陸晶晶，尹 碩

（中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032）

引言

傳統(tǒng)的高樁碼頭在設(shè)計(jì)及施工過(guò)程中標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、信息化程度較低。江義等人[2]提出裝配式樁基碼頭應(yīng)按照“少種類、多組合”的基本原則進(jìn)行樁基碼頭結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，主要分為模塊化裝配式、小構(gòu)件裝配化兩種模式。這兩種裝配體系的構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)化程度均比較高，都適合采用基于BIM 的數(shù)字化、信息化技術(shù)進(jìn)行建設(shè)全過(guò)程的設(shè)計(jì)、制造加工及施工安裝。

裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造、施工數(shù)字一體化[3]對(duì)構(gòu)件信息的交換與傳遞依賴程度較高，在傳統(tǒng)的二維建設(shè)模式中，由于構(gòu)件缺乏信息關(guān)聯(lián)，建設(shè)全過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)難以實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)性的協(xié)同聯(lián)動(dòng)，阻礙了裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)的發(fā)展，基于BIM技術(shù)的數(shù)字一體化技術(shù)[4]為裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)建設(shè)過(guò)程數(shù)字一體化的實(shí)現(xiàn)提供了可能。本文將BIM數(shù)字化技術(shù)與新型裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)結(jié)合，提出了一種基于BIM 技術(shù)的裝配式樁基碼頭設(shè)計(jì)與施工數(shù)字一體化技術(shù)，可以有效提高裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工的效率與質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)高樁碼頭構(gòu)件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化、制作工廠化、施工安裝機(jī)信息化，促進(jìn)裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)的推廣。

1 依托工程概述

連云港某液體散貨泊位工程，建設(shè)規(guī)模為1 個(gè)10 萬(wàn)t 級(jí)液體散貨泊位和1 個(gè)8 萬(wàn)t 級(jí)液體散貨泊位，設(shè)計(jì)年通過(guò)能力為660 萬(wàn)t，是江蘇首個(gè)高樁碼頭建設(shè)采用“全裝配技術(shù)”的項(xiàng)目，目前已成功完成首榀橫梁吊裝施工。該碼頭工程建設(shè)的現(xiàn)場(chǎng)條件復(fù)雜，生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)與工程建設(shè)交叉嚴(yán)重，且工期要求緊，碼頭結(jié)構(gòu)采用了新型全裝配的模塊式高樁碼頭結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 裝配式碼頭結(jié)構(gòu)斷面示意

2 裝配式樁基碼頭數(shù)字一體化建設(shè)信息

2.1 信息特點(diǎn)

結(jié)合裝配式結(jié)構(gòu)以及普通高樁碼頭設(shè)計(jì)、預(yù)制、施工建設(shè)全過(guò)程的特點(diǎn)，基于BIM 技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)建設(shè)全過(guò)程數(shù)字一體化信息特點(diǎn)概述如下：

1）信息數(shù)量較大。裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)件數(shù)量非常多，隨著建設(shè)過(guò)程的推進(jìn)，在設(shè)計(jì)、制造、施工安裝各個(gè)環(huán)節(jié)中，每個(gè)構(gòu)件都會(huì)積累越來(lái)越多的信息數(shù)據(jù)，呈遞增趨勢(shì)直至竣工。

2）信息來(lái)源廣泛。裝配式樁基碼頭建設(shè)過(guò)程涉及建設(shè)方、設(shè)計(jì)方、制造加工方、施工方、監(jiān)理方等多個(gè)參與方，每個(gè)參與方作為必要的建設(shè)角色，在裝配式樁基碼頭的建設(shè)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生信息數(shù)據(jù)。

3）信息類型復(fù)雜。裝配式樁基碼頭在建設(shè)過(guò)程中產(chǎn)生的信息類型較多，主要分為結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化兩類，其中結(jié)構(gòu)化信息可直接基于構(gòu)件在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行搜索與查詢，非結(jié)構(gòu)化信息包括文本、圖片、視頻等多種類型文件，通過(guò)文件夾管理，一般不直接關(guān)聯(lián)構(gòu)件。

