Исследование IDEF0-модели управления интерфейсами EPC на основе платформы BIM
Chuan Chen1,a, Guoan Xu1,b*
Институт информационных технологий Шри-Ланки
Шри-Ланка
K.P. Hewagamage
chuanc2012@gmail.coma , 502259218@qq.com b *
Школа бизнеса, Сычуаньский университет, Чэнду 610065, КНР1
Аннотация
В последние годы по мере углубления исследований контрактной модели «проектирование-закупки-строительство» (EPC) выявлено, что различные участники с разными целями переплетаются в сложной системе, формируя интерфейсы между организациями и влияя на ход проекта. На этом фоне для решения проблем управления интерфейсами в инженерных проектах быстро развивается цифровая интегрированная система, представленная информационным моделированием зданий (BIM). Чтобы лучше понять управление интерфейсами EPC, в данной работе проанализированы причины интерфейсных проблем и с использованием языка моделирования IDEF0 построена процессная модель EPC-проекта. В заключение на основе платформы BIM суммированы критические узлы и их конкретное содержание, что предоставляет справочный опыт для последующих исследований управления интерфейсами в проектах EPC.
1. Введение
1.1 Обзор EPC-проектов и их преимущества
В последние годы на фоне стремительного экономического развития нашей страны особенно важно, чтобы все участники строительной отрасли теснее сотрудничали и преодолевали барьеры коммуникации. В связи с этим модель генерального подряда EPC-проектов возникла как ответ на запрос времени и быстро получила развитие и распространение во всём мире.
EPC-проекты включают три ключевых звена: Engineering–Procurement–Construction (проектирование — закупки — строительство). При этом инженерная часть, помимо традиционного проектирования, охватывает комплексное планирование всего проекта и конкретные работы, связанные со строительным процессом; закупки подразумевают не только традиционные закупки строительного оборудования и материалов, но и приобретение специализированного оборудования, материалов и т. п.; строительный этап включает строительно-монтажные работы, установку, пусконаладочные и испытательные работы и др.
В рамках этой модели генерального подряда генеральный подрядчик заключает с заказчиком договор генерального подряда, несёт ответственность за проектирование, закупки и строительство всего проекта в соответствии с условиями договора, а также отвечает за безопасность, качество, сроки и стоимость проекта. В ходе реализации проекта генеральному подрядчику допускается передавать часть работ субподрядчикам в пределах, допускаемых требованиями, однако субподрядчик остаётся ответственным перед заказчиком. На рис. 1 показана структурная схема модели генерального подряда EPC.
По сравнению с другими инженерными моделями преимущества режима генерального подряда EPC заключаются в следующем [10]:
(1) Чёткое разграничение объёма работ и ответственности. В режиме EPC заказчик заключает генеральный договор с генеральным подрядчиком. Заказчик в меньшей степени несёт риски, передавая их в основном генеральному подрядчику. Благодаря особенностям генерального подряда возникающие в ходе реализации проекта риски можно своевременно выявлять, централизованно управлять ими и устранять, избегая серьёзных скрытых угроз. Это оказывает важное положительное влияние на достижение целей всех заинтересованных сторон.
(2) Комплексное управление и тесное взаимодействие. В соответствии с характеристиками EPC видно, что режим генерального подряда изменил прежнюю ситуацию, когда каждый субподрядчик работал обособленно, что приводило к проблемам коммуникации. Он органично интегрирует всех участников проекта, открывает каналы связи, обеспечивает тесное сотрудничество, единое управление и контроль, что значительно сокращает лишние коммуникационные издержки, повышает эффективность и сокращает сроки строительства.
(3) Лучший контроль инвестиционных затрат. Поскольку в режиме EPC проектирование и строительство рассматриваются с позиции сквозного, комплексного планирования, это существенно повышает экономичность проекта и снижает ненужные затраты, что хорошо согласуется с принципами стоимостной инженерии.
1.2 Обзор платформы BIM
BIM — аббревиатура от Building Information Modelling (информационное моделирование зданий). Его суть — создание виртуальной трёхмерной модели строительного объекта и наполнение её с помощью цифровых технологий полной и согласованной информационной базой, соответствующей реальному положению дел. Такая база содержит не только геометрическую информацию, профессиональные атрибуты и сведения о состоянии строительных компонентов, но и данные о состоянии объектов, не являющихся компонентами (например, о пространствах и характере движения). Благодаря трёхмерной модели, включающей информацию о строительном проекте, существенно улучшается интеграция данных по проекту, что создаёт платформу для обмена и совместного использования проектной информации всеми заинтересованными сторонами.
