石化项目全生命周期风险管理

1BIM和AR技术的概述

BIM是一系列策略、过程和技术的交互，这种交互产生了“一种贯穿于项目全生命周期的利用数字模型管理建筑设计和项目信息的方法”。BIM技术实现了项目设计和建设方案由二维平面向三维空间的转变，还可以把进度、成本等要素嵌入BIM模型中，向更高维度发展。BIM技术还可以通过三维碰撞和虚拟施工等技术，提前发现项目方案中的冲突和碰撞，优化项目管理，节约成本，控制工期。AR是一种新型的计算机应用与人机交互技术，是智能混合现实的一部分，以传统的虚拟现实(VirtualReality，VR)为基础发展而来，也是情景智能化最有力的表现形式。AR是一种虚实融合的技术，与VR完全虚拟的环境不同，它能把计算机产生的虚拟信息和场景叠加到现实世界的场景中，以一种最直观和最自然的方式实现用户与环境之间的交互，从而提高用户对虚拟模型的感知能力。在项目管理中，BIM和AR的结合具有非常明显的优势，首先，BIM可以为AR提供应用时所需的虚拟模型和信息，包括2D文本信息、3D模型、4D施工模拟等;其次，BIM的模型和信息通过AR技术在项目管理中得到可视化表达，避免信息的断裂。BIM和AR的结合，使业主、承包商、设计单位和运营商在项目开始的时候就参与到项目中，加强了各参与方之间的信息交流，提高了项目的集成化管理。此外，BIM和AR技术可以和企业资源计划(EnterpriseResourcePlanning，ERP)结合起来，利用条码扫描和无线射频等技术，追踪资源的使用、配置和产品的销售情况，按实际情况采购和生产，实现资源管理的透明化。

2石化项目全生命周期主要风险因素的识别

风险管理主要是识别、分析和评价工程项目中的风险因素及其带来的损失，针对风险因素，采取有效的措施，降低风险发生的概率或者减少风险造成的损失。建立和实施全面风险管理是保证项目实现预期目标的关键管理环节。通过对石化项目的分析，从决策、设计、施工和运营维护等四个阶段对风险因素进行识别。

3构建基于BIM和AR技术的石化项目全生命周期风险管理模型

3.1总模型的构建

(1)BIM准备。在项目开始之前，需要收集大量与该石化项目相关的资料和类似已完工项目的资料，并将这些信息储存在BIM数据库中。根据项目的特点，建立项目的工作分解结构(WBS)，依照WBS对项目进行精确建模，以便于将得到的虚拟场景导入到AR程序的图形系统中，方便借助AR技术调用该模型。(2)AR实现。利用追踪设备和传感器得到真实场景的位置信息和视频，把位置信息导入图形系统中，找到该位置上的虚拟场景。将该虚拟场景与追踪设备和传感器得到的真实场景进行合成，通过显示设备就可以看到虚实融合的场景，实现增强现实的效果。(3)风险因素识别。结合BIM数据库中已完工项目案例的信息和已经收集到的项目的信息，分析项目的特点，在与其他案例比较的基础上，识别出项目的相关风险因素，建立风险因素集，并将得到的信息反馈到BIM数据库中，以更新和完善BIM模型。(4)风险因素评估。在石化项目风险识别的基础上，评估各个风险因素发生的概率及其带来的后果。利用随机试验的方法，经过软件的多次仿真处理后，得到项目的总风险分布情况，并建立项目的风险矩阵。根据风险矩阵，在项目全生命周期的各个阶段，确定承受风险的能力，设置风险控制的级别，并将最后的信息反馈到BIM数据库中，通过修改BIM模型，有效地应对和控制风险。(5)软件支持。基于BIM和AR的石化项目全生命周期风险管理模型(图1)在各阶段应用时需要相关的BIM和AR软件(如RevitArchitecture、ArchiCAD、Navisworks和ARToolKit等)支持。围绕这个模型，在项目的全生命周期过程中，各参与方共同参与项目每个阶段的管理，避免了信息孤岛现象的产生，提高了风险管理的效率和有效性。

3.2模型在决策阶段应用的效果分析

石化项目由于其高能耗、高污染和应用技术复杂等特点，决策过程要充分考虑公众态度风险和技术选择风险。通过充分利用BIM和AR技术，做好风险管理的工作，以推动项目得到公众支持和政府许可，流程见图2。由于石化项目应用的新设备、新技术、新材料、新工艺比较多，在决策阶段必须重视技术选择风险，如果项目的技术要求过高，现有的技术水平不能满足要求，可能项目就不能顺利实施。利用BIM和AR模型，对项目的规划进行技术上的分析和模拟，确保规划的项目在技术上可以实现。在我国，厦门、大连、昆明、宁波等多个城市先后出现了反对对二甲苯化工(PX)项目的，这都是由于公众的信息不透明和对PX项目缺乏理解造成的。为了有效地应对石化项目的公众态度风险，企业应该向公众通报项目的总体情况，并且利用BIM模型，制作三维动画等，借助AR技术演示石化项目的生产原理和工艺，增强公众对石化项目的理解，推动石化项目的顺利进行。