4）信息動(dòng)態(tài)變化。裝配式樁基碼頭的建設(shè)實(shí)際上是一個(gè)不斷動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程，伴隨著設(shè)計(jì)變更、施工變更等多種實(shí)時(shí)變化，各參與方產(chǎn)生的信息也隨之不斷更新。

2.2 信息架構(gòu)

裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)從數(shù)字化設(shè)計(jì)到制造加工、施工安裝的過(guò)程中，信息貫穿了整個(gè)建設(shè)過(guò)程，基于裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)信息及數(shù)字一體化技術(shù)的特點(diǎn)，本文將裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)建設(shè)全過(guò)程信息架構(gòu)至下往上分為四個(gè)層級(jí)，包括信息采集、傳遞與交換、管理、公開(kāi)展示。

圖2 裝配式樁基碼頭全生命周期信息架構(gòu)

1）信息采集。信息采集是裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)建設(shè)全過(guò)程數(shù)字一體化的基礎(chǔ)，在裝配式樁基碼頭建設(shè)過(guò)程中，應(yīng)結(jié)合各參與方的實(shí)際需要，對(duì)需要采集的信息類型進(jìn)行詳細(xì)規(guī)定，一般裝配式樁基碼頭建設(shè)過(guò)程中需采集的信息參考如表1 所示。

表1 裝配式碼頭建設(shè)全過(guò)程信息采集內(nèi)容參考

2）信息傳遞與交換。信息是否完整以及傳遞是否有效對(duì)數(shù)字一體化應(yīng)用至關(guān)重要，本文通過(guò)“一碼到底”的編碼規(guī)則，采用形象編碼作為三方信息傳遞的媒介，結(jié)合設(shè)計(jì)、制造、施工對(duì)信息的要求，給出了適用于裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)建設(shè)全過(guò)程數(shù)字一體化需求的編碼內(nèi)容，如表2 所示，裝配式樁基碼頭數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造及施工的過(guò)程中，構(gòu)件除了需要包含本文提出的形象編碼之外，還應(yīng)包含水運(yùn)行業(yè)建筑信息模型相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的編碼，確保BIM 數(shù)字化成果全生命周期建設(shè)每個(gè)環(huán)節(jié)的合規(guī)傳遞與交付。

表2 裝配式碼頭構(gòu)件建設(shè)全過(guò)程編碼內(nèi)容參考

3）信息管理。在完成信息采集與交換的基礎(chǔ)上，隨著裝配式樁基碼頭工程項(xiàng)目建設(shè)的推進(jìn)，設(shè)計(jì)、制造和施工安裝積累的信息越來(lái)越多，各參與方應(yīng)基于各自的裝配式樁基碼頭信息管理平臺(tái)對(duì)各方信息進(jìn)行統(tǒng)一管理，平臺(tái)之間應(yīng)具備各階段數(shù)字化信息的識(shí)別功能。

4）信息公開(kāi)與展示。各參與方根據(jù)各自需要對(duì)各自收集的信息進(jìn)行分類，提取需要對(duì)外公開(kāi)展示的信息。設(shè)計(jì)方應(yīng)根據(jù)交付要求提交數(shù)字化設(shè)計(jì)成果；制造加工方應(yīng)提取裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)相關(guān)的成品構(gòu)件制作、運(yùn)輸?shù)南嚓P(guān)信息供施工安裝使用；施工方應(yīng)匯總設(shè)計(jì)、預(yù)制加工兩方信息，同時(shí)融入施工安裝信息、過(guò)程管理信息，根據(jù)后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)需求提取運(yùn)維相關(guān)信息。

