کاربرد BIM در صنعت نفت، گاز و پتروشیمی

همیشه سوال این‌جاست که پیاده‌سازی BIM در صنعت نفت و گاز چگونه بوده و آیا با سایر بخش‌های صنعت ساخت متفاوت است؟ برای پاسخ به این سوال باید بدانیم که بخش نفت، گاز و پتروشیمی (OGP) تفاوت‌هایی با صنعت ساختمان در صنعت ساخت دارد که برخی از آن‌ها عبارت‌اند از:
الف- فضای پرریسک برای همه طرف‌ها در کل چرخه عمر پروژه
ب- نیاز به مواد و تجهیزات باکیفیت بالا به دلیل محیط عملیاتی سخت
پ- وسیع بودن
ت- سرمایه‌گذاری
ث- دوره ساخت‌وساز طولانی‌مدت
ج- پیچیدگی بالا
چ- الزامات فنی سطح بالا
ح- تیم‌های دیسیپلین‌های مختلف که در کل چرخه عمر کار می‌کنند و بسیاری از جنبه‌های دیگر.
حال و قبل از پاسخ به سوال ابتدایی بهتر است به بررسی موضوع IPD و BIM پرداخته و سپس به پیاده‌سازی این موارد در OGP بپردازیم.

1. تحویل پروژه یکپارچه (IPD) و BIM

در نتیجه نیاز به استفاده از تئوری‌های جدید مدیریت ساخت برای ارتقا عملکرد پروژه‌‎ها بیش‌ازپیش احساس می‎‌شود. به همین جهت، برای غلبه بر معضلات بزرگ پیچیدگی‌های پروژه، تحویل پروژه یکپارچه (IPD) و مدل‌سازی اطلاعات ساخت (BIM) به‌عنوان ایده‌های تقویت شده و نوین برای عبور از دیدگاه‌های عملیاتی و تکنولوژیکی پیچیدگی‌های پروژه ظهور کرده‌اند؛ بنابراین صنعت OGP از سال 1990 شروع به استفاده از روش IPD برای غلبه به مشکلات بهره‌وری پایین کرد.
انجمن معماران آمریکا (AIA) جدیدترین تعریف برای IPD را در سال 2014 به شرح زیر ارائه نموده است:

یک روش تحویل پروژه که افراد، سیستم‌ها، ساختارها و شیوه‌های کسب‌وکار را در فرایندی ادغام می‌کند که به طور مشترک از استعدادها و بینش‌های همه شرکت‌کنندگان برای کاهش ضایعات و بهینه‌سازی کارایی در تمام مراحل طراحی (Design)، تولید (fabrication) و ساخت (Construction) استفاده می‌کند.

رویکردی که باید از 6 ویژگی اصلی زیر برخوردار باشد.
1- قرارداد چند طرفه (چندگانه، چندعاملی)
2- مشارکت زودهنگام شرکای کلیدی
3- تصمیم‌گیری و کنترل مشترک در طول چرخه عمر پروژه
4- ریسک‌ها و پاداش‌های مشترک، بر اساس نتایج پروژه
5- مسئولیت محدود (limited liability) در میان شرکای کلیدی
6- توسعه اهداف پروژه به طور مشترک
موضوعی که در مطالعه‌ای که توسط آقای Fakhimi و همکاران در سال 2020 منتشر شده، به‌عنوان IPD1 تا IPD6 معرفی گردیده است ([1]).
همچنین تعاریف بسیار متفاوتی برای BIM وجود دارد، اما یکی از این تعریف‌ها عبارت است از:

مدل‌سازی اطلاعات ساخت (BIM)، نمایش دیجیتالی ویژگی‌های فیزیکی و عملکردی یک مجموعه (پروژه، طرح) است. BIM یک منبع دانش مشترک برای اطلاعات در مورد یک مجموعه (پروژه، طرح) است که پایه‌ای قابل‌اعتماد برای تصمیم‌گیری در طول چرخه عمر آن تشکیل می‌دهد که به‌عنوان موجود پویا از اولین تصور (Concept) تا تخریب تعریف می‌شود.