Используя единую цифровую платформу управления информацией, можно снять профессиональные барьеры на всех стадиях — от принятия решений и проектирования до строительства и эксплуатации объектов, обеспечить синхронизацию данных и контроль всех участников на протяжении всего жизненного цикла здания и предложить новые подходы к повышению эффективности инженерных проектов.
1.3 Управление интерфейсами проекта
1.3.1 Определение «интерфейса проекта» и «управления интерфейсами»
В области инженерии разные исследователи по-разному определяют понятие интерфейса. По Дяо, интерфейс — это взаимодействие между предприятиями, подразделениями и участниками, а также между машинами, оборудованием, программным обеспечением и процессами в части коммуникации и связи ключевых элементов для решения определённой задачи или проблемы [2]. По мнению У Тао, интерфейс — это совокупность механизмов контакта между интегрируемыми единицами, а также среда, канал и носитель коммуникации между организациями и внешней средой [8].
Что касается определения управления интерфейсами, по данным Building Industry Institute (CII) управление интерфейсами определяется как «управление коммуникацией, взаимоотношениями и результатами деятельности между двумя и более лицами (например, подрядчиками, проектировщиками и заказчиками)» [4].
1.3.2 Классификация интерфейсов
Павитт выделяет три категории интерфейсов: физические, договорные и организационные [5]. J.lan предлагает три типа: функциональный интерфейс, физический интерфейс и организационный интерфейс [3]. Штуккенбрук определил три основных интерфейса: личностный, организационный и системный [6].
1.3.3 Причины возникновения проблем интерфейсов
Выявление причин появления интерфейсов полезно для последующих исследований ключевых факторов управления интерфейсами EPC-проектов на платформе BIM. На основе обзора литературы выделены четыре основные причины: информационные причины, различие целей, культурные различия и профессиональные различия [10].
(1) Информационные причины
Большинство проблем интерфейсов в инженерных проектах связано с «информацией», поэтому особенно важно, чтобы цифровые информационные платформы, представленные BIM, обеспечивали совместное использование данных. В связи с накоплением, рассинхронизацией по времени, потерями или искажениями информации в процессе передачи информационные причины делятся на три категории: «липкость» (stickiness) информации, задержка информации и искажение/потеря информации.
(2) Различия в целях
Различие целей означает расхождения между участниками интерфейса на разных уровнях — личные цели, цели подразделений и цели организации. Разные цели заинтересованных сторон интерфейса могут приводить к различному пониманию поставленных задач. Когда различия целей вызывают серьёзные конфликты на интерфейсах, стороны могут отказаться от интересов коллективной организации и стремиться к максимизации собственных выгод и выгод своих представителей, что вводит проектную организацию в состояние хаоса.
(3) Культурные различия
Культура — концентрированное выражение личных ценностей, предпочтений и иных представлений. Различия культурных контекстов ведут к расхождению ценностей людей и вызывают вопросы к поведению, манере выражения и языку других. При недостаточной коммуникации в душе обеих сторон могут оставаться сомнения, что разрушает хорошие партнёрские отношения. Следовательно, культурные различия способны породить интерфейсные барьеры.
(4) Профессиональные различия
Подразделения включают специалистов разных профилей, поэтому из-за различий профессий участники неизбежно по-разному смотрят на одни и те же задачи и явления и трактуют/решают их, исходя из своей профессиональной подготовки. В результате в процессе сотрудничества представители разных профессий имеют различные взгляды и поведенческие установки, что создаёт условия для появления интерфейсных барьеров. Следовательно, профессиональные различия могут в короткие сроки приводить к более серьёзным интерфейсным конфликтам.
Причины перечисленных четырёх типов интерфейсных барьеров одновременно и независимы, и взаимосвязаны, что повышает разнообразие форм интерфейсов и серьёзно усложняет управление ими. Выявление причин интерфейсных барьеров/противоречий — основа исследования факторов, влияющих на управление интерфейсами, и ориентир для последующих исследований.
