(中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，廣州 510230 )

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

1.1 工程概況

緬甸引航站項(xiàng)目位于緬甸仰光河入?？?，是我國(guó)“一帶一路”和“中緬經(jīng)濟(jì)走廊”沿線的重要境外經(jīng)貿(mào)合作項(xiàng)目，是緬甸仰光新城首批落地項(xiàng)目。該引航站位于離岸20海里的海面處,是世界上第二座、緬甸境內(nèi)第一座海上引航站，屬于新型海上建筑物。項(xiàng)目總投資約2 000萬(wàn)美元，建成后將為入緬的船只提供引航服務(wù)，同時(shí)兼顧船舶靠泊、油罐輸油、辦公住宿、娛樂(lè)觀光等功能。

引航站下部結(jié)構(gòu)是鋼管樁樁基礎(chǔ)，上部結(jié)構(gòu)由三部分組成：主平臺(tái),包含4層的航站樓和信號(hào)塔等設(shè)施；棧橋平臺(tái)以及一個(gè)油罐平臺(tái)。項(xiàng)目的總體效果如圖1所示。

1.2 工程難點(diǎn)與特點(diǎn)

項(xiàng)目的主要特點(diǎn)是地質(zhì)條件差，淤泥層厚，外海作業(yè)風(fēng)高浪急，給施工和設(shè)計(jì)帶來(lái)很多難題；空間狹小但功能要求多，涉及包括水工結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)、給排水、暖通、電氣、通導(dǎo)、港口工藝、儲(chǔ)運(yùn)油工藝等專(zhuān)業(yè)；結(jié)構(gòu)異形，機(jī)電油管線錯(cuò)綜復(fù)雜；工期緊，為了趕在雨季來(lái)臨前完成樁基施工，設(shè)計(jì)時(shí)間被不斷壓縮。

為保證工程順利進(jìn)行，該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)階段引入BIM技術(shù)，提前規(guī)劃、重點(diǎn)模擬、化繁為簡(jiǎn)、減少返工。

圖1 項(xiàng)目總體效果圖

2 BIM組織與運(yùn)用環(huán)境

2.1 項(xiàng)目應(yīng)用愿景

通過(guò)BIM技術(shù)的應(yīng)用，縮短項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期，解決項(xiàng)目中遇到的設(shè)計(jì)難題；通過(guò)該項(xiàng)目的實(shí)踐，研究如何將BIM技術(shù)應(yīng)用于國(guó)際海上建筑物，并歸納總結(jié)出具體實(shí)施的技術(shù)和要點(diǎn)，提高效率和質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力[1-3]。

2.2 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)

基于正向設(shè)計(jì)的理念，本項(xiàng)目的BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從項(xiàng)目的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中抽調(diào)組建[4-5]。在BIM崗位上分別設(shè)置了BIM項(xiàng)目經(jīng)理、BIM項(xiàng)目副經(jīng)理、協(xié)調(diào)員、專(zhuān)業(yè)負(fù)責(zé)人和各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)建模人員等BIM崗位，如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)組織架構(gòu)

2.3 項(xiàng)目策略書(shū)

本項(xiàng)目中，從可行性研究階段到施工圖階段，BIM設(shè)計(jì)和管理的理念和方法一直貫穿在整個(gè)過(guò)程中。項(xiàng)目前期結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)，根據(jù)英標(biāo)、美標(biāo)及我院的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等，編寫(xiě)項(xiàng)目本身的《緬甸引航站項(xiàng)目BIM策略書(shū)》，用于項(xiàng)目過(guò)程中的設(shè)計(jì)協(xié)同和文件控制?！俄?xiàng)目BIM策略書(shū)》對(duì)項(xiàng)目過(guò)程中各個(gè)方面都進(jìn)行了詳細(xì)的、具有實(shí)操性的規(guī)定，如制圖標(biāo)準(zhǔn)化、模型LOD精度等級(jí)、構(gòu)件的編碼命名、設(shè)校審流程、模型顏色管理等。項(xiàng)目策略書(shū)的運(yùn)用，確保了項(xiàng)目協(xié)作高效精確，設(shè)計(jì)成果整潔美觀。該策略書(shū)主要的章節(jié)目錄如圖3所示[6]。

