特殊用途石化储油工程的智能化项目管理研究_孙海君.pdf

第 18 卷增刊 2地 下 空 间 与 工 程 学 报Vol.182022 年 12 月Chinese Journal of Underground Space and EngineeringDec.2022特殊用途石化储油工程的智能化项目管理研究孙海君(军事科学院 国防工程研究院,北京 100036)摘要:服务于特殊领域的石化储油工程为满足隐蔽性、安全性等相关设计要求,多选址于偏远地区,故工程地点地理环境特殊、场地环境复杂、交通运输条件差。针对其项目管理中存在的常见问题,本研究基于建筑信息模型和地理信息系统技术,提出智能化解决方案。BIM+GIS 技术可对复杂条件下储油工程选址进行模拟;通过 BIM 进行管网深化设计,清晰反映设备管线在空间中的实际位置关系;应用 BIM 技术模拟工程施工过程,可以最大限度保护环境,控制工程成本,降低不必要的浪费。解决了特殊用途石化储油工程的选址困难、管线难布置、破坏环境、成本高等问题,为特殊用途的重要工程工程项目管理提供了更加有效的智能化手段和解决途径。关键词:石化储油工程;项目管理;智能化;建筑信息模型;地理信息系统中图分类号:TE863文献标识码:A文章编号:1673-0836(2022)增 2-0835-06Research on Intelligent Project Management of Special-Purpose Petrochemical Oil Storage EngineeringSun Haijun(Research Institute for National Defense Engineering of Academy of Military Science PLA China,Beijing 100036,P.R.China)Abstract:In order to meet the relevant design requirements of concealment and safety,petrochemical oil storage projects serving special fields are mostly located in remote areas.Therefore,the project site has a special geographical environment,complex site environment and poor transportation conditions.Aiming at the common problems in its project management,this research proposes an intelligent solution based on BIM+GIS.BIM+GIS technology can simulate the site selection of oil storage projects under complex conditions;the deepening design of the pipeline network through BIM can clearly reflect the actual location relationship of equipment pipelines in space;the application of BIM technology to simulate the construction process of the project can maximize the protection of the environment,control engineering costs and reduce unnecessary waste.It solves the problems of difficult site selection,difficult pipeline layout,environmental