Design Risk Control Strategy Based on BIM Technology in Overseas Power Transmission EPC Project
张丽丽① ZHANG Li-li；张卓群② ZHANG Zhuo-qun；李静① LI Jing；
杨静① YANG Jing；武炜① WU Wei
（①北京工业职业技术学院建筑与测绘工程学院，北京 100042；②国核电力规划设计研究院，北京 100095）
（①Department of Architectural and Surveying & Mapping Engineering，Beijing Polytechnic College，Beijing 100042，China；
②State Nuclear Electric Power Planning Design & Research Institute Co.，Ltd，Beijing 100095，China）
摘要：虽然海外电力投资项目风险较大，但收益却非常可观，因此以电力勘查设计单位为主体海外EPC总承包模式越来越多被电力设计院所推崇。通过对海外输变电EPC项目风险的梳理与研究表明：以电力勘查设计单位为主体的海外输变电EPC总承包项目中设计风险仍然普遍存在于项目的各个阶段，但传统的风险规避方法已不在适用，设计风险管控策略亟待改进与提升。本文提出的基于BIM技术的全过程设计风险管控策略，不仅能有效规避电力EPC项目中的设计风险问题，而且可以合理优化设计方案，为企业赢得更大的经济利益与市场竞争力。
Abstract: Due to high profit, EPC general contract mode which take design as the main body is praised highly in overseas electric power investment projects through investment risk is also higher. Past research has shown the design risks were still widespread in different periods of power transmission project EPC general contract mode, and traditional method was no longer applicable. The design risk control strategies should be improved and upgraded. In this article, the whole process of design control strategy based on BIM technology, the risk can be evaded effectively, and design scheme can be optimized reasonable, to win greater economic benefits and market competitiveness.
关键词：BIM技术；EPC项目；设计风险；管控策略
Key words: BIM technology；EPC project；design risk；control strategy
中图分类号：TM75；TU71 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）01-0029-05
0 引言
EPC（Engineering，Procurement and Construction）总承包模式是被国际市场广泛认可的转移投资风险的项目生产全过程集成交付模式，也是我国近年来海外电力投资的主要交付模式。随着我国电力事业的蓬勃发展，以及国家一带一路政策的稳步推进，越来越多的电力设计院走出国门，参与海外电力项目的竞标与建设。目前以电力勘查设计单位为主体的总承包已是我国海外输变电工程投资的主要模式。由于海外电力投资项目竞争日益激烈，以电力勘查设计单位为主体的EPC总承包模式面临巨大的考验。为了更好的降低投资风险、规避安全隐患、提高总包效率，以三维设计为主体的基于BIM技术的设计风险管控策略逐步形成，并将逐渐为企业带来巨大经济效益。BIM技术功能强大，并已经在电力行业得以应用，但是设计、施工和管理者对于BIM技术的应用还处于孤立阶段，深层次协调、优化等功能优势并未充分发挥,特别是针对于以电力勘查设单位为主体的EPC总承包尚未充分发挥设计主导的管理优势，BIM技术在设计风险管控作用也并未体现。
