BIM技术在智慧港口建设中的应用

王有强 梁冰寒

摘要：本模型为BIM技术在智慧港口建设的创新应用，BIM技术涉及工程项目全生命周期。在设计阶段，通过三维设计展示、构件编码、正向出图等可以优化降低规划设计成本提高设计效率;基于BIM的4D施工进度模拟为现场施工进度管理、项目建设工期的缩短等带来了帮助;通过施工模拟以及对综合管线进行碰撞检查提高施工质量，降低施工成本;在运维阶段，BIM+IOT设备的连接使BIM模型数据交互性更高，实现港口建设和运行的自动化、智能化和现代化。

关键词：BIM技术智慧港口4D施工进度模拟管线碰撞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

水利工程通常是国家主导建设的大型项目，具有投资大、施工条件复杂、设计施工周期长的特点。目前，传统的二维设计模型应用到水利工程中显得捉襟见肘，而BIM技术具备有效实现各环节和各领域的信息收集与整理的优势，并保证设计、施工、建设单位在信息共享平台上能够及时地沟通与决策，提高整体规划、设计、施工效率，大大节省时间成本，从而为各方带来一定的经济效益[1]。

BIM技术在我国经过多年的应用与研究，已形成了相对成熟的理论体系以及应用成果。李奋华[2]研究了基于BIM+GIS技术的水闸管理运行系统，详细地阐述了BIM+GIS如何在水闸管理中应用，为全面实现智慧水利打下了坚实的基础;董浩[3]针对BIM技术在建筑智能化系统运维中的作用进行了研究与分析，论述了BIM技术应用在建筑智能化中的优势;王莹[4]通过BIM技术在建筑结构设计中的应用与研究，分析了BIM技术在建筑结构设计阶段的应用场景，提高了设计质量，提升了工作效率;罗凯[5]以Revit软件为设计平台，探索BIM技术在中小型水利工程中的应用，研究了Revit中水閘样板的设计方法，大大提高了水闸三维设计效率。

BIM技术在国外起步较早，已形成了相对成熟的应用标准。国外BIM应用者主要根据项目的需要，对BIM进行二次开发以满足使用要求。Fu等[6]通过对IFC查看器进行二次开发使建筑信息标准化和格式化，实现了数据储存和表达的标准化。Behzadan[7]等提出在装配式建筑中将BIM与AR相结合以便于同时管控工程的质量与进度，提高管理效率。吕明昊[8]利用BIM技术和虚拟现实相结合，在对水利工程参数化建模的基础上与流域地形和枢纽区域地形相结合，表现出水利工程在信息化时代的转型升级。

目前，BIM技术在建筑行业的发展与应用已比较成熟，而在水利行业尤其是在港口建设方面应用案例较少，本文基于BIM技术在港口建设的设计、施工、运维阶段全生命周期的应用，为其在实际项目中应用提供良好的理论支持。

1 BIM技术在设计阶段的应用

BIM技术应用于港口码头项目设计阶段，主要设计内容包括码头、引桥、管线、建筑三维建模，施工场地、码头堆场的整体布置建模，工程量统计和二维施工图等。首先确定三维设计工作流程，然后通过每周例会确定技术要求，根据编码体系初步设计建立水工结构、管线工程和上部建筑结构三维建模，按照初步设计出图标准进行三维初版图纸后，发送各专业审核反馈;根据反馈意见对模型不断地调整优化后进行施工图三维设计;最后根据施工图出图标准出二维施工图纸。如图1所示。

1.1 三维设计方案展示

BIM技术可视化的优点可以直观展示设计方案，及时找出设计中显而易见的错误，并对其进行修改优化。通过BIM技术可以对码头、引桥、建筑设计方案，以及施工场地与堆场的布置方式都有一个更明确的布置与规划。

1.2 参数化族库模型

建立参数化模板，根据参数模板建立参数化BIM模型，从族库中直接调取所用的族构件，直接在项目里面装配搭建，这样可以节约大量的人力，让设计师从庞杂繁多的建模任务中解放出来。另外，根据行业的设计标准以及设计师的经验，制定一套规则加进族库里面。这样可以减少在设计过程中出现的不必要的错误，以提高设计的规范程度。

