王有強 梁冰寒

摘要：本模型為BIM技術在智慧港口建設的創(chuàng)新應用，BIM技術涉及工程項目全生命周期。在設計階段，通過三維設計展示、構件編碼、正向出圖等可以優(yōu)化降低規(guī)劃設計成本提高設計效率;基于BIM的4D施工進度模擬為現場施工進度管理、項目建設工期的縮短等帶來了幫助;通過施工模擬以及對綜合管線進行碰撞檢查提高施工質量，降低施工成本;在運維階段，BIM+IOT設備的連接使BIM模型數據交互性更高，實現港口建設和運行的自動化、智能化和現代化。

關鍵詞：BIM技術智慧港口4D施工進度模擬管線碰撞BIM+IOT

Application of BIM Technology in Smart Port Construction

WANG Youqiang*? LIANG Binghan

（Shanghai Branch of Changjiang Institute of Survey， Planning， Design and Research， Shanghai， 200439 China）

Abstract： This model is an innovative application of BIM technology in smart port construction. BIM technology involves the entire life cycle of engineering projects. In the design stage， 3D design display， component coding， and forward drawing can be optimized to reduce planning and design costs and improve design efficiency; BIM-based 4D construction progress simulation has brought help to on-site construction progress management and shortening of project construction period; improve construction quality and reduce construction costs through construction simulation and collision inspection of integrated pipelines; the connection of BIM+IOT equipment in the operation and maintenance phase makes BIM model data more interactive， and realizes automation， intelligence and modernization of port construction and operation.

Key Words： BIM technology; Smart port; 4D construction progress simulation; Pipeline collision; BIM+IOT

水利工程通常是國家主導建設的大型項目，具有投資大、施工條件復雜、設計施工周期長的特點。目前，傳統的二維設計模型應用到水利工程中顯得捉襟見肘，而BIM技術具備有效實現各環(huán)節(jié)和各領域的信息收集與整理的優(yōu)勢，并保證設計、施工、建設單位在信息共享平臺上能夠及時地溝通與決策，提高整體規(guī)劃、設計、施工效率，大大節(jié)省時間成本，從而為各方帶來一定的經濟效益[1]。

BIM技術在我國經過多年的應用與研究，已形成了相對成熟的理論體系以及應用成果。李奮華[2]研究了基于BIM+GIS技術的水閘管理運行系統，詳細地闡述了BIM+GIS如何在水閘管理中應用，為全面實現智慧水利打下了堅實的基礎;董浩[3]針對BIM技術在建筑智能化系統運維中的作用進行了研究與分析，論述了BIM技術應用在建筑智能化中的優(yōu)勢;王瑩[4]通過BIM技術在建筑結構設計中的應用與研究，分析了BIM技術在建筑結構設計階段的應用場景，提高了設計質量，提升了工作效率;羅凱[5]以Revit軟件為設計平臺，探索BIM技術在中小型水利工程中的應用，研究了Revit中水閘樣板的設計方法，大大提高了水閘三維設計效率。

BIM技術在國外起步較早，已形成了相對成熟的應用標準。國外BIM應用者主要根據項目的需要，對BIM進行二次開發(fā)以滿足使用要求。Fu等[6]通過對IFC查看器進行二次開發(fā)使建筑信息標準化和格式化，實現了數據儲存和表達的標準化。Behzadan[7]等提出在裝配式建筑中將BIM與AR相結合以便于同時管控工程的質量與進度，提高管理效率。呂明昊[8]利用BIM技術和虛擬現實相結合，在對水利工程參數化建模的基礎上與流域地形和樞紐區(qū)域地形相結合，表現出水利工程在信息化時代的轉型升級。

目前，BIM技術在建筑行業(yè)的發(fā)展與應用已比較成熟，而在水利行業(yè)尤其是在港口建設方面應用案例較少，本文基于BIM技術在港口建設的設計、施工、運維階段全生命周期的應用，為其在實際項目中應用提供良好的理論支持。

1 BIM技術在設計階段的應用

BIM技術應用于港口碼頭項目設計階段，主要設計內容包括碼頭、引橋、管線、建筑三維建模，施工場地、碼頭堆場的整體布置建模，工程量統計和二維施工圖等。首先確定三維設計工作流程，然后通過每周例會確定技術要求，根據編碼體系初步設計建立水工結構、管線工程和上部建筑結構三維建模，按照初步設計出圖標準進行三維初版圖紙后，發(fā)送各專業(yè)審核反饋;根據反饋意見對模型不斷地調整優(yōu)化后進行施工圖三維設計;最后根據施工圖出圖標準出二維施工圖紙。如圖1所示。

