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        BIM技術在港口基礎設施維修管理中的應用探索

        2021-12-22 06:38:20許益益
        建筑施工 2021年9期
        關鍵詞:檢查單防波堤港口

        許益益

        上海建工集團工程研究總院 上海 201114

        港口一直被視為國際市場上的重要戰(zhàn)略基礎設施,隨著“一帶一路”倡議的提出,沿海港口的建設也迎來了新的發(fā)展。港口的建設離不開基礎設施為其提供的持續(xù)性服務,建立適合港口要求的基礎設施維修管理系統(tǒng)是非常必要的。BIM技術的出現(xiàn)大大提高了工程項目的效率,可視化的特性也使得其在民用和工業(yè)建筑中蓬勃發(fā)展。但是,港口基礎設施與民用和工業(yè)項目的基礎設施有很大不同,其信息描述是非常復雜的[1-2]。本文將探索BIM技術在港口基礎設施維修管理中的設計與應用。

        1 港口基礎設施維修管理中BIM應用的挑戰(zhàn)

        港口在運作過程方面較為復雜,使港口基礎設施維修管理中的BIM應用更加困難。此外,為港口基礎設施開發(fā)各種風險評估的專業(yè)技術也是一個重要挑戰(zhàn)。建筑對象操作規(guī)劃的基礎設施在項目過程中需要進行標準化,但目前它們的形式和標準模板的創(chuàng)建尚未開展,只有一般化和最小化的要求。

        此外,大多數(shù)港口基礎設施都只有2D施工文件。本文通過檢索資料,分析了至少數(shù)十個港口基礎設施,發(fā)現(xiàn)只有極少數(shù)存在項目文件可供使用,并且其中的主要文件是港口基礎設施的驗收報告,包含的信息極少。文檔的組成也因基礎設施結構的不同而有所差異。如果對建筑進行更改,則必須重新設計基礎設施,此過程低效、耗時且無序,并不符合標準化的原則。另一個十分重要的挑戰(zhàn)是將港口所在區(qū)域的巖土工程數(shù)據(jù)整合到BIM模型中,并對其進行改進和補充。以前的大多數(shù)項目沒有考慮到限制信息模型的實地信息,將地質(zhì)結構方面的巖土數(shù)據(jù)集成到BIM模型中的方法還沒有得到充分的研究,這對港口運輸基礎設施是一個致命缺點。其他一些挑戰(zhàn)包括港口項目,缺乏標準建筑元素庫,部分防波堤、柵欄或海岸加固是由天然材料、撕裂的石頭制成的,這些材料的可視化很差。對于這些元素,LOD技術很難形式化,將它們的鏈接結構描述為IFC模型也存在困難。

        2 港口運維模型集成方法

        2.1 港口地理環(huán)境信息獲取方法

        生成港口信息模型的過程必須從搜索港口項目所在環(huán)境的制圖數(shù)據(jù)(正射影像、地形、測深等)開始,使港口基礎設施能符合其所處的地理環(huán)境,并能夠?qū)λ邢嚓P要素進行正確的地理參考。使用制圖信息,在Revit中生成與現(xiàn)有的拓撲表面相同或非常相似的拓撲表面,然后對現(xiàn)有地形進行建模。

        現(xiàn)有的地形建模過程可以通過2種不同的方式進行。

        第1種是在二維投影中建模,通過將基礎設施的二維(地板、海拔、剖面等)合并到Revit中創(chuàng)建三維模型。每個模板被放置在視圖和相應的標高,過濾繪圖只顯示來自2D的必要信息。

        第2種方法是從三維數(shù)據(jù)建模,此方法是通過點云或網(wǎng)格建模,可以使用以下幾種設備簡化獲取流程:地形設備,通過從固定點進行測量對點云進行收集,操作簡單但是耗時,且成本很高;激光掃描儀,可自動移動,在每次數(shù)據(jù)收集中收集數(shù)百萬個點,但該設備成本較高;攝影測量,對要建模的元素進行拍照,從而創(chuàng)建點云,該系統(tǒng)需要專業(yè)的操作人員,但可以獲得更好的建模效果。

        2.2 港口基礎設施運維BIM模型的實施管理

        構建港口運維BIM模型的關鍵在于必須實時更新建設項目模型,以獲得實際執(zhí)行的項目模型。為此,模型的所有元素必須以參數(shù)的形式包含一系列屬性,且允許對所有相關數(shù)據(jù)進行排序和分類。這些屬性必須包含元素的名稱、元素的標識代碼以及根據(jù)國際標準的元素分類系統(tǒng)的組裝代碼。利用BIM方法對模型進行信息管理的一個基本要素是元素分類系統(tǒng)。目前,有不同的元素分類系統(tǒng),在國際標準中,最常用的元素分類系統(tǒng)是Omniclass、Uniclass2015和Uniformat。然而,它們中沒有一個系統(tǒng)可對構成港口和海事工程的要素進行分類。在本文研究的過程中,分析了港口基礎設施中可能發(fā)生的和最具代表性的損壞情況,例如濾料損失、石板開裂、海底沖刷、沉井開裂、沉箱加固的腐蝕、樁鋼筋銹蝕、上板鋼筋銹蝕、回填泄漏、碼頭傾斜或位移等,并對港口BIM指南分類提出了建議。