3.3模型在设计阶段应用的效果分析

在设计阶段，利用BIM和AR技术可以对设计阶段的风险进行分析和细化，不断地优化设计方案，以减少施工阶段的变更，直到交付业主使用，并且将优化后的设计方案反馈到模型中，更新和完善模型，流程见图3。设计阶段在项目的全生命周期中占有重要地位，虽然设计费用占工程总费用的不到1%，但是对工程的影响程度却达到75%以上。在设计开始阶段，为了制订合格的设计方案，必须考虑到勘探技术风险，如果勘探数据不准确，将会影响设计方案的质量。勘探数据可以在模型中与相近地点项目和类似已完成项目的勘探数据比较，也可以利用勘探数据模拟项目所在地的地理环境和地质条件与实际环境对比，如果发现问题，就重新勘探。BIM数据库中包含石化项目的各种标准和规范数据，AR可以帮助设计人员更深和更细地理解设计方案，有助于设计人员发现影响设计适用性的风险因素，并及时修正设计方案。利用BIM和AR模型，通过三维碰撞检查和设计方案的可视化，发现管线碰撞和进度安排不合理等问题，并且可以通过相关软件直接导出工程量，提高工程量的精度，进而提高成本计算的精度，使费用计划更加合理，从而降低设计不当的风险。BIM和AR模型可以使设计变更尽可能在设计阶段发生，保障了施工阶段的顺利进行。

3.4模型在施工阶段应用的效果分析

石化项目施工过程中，设备管线和施工工艺都非常复杂，再加上施工过程中的各种因素的动态变化，导致施工过程中的风险管理难度非常大。项目施工过程中利用BIM和AR技术对施工过程中的风险进行分析和细化，提高风险管理的质量，流程见图4。基于BIM和AR技术，可以将进度与施工信息整合在一个可视化的4D模型中，直观地比较项目实际进度和计划进度，确定项目进度的偏差，还可以与供应商的ERP系统结合起来，保证所需材料和设备可以及时入场，并且可以通过模型直观地看到材料和设备的各种几何数据和性能数据，保证材料和设备符合要求，从而控制进度延误、减少施工质量问题和控制成本超支。BIM模型与AR的现场可视化结合，既可以通过碰撞检测和虚拟施工发现施工方案中的不合理之处，优化施工方案，又可以在现场指导工人施工，防止工人错误施工造成质量问题，减少返工并保证工程质量。现场管理人员利用模型可以对施工过程进行统一管理，规划、协调各部门、各班组的工作，降低事故发生的概率。由于BIM和AR模型可以更条理和完整地储存工程相关数据，一旦发生工程质量问题或纠纷，可以更好地寻找根源和确定责任，降低合同管理的风险。

3.5模型在运营维护阶段应用的效果分析

BIM和AR在项目运营维护阶段应用的研究比较少，但是由于石化项目的独特性，项目运营维护阶段的风险因素是非常多的，BIM和AR技术的结合在运营维护阶段的风险管理中具有独特的优势，流程见图5。在石化项目的运营维护过程中，风险因素是非常复杂的，而且容易发生泄漏和爆炸等事故，造成非常恶劣的影响。BIM和AR技术结合可以更合理地布置场地和管理设备设施，定期对设备管道和消防设施进行检查，并且把检查结果更新到风险管理模型中，实时监控设备管道和消防设施的运行状态，发现问题及时处理，降低设施管理的风险。人员操作风险也是石化项目运营维护阶段的主要风险之一，例如印度美国所属联碳公司博帕尔农药厂的毒气异氰酸钾泄漏事故造成了8000人死亡，50万人中毒和失明，这主要是由于工人操作失误和忽视上岗培训造成的。在BIM和AR的模型中，工人和技术人员可以更好地交流，有效地指导工人按照规定步骤和程序操作。在事故发生时，指导工人正确地处理事故，防止带电设备的错误操作而导致爆炸等二次破坏，降低人工操作风险发生的概率。BIM和AR可以有效辅助物料管理，使石化项目产品生产和销售达到平衡，合理安排指导生产过程，减少物料的浪费，还可以加强对危险物品的管理，防止危险物品发生泄漏、爆炸等事故，降低物料管理的风险。

4结语

BIM和AR技术的结合可以使石化项目的决策、设计、施工和运营维护阶段方案更加优化，减少风险事件的发生;还可以使项目各参与方在各个阶段基于同一个模型协同合作，使信息的存储和共享更加合理，减少项目纠纷。但是BIM和AR的广泛应用还有许多技术、成本和人为方面的阻碍，未来的研究应该注重以下方面:(1)BIM和AR模型不能对市场风险和金融风险等进行有效控制，应该嵌入估算软件和相关算法程序来评估这些风险，提高风险管理的效率和精度。(2)该研究现在还在实验室的模拟阶段，未来应该对具体应用方案和户外跟踪注册技术进行论证和分析，以开发出在实际项目中适用的应用系统。

作者：秦松华 刘强 单位：中国海洋大学工程学院国际工程与风险管理研究所