2. پروژه‌های صنعت OGP و BIM

پروژه‌های OGP معمولاً نسبت به صنعت ساختمان ساختارمندتر بوده و از طرفی معمولاً عوامل کلیدی پروژه با مفاهیم تحویل یکپارچه پروژه آشنا هستند. از طرفی، ابعاد فنی، مالی و اجرایی گسترده‌تری نسبت به پروژه‌های ساختمان دارند، لذا تلاش‌های زیادی برای کاهش تلفات و ضایعات و ارتقای بهره‌وری و کارایی لازم است. باتوجه‌به این موضوع، در این مقاله سعی شده تا ساختار و نقشه راهی ارائه شود تا بتوان به‌صورت مشترک از روش‌های IPD و BIM جهت افزایش بهره‌‎وری در صنعت OGP استفاده شود. با نگاهی به پروژه‌های OGP می‌‎توان به عدم آشنایی یا استفاده نادرست از مفاهیم و ابزارهای BIM در این پروژه‌ها پی برد. درک نادرست و عدم توجه به نیازهای زیرساختی و همچنین نحوه بهره‌برداری درست از این مفهوم باعث اتلاف زمان، هزینه و کاهش قابل‌توجه می‌‎شود. از طرفی باید توجه داشت که صرف استفاده از BIM در مرحله طراحی اگر به‌صورتی ساختارمند باشد و مشکلات نرم‌افزاری و ارتباطی بین دیسیپلین‌های مختلف برطرف شود، صرفاً باعث کاهش زمان (نفر-ساعت) بخش طراحی و شناسایی تداخلات می‌‎شود. متأسفانه در زبان مهندسی کشور، BIM صرفاً به‌عنوان یک تکنولوژی نرم‌‎افزاری در نظر گرفته می‌‎شود. از طرفی بسیاری از دیسیپلین‌های مختلف این پروژه‌‎ها مانند بخش‌های فرایند، مکانیک، دینامیک و ... با مفاهیم BIM خصوصاً جهت استفاده در پروژه‌های نفت، گاز و پتروشیمی آشنایی ندارند.
در نتیجه وصل کردن بخش طراحی به فازهای قبل (مانند مناقصه، برنامه‌ریزی، امکان‌سنجی) و فازهای بعد (ساخت، خرید و بهره‌برداری)، می‌‎تواند نتایج نامناسبی را در صورت استفاده ناصحیح به همراه داشته باشد. باید توجه داشت که هر نقشه راه، راهنما یا دستورالعمل، باید باتوجه‌به شرایط شرکت، پروژه و نیروی انسانی با الگوبرداری صحیح، شخصی‌سازی شود.
در ادامه برای مثال به یکی از مشکلات عمده نگاه می‎‌کنیم. شرکت‌های نفت، گاز و پتروشیمی ایران، معمولاً از نرم‌افزاری به نام Plant Design Management System یا PDMS که توسط شرکت نرم‌افزاری AVEVA معرفی شده، استفاده می‌کنند که یک بسته نرم‌افزاری سه‌بعدی چندکاربره و چندرشته‌ای برای مهندسی، طراحی و ساخت پروژه‌های OGP است. همچنین نرم‌افزارهای تخصصی کمی برای طراحی سازه، فرایند، لوله‌کشی، کنترل تنش، ساپورت، برق، ابزار دقیق و غیره استفاده می‌شود و نتایج به این نرم‌افزار منتقل می‌شود. تعداد کمی از خروجی‌های این نرم‌افزارهای تخصصی با PDMS قابل کار هستند و سایر خروجی‌های نرم‌افزار به‌صورت دستی وارد این نرم‌افزار می‌شوند. در نهایت، خروجی PDMS به نرم‌افزار Navisworks منتقل می‌شود تا مدل سه‌بعدی را بررسی کرده و تداخل‌های احتمالی را مشخص کند. مدل نهایی PDMS برای تهیه تعداد کمی از تجهیزات (تدارکات)، fabrication و ساخت؛ مانند نقشه‌کشی، material take-off و ترسیم ایزومتریک و غیره استفاده می‌شود. شیوه‌های مهندسی نیز به‌عنوان سطح بلوغ 1، با روند سطح بالاتر موردنیاز شناخته شد. همه طرف‌های درگیر در شرکت منتخب OGP (مالک، مشتری، پیمانکار عمومی و شرکت‌های تابعه، فروشندگان و اپراتور) علاقه خود را برای ارتقای سطح فعالیت‌های خود نشان دادند، بنابراین سطح دوم BIM به‌عنوان سطح موردنظر تنظیم شد. سطح دوم BIM به‌عنوان یک مدل شیءگرا مشارکتی معرفی شده است. در این سطح، طرف‌های درگیر در پروژه لزوماً با یک مدل منحصربه‌فرد کار نمی‌کنند، بلکه از مدل‌های سه‌بعدی خود استفاده می‌کنند. روش تبادل اطلاعات بین طرف‌های مختلف درگیر در پروژه باتوجه‌به نوع همکاری شریک تعیین می‌شود که جنبه حیاتی این سطح است. اطلاعات طراحی در قالب یکسان به روشی مشابه به اشتراک گذاشته می‌شود که سازمان پروژه را قادر می‌سازد داده‌های همه طرف‌ها را در یک مدل سه‌بعدی منحصربه‌فرد ترکیب کند و یک مدل BIM مشترک بسازد. ازاین‌رو، نرم‌افزار مورداستفاده توسط هر طرف باید بتواند فایل‌ها را به یکی از فرمت‌های رایج مانند فرمت کلاس پایه صنعت IFC تحویل دهد. در این قسمت معمولاً فایل IFC نمی‌تواند تمام اطلاعات را به‌درستی به نرم‌افزارهای مختلف وارد یا استخراج کند و مشکلات فراوانی را در فرایند اجرایی و طراحی شرکت یا پروژه ایجاد می‎‌کند.
از اینرو، لازم است قبل از پرداختن به جزئیات ابتدا به‌صورت کلی با دیدگاه افراد در سطوح مختلف یک پروژه آشنا شویم.
الف- افراد سطح استراتژیک به‌طورکلی بر روی چالش‌هایی که بر ویژگی‌های سازمان آنها تأثیر می‌گذارد؛ مانند قرارداد استاندارد BIM، مدل کسب‌وکار موردنیاز، الزامات اصلی اجرای BIM (هزینه، زمان، ابزار و ...) و مزایای مالی تمرکز می‌کنند.
ب- در سطح فنی، هرگونه تغییری که بر اجرای پروژه تأثیر می‌گذارد، مانند روش‌های تبادل داده‌ها، قابلیت همکاری، آموزش‌های موردنیاز، فرایندها و گردش‌های کاری، نقش‌ها و مسئولیت‌های کارکنان، مدیریت جریان اطلاعات و نقش‌ها و مسئولیت‌های طرفین، در کانون توجه آن‌ها قرار می‌گیرد.
ج- افراد سطح اجرایی، نگران روش‌ها و استانداردهای جدید، کاربرد نرم‌افزارهای تخصصی، آموزش‌های موردنیاز، یکپارچه‌سازی اطلاعات و بازتعریف نقش‌ها و مسئولیت‌های کارکنان هستند.
در این مقاله از نظریه انتشار نوآوری (IDT) Innovation Diffusion Theory استفاده شده است. IDT یکی از مدل‌های تغییر رفتار است که معمولاً در حوزه وسیعی از پذیرش نوآوری استفاده می‌شود و در مورد گسترش نوآوری در حوزه جدیدی بحث می‌کند. به‌منظور گسترش BIM در OGP، با الهام از نظریه انتشار نوآوری (IDT)؛ پنج مرحله شامل آگاهی، متقاعدسازی، تصمیم‌گیری (پیاده‌سازی طراحی) اجرا و ارزیابی اعمال شد.