        一旦模型生成,就必須將一系列參數(shù)納入模型。這些參數(shù)必須包含在BEP(項目BIM執(zhí)行計劃)中,并添加到模型的每個相應元素中。參數(shù)是Revit對象最重要的部分之一,它們包含每個元素的所有信息。通過為模型的元素分配一系列參數(shù),以確定它們的保存狀態(tài)信息。這些參數(shù)的選擇是根據(jù)港口相關的法律法規(guī)而定的,是檢驗單必須包含的最小數(shù)據(jù)量。參數(shù)定義如下:元素名稱和相關標識代碼;地址,并注明其所屬的相關基礎設施,如防波堤、碼頭等;定位圖,其圖像允許在港口草圖中顯示元素的大致位置;檢查單,其圖像中填寫了所有數(shù)據(jù);檢查項目的日期;最后一次檢查項目的日期;檢查類型的指示;將進行視察的工作小組;在港口進行的養(yǎng)護工作類型;詳細說明視察期間將進行的工作以及將給予特別注意的方面;詳細說明該項目的狀況和該項目中出現(xiàn)的異常情況;顯示視察中發(fā)現(xiàn)的要素或缺陷的照片;狀態(tài)水平,表示某一要素在特定時刻的情況,分為“非常好、好、一般、不好、破壞性的”五類;服務水平,用于衡量對用戶的關注,以及負責港口維護的人員在速度和效率方面對安裝過程中可能出現(xiàn)的不同問題作出的反應;填寫所有上述數(shù)據(jù)的檢查文件的圖像;具體的監(jiān)視服務和預定的日常工作設備;定期檢查小組,通常由有關港口維護小組的人員組成;具體檢查小組,指特殊情況下需要進行的具體檢查,通常為外包人員團隊。而根據(jù)養(yǎng)護工作的類型,可分為以下幾種情況:對港口的運營支持,港口在既定服務水平上運作所需的所有活動;普通養(yǎng)護,所有旨在延長港口要素使用壽命的養(yǎng)護工程;額外養(yǎng)護,所有為修復安裝要素所需的活動。

        通過與BIM技術的結合,使得港口模型可以在便攜式設備如平板電腦上查看,甚至可以使用虛擬和增強現(xiàn)實技術。在該技術的基礎下,運維人員可以從平板電腦上訪問Revit模型的版本,還可通過遠程連接平板電腦到包含程序的計算機中來訪問Revit模型。這樣,一旦進入端口,操作人員就能直接在Revit模型上獲取數(shù)據(jù),填寫前文中提到的所有參數(shù)。建議將這些檢查單作為圖紙納入Revit模型,并給予特定的編號,這樣數(shù)據(jù)就能實時記錄下來,并與要檢查的每個元素相關聯(lián)。此外,該方法的另一個優(yōu)點是易于收集結構中出現(xiàn)的缺陷或故障的圖形信息,因為使用平板電腦,工人可以對它們進行拍照,并直接鏈接到模型中的相關元素。通過這種方法,可大大提高港口運維人員的工作效率,能夠在檢查之前可視化港口出現(xiàn)的損壞,并了解其發(fā)展情況,也可減少一次檢查和另一次檢查之間的信息冗余。此方法應用中使用的檢查單類型表,如圖1所示。

        圖1 港口基礎設施的檢查單

        3 港口運維模型的構建

        本節(jié)將以港口工程的防波堤為例,介紹如何構建港口運維模型。首先在Revit中模擬建立一個臨時防波堤,如圖2所示。然后輸入一系列參數(shù),即基礎設施的維護和保養(yǎng)需要納入模型的要素,將所有已建立的參數(shù)都包含在模型中。通過這一步驟,建筑模型被轉換為設施管理模型,且包括了有關基礎設施保護管理的所有信息。假設基礎設施在其某些要素中存在缺陷或需要修復的損壞(不是真實的),檢查單包含上述要素維護的參數(shù)信息。一旦收集了檢查數(shù)據(jù),就可以對檢測到的缺陷進行建模,并在模型中展示,如圖3所示。檢查單以PDF格式生成,以便在模型中存檔。通過這種方法,可以建立一個含有大量信息的模型。一般情況下,這些信息將被導出到一個作為保護和維護基礎設施的數(shù)據(jù)庫,由CMMS軟件管理。為了從模型中提取信息,還需生成維護計劃表,包含模型的所有質(zhì)量及其維護參數(shù)和組裝代碼。然后,通過應用過濾器,只選擇那些表示損壞的情況。從2個模型中提取的維護規(guī)劃表及其解釋的示例如下,主防波堤養(yǎng)護計劃表:防波堤處于受損狀態(tài),離端點60 m處防波堤的外墻有裂縫,使線管暴露在空氣中,此處需要加固。

        圖2 在Revit中創(chuàng)建的防波堤

        圖3 輸入檢查信息后防波堤開裂示意

        4 結語

        本文提出了一種新的用于港口的基礎設施管理方法,使港口能處理大量有關基礎設施的維護信息。在此過程中設計了一個與基礎設施管理相關的三維模型,且作為可視化工具與數(shù)據(jù)庫結合,幫助相關人員做出決策。與其他類型的基礎設施和建筑物相比,港口基礎設施在集成BIM方面的研究欠缺,且在現(xiàn)有的國際BIM標準中,海洋港口的現(xiàn)有要素沒有明確的分類或編碼。此外,在設計階段,有必要為后續(xù)的技術條件監(jiān)測分配單獨的建設性元素。如具有足夠準確性的企業(yè)BIM標準,就能確定從不同來源和企業(yè)部門獲得的操作文檔的形成過程。本文的研究將為進一步實現(xiàn)港口利用BIM技術進行基礎設施管理提供了參考。

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