3 裝配式樁基碼頭數(shù)字化一體化建設(shè)方法

3.1 構(gòu)件庫(kù)創(chuàng)建

應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)建設(shè)，建立完善的構(gòu)件庫(kù)是關(guān)鍵。裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)的數(shù)字化建設(shè)過(guò)程本質(zhì)上可以認(rèn)為是從構(gòu)件庫(kù)選取所需構(gòu)件進(jìn)行組裝的過(guò)程，構(gòu)件是裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)BIM 設(shè)計(jì)的重要組成部分，應(yīng)具備復(fù)用性、獨(dú)立性、信息化、可共享性等特點(diǎn)。

裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)體系總體可分為兩類：混凝土結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)，其中，混凝土結(jié)構(gòu)裝配式樁基碼頭一般分為有樁帽和無(wú)樁帽兩類，應(yīng)據(jù)不同結(jié)構(gòu)體系創(chuàng)建裝配式樁基碼頭BIM 數(shù)字化設(shè)計(jì)構(gòu)件庫(kù)。構(gòu)件庫(kù)內(nèi)構(gòu)件分為通用構(gòu)件和特殊構(gòu)件兩大類。

裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息應(yīng)包括幾何信息與非幾何信息兩個(gè)部分，其中幾何信息主要指構(gòu)件各部分的尺寸，非幾何信息包括對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)方案類型、構(gòu)件編碼、構(gòu)件類型、材質(zhì)、定位等，以裝配式樁基碼頭典型構(gòu)件之一“π”形疊合面板為例，基于Revit 平臺(tái)的構(gòu)件創(chuàng)建流程如圖3 所示。

圖3 裝配式樁基碼頭構(gòu)件創(chuàng)建流程

3.2 數(shù)字化設(shè)計(jì)

裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)要是方案從構(gòu)思到形成的過(guò)程，在數(shù)字一體化設(shè)計(jì)中，總圖、結(jié)構(gòu)、水電等各相關(guān)專業(yè)應(yīng)根據(jù)統(tǒng)一的項(xiàng)目基點(diǎn)、單位、坐標(biāo)系、軸網(wǎng)、命名規(guī)則，從構(gòu)件族庫(kù)中選擇匹配的構(gòu)件進(jìn)行裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)BIM 模型的搭建，提高建模的標(biāo)準(zhǔn)化程度和效率?；赗evit 平臺(tái)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)本質(zhì)上可以認(rèn)為是參數(shù)化設(shè)計(jì)的過(guò)程，設(shè)計(jì)人員通過(guò)對(duì)不同的構(gòu)件設(shè)置相應(yīng)的幾何和非幾何信息參數(shù)開(kāi)展BIM 設(shè)計(jì)，具體方法如圖4 所示，包括設(shè)計(jì)基礎(chǔ)信息創(chuàng)建、設(shè)計(jì)構(gòu)件信息創(chuàng)建、設(shè)計(jì)輔助信息創(chuàng)建三個(gè)部分，以依托工程為例，裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)BIM 設(shè)計(jì)成果如圖5 所示。

圖4 碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法與流程示意

圖5 BIM 設(shè)計(jì)成果示意

完成設(shè)計(jì)模型的創(chuàng)建后，應(yīng)根據(jù)裝配式樁基碼頭形象編碼體系對(duì)所有的設(shè)計(jì)構(gòu)件進(jìn)行精確編碼，將含有形象編碼的設(shè)計(jì)BIM 模型向數(shù)字化制造加工環(huán)節(jié)進(jìn)行傳遞。

3.3 數(shù)字化制造與加工

構(gòu)件數(shù)字化制造與加工是在設(shè)計(jì)交付的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)BIM 數(shù)字模型基礎(chǔ)上，利用生產(chǎn)設(shè)備完成對(duì)構(gòu)件的加工，將預(yù)制構(gòu)件數(shù)字化BIM 設(shè)計(jì)模型信息直接導(dǎo)入MES 系統(tǒng)（生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)），與生產(chǎn)線加工設(shè)備對(duì)接，各加工設(shè)備（劃線機(jī)、布料機(jī)、養(yǎng)護(hù)窯）自動(dòng)讀取BIM 模型構(gòu)件的加工參數(shù)，智能化地完成劃線定位、模具擺放、混凝土澆筑振搗、養(yǎng)護(hù)等一系列工序，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)信息與加工信息無(wú)縫對(duì)接及共享。