damage and high cost of special-purpose petrochemical oil storage projects,and provides a more effective and intelligent means for the management of important engineering projects for special purposes and solutions.Keywords:petrochemical oil storage project;project management;intelligent;BIM;GIS0引言应用于特殊领域的野外机械设备性能发挥必须依靠油料和油料装备的保障支持1。特殊领域石化储油工程的首要任务是保障,由于其管线管网错综复杂,给后期维护管理带来诸多不便,一旦发收稿日期:2022-04-01(修改稿)作者简介:孙海君(1980),女,北京人,高级工程师,主要从事油料储运相关科研工作。E-mail:sungaijun1989 基金项目:国家自然科学基金(41877219);重庆市自然科学基金院士专项(cstc2021yszx-jcyjX0002)生漏油,将会带来经济和环境的问题,如果在特殊时期,将会造成不可挽回的后果2。其建设地址选择的好坏,不仅关系到工程自身在特殊时期的生存问题,更直接关系到保障任务能否顺利完成,还有可能间接影响到事件的进程甚至是胜负3-5。因此,成功的特殊领域石化储油工程对提高作战油料保障效能具有重要的理论价值和实际意义。BIM 与 GIS 技术的应用使得石化储油工程建设管理更加便捷,尤其是在建设选址、场地分析、管线综合优化、安装施工模拟等方面,能够为工程项目管理提供更加有效的智能化手段和解决途径。1BIM 与 GIS 应用进展BIM 是近年来在建筑施工领域、工程设计出现的一种新兴技术,BIM 在三维(3D)信息融合技术基础上,对建筑、工程、施工和设施管理所需的必要信息进行了集成6-7。该方法将工程全过程一体化,可以显著提高建设工程全过程的效率,降低风险。李芊等8将 BIM 模型与物联网技术相结合,搭建一个便于后期综合管廊维护运营的协同管理平台。蒋雅君等9基于 Revit 二次开发,结合隧道病害参数,将隧道病害进行三维可视化展示,为后期隧道维护提供便利。陈苏10以 BIM 技术为核心,为提升运行过程的信息化和智能化,应用物联网技术,大大减少了人工操作引起的误差,实现了城市地下综合管廊智慧化运行。何高峰等11在BIM 模型基础上,加入地质数据库,建立了隧道三维 BIM 模型,实现 BIM 对复杂隧道安全预警预测、三维可视化和结构分析等应用。GIS 技术是在地理信息技术的基础上发展起来的一门管理和分析空间数据的科学。GIS 具有较强的数据采集能力,针对于地形复杂、选址布设困难的重点工程,可以大幅降低整个过程数据采集工作的难度,经分析、处理后的数据信息以三维图像的方式进行表达,可以清晰直观地反应复杂场地的详细信息,可在工程建设选址时提供极大的便利。仇玉良等12基于三维 GIS 思想,开发了地铁车站综合管网信息系统,最大程度的对管线设计进行优化,具有节省时间,降低成本的作用。王乾坤等13通过三维 GIS 应用对地铁车站综合管网设计进行优化,可很好的解决管线的冲突问题。娄书荣等14基于 GIS 三维建模方法,对城市地下空间的地下综合管线、地下建构筑物、地质环境进行建模,建立辅助分析系统,可提高规划效率,降低成本。2特殊用途石化储油工程中常见问题特殊用途石化储油工程由于使命特殊,在平时要保密隐藏,特殊时期要能够保障前方,其地址选择相比于民用储油工程更加严格,考虑的条件更多,这也给工程建设带来了许多挑战。2.1工程选址困难特殊用途石化储油工程设计选址需要综合考虑多方面因素。首先,工程位置须满足保密要求,工程需要利用地理地貌特征实现有效自然伪装,又满足道路运输隐蔽性和便利性等要求。其次,由于工程位置偏远、地形复杂,致使大型勘测设备难以到达现场,现场测绘等外业工作难度大,选址效率低下。