1.4 Язык моделирования IDEF0
1.4.1 Введение в язык моделирования IDEF0
Язык IDEF0 — один из методов семейства IDEF. Это способ структурированно и графически описывать различные элементы сложной системы и взаимосвязи между ними. Путём анализа логических связей и состава содержимого система декомпозируется сверху вниз на активные единицы с понятной логикой и простой структурой. Метод прост в применении и легко понимается, поэтому обладает высокой практической ценностью [9].
1.4.2 Обзор метода IDEF0
Модель IDEF0 — это серия графических блоков, стрелок и текстов, описывающих сложные виды деятельности посредством поэтапной декомпозиции. Информация, передаваемая стрелками, включает главным образом вход, выход, контроль и механизм [1].
Вход (Input): стрелка слева от блока; представляет исходные условия для выполнения деятельности (материальные и информационные ресурсы и т. п.).
Выход (Output): стрелка справа от блока; представляет результат деятельности после обработки/преобразования.
Контроль (Control): стрелка сверху блока; отражает ограничения и правила, под действием которых выполняется деятельность.
Механизм (Mechanism): стрелки снизу блока; обозначают средства и исполнителей, необходимые для выполнения деятельности (участники, оборудование и пр.).
Примерную структуру модели IDEF0 показано на рис. 2.
Модель IDEF0 имеет несколько уровней, среди которых A-0 — это граф верхнего уровня, предназначенный для отображения связи между описываемой совокупной деятельностью и внешней средой, а также для определения границ описываемой деятельности. Следующий уровень — A0; информация на этом уровне в целом совпадает с уровнем A-0 и одновременно отражает общую структуру деятельности. На этой основе последующая модель поэтапно декомпозируется слой за слоем. На рис. 3 показана общая структура модели IDEF0.
2. Построение блок-схемы IDEF0
2.1 Процесс моделирования
В настоящее время в нашей стране лишь небольшое число проектов реализуют управление интерфейсами с помощью технологии BIM. Хотя были выпущены ряд нормативных документов, например «Guidance on Promoting the application of building Information model» и «Guidance on Promoting the Coordinated Development of intelligent Construction and building industrialization», они всё ещё не позволяют в достаточной мере обобщить практический опыт EPC-проектов на платформе BIM [7]. В данной работе для моделирования процесса проекта используется язык IDEF0; построенная модель помогает лучше выявлять факторы, влияющие на управление интерфейсами EPC.
Для построения модельного процесса управления интерфейсами EPC-проекта на базе платформы BIM в работе сформирована предварительная модель процесса применения BIM в EPC на основе сбора, анализа и обобщения действующих отечественных нормативных документов и соответствующих исследовательских результатов.
2.2 Построение модели IDEF0
2.2.1 Ключевые узлы и процессы применения BIM в EPC-проектах
На основе технологий применения BIM на стадиях проектирования, закупок и строительства в EPC-проектах построены блок-схемы ключевых узлов. В качестве примера рассматриваются здания из стальных конструкций по схеме EPC; блок-схема узлов применения BIM показана на рис. 4.
2.2.2 Построение схемы внутренних и внешних связей (диаграмма A-0)
Рисунок A-0 прежде всего определяет границы всей моделируемой системы проекта и закладывает хорошую основу для последующей декомпозиции. Рассматриваемая в работе диаграмма A-0 содержит блоки деятельности всего EPC-проекта. Модель этого уровня описывает проект в целом — от генерального подрядчика до завершения строительства — и включает в качестве элементов модели разнообразную информацию, необходимую для достижения целевых результатов. Модель A-0 показана на рис. 5.
Входные факторы EPC-проекта на уровне A-0 включают: производственную площадку и инфраструктуру, доступные ресурсы и планирование проекта. Выходные факторы включают: объекты общественной инфраструктуры, проектную документацию, накопленный опыт проекта, показатели эффективности и т. п. Институциональные факторы включают: государственные органы, заказчика, методики и инструменты. Факторы контроля включают: ограничения со стороны участников (например, систему управления в организациях-участниках) и внешние факторы (политика, законодательство, природная среда и т. д.).
2.2.3 Построение графа верхнего уровня (модель A0)
Модель A0 является подмоделью A-0 и конкретизирует её для нужд проекта. В данной работе модель A0 состоит из пяти функций и соединяющих их стрелок. Деятельность охватывает пять основных функций EPC-проекта — от подготовки до завершения строительства: подготовка проекта, проведение подрядных процедур и заключение контрактов, детализация (углубление) проектных решений, закупка материалов и оборудования, строительство. В соответствующие узлы добавляется применение платформы BIM, чтобы реализовать цифровой интеллектуальный режим управления EPC-проектом. Модель A0 и взаимосвязи факторов между функциями показаны на рис. 6.