1 BIM技术简介
1.1 BIM概述
建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是对建筑物理和功能特征的数字式表达，从建筑物诞生开始，为建筑物整个生命周期提供可信赖的信息共享知识资源。众所周知，可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性，以及一体化性、参数化性、信息完备性是BIM技术最主要的特点。由于整个设计、施工、运营的过程就是一个不断优化的过程，如果合理的应用BIM技术，整个管理周期内项目会等到更好的优化、更好运营效果。虽然BIM并不是出图工具，但是通过对建筑物进行了可视化展示、协调、模拟、优化以后，可以帮助业主出版碰撞检查报告，结构预留孔图。此外，BIM技术可以实现从设计到施工再到运营的全生命周期一体化管理；通过参数化建模对结构本体进行建模和多工况分析；在BIM技术可对工程对象进行3D几何信息和拓扑关系的描述，以及完整的工程信息描述等。
1.2 BIM应用
BIM技术已在国内建筑工程中普遍应用，包括：上海中心大厦、北京奥运会水立方、天津港国际邮轮码头等一系列造型和空间关系复杂、体量大、协同要求高的建设工程项目，以及多个220kV、500kV、±1100kV输电变电工程等。目前，BIM技术最为突出的作用还停留在三维设计与碰撞检测和部分施工管理等，对于更深层次的应用还主要停留在软件公司、科研院校、设计院中进行试行与研究。因此，针对于以电力勘查设计单位为主体的EPC总承包项目，如何合理应用BIM技术，充分发挥技术的主导优势进行设计、施工与管理风险管控等都是非常有必要和有意义的。
2 输变电工程设计风险
输配电工程普遍具有较强的专业性，工程建设对技术、人员、资金等各方面的需求均较大，属于技术密集型工程项目。考虑到输配电设备安装、组装、架线等均需较高的技术含量，且危险等级较高，需要相关工作人员采用科学、适宜的方法和技术，从而确保电力工程的施工质量能够达到预期标准，因此以电力勘查设计单位为主体的海外输变电EPC总承包项目才更宜实施。虽然海外输变电EPC总承包项目部是以勘查设计单位为主体，可以有效的处理工程技术问题，但也同样存在着较高的设计风险。考虑到输变电工程EPC项目的设计风险贯穿于整个EPC总承包的全过程，所以探讨设计风险是电力EPC项目顺利完成的保障，也是规避风险最有效的方法。以电力勘查设计单位为主体的海外EPC总承包项目设计风险主要体现在投标阶段、初设阶段、施工阶段和竣工图阶段等。
2.1 投标阶段风险
目前，国内、外对于输变电工程EPC总承包的招投标模式研究成果已有很多，建立了多种风险评价方法与模型等，但是这些模型的风险核心都是以设计方案为主体。因此，如何发现设计方案中的设计风险，准确判断风险等级是以电力勘查设计单位为主体的海外输变电EPC总承包投标成功与否的关键。投标阶段的设计风险主要体在以下几个方面：
2.1.1 设计条件不足
由于海外业主提供的招标文件往往存在设计条件不充分，可研资料不充足、不完整等问题，导致设计方案不明确，招标内容不完整。特别是我国在欠发达国家开展的电力建设项目，其投标文件的完整性则更难保证，远远无法达到设计需求，极易产生较大的设计风险。
2.1.2 项目主体不明
电力事业是一个国家的经济命脉，项目的建设与运行通常与各国政局有着密切的关系。在招标阶段，各国输变电EPC总包商往往无法确定项目主体业主的身份，以及其对工程项目的关注点和需求。因此，投标设计方案经常会出现优化方向不准，优化效果不明显，最终导致设计方案偏差过大等问题。
2.1.3 投标时间不足
通常国外工程招标时间较短，对于国内多数设计院均无法去现场调研和收资，因此导致设计方案难以保证。此外，由于海外工程招投标因各国政策不同，以及信息交流不畅等问题，往往总包项目部在收到资料和招标文件时已经很晚，致使项目成员收资不充分、招标文件研究不细致、投标文件编写不完整等，进而带来的设计风险。