2.4 基于云架構(gòu)的全過(guò)程數(shù)字化管理

該項(xiàng)目的BIM設(shè)計(jì)涉及Autodesk、Intergraph等軟件平臺(tái)。針對(duì)其涉及專(zhuān)業(yè)多、軟件多樣的特點(diǎn)，項(xiàng)目采用Vault 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)和阿里云服務(wù)器，進(jìn)行多專(zhuān)業(yè)、多參與方、多地點(diǎn)的設(shè)計(jì)協(xié)同，對(duì)數(shù)據(jù)和文件進(jìn)行全過(guò)程的數(shù)字化管理，實(shí)現(xiàn)了包括文件版本控制、權(quán)限管理、異地同平臺(tái)協(xié)同、設(shè)校審流程、文件自動(dòng)編碼等在內(nèi)的協(xié)同設(shè)計(jì)功能，確保信息流通的實(shí)時(shí)性、安全性[1,7]。

圖3 項(xiàng)目BIM策略書(shū)封面及章節(jié)目錄

3 BIM技術(shù)運(yùn)用范圍

3.1 三維建模

3.1.1 三維地質(zhì)

本項(xiàng)目中，通過(guò)Dynamo+Revit方式進(jìn)行三維地質(zhì)建模，其主要的建模步驟包括以下幾個(gè)方面：

1)將地勘數(shù)據(jù)錄入Excel 表格；

2)利用dynamo讀取Excel 表格數(shù)據(jù)，并在revit中生成分層地形曲面；

3)Dynamo讀取Revit地形三角網(wǎng)格曲面，進(jìn)一步生成三維地質(zhì)實(shí)體；

4)將三維地質(zhì)實(shí)體導(dǎo)入到Revit 中，并賦予不同土層的地質(zhì)參數(shù)；

5)在Revit中進(jìn)行剖面出圖及地質(zhì)工程量統(tǒng)計(jì)等。

生成的三維地質(zhì)模型，如圖4所示，能更直觀地展示土層的分布，任意剖切出圖，添加土層參數(shù)等，并導(dǎo)入到結(jié)構(gòu)軟件中進(jìn)行計(jì)算，為項(xiàng)目的樁基設(shè)計(jì)提供有力保障[8-9]。

(a)三維效果展示 (b)剖切出圖

(c)Revit明細(xì)表中展示土層參數(shù)圖4 Revit 中的三維地質(zhì)模型

3.1.2 結(jié)構(gòu)、水暖電建模

設(shè)計(jì)過(guò)程中，總圖專(zhuān)業(yè)首先完成總平面布置，并將設(shè)計(jì)成果上傳到vault 公共數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。其它專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員以鏈接的形式引用總圖條件，在各自的設(shè)計(jì)平臺(tái)上并行設(shè)計(jì)。其中，港口結(jié)構(gòu)、建筑結(jié)構(gòu)、水、暖、電、通導(dǎo)等專(zhuān)業(yè)采用REVIT完成建模；港口工藝專(zhuān)業(yè)采用Inventor 完成設(shè)備建模；結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)采用Advance Steel插件完成鋼結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。鋼結(jié)構(gòu)模型包括基本的板厚、型材、焊縫等細(xì)節(jié)，可直接用于工程加工[10-11]。結(jié)構(gòu)、水暖電建模的三維模型模型如圖5所示。

(a)結(jié)構(gòu)三維模型

(b)水、暖、電模型 (c)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)圖5 結(jié)構(gòu)、水、暖、電模型

3.1.2 儲(chǔ)運(yùn)油系統(tǒng)建模

基于Smart Plant 3D平臺(tái)，進(jìn)行儲(chǔ)運(yùn)油系統(tǒng)三維協(xié)同設(shè)計(jì)，其三維模型如圖6所示。

