[摘要] 相较于国外，我国EPC项目总承包模式在利用信息技术辅助项目生产与管理方面较为欠缺。本文介绍EPC模式及BIM技术各自特点，通过在EPC模式下引入BIM技术，使EPC模式在项目管理中更具优势。
摘要
本文在介绍EPC模式及BIM技术各自特点的基础上，通过在EPC模式下引入BIM技术，使EPC模式在项目管理中更具优势。以国内首条装配式空中自行车桥工程为案例，针对该项目体量大、建设工期短、受既有BRT高架桥影响、施工环境复杂、项目管理难度大等特点，在建设过程中借助Revit建立三维模型，协同优化设计方案，减少设计变更;利用Navisworks进行进度管理，即有利于施工技术交底、缩短工期，又有利于提高施工质量;通过BIM技术开展现场平面管理可避免或减少施工过程中的安全事故。实践表明，BIM技术的应用，有效提高了EPC模式下的项目管理水平，对今后类似工程建设具有一定的实践指导意义。
关键词：EPC总承包;BIM技术;设计优化;进度管理;安全管理
引 言
EPC(Engineering Procurement Construction)总承包管理模式在我国工程建设领域已推广多年，最初以建筑贸易的形式出现。随着工程建设的发展，设计及施工难度越来越大，设计和施工互相分离，成为2个独立领域，导致出现一系列设计变更、责任划分不清等问题。1970年的CM承包模式也并未从本质上解决该问题。直到20世纪80年代，总承包模式引入我国，得到了广泛关注。在30多年的发展过程中，我国设计、施工单位已从单一的设计、施工逐渐朝EPC模式发展，通过多种不同方式进行EPC总承包管理[1]。然而相较于国外，我国EPC项目总承包模式在利用信息技术辅助项目生产与管理方面较为欠缺，对EPC项目管理水平有一定的影响[2]。
建筑信息模型(Building Information Modeling)简称BIM，BIM技术应用最先从美国开始，之后在英国、芬兰、韩国、新加坡、日本、澳大利亚、欧洲其他地区得到广泛的应用，应用范围已贯穿建设项目的全生命周期[3][4]。我国从2003年开始引进BIM技术，起初主要是在学术领域进行研究，后来国家从政策层面推广BIM技术的应用。王同军(2019)[5]借助BIM技术提出一种全新的铁路工程建设管理模式，覆盖铁路勘察、设计、施工、运维全过程，实现项目协同、阶段协同、专业协同，优化工程项目管理;孙建诚等(2019)[6]结合某公路边坡工程实例，对比研究Revit和Civil 3D软件在公路边坡工程中的BIM应用，结果表明这两款软件从不同建模思路出发，在参数设置、信息量化、模型分析等技术功能上各有侧重;王胜军(2019)[7]通过应用Navisworks Manage平台，提出了一套基于BIM 4D虚拟建造技术的施工进度管理方案，实现了三维模型与施工进度的耦合关联;张立茂等(2018)[8]基于传统建筑工程安全管理存在的问题，对BIM在施工安全管理中的适用性展开分析，重点研究在项目实施各阶段现场安全控制的关键技术。
从整体建筑业发展来看，充分地应用BIM技术，改变现行的建设模式是一种必然趋势。BIM经过十几年的发展，应用已越来越广泛，但关于EPC总承包如何与BIM技术结合的研究报道较少。本文在分析EPC总承包模式和BIM技术应用各自特点及两者结合优势的基础上，依托于国内首条装配式空中自行车桥工程，介绍EPC项目组织架构，从项目设计阶段和施工阶段等方面，对BIM模型、设计方案优化、碰撞检测，以及施工进度管理和工程安全管理展开研究，总结出对装配式市政公用工程进行“EPC+BIM”一体化建设具有参考价值的结论。
1 EPC模式特点及BIM技术优势
EPC总承包模式主要具有以下4个特点：
①单一责任主体。②固定总价。③设计主导。④设计、采购、施工深度融合。工程总承包不是简单的“设计+采购+施工”，而是把三者捆绑在同一个利益体上。
随着城市化的发展，市政公用工程的重要性越发突出。市政公用工程项目主要包括道路、桥梁、轨道交通、管道工程以及城市园林绿化工程等。与其他工程建设项目相比，市政公用工程不仅具备一次性、不可复制等工程建设项目共有的属性，还具有公益性、复杂性、不确定性，且管理难度大。因此，对于市政公用工程来说，采用EPC总承包模式有助于衔接项目建设过程中各个阶段(设计-采购-施工)，加快进度，提高工程质量，获得较好的投资效益[9]。但在传统的CAD二维模式下，各参建方沟通及效率低下，协同管理困难，信息的传达可能出现流失和缺漏。
