EPC精益管理：实现三个“转向”的突破口

文/中国公路工程咨询集团有限公司 田海燕 刘凯丰 王金龙

公路领域精益管理涉及面广，现阶段如何突破传统理念、技术和政策瓶颈，对行业各方提出了新课题。笔者以EPC项目精益管理为突破口，以提升投入产出效率和全要素生产率为导向，为公路行业从“重视数量”转向“提升质量”，从“规模扩张”转向“结构升级”，从“要素驱动”转向“创新驱动”提供了一种新的思路。

EPC（Engineering-Procurement-Construction）总承包模式即：“设计-采购-施工”项目总承包。较传统建设项目而言，EPC总承包模式能够充分发挥设计主导作用，在设计施工过程中不断优化工程建设整体方案；能够有效克服设计、采购、施工相互制约和相互脱节的情况，使各阶段工作合理衔接；能够科学控制建设项目的进度、成本和质量，从而确保投资效益。在“设计-采购-施工”过程中，BIM（Building Information Modeling）技术作为数字化工程载体，又极大增强了EPC总承包模式的全过程优势。

精益理念源于日本丰田公司，目的在于标准工艺流程，避免不必要的浪费，最大化利用资源，目前在世界各国制造业应用并逐步属地化。我国公路建设管理模式较为粗放，在EPC项目中率先适用精益管理模式，有助于提高工作效率，提升办事水平，降低制度性成本，推动我国公路行业高质量发展。

精益管理系统架构

BIM数据库

BIM构件作为工程数据传递的载体，构件数据库是精益管理系统架构的基础库；作为基础库与工作流程之间的对应关系，“BIM构件-WBS（Work Breakdown Structure）”编码规则是系统的逻辑中心。在目前尚无正向三维设计软件的情况下，国内通用的做法是利用BIM建模软件，将设计资料转变成工程模型，再按照WBS分解模型构件，进而为每个构件编码，作为项目管理的唯一标识。2017年，中国公路工程咨询集团有限公司在贵州省都匀至云南省香格里拉、广东省广州至连州高速公路、海南省铺前大桥等工程项目上，相继开展了方案比选、安全性评价、施工管理等方面的BIM技术应用研究工作。

BIM构件示意图

GIS技术融合

目前行业GIS（地理信息系统）数据获取主要有三种方法：利用项目外业测量数据建立DTM、DEM地形模型，比较通用的软件有Power Civil、Auto CAD；利用无人机倾斜摄影、Li DAR激光点云扫描获取地物数据建立实景模型，比如Adobe Dimension CC；轻量化BIM模型，导入基于B/S架构的开源3D GIS平台，在项目所在范围叠加高分辨率遥感卫星图像提升精细度，在网页端实现GIS地图和BIM模型基本操作及展示，从而满足项目管理对场地布置规划、施工方案模拟等需求。

桌面端、Web网页端和移动端多种方式融合

考虑到行业生产方式，基于BIM技术的设计施工精益管理系统必须兼容多平台架构。在中国公路工程咨询集团有限公司自主开发的精益管理系统中，协同设计模块选择基于Project Wise软件完成定制化的二次开发工作，Project Wise软件需安装客户端使用。为满足异地办公的实际需求，系统将搭建分布式数据库，各分公司只需保证基本网络带宽，即可通过服务器共享主数据库工作空间和其他设计文件，实时备份更新设计成果。

精益管理系统中的施工管理模块考虑到施工现场的办公环境，分为Web网页端和手机移动端，共享数据库信息。Web端集成进度、质量、安全和成本管理等全部功能，并且可以实现BIM模型与GIS平台结合，综合展示项目情况。移动端主要是便于项目管理人员和监理利用GPS定位和手机拍照等功能，上报质量、安全问题的巡检及进度等情况。移动端同时支持iOS和Android两种主流操作系统，也支持ipad等平板电脑。

精益管理系统的Web网页端

精益管理系统的移动端

协同平台的功能模块

在传统二维设计中，各设计单位或多或少都会存在协同不到位、沟通不畅、多个版本混淆的问题，影响设计工作的质量和效率。比如，设计标准不统一，设计成果需要多方反复修改才能最终统一格式；设计流程不合理，上游流程未及时完成，影响后续工作设计周期；校审流程繁琐，过程文件版本混乱，资料共享不及时，造成设计错漏碰缺；异地办公沟通困难，问题不能及时发现，施工过程中反复变更。

针对以上问题，目前行业解决方案主要是建立一个协同平台，将二维设计和三维设计、设计过程资料管理、设计流程管理、人员权限管理、设计标准管理等主要功能统一到一个平台上，实现协同精益管理的目的。协同平台包括很多功能模块，比如设计、GIS勘察、安全应急、技术服务、综合信息等。

基于BIM的协同设计模块

协同设计模块主要是实现设计标准的管理功能：统一标准图框、标准图签，统一字体、线型、图层等设计元素，杜绝乱码现象，统一文件模板，在图签内自动填入标准的图签内容，减少手工录入的误差；在新建项目时，一次性利用以往完成的项目模板作为参考，加速知识沉淀；实现定制各软件的图层，并提供发布定制文件更新功能，确保各软件在实际使用中无需转换即可协同工作；用户登录平台系统，会自动匹配或检查当前是否有最新的标准文件，检测到新文件后系统将标准文件自动同步。

