序、各個專業(yè)均符合質(zhì)量標準。應用BIM技術實施石油天然氣工業(yè)工程質(zhì)量管理需要按照如下步驟進行：首先，重新梳理工藝流程，并確定各個流程的技術操作規(guī)范、質(zhì)量標準；其次，是依據(jù)質(zhì)量管理標準搭建BIM 模型；最后，將工程所涉及材料的類型、型號、數(shù)量以及構件規(guī)格等信息匯總到模型中[7]。完成上述工作之后，現(xiàn)場管理人員只需要根據(jù)BIM平臺中的信息，動態(tài)化監(jiān)管工程建設質(zhì)量即可，及時掌握施工技術質(zhì)量，一旦發(fā)現(xiàn)偏差便要盡快采取糾正措施，以此來為工程建設質(zhì)量保駕護航。

例如，在鋼結構墊鐵質(zhì)量控制方面，由于墊鐵主要安裝在結構底座、混凝土層之間，用于調(diào)整鋼結構標高、水平度，為二次灌漿預留充足的操作空間。因此，施工方必須高度重視鋼結構墊鐵安裝的質(zhì)量控制，利用BIM 技術模擬施工內(nèi)容、施工環(huán)境，建立三維立體化信息模型，然后依據(jù)模擬成像科學布置墊鐵施工，找準施工質(zhì)量控制的關鍵點，并面向施工人員認真做好三維可視化技術的交底工作。相比于常規(guī)技術，三維可視化技術交底能夠?qū)⑹┕み^程直觀清晰地呈現(xiàn)出來，便于施工人員了解施工技術難點、重點，把質(zhì)量隱患消除在萌芽狀態(tài)，提高工程管理及質(zhì)量控制的有效性。再如，在鋼結構焊接質(zhì)量控制方面，關鍵點在于搭建鋼結構節(jié)點焊接的三維模型，詳細標準焊縫尺寸、焊接順序、注意事項，以及焊縫的余高、寬度、棱角度、均勻性，將石油天然氣工業(yè)工程鋼結構焊接施工的全過程可視化展示出來，確保施工人員準確掌握每一個焊接細節(jié)，這樣就能大大提升信息傳遞的效率，使施工人員牢固樹立質(zhì)量控制意識。

3.5 科學管控建設風險

石油天然氣工業(yè)工程建設除了工期長、投資大之外，所涉及的技術也比較復雜，且各個專業(yè)之間存在密切聯(lián)系，這也意味著工程建設階段會存在諸多不確定因素、風險隱患。這其中部分隱患是顯性的，是能夠在施工中被提前預測到的，因此能夠提前采取規(guī)避措施。但是也有個別風險是突發(fā)性的，不具備可預測性，這就需要利用BIM 技術來解決，也是此次研究的重點[8]。應用BIM 技術對工程建設進行風險評估，需要在工程建設的初始階段，由技術人員依托BIM 模型全方位檢測設計方案的碰撞問題，將問題分析放置在施工推進的首要位置，以此來為施工風險評估提供科學依據(jù)，目的在于避免施工過程中因多專業(yè)碰撞問題延誤施工進度、誘發(fā)變更風險，讓現(xiàn)場所有工程建設人員主動參與到工程建設風險的控制中，打造本質(zhì)安全、“五化”引領的建設模式，為石油化工業(yè)的研、建、管一體化從而得到長效可持續(xù)發(fā)展提供保障。重視廣泛采集工程數(shù)據(jù)資料，并對這部分資料展開系統(tǒng)性分析，以概率統(tǒng)計為指導思想，將風險發(fā)生概率以及可能造成損失科學計算出來，通過量化風險的方式，為現(xiàn)場風險管理提供數(shù)據(jù)支撐，保證每一項決策的科學合理性[9]。將風險發(fā)生概率、損失量等因素納入考慮范疇，這樣就能得出風險度，后續(xù)管理人員只需要按照由大及小的順序?qū)κ吞烊粴夤I(yè)工程建設中的風險因素進行排列即可，從而確定工程的總體風險系數(shù)。以風險為導向針對性制定風險應對策略，努力將風險損失控制到最小或者將風險轉化。

4 結語

綜上所述，在石油天然氣工業(yè)工程建設過程中，積極引入先進的BIM 技術，用于支持工程建設的決策(可行性研究)、設計、施工、運維等階段的管理及決策，能夠規(guī)避或者降低風險事件的發(fā)生概率，同時還可以引領工程利益相關方協(xié)同合作，依托BIM 模型實現(xiàn)工程數(shù)據(jù)信息的互聯(lián)互通，加強預控減少糾紛。在技術應用中，需要通過營造良好數(shù)字生態(tài)、深化設計生產(chǎn)裝置、管控工程建設進度、加強工程質(zhì)量控制、科學管控建設風險等策略，將BIM 技術的應用效能最大程度發(fā)揮出來。條件允許的情況下，石油天然氣工業(yè)工程相關企業(yè)可以嵌入估算軟件、算法程序，這樣能夠讓工程的風險管理精準度更高。下一步對于綠色環(huán)保方面的信息也要加入模型中，更好地體現(xiàn)工程建設對環(huán)境友好的影響與要求。