BIM旨在从技术上打通“设计、施工、运维”环节，这一点与EPC模式异曲同工。具有可视化，协调性，模拟性，优化性和可出图性等五大特点，它是以三维模型为载体的数据库，是模型和信息的共同体[10]。BIM技术可使工作流程集成化，提高设计质量，提升施工和运维管理水平。
EPC总承包模式特别强调设计与施工的深度融合，避免设计与施工互相脱离，这也是总承包成功与否的关键。推动BIM技术在工程设计、施工、运行维护全过程的应用，可有效解决设计与施工“各自为政、内部产生利益纠葛、无法形成合力”的弊端。“EPC+BIM”组合的应用价值主要可概括为3点：①协同设计，直观展现;②动态采购，接口管理;③整合现场，精益施工[11]。
为进一步研究BIM技术的引入是如何发挥EPC模式的优势，本文将通过一个实际工程案例，做详细剖析。
2 工程实例分析
2.1项目概况
厦门市空中自行车高架桥位于厦门岛东部云顶路段，沿线与6处BRT站点、2处轨道站点、4处主要商业和行政办公衔接，总长约7.5km。该项目为全国首条装配式空中自行车高架桥，无论是设计，还是施工技术，均无经验可借鉴，需要自主探索创新建设技术[12]。该项目主要难点为：
(1)体量大，建设工期短
自行车桥设计为装配式钢桥，用钢量达30000吨，工程任务重。由于2017年在厦门召开金砖五国领导人会议，为了尽快完成工程任务，需在设计阶段压缩时间，并尽快启动施工，在施工过程中逐步优化设计，使设计及施工交叉同步推进。
(2)施工环境复杂
装配式自行车钢桥施工涉及钢构件的水平运输、空中吊装及安装，在既有BRT高架桥下施工，作业空间有限，且施工期间BRT需正常运营，因此施工难度大。
2.2 EPC总承包管理模式
厦门市自行车桥项目施工工期紧，施工任务重，项目管理难度大，因此通过采用EPC联合体管理模式，集成“央企+地方龙头企业”的优势，对项目进行统一管理，对项目进度、成本、质量目标等各方面进行有效把控，实现一加一大于二的效果。在EPC联合体内，成员各方基本利益及目标一致，施工过程中融合了各自不同的企业文化，相互信任、相互尊重和资源共享，通过有效的沟通交流，使设计、采购和施工有机结合，保证项目目标实现。本项目由中交第三航务工程局有限公司、中建钢构有限公司以及厦门市市政设计院三家单位组成联合体，对项目进行统一管理。项目组织架构如图1所示。为加强项目参与方的协同管理，有效衔接项目设计与施工阶段的信息共享，通过运用BIM技术进行设计，提升设计及施工过程的管理水平。
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图1项目组织架构图
2.3 项目设计阶段中的BIM应用
2.3.1 BIM模型的建立
图2厦门空中自行车桥
采用BIM技术建立三维模型，使桥梁从传统的二维平面转为三维空间，不仅有利于自行车桥与BRT的碰撞检测，减少设计错误，而且有利于施工技术交底，缩短工期，提高施工质量。由于自行车桥结构形状较为复杂，因此建模存在以下难点：①存在整体式、分离式以及过渡段钢箱梁三种类型;②与横向人行天桥结合的部分较为复杂;③与既有BRT及车站距离较近的路段较为复杂;④与停车平台连接的部分较为复杂;⑤部分采用异形桥墩。三维建模主要内容包括自行车桥桩基、承台、墩柱和主梁结构等。模型中的信息含构件名称、材质要求、制作方法以及与相关构件的逻辑关系。
(1)桩基、承台和墩柱模型
基于“公制常规模型族”将桩基、承台和墩柱作为一个整体创建。采用实例参数，保证桩长、墩柱高度能按需变化。由于花瓶墩渐变段部分难以在“公制常规模型族”建立，采用“基于公制体量族”建立，再与标准段拼接，如图3所示。
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(2)整体式钢箱梁模型
利用“内建模型”，放样出标准断面。分别进行2次放样，一次是以“顶板、底板、中心腹板和外侧腹板”为轮廓;另一次是以“底部的装饰板”为轮廓;接着在“内建模型”中，将中间与两侧的横隔板放样后再阵列，如图4所示。
(3)分离式钢箱梁模型
新建分离式标准断面的左右两侧“轮廓族”，分别在“内建模型”中放样。中间横隔板和外侧隔板同整体式钢箱梁的建模方法，如图5所示。
(4)钢盖梁模型