2.2复杂地形条件下的设备管线布置困难特殊用途石化储油工程设备及管线类型多、技术标准高、设计施工难度大,同时复杂地形条件下高差变化大,给设备管线排布的设计工作带来更高挑战。传统设计图纸不够直观,各专业缺乏高效协同设计,从而引发总图布线误差大、节点表述不清等问题。2.3环境保护要求高随着我国对工程建设行业绿色生态发展提出越来越高的要求,特殊用途石化储油工程在设计施工运维各个环节需要充分考虑对古树木、山体、湖泊等自然环境的保护及工程建成后的生态修复工作,确保建成环境友好型储油工程,同时也有利于工程自然隐蔽。2.4成本控制要求严苛复杂的地理条件、特殊的设计要求、高标准的输油工艺和安装精度等都对工程的设计建造成本控制提出了极高的要求,须充分考虑工程建造过程中的各项风险因素。3常见问题智能化解决方案BIM 中包含着大量的工程建设信息,但没有包含工程相关的地理空间信息,但对于一些施工环境复杂的项目,BIM 还需要周围空间信息来完成建筑环境评价、资源配置和结构安全分析15。大空间尺度上,GIS 能够在基于室外环境的功能和物理空间关系进行空间分析,但它缺乏详细而全面的建筑信息数据16。针对特殊用途石化储油工程,就需要将 BIM 和 GIS 配合使用。BIM 和 GIS 来自不同的领域,是为该领域的特定需求而开发的,由于两638地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷者之间的差异(几何表示方法,空间尺度,粒度级别,存储等)使得二者集成为一体使用并不容易。BIM 主要用于表示模型生成之前不存在的对象,GIS 旨在对我们周围已经存在的物体进行建模,并且这些模型应该尽可能容易识别。所以信息不匹配是集成 BIM 和 GIS 的挑战之一。目前 BIM和 GIS 的集成融合可分为 3 个级别。(1)数据级的集成研究 武鹏飞等17认为 CityGML 和 IFC 两个标准之间的相互转化是造成 GIS 与 BIM 融合过程信息丢失最主要的原因之一。蔡文文等18通过对 IFC 和CityGML 的转换进行几何过滤,实现了 BIM 和 GIS的数据集成融合,实现了在 GIS 平台上进行 BIM可视化分析。(2)过程级的集成研究 过程级的集成不会改变 BIM 和 GIS 的数据格式和结构。于国等19为了开发一个无缝集成系统,采用 web 技术一部分的参考本体来存储和表示差异,参考本体并不是一个新的本体类别,而是通过扩展和专门化高级本体来对许多领域进行全局查看。唐 小 龙 等20在 Skyline 平 台 上,对 BIM和 GIS 进行集成,可进行工程场景的三维可视化展示,可实现工程进度信息多角度展示,便于工程人员掌握工程进度情况。(3)应用级的集成研究 应用级的集成,源数据和对象数据都没有改变,也没有开发任何服务或本体,这种类型的研究通常是为了服务于特定的工程而实施的。汤栩懿等21、李谧等22在 BIM 和 GIS 技术集成基础上,建立了施工统一管理平台,并应用于实际工程案例。周文等23在 GIS 平台基础上,导入 BIM 模型数据,基于此构建二者的集成应用,可实现地下综合管廊生命周期全过程智能化运行。3.1基于 BIM+GIS 的模拟选址在工程选址问题中,GIS 技术主要运用在城市资源配置中,如消防局、物流配送区、物流园区、市场、销售中心、汽车站、机场选址、以及城市公用设施(垃圾场、自来水厂等)的选址和布局24。GIS技术具有数据分析和信息转换的能力,可在对原始数据进行合理的建模与数据分析后,得出正确选址所需要的结论,为投资决策提供了依据。在特殊用途石化储油工程前期规划阶段,需要完成油料库工程的基本准备,从工程概念提出到具体设计环节进行充分论证,并对交通线路进行整体规划。由于特殊用途石化储油工程地理位置偏僻、交通不便、大型设备难以到达现场,诸多不利因素增加了勘察人员的工作难度,也给本工程带来了较大的成本风险。以 BIM+GIS 为主的建筑信息模型技术结合空间地理信息技术为解决上述难题提供了途径,其流程如图 1 所示。