圖6 儲(chǔ)運(yùn)油系統(tǒng)模型

3.2 工程量統(tǒng)計(jì)與二維出圖

在模型的基礎(chǔ)上,各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員通過(guò)軟件的功能進(jìn)一步得出二維施工圖、工程量清單、結(jié)構(gòu)計(jì)算模型等,如圖7所示。充分利用模型中的信息，做到一模多用，簡(jiǎn)化人工數(shù)據(jù)搬運(yùn)的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)真正的正向設(shè)計(jì)[12]。

圖7 水工專(zhuān)業(yè)施工圖與明細(xì)表

其中，用Revit的明細(xì)表統(tǒng)計(jì)水工結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)的工程量時(shí)，存在著工程量格式不符合水運(yùn)行業(yè)的規(guī)定，部分的量無(wú)法直接導(dǎo)出等問(wèn)題，需要人為手動(dòng)處理。針對(duì)此問(wèn)題，項(xiàng)目組根據(jù)不同的構(gòu)件類(lèi)型特點(diǎn)，依據(jù)水工行業(yè)的工程量計(jì)算規(guī)則及編制要求，用Dynamo編寫(xiě)了自定義節(jié)點(diǎn)替代算量模板，用于智能化的工程量統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)包括人、機(jī)、料在內(nèi)的工程量統(tǒng)計(jì)，如圖8所示。

3.3 模型的設(shè)校審

利用Vault中自定義生命周期的功能定制文件設(shè)校審流程, 利用Design Review 的校審功能，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)文件和模型的全過(guò)程數(shù)字化管理。通過(guò)設(shè)置不同的文件生命周期，實(shí)現(xiàn)文件狀態(tài)的更改自動(dòng)觸發(fā)版本號(hào)、權(quán)限的更改，并且自動(dòng)發(fā)送郵件通知下游的任務(wù)相關(guān)人員。

(1)主程序界面 (2)dynamo提取的水工工程量清單圖8 Dynamo編程提取水工工程量

通過(guò)Vault平臺(tái)的設(shè)置，可實(shí)現(xiàn)Revit 、Civil3D 、CAD等軟件上傳到Vault 平臺(tái)后，自動(dòng)生成相應(yīng)的Design Review 文件。校審人員無(wú)需安裝專(zhuān)業(yè)的建模軟件，即可對(duì)模型和圖紙進(jìn)行模型剖切、構(gòu)件移動(dòng)、視圖旋轉(zhuǎn)、文檔比對(duì)、審閱批注等校審活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的數(shù)字化審圖，如圖9所示。

圖9 利用design review 對(duì)文件進(jìn)行校審

設(shè)校審流程的運(yùn)用，確保協(xié)同平臺(tái)能夠保存 “里程碑式”的歷史版本，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的可追溯、可分析[7，13]。

3.4 碰撞檢查與管線綜合

項(xiàng)目協(xié)調(diào)員在Navisworks和fuzor 軟件中對(duì)各專(zhuān)業(yè)的BIM模型進(jìn)行總裝。并進(jìn)一步進(jìn)行了碰撞檢查、管線綜合、凈高分析等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)了錯(cuò)、漏、碰的問(wèn)題，并預(yù)留設(shè)備合理的安裝和操作空間，確保了管線布局的合理性和美觀性。優(yōu)化后該項(xiàng)目設(shè)備間的管線和設(shè)備布局如圖10所示。

圖10 設(shè)備間管線設(shè)備布局

3.5 4D施工模擬

采用Fuzor軟件分別導(dǎo)入三維BIM模型和施工進(jìn)度計(jì)劃(preject wise6),對(duì)施工工序以動(dòng)態(tài)的三維方式呈現(xiàn)，如圖11所示。并根據(jù)不同的施工進(jìn)度及時(shí)程在三維模型上標(biāo)示不同的顏色，表達(dá)不同建筑物于目前施工進(jìn)度之狀態(tài)。相比于傳統(tǒng)的文字或者甘特圖的表達(dá)方式，BIM 4D的動(dòng)態(tài)展示更加直觀，項(xiàng)目相關(guān)方能更快速地掌握整個(gè)工程進(jìn)度與狀況。