2.1.4 设计能力不足
对于一些特殊的海外电力投资项目或特殊要求的输变电项目，设计者能力不足同样会导致巨大的风险，甚至带来无法挽回的经济损失。
2.2 初设阶段风险
相较投标阶段更注重工程造价，初设阶段的设计方案则更为重要，其所引起的风险也就更为突出，并且有可能直接导致后期施工阶段更大的风险。因此，以电力勘查设计单位为主体的海外输变电EPC总承包项目部就必须不断对自身设计风险进行归纳与总结，尽可能规避其带来的不利影响。初设阶段的设计风险主要体在以下几个方面：
2.2.1 设计条件不充分
与投标阶段不同，初设阶段的设计方案虽然已经基本成型，但是往往地质、勘查深度不足、水文气象资料不全、以及水、电、通信及热工的外部资料不详细等，极易导致设计风险的产生。
2.2.2 设计原则未明确
设计规范、设计原则，以及当地生产、施工工艺等的差异往往是导致一个海外工程成功与否的重要关键因素。一旦设计和业主方面的沟通不充分或产生偏差等原因，都可能导致设计方案偏差、原材料选择偏差、工艺流程不合规等诸多问题。
2.2.3 设计考虑不周全
由于不同国家的设备、产品、能力和适用范围存在较大差异，设计人员如果没有充分考虑上述因素的影响，都有可能导致后期方案的重大变更，甚至是重新设计等。例如：设备功率不足、材料规格不够、工程预算不足、材料不全等问题。
2.3 施工阶段风险
施工图阶段设计作为工程设计实施最重要的环节，所有的设计构想、意图和理念都是通过施工图纸表达出来的。设计施工图是作为施工单位实施的依据，也是设计和施工工作的桥梁。随着输变电EPC项目的推进，施工图阶段设计风险也逐渐增多，其风险等级也逐渐升高，具体内容如下：
2.3.1 设计深度不足
由于设计深度不足，设计过程并未考虑施工、运行时的可行性、合理性和方便性，导致后期施工风险增大、施工成本增加，甚至是发生重大变更等。此外，对于设计阶段图纸校审和图纸审查中并未发现的错误、勘误等，特别是错、漏、碰撞等问题，同样都会引起巨大的设计风险和安全隐患。
2.3.2 合同责任不明
对于以电力勘查设计单位为主体的EPC总包，在和其他相关设计单位签订设计分包合同时，如果忽略了设计风险和利益的分配，极易导致因合同不明产生的设计风险。
2.3.3 设计概算偏差
与设计深度不足类似，如果设计概算人员在设计过程中存在错、缺漏项或计算偏差、定额差错等问题，这些都极易导致EPC工程项目产生成本风险等问题。
2.3.4 管理管控不严
由于EPC项目部对于设计的管控不合理，导致图纸进度滞后、出图顺序不合理，以及设计与施工、监理等单位沟通不畅等附加风险。对于以电力勘查设计单位为主体的EPC总包通常被视为设计更具优势，但却往往因为过于自信，而更容易导致管控不严等。
2.4 竣工阶段风险
竣工阶段是输变电工程建设全过程的最后一个程序，是全面考核EPC总包部工程建设成果、设计与施工质量的重要环节，也是工程建设成果转运的重要标志。虽然竣工验收是EPC项目的最后一个阶段，输变电工程也已开始投运，但竣工阶段设计风险同样不能被忽视。其中，竣工决算不仅是竣工验收的核心步骤，也是用来综合反映项目建设成果和财务情况的总结性文件，而且是办理交付使用验收的依据和竣工验收报告的重要组成部分。竣工阶段风险主要表现在以下几个方面：
2.4.1 设计责任心不强
由于工程开始投运，对于设计来说竣工图质量往往会被忽视，甚至出现很多错漏问题、专业间图纸不相符等，导致竣工图纸与实际工程不相符。考虑到竣工阶段往往与EPC总包结算关联，而海外工程的总包一旦撤离后，业主就很难再找寻到相关负责人。因此，竣工图阶段的审查更为严苛，一旦出现问题都将直接影响项目的结算。
2.4.2 移交管控不严格
对于设计管控的不严格，导致设计迟迟不能完成竣工验收要求，连累EPC总包部同样不能完成工程的竣工验收工作，极易导致工程整体交付运行时间拖后，进而产生相应的成本风险等。
3 EPC项目设计风险管控措施