首先以纵断面图的钢箱梁顶标高连成参照平面，通过“基于线的常规模型族”建立钢盖梁;再通过右视图导入横断面，前视图导入纵断面;利用拉伸命令将分离式和整体式的钢盖梁的顶板、底板、腹板、横隔板、装饰板等一并建立完整，如图6所示。
(5)牛腿模型
建立分离式标准断面的牛腿族，由于桥面坡度为2.499%，因此采用“基于线的常规模型”创建，如图7所示。
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BIM建模要点可概括为：①基于工作面利用“公制常规模型族”建立桥墩，增加其限制条件，设置桩底标高;定好钢箱梁标高，调整桥墩顶标高;最后通过预先建立好的辅助线设定出参照平面，自动调整桩长和承台厚度。②利用公制轮廓族，绘制路径，实现钢箱梁拼装。③采用放样融合创建族，生成不同截面的钢箱梁;再通过创建有坡度的工作平面，放置不同截面之间的衔接段。④在做放样融合时，遇到工作平面有坡度，即应在族里新建一个工作平面，再测量出新旧2个参照平面的高差。也就是，将族放入软件中，基于工作平面下偏移的距离，确定高差。⑤在赋予族材质参数时，应关联其组成构件。⑥坡度不一样的钢箱梁，需要制作不一样的族。
2.3.2 设计方案优化
由于自行车快速道部分是沿BRT桥两侧双幅布置，因此在设计时应严格控制自行车桥的标高，满足其净空条件。在设计方案时，无法基于二维的图纸进行优化，此时可利用BIM技术，通过三维模型可视化，确定自行车桥的标高。具体如下：基于Revit建模软件，依次建立BRT和自行车桥的三维模型;利用软件直接测出自行车桥与既有BRT桥的标高，针对不满足设计要求的位置进行优化，如图8所示。
图8空中自行车桥与BRT三维关系
2.3.3 碰撞分析
通过Navisworks软件一键式搜索BIM模型中的碰撞问题并记录，不断反馈修改直至无碰撞。Navisworks碰撞检测示意图如图9所示(红色为出现碰撞)。
图9Navisworks碰撞检测示意图
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2.4项目施工阶段中的BIM应用
2.4.1施工进度管理
在钢箱梁拼装和吊装施工过程中，基于BIM的动态施工管理，发挥其各项功能，如在钢梁施工过程中进行动态实时进度管控，对钢梁构件制造、运输、存储、架设等工序进行全方位、多尺度施工模拟，可以有效地提高施工效率，精确计划，减少返工。
下面以吊装施工过程为例，介绍Navisworks动画模拟的方法：首先导入已设计好的Project进度计划，与自行车桥三维模型进行关联，形成4D施工信息模型;其次，对整个施工过程进行可视化模拟，展示自行车桥施工工序，进行动态进度管理，如图10所示;最后，对重要工序进行施工模拟，优化施工方案，见图11。
图10施工进度模拟展示图
图11分幅式钢箱梁吊装
(采用50t和80t汽车吊进行双机抬吊安装)
2.4.2工程安全管理
利用BIM技术，可对施工场地的设备设施进行动态模拟，对各种施工机械之间及与周边建(构)筑物之间的相互交叉进行碰撞分析，对道路通达性以及消防安全隐患进行辨识。
自行车桥设计为装配式钢桥，施工涉及钢构件的水平运输、空中吊装及安装，现场需要调用多种机械设备。由于受现状BRT高架桥下影响，现场作业空间有限，为掌握现场各机具之间的空间位置关系，保证施工现场平面管理的顺利进行，基于设计阶段已建好的BIM模型，构建所需各种机具设备进行仿真模拟，如图12所示。
图12整幅式钢箱梁吊装示意图
3 结论
(1)通过应用BIM技术，打通设计、采购、施工环节，可使EPC模式管理更加高效，真正实现总承包模式下的设计、施工一体化。
(2)借助BIM技术能够为EPC总承包提供更多的项目安全管理措施，如施工现场平面的仿真模拟，避免或减少项目实施过程中的安全事故及其带来的损失。
(3)对于装配式市政公用工程，在EPC模式下，BIM技术的加入可增强项目信息的共享和互动，也可以达到提高施工效率、节约成本、减少风险和提高建设管理水平的目的。
实践表明，BIM技术的应用，有效提高了EPC模式下的项目管理水平，对今后类似工程建设具有一定的实践指导意义。对于装配式市政公用工程，也可以达到提高施工效率、节约成本、减少风险和提高建设管理水平的目的。建筑界建筑施工频道分享更多EPC模式和BIM技术应用的优秀建筑设计施工案例，寻找建筑之美，探索建筑之路，欢迎关注我们~