1.1 三維設計方案展示

BIM技術可視化的優(yōu)點可以直觀展示設計方案，及時找出設計中顯而易見的錯誤，并對其進行修改優(yōu)化。通過BIM技術可以對碼頭、引橋、建筑設計方案，以及施工場地與堆場的布置方式都有一個更明確的布置與規(guī)劃。

1.2 參數化族庫模型

建立參數化模板，根據參數模板建立參數化BIM模型，從族庫中直接調取所用的族構件，直接在項目里面裝配搭建，這樣可以節(jié)約大量的人力，讓設計師從龐雜繁多的建模任務中解放出來。另外，根據行業(yè)的設計標準以及設計師的經驗，制定一套規(guī)則加進族庫里面。這樣可以減少在設計過程中出現的不必要的錯誤，以提高設計的規(guī)范程度。

1.3 構件編碼

根據編碼標準將BIM模型構件進行逐個編碼著色，在進行編碼時，嚴格按照編碼要求，對每一個構件賦予唯一編碼，并生成對應表格，每一個構件都有獨立的身份編碼，將模型上傳至運維系統，通過編碼系統可以識別出構件的信息，包括位置、工程量以及造價等。在施工運維期間可以起到很好的信息交互作用，如圖2所示。

1.4 三維正向出圖

BIM正向設計出圖涵蓋建筑、結構、設備等專業(yè)。圖紙除了最常見的平立剖外，還有各類軸測圖、透視圖、爆炸視圖、零件視圖等。BIM正向設計提前構建了水工、建筑等構件，基本可以實現設計完成后就出清單量表，并且準確率高。BIM的三維參數化設計更符合設計師和工程師的工作習慣和邏輯思維。在一定程度上發(fā)展成熟的BIM正向設計比CAD設計成本更低，通過BIM模型直接創(chuàng)建二維設計圖紙，圖紙與模型相互關聯，解決了傳統二維反復修改圖紙的問題。

1.5三維管線

運用BIM技術，能夠方便快捷地完成管路系統的相關建模，節(jié)省了大量的重復勞動;通過賦予系統類型屬性和新建并添加過濾器的方法，可以看到消火栓系統在場景中呈現出獨特的顏色，與其他模型直觀清楚地區(qū)分開來。

管線的布置錯綜復雜，眾多管線交纏在一起難免會有安裝沖突的問題。運用BIM的碰撞檢查技術，對各模型進行碰撞檢測，生成碰撞檢測報告，進行管線綜合排布，從而達到檢查錯誤和方便施工的目的，如圖3所示。

2 BIM技術在施工階段的應用

2.1 施工組織方案模擬

結合BIM模型及施工組織方案，通過三維可視化技術對施工組織方案進行模擬展示，提高溝通效率，提前發(fā)現施工組織方案中不合理的地方，并加以解決。施工場地布置如圖4所示。

2.2 可視化技術交底

利用BIM技術對構件尺寸、節(jié)點的深化設計能夠減少材料浪費以及節(jié)省時間，同時可以為施工單位合理安排資源和勞動力提供有力的支持，并降低施工風險，控制成本。樁帽施工模擬如圖5所示。

2.3 施工區(qū)域智能監(jiān)控

在場地平面布置階段利用BIM技術確定實時監(jiān)控點位及監(jiān)控角度，對現場進行實時監(jiān)控，監(jiān)控畫面與智能系統相連接，可以對現場的用電量、用水量進行監(jiān)控，后期對港口堆場集裝箱的分類與運輸起到至關重要的作用，如圖6所示。

2.4 BIM4D施工進度

BIM技術可以在三維立體視圖的基礎上添加時間維度，在BIM4D模型的管理中，可以對整個水利工程的周期起到監(jiān)督作用，施工人員也可以通過這個多維度的模型把握施工進度，如圖7所示。