由于输变电工程EPC项目的设计风险贯穿于整个EPC总承包的全过程，而且直接影响到后期的采购、施工和运营阶段。输变电海外EPC项目风险控制因素较多，并且不以人的主观意志为转移。由于中国标准不是国际通用标准，如果前期设计方案出现重大变更、安全隐患和设计偏差，无论后期采购如何节约和及时、施工如何的快速和可靠都是徒劳和无意义的，甚至是完成效率越高损失越大。鉴于BIM技术在国内建筑行业发展迅速和其带来的巨大的经济效益，以及电力工程逐渐步入三维设计阶段。因此，要减少或避免设计风险就必须及时发现可能导致风险的因素，进行有效地管控和防范。本文仅针对变电工程EPC项目的设计风险特点，探讨如何采用基于BIM技术的全过程设计风险管控策略去效规避设计风险，合理优化设计方案，为企业赢得更大的经济效益。
3.1 投标阶段管控
输变电工程的规模、地理位置等往往反映着一个国家的经济状况，电力工程的前期规划与可行性研究往往较为隐秘，所以我国电力设计院参与建设的海外输变电工程EPC项目通常从投标阶段开始。考虑到中国标准并非国际通用标准，以及投标阶段往往设计资料不完整，项目主体不清晰，投标时间较短，设计能力不足等诸多风险因素，这就要求以电力勘查设计单位为主体的EPC总承包项目部建立具有自主特色的投标策略，以规避上述风险。因此，本文提出在输变电工程投标阶段应在风险评估体系下，建立大数据下的BIM虚拟数据模型来管控设计风险。投标阶段，基于BIM技术的设计风险管控方法如下：
3.1.1 风险识别
在投标之前，设计单位应全方位深入调查工程所在国的政治、经济、法律、税收、外汇、劳工等情况，判断其政治、经济的稳定性。仔细研读标书和澄清文件中的技术要求与合同规定，查找与发现潜在问题与歧义，并在此基础上归纳总结本项目的风险因素。此外，通过澄清、交流、沟通、确认等手段对于潜在问题与歧义进行有效的消减，特别是针对于风险明感度较高的设计条件、设计原则、合同主体等内容需进一步确认与明确。
3.1.2 风险评价
基于德尔菲法理论，对于设计风险识别出的问题进行初步整理后提供给评测专家，进行风险评价。专家在无交流的情况下进行打分，经过结果统计再次归纳整理后反馈给各专家再次打分，反复多次后逐渐趋向集中，并最终形成相对统一的集体判断，即本次投标项目的风险评价。
3.1.3 虚拟模型
依据已有工程经验和企业大数据，风险评价等级和招标时长，建立相应的BIM虚拟数据模型。在时间允许的情况下，BIM虚拟数据模型建立的越精确，参考的大数据越贴合实际，EPC总包的设计风险就越低。其中，依据已有工程经验和企业大数据，不仅有助于投标建模、专题书写、招标预算等的快速推进，而且能很好的消除因项目设计人能力不足产生的风险。
3.1.4 方案评估
基于BIM虚拟数据模型和已有工程大数据，对风险方案的工程造价进行优化和比选，明确最终投标方案。依据最终投标方案和时时更新的澄清内容，在充分考虑设计风险的基础上完成招投标文件。
3.2 初设阶段管控
与投标阶段基于风险评估体系建立的BIM虚拟模型不同，初设阶段基于BIM技术的输变电三维模型应逐渐转为实体模型，而且该阶段的总体方案比选是规避风险最为有效的途径。虽然初设阶段仍然存在设计条件不充分和设计原则未明确等风险，但是伴随着不同设计方案的不断优化比选，设计条件与原则也逐步确定。以电力勘查设计单位为主体的海外EPC总承包模式最大优势在于设计是主体，因此选择最为合理的优化方案，不仅可以给设计院带来巨大的经济效益，而且可以很好的增强企业躲避风险的能力。因此，本文提出在输变电工程初设阶段，应建立多方案比选的三维实体化BIM模型。初设阶段，基于BIM技术的设计风险管控方法如下：
3.2.1 三维BIM模型
考虑到设计原则对于输变电工程的设计方案、造价起到决定性作用，因此要想有效的避免初设阶段设计风险对于EPC项目的影响，就应该尽可能的参考可研方案，建立相对全面的比选方案模型，包括：本体、价格、安全、节能等。因为不同方案模型建立的工作量各不相同，其所带来的风险也各不相同，所以多方案三维BIM模型同样应该遵循有侧重的差异化建模，绝非大而全部的方法。目前，虽然博超STD数字化设计平台、道亨系列软件、中国电科院协同设计系统、Revit软件都能实现输变电工程的三维建模，但是方案比选、路径优化、造价差异性分析等功能却仍需不断完善。
3.2.2 模块集成设计
通常在国内输变电工程初设阶段设计的越精细，后期的施工图阶段则越容易，但是在海外EPC项目则并非如此。考虑到国际政治与经济波动性较大，尽可能的采用已有的模块化设计不仅可以提高效率，大大节约时间，而且能够有效规避风险。因此，参照大数据和已建模型，对海外项目进行模块化设计是规避设计风险较为有效的方法。
3.2.3 专业协同比选