A1 — Подготовка проекта. Перед началом EPC-проекта необходимо подготовить базовый план реализации для последующих работ. Следует отметить, что на этом этапе нужны команды по BIM, чтобы настроить последующую BIM-среду и рабочие процессы.
A2 — Заключение контракта. Процедура заключения контракта включает проведение тендера, оценку заявок и подписание договора и другие связанные этапы.
A3 — Проектирование. Генеральный подрядчик по схеме EPC может в полной мере использовать преимущества интеграции различных видов работ и при разработке рабочей документации всесторонне учитывать мнения строительной команды, сведения о строимости (constructability) и информацию о закупленных материалах и оборудовании. Это позволяет обеспечить полную координацию между различными специальностями при минимальном производственном цикле и сократить время согласования проектной документации. Одновременно проектные данные и чертежи должны синхронно обновляться на платформе BIM, чтобы облегчить последующее сопоставление информации и внесение изменений сторонами.
A4 — Закупки. Закупочная деятельность должна осуществляться в рамках ограничений, заданных документами предыдущего этапа проектирования. Одновременно необходимо учитывать различные потребности, возникающие в ходе строительных работ, и своевременно закупать, заменять и пополнять материалы и оборудование, соответствующие требованиям строительства.
A5 — Строительство. В соответствии с объёмом работ каждого субподрядчика и трёхмерной моделью здания и данными, предоставленными на платформе BIM, субподрядчик выполняет строительно-монтажные работы и передаёт через платформу обратную связь о ходе строительства в подразделения проектирования и закупок, чтобы постоянно оптимизировать процессы и повышать эффективность.
3. Заключение
В статье кратко представлены проект по генеральному подряду EPC и система платформы BIM. Далее, исходя из текущего состояния и трудностей традиционного управления интерфейсами в EPC-проектах, классифицированы и обсуждены основные причины проблем интерфейсного взаимодействия. Рабочий процесс EPC построен на основе модели IDEF0, в которую интегрирована платформа BIM, что позволяет решать интерфейсные проблемы в проекте и повышать общую эффективность работы всех сторон. Эта модель помогает исследователям лучше понимать и анализировать EPC-проекты и служит основой для дальнейших исследований управления интерфейсами в EPC-проектах.
Литература
- ANG C L, LUO M, GAY R K L. (1994) AUTOMATIC-GENERATION OF IDEF0 MODELS [J]. Journal of Intelligent Manufacturing, 5(2): 79-92.
- Diao Zhaofeng,Yu Dongfang. On interface management in the modern enterprise [J]. (2001) Scientific and technological progress and countermeasures 85-86. (in Chinese)
- Laan J V D, Wildenburg L, Kleunen P V. (2002) 6.1.5 Dynamic Interface Management in a Transport Infrastructure Project[J]. Incose International Symposium, 12(1):175–181.
- Nooteboom U. (2004) Interface Management Improves On-Time,On-Budget Delivery of Megaprojects[J]. JOURNAL OF PETROLEUM TECHNOLOGY, 56(8):32-34.
- Pavitt T C, Gibb A G F. (2003) Interface Management within Construction: In Particular, Building Facade[J]. Journal of Construction Engineering and Management, 129(1):8-15.
- Stuckenbruck L C. (2008) Integration: The Essential Function of Project Management[M]. John Wiley & Sons, Inc.
- Wang Jingjing,Li Shengnan. (2022) Analysis of the whole process engineering consulting mode based on BIM5D digital project management platform [J]. China Engineering Consulting, 94-98. (in Chinese)
- Wu Tao,Li Biqiang,Hai Feng.(2003) A new idea for supply chain integration: management interface integration [J]. Chinese Management Science, 37-42. (in Chinese)
- Xie Liewei, Cheng Yaodong. (1998) IDEF0, a common functional analysis method for complex systems, and its applications [J]. Journal of Zhejiang University of Technology, 324-9. (in Chinese)
- [Zheng Xinhua. (2020) Research on influencing factors of interface management of EPC projects [D]. Hefei University of Technology. (in Chinese)