圖11 4D施工模擬

3.6 可視化交底

通過(guò)Lumion 、Fuzor等軟件把二維圖紙上的建筑施工圖變成更有空間感的模型、海報(bào)、漫游視頻等。利用Fuzor和Augement等軟件的VR、AR技術(shù)進(jìn)行模型展示，如圖12所示，讓三維模型“躍然紙上”，現(xiàn)實(shí)環(huán)境與虛擬模型相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更好的工程展示效果。

4 技術(shù)創(chuàng)新

4.1 二次開(kāi)發(fā)提高建模效率

項(xiàng)目中，針對(duì)不同的工程問(wèn)題，采用Dynamo、API進(jìn)行大量的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)工作流程自動(dòng)化，提高了工作效率[14-15]，主要包括以下幾個(gè)方面。

樁基快速批量建模：針對(duì)本工程樁基密集、傾斜樁多、樁基空間交錯(cuò)復(fù)雜等特點(diǎn)，通過(guò)Dynamo開(kāi)發(fā)了批量建樁的程序(圖13)，實(shí)現(xiàn)樁基模型任意空間扭轉(zhuǎn)角度的參數(shù)化控制；結(jié)合地形曲面，自動(dòng)調(diào)整樁長(zhǎng)確保樁基進(jìn)入持力層的長(zhǎng)度，大大提高模型的智能度[16]。

圖12 模型VR/AR 效果展示

圖13 Dynamo批量建樁程序

管道深化設(shè)計(jì)之快速分段及編碼：本項(xiàng)目利用C#進(jìn)行了Revit的二次開(kāi)發(fā)，創(chuàng)建了對(duì)管道模型的>

快速分段和添加編號(hào)注釋的插件，如圖14所示，程序主要的步驟如下：

1)利用 API 接口，讀取已有管道的幾何信息后，刪除原有管道；

2)根據(jù)設(shè)計(jì)人員輸入的距離對(duì)幾何線進(jìn)行等距離分段，進(jìn)一步生成管道和分段點(diǎn)處的套箍；

3)對(duì)管道順序編號(hào)，并寫(xiě)入?yún)?shù)“標(biāo)記”中。

通過(guò)深化了管道模型，為后續(xù)精確指導(dǎo)管道采購(gòu)及施工提供基礎(chǔ)。

墻體深化設(shè)計(jì)之3D排磚：本項(xiàng)目采用Revit和Dynamo相結(jié)合的方式進(jìn)行虛擬樣板房的墻體結(jié)構(gòu)進(jìn)行深化建模，實(shí)現(xiàn)三維排磚，取代現(xiàn)場(chǎng)樣板制作指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。其主要流程步驟如圖15所示。

4.2 樁基施工順序的仿真模擬

樁基設(shè)計(jì)中，需要編排合理的打樁順序，確保施工過(guò)程中船機(jī)設(shè)備不與已打的樁基發(fā)生碰撞。傳統(tǒng)的做法是在樁基圖紙中，畫(huà)出等比例的船機(jī)設(shè)備的施工范圍，通過(guò)人眼識(shí)別是否碰撞樁。這種做法工作量大，錯(cuò)誤率高，而且無(wú)法判斷方案的優(yōu)劣。

通過(guò)Dynmo編程，利用BIM模型，自動(dòng)計(jì)算每根樁施工時(shí)與已有樁基的距離，通過(guò)距離求出安全系數(shù)。不但可以判斷方案是否發(fā)生臨時(shí)性的碰撞，而且可以給該方案打分，從而判斷不同方案的優(yōu)劣。程序的流程圖如圖16所示。

(a)管道分段對(duì)話框 (b)編號(hào)對(duì)話框 (c)深化后的管道模型圖14 管道深化建模

圖15 墻體三維排磚

圖16 Dynamo 樁基施工順序仿真模擬程序流程圖

4.3 三維鋼筋建模

Hidas是我院自主研發(fā)的BIM軟件系統(tǒng)，包含地質(zhì)建模、巖土、結(jié)構(gòu)計(jì)算、三維配筋等功能模塊。本項(xiàng)目將Revit 構(gòu)件導(dǎo)入到海達(dá)斯中進(jìn)行三維配筋，如圖17所示。該模塊提供了多種三維智能化配筋方式，滿(mǎn)足了不同異形構(gòu)件的配筋需求，并可進(jìn)行鋼筋碰撞檢測(cè)、快速出圖、鋼筋明細(xì)表統(tǒng)計(jì)等[17]。