在海外输变电EPC项目中，各专业间沟通不畅，往往是导致部分专业设计考虑不周全的主要原因。因此，通过基于BIM技术的三维平台整合与交互调整，不仅可以实现相互协调，相互校验，而且可以直观的发现输变电结构是否满足电气、机电、水暖等设备的需求。
3.2.4 方案优化升级
通过对初步设计方案的比选和优化，以及地质、水文、测量等专业的不断配合，三维输变电模型在BIM平台中不断改进、调整和细化，并逐步形成最终的初设方案，提请业主审查。
3.3 施工阶段管控
输变电工程施工图设计采用三维数值化设计以逐渐成为趋势，其中变电站项目三维设计应用情况更好一些，线路方面则相对滞后。现有的三维设计以逐渐实现结构的软、硬碰撞检查，以及施工方案考虑不周导致的变更等问题，进而避免因设计深度不足导致的设计风险。而基于BIM技术的三维设计则此基础上通过可视化的管理、造价与模型的关联、进度与模型的关联等，有效的减少或消除管理管控不严、设计概算偏差、合同责任不明所产生的项目风险。因此，本文提出在输变电工程施工图阶段，应基于BIM技术建立更加完善的三维数值化模型。施工图阶段管控如下：
3.3.1 三维模型精细化
依据初设方案，在模块化设计的基础上，优化模型数据和三维BIM模型，实现精细化设计。对于处于特殊地域的输变电工程，三维BIM模型不仅满足设计规程规范的要求，而且应该进行特殊工况的验算，包括：抗震验算，抗风雨验算、淹没验算等。此外，通过三维模型的转化与验算，确保土建结构、电气设备、人员活动的安全可靠，确保无设计安全隐患。
3.3.2 碰撞与安全设计
通过三维协同校审平台和BIM技术，对输变电工程三维模型的软、硬碰撞问题进行碰撞检测，避免后期施工风险。例如：户内站电缆桥架和风管、户外变电站地下基础和电缆沟道等硬碰撞问题，以及电气距离、变电站防雷范围、交叉跨越距离、线路跨越建筑物距离等的软碰撞问题。
3.3.3 施工与功能模拟
为避免后期施工过程出现问题，在设计阶段应基于BIM模型进行施工模拟，消除相关隐患，方便施工。此外，建立起的三维模型不仅方便施工单位，更有利于海外分包单位对施工过程的了解与掌握，避免出现不必要的风险。此外，基于BIM技术的三维设计，不仅仅体现在对施工的模拟，也更应该考虑辅助设施和功能完善。因此，在施工图阶段的管控措施中，设计人员还应该采用BIM技术进行节能模拟、紧急疏散模拟、日照模拟、热能传导模拟等，并消除相关风险隐患。
3.3.4 一致与权限修改
在施工过程中无论出现何种情况，基于BIM技术的三维平台都将有助于设计、施工、采购等人员随时进行交流。一旦出现需要修改方案或设计变更，各设计专业、施工单位、采购部门等都将在同一时间接受到相关内容，并独立确认后进行一致性修改。此外，不同专业间的修改权限各不相同，并且允许修改的内容也不尽相同，最大限度减小设计变更产生的风险隐患。
3.4 竣工阶段管控
考虑到如果施工图阶段采用基于BIM技术的三维数字化模型进行设计与管控，那么竣工图阶段的管控措施则相对简单，即：沿用施工图阶段的基于BIM技术的三维设计模型进行数字化移交。在施工图阶段所有设计变更、修改均在同一平台上共同完成，不会出现专业间图纸不相符或忘记修改等问题，并且所有更改均有很好的可追溯性。未来随着我国国际化水平的进一步提高，以及各国标准逐渐互通，基于BIM技术的三维数值化模型移交也必将成为趋势。
4 研究结论
随着一带一路国际化建设脚步的不断加快，以电力勘查设计单位为主体的海外EPC总承包模式逐渐成为我国电力投资的新趋势。本文通过对海外输变电总承包项目不同阶段设计风险与风险管控策略的梳理与研究表明：
①虽然海外EPC总承包模式中的设计风险在投标阶段、初设阶段、施工图阶段，还是竣工图阶段风险等级各不相同，但都会对EPC总包的顺利进行产生巨大的影响和潜在的风险。
②针对于不同的阶段，基于BIM技术的输变电工程三维设计方法各有侧重，三维模型内容也逐渐深入。虽然该方法也不能完全消除设计风险，但却能有效的降低风险等级，有效减少设计风险给海外输变电EPC总包的影响。
③在未来的海外输变电EPC总包工程中，应用基于BIM技术的全过程设计风险管控策略必将成为一种趋势。该方法不仅能有效规避设计风险带来的不利影响，也可以合理的优化设计方案，为企业赢得更大的经济利益与市场竞争力。
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