图 1BIM+GIS 选址流程Fig.1BIM+GIS site selection process基于 BIM+GIS 的模拟选址相较于传统选址方法主要有以下 3 方面优势:(1)BIM 建模软件可以快速建立目标三维实体模型方案,并获取设计方案的可视化成果,便于在短时间内对多个备选方案进行同时论证,使设计方案在地理位置、施工难度、建造成本方面均能满足项目需求。(2)GIS 技术可以为工程选址提供目标区域详尽的空间地理信息,如:高程、坐标、面积、挖填方数据等,最大限度还原现场真实场景。(3)BIM 与 GIS 相结合的工程选址论证和模拟选址方法,可以 极 大 程 度 降 低 人 员 外 业 工 作量,达到大幅缩短选址工作周期的目的,在减少人工成本、降低劳动负荷、节省综合成本方面意义重大。3.2基于 BIM 的管网深化设计当前,在大型、复杂的建筑工程项目和地下管廊建设中,应用 BIM 进行管网综合平衡设计和方案优化可极大地提升效率25。在二维平台上做管网设计,往往会在施工时发现管网的碰撞问题,致7382022 年增刊 2孙海君:特殊用途石化储油工程的智能化项目管理研究使整个管线设计不协调,造成因设计变更而“返工”等经济损失,耽误工期甚至还会埋下事故隐患26。可以使用 BIM 技术进行图纸的“预组装”,通过三维仿真,直观地揭示设计图纸上的所有问题,提前解决管道之间的位置冲突27。特殊用途石化储油工程由于工程规模较大,并且结构间存在较为复杂的关系,应用 BIM 技术实施综合深化设计,改变了传统深化流程只能在二维图形中进行的状况,使深化设计在完整性、合理性方面 得 以 大 幅 提 升,BIM 深 化 设 计 步 骤 如 图 2所示。图 2BIM 深化设计步骤Fig.2BIM detailed design steps(1)结构深化设计应用 BIM 软件实现全专业参数化建模,将大幅提高生成模型和模型修改等方面效率。将 BIM模型与 GIS、工程地形模型进行整合,能够精准模拟实景状态下建筑结构与周边地理地形位置关系,快速获取设计方案与地理地形的融合数据,为判断设计方案结构合理性提供必要的数据支撑。(2)设备管线综合深化设计在传统设计条件下,由于二维图形只显示平面关系,不能清晰反映设备管线在空间中的实际位置关系。特殊用途石化储油工程输油工艺复杂、线路布置要求高,如果对管线在空间的位置关系不够了解,在设计图纸内出现管线交叉碰撞的概率就会比较高,为后续实际施工带来麻烦。基于 BIM 技术对设备管线进行综合深化设计,将管线排布方案通过三维的方式可视化呈现,精准掌握空间内管线的位置关系,确保在管线施工前解决各类冲突点,有利于提升后续管线施工效率,大幅缩短工期、降低建造成本。(3)后期管网管理使用 BIM 构建三维可视化模型,可以从模型中调用所有数据和信息,还可以通过系统管理除输油管线的各类复杂管网,如水暖管线、通风管线等,并可以在地图上直接测量它们之间的位置关系,并查看各类管网的走向,理清管网上下游逻辑关系。当用户想要对某个位置管网进行检查时,只需要将鼠标移动到 BIM 运维系统对应位置,即可快速得到该位置管网信息,供其参考和维护。3.3工程环境保护随着 BIM 等现代信息技术的发展,与绿色工程概念的提出,改变了传统工程建设管理模式,BIM 也在此过程中发挥了积极的作用28-36。基于BIM 的环保管理模式将减量化管理和精益施工应用于建筑垃圾管理,提高了垃圾利用率。BIM 在工程建设过程中协调各方面因素,对工程项目的全生命周期进行数字化展示,通过提取 BIM 数据,对设计方案进行深化,对设备运行进行监控,然后对各类方案进行对比,最终实现工程建设智能化与绿色化。BIM 模型结合 3D 动画制作软件综合应用,能够快速生成山体、洞体开挖过程的展示、施工工序的模拟、机械设备操作模拟视频,以及储罐、管道铺设、库区道路施工的模拟演示视频,针对工程项目建成后的效果实施多视角演示、沉浸式体验,为选取最佳方案提供决策依据。对于工程施工及运维过程中的古树木保护、生态环境修复等环境保护措施,应用 BIM 模拟技术可以最大限度还原真实场景,为制定合理有效、成本可控的实施方案提供技术支撑,为建设环境友好型储油工程奠定基础,也有利于工程自然隐蔽。