裝配式樁基碼頭構(gòu)件MES 系統(tǒng)應(yīng)包含鋼筋籠的初始化、驗(yàn)收、隱蔽工程、溫控?cái)?shù)據(jù)采集、拆模數(shù)據(jù)采集、各工序時(shí)間點(diǎn)采集、各工序操作員采集、堆場(chǎng)管理等應(yīng)用程序。采用二維碼技術(shù)對(duì)構(gòu)件進(jìn)行全生命周期管理，確保構(gòu)件設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的一致性。加工過(guò)程通過(guò)MES系統(tǒng)與Revit數(shù)據(jù)建立構(gòu)件BIM信息與制造加工信息的聯(lián)系，并與樁基碼頭預(yù)制構(gòu)件MES 系統(tǒng)對(duì)接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，方式如表3。

表3 Revit 與MES 系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互

在預(yù)制構(gòu)件出廠前掃描構(gòu)件標(biāo)識(shí)二維碼，對(duì)構(gòu)件信息、查構(gòu)件的外觀、標(biāo)識(shí)及尺寸進(jìn)行核對(duì)，并生成出廠發(fā)貨清單，發(fā)貨清單包含構(gòu)件的基本信息、運(yùn)輸車(chē)輛車(chē)號(hào)、司機(jī)、出廠時(shí)間等，將運(yùn)輸信息添加到生產(chǎn)管理系統(tǒng)中。結(jié)合運(yùn)輸車(chē)、船的GPS技術(shù)和二維碼技術(shù)，對(duì)構(gòu)件運(yùn)輸狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。構(gòu)件運(yùn)輸至目的地時(shí)由現(xiàn)場(chǎng)管理人員掃描發(fā)貨單，對(duì)構(gòu)件信息的核對(duì)，并進(jìn)行簽收確認(rèn)，且及時(shí)通過(guò)云端反饋到生產(chǎn)管理系統(tǒng)的構(gòu)件信息中，同步完善制造加工階段的預(yù)制構(gòu)件形象編碼信息傳遞至施工安裝環(huán)節(jié)。

3.4 數(shù)字化施工安裝

預(yù)制構(gòu)件的安裝是裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)施工的重要環(huán)節(jié)[5]，也是關(guān)系裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量的關(guān)鍵，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用可以將預(yù)制構(gòu)件的安裝偏差降到最低，保障裝配式樁基碼頭的施工效率與精度。數(shù)字化技術(shù)應(yīng)始終貫穿整個(gè)施工過(guò)程中，施工過(guò)程中的相關(guān)數(shù)據(jù)通過(guò)施工數(shù)字化管理平臺(tái)隨時(shí)調(diào)取與交互。

裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，預(yù)制構(gòu)件安裝主要基于二維碼技術(shù)將BIM 構(gòu)件與現(xiàn)場(chǎng)安裝信息進(jìn)行聯(lián)動(dòng)[6]。依托施工數(shù)字化管理平臺(tái)，將設(shè)計(jì)交付的施工圖深度BIM 設(shè)計(jì)模型中的構(gòu)件關(guān)聯(lián)唯一識(shí)別的二維碼，快速準(zhǔn)確地定位預(yù)制構(gòu)件的相對(duì)位置，補(bǔ)充構(gòu)件編碼體系中的施工定位編碼。以數(shù)字化的方式獲取設(shè)備、構(gòu)件的各項(xiàng)詳細(xì)的技術(shù)參數(shù)，同時(shí)將安裝定位信息實(shí)時(shí)反饋至BIM 模型中，關(guān)聯(lián)至相應(yīng)的構(gòu)件，實(shí)時(shí)計(jì)算分析安裝偏差，系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)返回的數(shù)據(jù)自動(dòng)比較分析，若安裝出現(xiàn)異常偏差即在模型中高亮顯示預(yù)警，現(xiàn)場(chǎng)信息通過(guò)移動(dòng)端無(wú)線傳輸或數(shù)據(jù)線導(dǎo)入，平臺(tái)端可及時(shí)獲取相應(yīng)信息，為預(yù)制構(gòu)件逐步安裝提供決策依據(jù)。