3 BIM技術在運維階段的應用

港口的運行維護階段會產生大量的工程數據，另外前期規(guī)劃設計和施工階段也留下了很多有效數據，這些為建立數據庫提供了豐富的數據資源，而最大的問題是缺少高效的處理平臺，故設立大數據中心不失為一個良好選擇。此外，港口的物流量很大，電路、管道等相關設備數量龐大，安全隱患以及緊急情況的監(jiān)控與排查更應引起重視。傳統的依靠人力管理已經沒有辦法滿足當前的發(fā)展，因此本項目碼頭的運行管理也要求采用更為先進的管理方式，快速、準確地發(fā)現安全隱患，減少人員傷亡及財產損失。

大數據中心以5G技術、數據實時交互為基礎，結合視頻智能分析、GPS定位、實時監(jiān)測系統、3D等技術手段的應用，從大數據中心系統的數據庫中提取信息，以三維化的方式實時展示各部分的數據動態(tài)信息。

3.1 智慧分區(qū)

將堆場集裝箱堆場情況三維呈現，按照不同顏色區(qū)分堆存情況，以便工作人員及時掌握堆場情況及對堆場其進行一個合理的調度和分配。

3.2 港口數據實時顯示

基于BIM模型與大數據、物聯網結合的港口數據的實時監(jiān)控，如圖8所示。利用RFID技術，BIM+物聯網結合，通過碼頭面板下加裝重力傳感器，實時感知貨物的運輸情況。通過二維碼識別技術進行貨物的識別分類。另外，可在防波堤附近布置監(jiān)測儀器，實時監(jiān)控洋流的流速、溫度、鹽度、含砂率等參數，在數據中心進行數據收集和分析，以便更好地掌握洋流的動態(tài)情況。

3.3 港口構件信息維護

通過運維平臺可以隨時檢查構件信息，便于港口構件的維護與維修，如圖9所示。同時將模型和IoT設備相連，除了可以控制燈光外，還可以控制倉庫濕度、溫度等，達到智能化、科技化的目的。

3.4 設備安全監(jiān)測

將模型和監(jiān)測設備結合，實時監(jiān)測管道的壓力情況，一旦出現問題，檢修人員立刻收到信息，問題立即解決，無需排查。如圖10所示，管件顯示紅色表示需要修復的，白色表示正常。

4結語

本文基于BIM技術在港口建設全生命周期應用研究過程，得出下列結論。

（1）BIM技術在設計階段的應用，通過三維設計方案展示、參數化建模、構件編碼、正向出圖等，不僅可以提高設計效率，減少重復勞動，而且還可以提高設計質量，節(jié)約設計成本。

（2）BIM技術在施工階段的應用，基于BIM的4D施工進度模擬為施工進度計劃的優(yōu)化與編制、現場施工進度管理、項目建設工期的縮短等帶來了幫助;通過施工模擬、設計檢測以及對綜合管線進行碰撞檢查，提高施工質量，降低施工成本。

（3）BIM技術在運維階段的應用，通過數字孿生在虛擬環(huán)境中解決一部分問題，并讓虛擬信息與實體信息進行完整交互，為智慧港口的建設提供有效的方案優(yōu)化管理平臺，實現港口建設和運行的自動化、智能化和現代化。

參考文獻

[1]王惠娟. BIM技術在水利工程建設中的應用與拓展研究[J]. 安徽建筑，2018，24（3）：63-64.

[2]李奮華，武建，張興旺.基于BIM+GIS技術的水閘管理運行系統研究[J].甘肅水利水電技術，2021，57（5）：19-21.

[3]董浩.BIM技術在建筑智能化系統運維中的作用[J].江西建材，2021（5）：243，246.

[4]王瑩.BIM技術在建筑結構設計中的應用與研究[J].中國建筑金屬結構，2021（7）：106-107.

[5]羅凱，孫永明，孫峰，等.基于Revit的水閘工程樣板開發(fā)及應用研究[J].水電能源科學，2020，38（11）：174-177.

[6]FU CHANgFENG， GHASSAN AOUAD， ANGELA LEE， et al.IFC model viewer to support nD model application[J].Automation in Construction，2005，15（2）：178-185.

[7]BEHZADAN A H， IQBAL A， KAMAT V R. A collaborative augmented reality based modeling environment for construction engineering and management education[C]//Simulation Conference （WSC）， Proceedings of the 2011 Winter. IEEE， 2011.

[8]呂明昊.規(guī)劃階段水工結構BIM建模技術研究[D].鄭州：華北水利水電大學，2017.