油料储存如果出现渗漏、火灾等事故,将会给周围环境带来严重损害,造成经济重大损失,更有甚者还会造成人员的伤亡。BIM 运维系统的安全管理功能是对现有安全防范体系的全面升级,通过对各类监控报警系统进行整合,完善应急预案,使管理人员能够对出现的事故进行正确、迅速的处置。3.4工程成本控制特殊用途石化储油工程项目管理过程中工程进度、成本以及质量之间相互联系,一旦哪一个环节出现问题,都会对整个工程产生影响。应用 BIM技术,与传统的管理模式相比,可以解决进度验收不及时、成本较高以及质量问题未能有效处理等问题37-39。工程在建设中会受到诸多外界因素影响,如自然环境、施工技术、工程材料等都会影响到838地 下 空 间 与 工 程 学 报第 18 卷工程进度、成本以及质量,若采用传统的管理方法,通过人工计算很难精准控制每个环节,每个误差的出现,累积到一定程度后,都会产生巨大的影响,不利于施工企业对工程进度、成本以及质量的管理。在施工成本方面,主要影响因素为材料成本,在材料的生产、运输以及加工等过程中,都会产生相应的费用,利用 BIM 技术,可以将上述过程进行虚拟预测,通过预测可以实现工程成本动态管理,在合理范围内控制成本,帮助施工企业获得良好的经济效益。在 BIM(3D)模型基础上加上时间维度,构成了 BIM(4D)模型,即在三维模拟制作的情况下加上时间管理,实现进度管控,可为施工方提供了极大的便利。在 BIM(4D)模型基础上加上成本维度,构成了 BIM(5D)模型,该模型可以很容易获得在任何时间段内完成的工作量和成本。可以使成本根据施工时程、工地施工阶段、设计、工地现况条件来做变化,以便在项目完成后不会发现成本超出预算。4特殊用途石化储油工程智能化项目管理拓展(1)模型轻量化基于 BIM 轻量化引擎的 BIM 模型浏览窗口,为项目管理人员提供了可通过手持终端实时进行模型浏览、属性查阅、测量、剖切、二三维图纸对照等可视化操作方法。项目参建各方在模型应用过程中借助模型轻量化功能,能够轻易摆脱原始建模软件不易操作的束缚,以及模型高度依赖高性能硬件设备等缺点,真正促进 BIM 技术及其成果在项目管理过程中普及化应用。(2)辅助现场管理将 BIM 的协同质量管控平台与手机 APP 进行了整合应用,将项目流程中的质量、安全、进度等质量管控模块与 BIM 模式充分融合,做到了工程项目质量安全问题的在线流转,责任到人,从而减少了整改过程不及时、信息不透明的现象,真正完成了从发现质量问题到整治过程的闭环工作。(3)其他用途特殊用途石化储油工程 BIM 系统模型交付至运营维护阶段后,可以充分利用设计和建造期积累的数据信息,为工程的维护、保养、监测提供支持,主要包括:设备快速定位、设备设施属性信息快速查询、报警信息关联与推送、维修保养提醒、数字化设备台账。基于 BIM 模型搭建的三维可视化场景,对于实施火灾模拟、安全疏散、火灾预警、人员感知、可视化监测等方面研究具有较好的应用价值。5结论通过 BIM 与 GIS 可有效解决特殊用途石化储油工程中的选址困难问题。基于 BIM 的管网深化设计技术通过三维模拟,在工程施工前解决管网设计中的不协调问题;通过 BIM 中其它模型也可很好处理施工与环境和成本的关系。BIM 技术在特殊用途石化储油工程项目建设过程中产生了积极的作用,有助于提高工程每个环节的效率,使工程的进度、质量以及成本都能符合建设标准。目前,BIM 技术应用过程中仍存在不少问题,如:缺少相应的国产建模软件、行业标准不健全、BIM 专业技术普及程度低等。我国工业建筑领域应加大投入力度,深入研究 BIM 技术的特点,以便在规范的技术标准中,充分展现 BIM 技术的特点,从而推动我国工业工程可持续发展,为智能化信息化建设奠定坚实的基础。参考文献(References)1张灏,杨帅.军用油库的安全防护与伪装方法J.科学技术创新,2015(27):53.2李横,郭鹏,胡汝翼,等.基于遗传神经网络的军用油库选址 优 化 模 型 J.兵 器 装 备 工 程 学 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