隨著施工進(jìn)度的逐步推進(jìn)，應(yīng)進(jìn)一步完善竣工模型，對(duì)設(shè)計(jì)交付的BIM 施工圖設(shè)計(jì)模型中各構(gòu)件補(bǔ)充施工階段中產(chǎn)生的設(shè)備的編號(hào)、尺寸、位置、型號(hào)、廠家信息、保養(yǎng)維修記錄等信息，統(tǒng)一存儲(chǔ)到BIM 模型中，最終形成裝配式樁基碼頭竣工模型，供后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)使用。

3.5 數(shù)字一體化建設(shè)管理平臺(tái)搭建

裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)具有系統(tǒng)性特征，建設(shè)過(guò)程數(shù)字一體化的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)數(shù)字化平臺(tái)的應(yīng)用，只有在裝配式樁基碼頭全生命周期內(nèi)搭建專用數(shù)字化平臺(tái)，基于平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、施工、運(yùn)維管理，才能真正意義上體現(xiàn)裝配式樁基碼頭數(shù)字化、信息化的優(yōu)勢(shì)[7-8]。平臺(tái)對(duì)各參與方個(gè)性化配置功能，設(shè)置不同的使用權(quán)限，設(shè)計(jì)、制造加工與施工安裝各參與方基于各自已有的數(shù)字化平臺(tái)開(kāi)展各自的工作，通過(guò)接口數(shù)據(jù)交換的方式與統(tǒng)一平臺(tái)建立聯(lián)系，通過(guò)形象編碼和規(guī)范規(guī)定的統(tǒng)一編碼進(jìn)行信息交互，實(shí)現(xiàn)裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造與施工安裝的數(shù)字一體化。

4 結(jié)語(yǔ)

本文將BIM 技術(shù)與新型裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)結(jié)合，以64～65 號(hào)液體散貨泊位工程為依托，提出了一套基于BIM 技術(shù)的裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造加工與施工安裝數(shù)字一體化技術(shù)，創(chuàng)新性地建立了裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工數(shù)字一體化信息架構(gòu)，提出了便捷有效的“一碼到底”的編碼規(guī)則，基于物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)將BIM 設(shè)計(jì)模型、構(gòu)件生產(chǎn)管理系統(tǒng)、施工安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行整合，實(shí)現(xiàn)了裝配式樁基碼頭建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化、制造工廠化、施工安裝管理信息化。

根據(jù)國(guó)家提出的新基建理念、數(shù)字化倡議等行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的發(fā)展目標(biāo)，未來(lái)水運(yùn)行業(yè)必將邁上工業(yè)化、信息化、綠色化的發(fā)展道路。裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)作為水運(yùn)行業(yè)的一場(chǎng)變革，集成了“設(shè)計(jì)、制造、裝配一體化”的新型工業(yè)化建造方式。本文對(duì)于裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)數(shù)字一體化建設(shè)技術(shù)的研究將有助于提高裝配式樁基碼頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量、制造加工與施工安裝精度和效率，提升碼頭工程建設(shè)相關(guān)企業(yè)的市場(chǎng)綜合競(jìng)爭(zhēng)力，促進(jìn)裝配式結(jié)構(gòu)在水運(yùn)行業(yè)的推廣。