3. نقشه راه استراتژیک

در اینجا لازم است که به اهمیت نقشه راه بپردازیم. نقشه راه یک برنامه استراتژیک و در واقع یک برنامه یکپارچه است که می‌تواند با درنظرگرفتن تمام سطوح مهم درگیر در موقعیت مشکل به فرایند برنامه‌ریزی کمک کند. روند توسعه نقشه راه نظرات طرف‌های کلیدی را گرد هم می‌آورد. هنگامی که یک نقشه راه تهیه می‌شود، می‌تواند به طور گسترده به‌عنوان نقطه مرجع برای ارتباطات و اقدامات مستمر مورد استفاده قرار گیرد. یک نقشه راه موفق، وضعیت فعلی را از طریق نقاط عطف، چالش‌ها و اقدامات در طول یک جدول زمانی مشخص به اهداف (وضعیت مطلوب) متصل می‌کند. در نقشه راه، فعالیت‌ها و اقدامات از طریق علت و معلول در طول جدول زمانی موردنظر برای دستیابی به اهداف با هم مرتبط می‌شوند. نقشه راه به‌دست‌آمده در این مطالعه شامل جدول زمانی نیست. نقاط عطف جدول زمانی موردنیاز برای نقشه راه به‌دست‌آمده در این مطالعه با مراحل مشخص شده نظریه انتشار نوآوری (IDT) جایگزین شده است. برای تهیه نقشه راه به روشی که شرح داده شد، چالش‌های پیاده‌سازی BIM در صنعت ساختمان از طریق مطالعات مختلف؛ موضوع شناسایی و به فرایندها (processes)، افراد (people) و ابزارهایی (tools) که به آنها مثلث طلایی تغییرات گفته می‌شود، دسته‌بندی شدند. آنها در نهایت برای صنعت نفت، گاز و پتروشیمی با مصاحبه با کارشناسان صنعت OGP نهایی می‌شوند. گروه‌بندی چالش‌ها به چهار دسته تقسیم می‌شوند تا در جهت استخراج نقشه راه از آن‌ها استفاده شود. این چهار دسته عبارت‌اند از:
الف- باید توضیح داده شود (should be described)
ب- باید پوشش داده شود (should be covered)
ج- باید توضیح داده شود (should be explained)
د- باید ارائه شود (should be provided)
بدیهی است که چالش‌های مربوط به «باید ارائه شود» مهم‌تر از سایر چالش‌ها هستند و منجر به تعریف نتایج می‌شوند. شکل 1 نقشه چالش را نشان داده و چالش‌های نهایی را نشان می‌دهد که در آن ویژگی‌های IPD می‌توانند به غلبه بر آنها کمک کنند.