“BIM+GIS”勘察模块

勘察应用模块主要功能是改变传统的勘察方式，利用GIS，实现外业调查电子化、自动化。传统的勘察调查方式是采用全站仪、经纬仪等测量仪器，纸质记录二维化的工程数据，录入数据量大且容易出错。应用“BIM+GIS”勘察模块方法，将勘察信息记录通过ipad等移动电子设备，按照预先定义好标准化记录格式，利用互联网实现数据的云存储和共享，最大程度减少手工数据录入，避免记录数据传递中的错误。同时，协同设计平台通过必要的数据接口，将采集数据直接作为设计输入，减少传统勘察中，需要纸质成果转为电子化数据的中间过程。

“BIM+GIS”安全应急模块

公路勘察设计过程中，传统的安全管理主要是通过事前教育、风险清单等方式提前预防，对于突发安全事故，各层级获得现场第一手资料较为困难。应用“BIM+GIS”安全应急模块，通过GIS定位，现场设计人员可将事故的图片、影像等资料第一时间上报，应急指挥部可以通过BIM模型及图片资料，全面掌握事故信息，制定符合现场实际情况的应急预案。

基于BIM的技术服务模块

技术服务模块，主要是根据历史项目数据和协同设计平台自动积累数据，建立标准化数据库，形成知识库。新项目开始前，项目负责人可以查询相似项目知识库，有针对性地对项目进行勘察设计指导。项目设计中，设计人员利用知识库获取经验和类似工程的图纸，提高设计效率和水平。在后期施工中，设计代表或项目施工管理者则可比对相似工程的施工工艺，提升施工工艺水平，实现项目的全过程技术服务。

基于GIS+BIM的精益管理方案示意图

基于BIM的综合信息模块

综合信息模块将协同设计模块、勘察模块、应急模块和技术服务模块与BIM系统数据连接及共享，实现信息的综合管理。BIM模型可通过协同设计平台为设计者，提供直观的三维设计成果，检验设计是否符合合同及设计规范要求；通过应急管理系统，为事故现场提供项目的全面信息，为应急处理提供决策依据；通过技术服务系统，为项目汇报、交流提供展示平台。

精益施工管理理念

精益施工包括总承包管理和施工现场管理。在项目进入施工阶段实现精益生产，首要的是在项目实施前期，制定项目里程碑计划导入系统（如项目管理软件Primavera 6.0），并细化分解为实际生产计划，按不同周期统计分析每个单体工程需要的人员、机械和物料的数据情况。智能物料调配，合理安排作业，避免因作业不平衡、停工待料、库存积压、使用超耗等浪费。关联BIM模型构件，利用BIM模型携带工程材料和几何属性信息的特点，套用概预算规范，结合项目进度统计动态成本，管理项目动态进度。

基于BIM的构件和工料机编码体系

按照《公路工程质量检验评定标准》的单位分部分项工程划分、公路工程标准施工招标文件工程量清单计量规则（2018年版）等，结合公路工程专业和施工特点，制定基于BIM的构件和工料机编码体系，规范公路工程信息模型的分类、编码，实现公路工程全生命周期信息的交换、共享。

通过为每个构件和工料机设定唯一编号与BIM模型中的构件相关联，将构件的原材料、现场施工检测和后期养护结果信息化，形成构件级别的质量信息档案，并于BIM后台统一管理，实现产品质量信息全生命周期的可视化、可追溯管理。

基于BIM的安全质量信息采集系统

在技术工人穿戴设备、试验室、拌和站、重要施工机械上安装安全质量信息采集传感器，在重要施工点安装视频监控设备等，全面采集技术工人作业轨迹和智能穿戴设备信息、工程质量试验检测数据、混合料拌和参数、施工机械作业参数及材料进场验收使用信息、施工过程检查信息等施工安全质量信息，利用互联网、无线网的强大信息传输功能，将安全质量信息实时传输汇集至平台处理器及时处理。

基于BIM的安全质量信息分析、预警系统

根据安全质量信息采集系统采集到的信息类别，制定安全质量判别规则，嵌入平台内，实现平台对安全质量信息的融合、分析、判断，为管理者提供决策支持和辅助决策，提高工作效率。质量安全管理模块包括Web端的资料、流程管理和App端现场巡检上报等主要功能，巡检上报及时发现质量问题，上报问题不解决禁止投入下一个流程。历史问题形成大数据库，按照工程部位和问题类型分类排序，利用项目看板展示给项目管理者。管理人员可以有针对性分析概率高发问题，主动寻找根本解决办法，逐个消除生产环节的质量通病，实现真正的精益生产管理。

交竣工数字化成果交付系统

利用BIM模型的文件管理功能，将相关文件与BIM模型的对应部位相链接，可将工程建设阶段产生的勘察报告、设计图纸、设计变更、工程签证、检验报批记录、会议记录、施工影像、交竣工文件等资料实现信息化管理，通过相关搜索、查找等功能，实现对每个数据的可追踪性，从而避免人为操作的错误和不合理性。制定工程建设档案资料表格，并嵌入到管理平台中，在日常施工过程中的项目、质量等信息及时录入管理平台，并数字签字签章，项目完工后可根据验收要求打印和验收。