圖17 Hidas三維配筋

4.4 云端集成設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)

云端集成設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)是我院自主研發(fā)的、國(guó)內(nèi)水運(yùn)行業(yè)首個(gè)云端設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)。在本項(xiàng)目中，通過(guò)點(diǎn)擊BIM模型中相關(guān)的參數(shù)，即可鏈接進(jìn)入云端設(shè)計(jì)系統(tǒng)，查看該構(gòu)件所包含的全部歷史版本的計(jì)算文件,如圖18所示。

該功能的運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)BIM模型與云計(jì)算系統(tǒng)的綁定，豐富BIM模型信息。

圖18 BIM+云端集成設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)

5 項(xiàng)目運(yùn)用效果

BIM技術(shù)的引進(jìn)，使我們更好地完成了項(xiàng)目的設(shè)計(jì)任務(wù)：

1)提高了管理質(zhì)量：以BIM為核心,各軟件相互關(guān)聯(lián),數(shù)據(jù)有序傳遞,完成全過(guò)程的設(shè)計(jì)；

2)提高了工作效率:以模型為核心,實(shí)現(xiàn)了工程量、施工圖、配筋圖、計(jì)算模型等與模型的聯(lián)動(dòng),減小了數(shù)據(jù)搬運(yùn)的過(guò)程,縮短設(shè)計(jì)周期；

3)提高了產(chǎn)品質(zhì)量:運(yùn)用了管線綜合、施工模擬等技術(shù)，減小了“錯(cuò)、漏、碰、缺”而造成的相關(guān)延誤和損失；全過(guò)程三維可視化設(shè)計(jì)方便設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)對(duì)不同的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行反復(fù)的溝通交流、討論決策，實(shí)現(xiàn)更人性化的設(shè)計(jì)；

4)技術(shù)積累：實(shí)現(xiàn)全過(guò)程全方位的正向設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了一批優(yōu)秀的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，積累相關(guān)的構(gòu)件庫(kù)。

6 總結(jié)

6.1 創(chuàng)新點(diǎn)

1)以三維模型為核心，實(shí)現(xiàn)工程量、施工圖、配筋圖、計(jì)算文件等與模型的聯(lián)動(dòng)，減小了數(shù)據(jù)搬運(yùn)的工程，減小人為的錯(cuò)誤，提高工作效率；

2)基于Vault和阿里云平臺(tái)進(jìn)行協(xié)同工作，改變了傳統(tǒng)分散低效的協(xié)作模式，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目信息的集中儲(chǔ)存訪問(wèn)，增強(qiáng)協(xié)同信息準(zhǔn)確性和及時(shí)性，提高工作效率，減少問(wèn)題，減少變更，縮短工期，節(jié)約成本；

3)針對(duì)項(xiàng)目中的實(shí)際需求，自主二次開(kāi)發(fā)出若干個(gè)功能模塊，極大地提升了設(shè)計(jì)效率；

4)自主開(kāi)發(fā)水運(yùn)行業(yè)云端集成設(shè)計(jì)計(jì)算系統(tǒng)以及HIDAS三維配筋系統(tǒng)，在相關(guān)領(lǐng)域?qū)儆谛袠I(yè)領(lǐng)先地位。

6.2 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

1)制定規(guī)范細(xì)致、具有可操作性的標(biāo)準(zhǔn)文件，并確保被有效執(zhí)行，對(duì)項(xiàng)目BIM技術(shù)能否成功實(shí)施起著至關(guān)重要的作用；

2)BIM的運(yùn)用價(jià)值應(yīng)該貫穿于工程的全生命周期，尤其在施工階段需要業(yè)主和施工單位的積極配合和推進(jìn)，BIM才能發(fā)揮更大的價(jià)值；

3)利用API /dynamo等進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，工作看似繁雜，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看能極大地提高工程師的工作效率[15]。