شکل 1. نقشه چالش برای پذیرش BIM در صنعت OGP با توجه به ویژگی های IPD.

درنظرگرفتن اقدامات مربوط با چالش‌های BIM در کنار مراحل IDT، شامل آگاهی (awareness)، متقاعدسازی (convincing)، تصمیم‌گیری (decision making)، اجرا (implementation) و ارزیابی (evaluation) رویکرد اتخاذ شده در شرکت‌های OGP است. برای این منظور، نقشه راهی با شش مرحله به‌هم‌پیوسته برای تضمین استقرار BIM در شرکت‌های OGP از طریق انجام اقدامات در پاسخ به چالش‌ها و فعالیت‌های مرتبط برنامه‌ریزی شد. این شش مرحله به شرح زیر است:
الف- اولین مرحله با ایجاد گروه lead (گروه وظیفهBIM) آغاز می‌شود. این گروه مطالعه امکان‌سنجی را برای اعمال BIM در سطح بلوغ 2 با تمرکز بر افزایش آگاهی از پذیرش فناوری جدید در صنایع نفت، گاز و پتروشیمی انجام می‌دهد.
ب- در مرحله دوم، گروه lead استراتژی BIM را با استفاده از نتایج مطالعه امکان‌سنجی انجام شده در مرحله اول تنظیم می‌کند و استفاده فناوری BIM در OGP را شناسایی می‌کند و درعین‌حال، مدیریت ارشد شرکت‌های OGP را متقاعد می‌کند که BIM را اتخاذ کنند.
پ- گام سوم، پس از متقاعدکردن مدیریت ارشد شرکت‌های OGP و تصمیم‌گیری دررابطه‌با اجرای BIM، در نظر دارد تا طرح تجاری (Business Plan) مربوطه را توسعه دهد.
ت- در گام چهارم باتوجه‌به ویژگی‌های طرح تجاری، طرح پیاده‌سازی BIM شامل رویه‌های مشارکتی و فرایندهای همکاری تهیه می‌شود. چارچوب قراردادی و مشخصات نرم‌افزار اجرا شده بین طرفین و در سازمان آنها برنامه‌ریزی ‌شده است. در این مرحله، اهداف همکاری، طرح توسعه منابع انسانی، طرح توسعه نرم‌افزار و منابع موردنیاز برای پشتیبانی و نظارت نهایی می‌شود تا یکپارچگی در کل شرکت‌های OGP به دست آید.
ث- در مرحله پنجم، BIM بر اساس چهار مرحله فوق پیاده‌سازی می‌شود.
ج- ارزیابی پیاده‌سازی BIM در مرحله ششم بر اساس بازخوردهای دریافتی و اقدامات اصلاحی لازم انجام می‌شود.
شکل 2. نقشه راه پذیرش BIM برای صنعت نفت، گاز و پتروشیمی.

- جهت مطالعه بیشتر، فایلی جهت دانلود قرار داده شده است.

جایگاه این مبانی در آموزش های موسسه ACEMI

در نقشه راه جامع موسسه مهندسی و مدیریت ساخت علوی پور، محدوده دانشی جداگانه ای تحت عنوان مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) طراحی شده است که پیشنیاز همه آنها، دوره نقشه راهی به نام BIM در مدیریت و کنترل پروژه است. بعد از آنکه این مبانی پایه ای را فرا گرفتید، برای تکمیل دانش خود در زمینه BIM در مدیریت پروژه، باید دوره های برنامه ریزی پروژه و مدیریت مالی و هزینه پروژه را فرا گرفته گرفته نحوه یکپارچه سازی این مبانی را به کمک نرم افزار های Navisworks و Synchro بیاموزید. سپس در دوره آموزش مدیریت BIM در پروژه و دوره استراتژی مدیریت BIM نحوه پیاده سازی BIM از نگاه مدیریت پروژه را طی یک فرآیند کامل خواهید آموخت. جهت مشاهده دوره های آموزشی موسسه می توانید به بخش تقویم آموزشی مهندسی و مدیریت ساخت در سایت موسسه ACEMI مراجعه نمایید.

[1] Fakhimi, A. Majrouhi Sardroud, J. Mazroi, A. Goreishi, S. R. S. Azhar. 2020. Building Information Modeling Deployment in Oil, Gas and Petrochemical Industry: An Adoption Roadmap. Civil Engineering Infrastructures Journal.