1.3 构件编码

根据编码标准将BIM模型构件进行逐个编码着色，在进行编码时，严格按照编码要求，对每一个构件賦予唯一编码，并生成对应表格，每一个构件都有独立的身份编码，将模型上传至运维系统，通过编码系统可以识别出构件的信息，包括位置、工程量以及造价等。在施工运维期间可以起到很好的信息交互作用，如图2所示。

1.4 三维正向出图

BIM正向设计出图涵盖建筑、结构、设备等专业。图纸除了最常见的平立剖外，还有各类轴测图、透视图、爆炸视图、零件视图等。BIM正向设计提前构建了水工、建筑等构件，基本可以实现设计完成后就出清单量表，并且准确率高。BIM的三维参数化设计更符合设计师和工程师的工作习惯和逻辑思维。在一定程度上发展成熟的BIM正向设计比CAD设计成本更低，通过BIM模型直接创建二维设计图纸，图纸与模型相互关联，解决了传统二维反复修改图纸的问题。

1.5三维管线

运用BIM技术，能够方便快捷地完成管路系统的相关建模，节省了大量的重复劳动;通过赋予系统类型属性和新建并添加过滤器的方法，可以看到消火栓系统在场景中呈现出独特的颜色，与其他模型直观清楚地区分开来。

管线的布置错综复杂，众多管线交缠在一起难免会有安装冲突的问题。运用BIM的碰撞检查技术，对各模型进行碰撞检测，生成碰撞检测报告，进行管线综合排布，从而达到检查错误和方便施工的目的，如图3所示。

2 BIM技术在施工阶段的应用

2.1 施工组织方案模拟

结合BIM模型及施工组织方案，通过三维可视化技术对施工组织方案进行模拟展示，提高沟通效率，提前发现施工组织方案中不合理的地方，并加以解决。施工场地布置如图4所示。

2.2 可视化技术交底

利用BIM技术对构件尺寸、节点的深化设计能够减少材料浪费以及节省时间，同时可以为施工单位合理安排资源和劳动力提供有力的支持，并降低施工风险，控制成本。桩帽施工模拟如图5所示。

2.3 施工区域智能监控

在场地平面布置阶段利用BIM技术确定实时监控点位及监控角度，对现场进行实时监控，监控画面与智能系统相连接，可以对现场的用电量、用水量进行监控，后期对港口堆场集装箱的分类与运输起到至关重要的作用，如图6所示。

2.4 BIM4D施工进度

BIM技术可以在三维立体视图的基础上添加时间维度，在BIM4D模型的管理中，可以对整个水利工程的周期起到监督作用，施工人员也可以通过这个多维度的模型把握施工进度，如图7所示。

3 BIM技术在运维阶段的应用

港口的运行维护阶段会产生大量的工程数据，另外前期规划设计和施工阶段也留下了很多有效数据，这些为建立数据库提供了丰富的数据资源，而最大的问题是缺少高效的处理平台，故设立大数据中心不失为一个良好选择。此外，港口的物流量很大，电路、管道等相关设备数量庞大，安全隐患以及紧急情况的监控与排查更应引起重视。传统的依靠人力管理已经没有办法满足当前的发展，因此本项目码头的运行管理也要求采用更为先进的管理方式，快速、准确地发现安全隐患，减少人员伤亡及财产损失。

大数据中心以5G技术、数据实时交互为基础，结合视频智能分析、GPS定位、实时监测系统、3D等技术手段的应用，从大数据中心系统的数据库中提取信息，以三维化的方式实时展示各部分的数据动态信息。

3.1 智慧分区

将堆场集装箱堆场情况三维呈现，按照不同颜色区分堆存情况，以便工作人员及时掌握堆场情况及对堆场其进行一个合理的调度和分配。

3.2 港口数据实时显示

基于BIM模型与大数据、物联网结合的港口数据的实时监控，如图8所示。利用RFID技术，BIM+物联网结合，通过码头面板下加装重力传感器，实时感知货物的运输情况。通过二维码识别技术进行货物的识别分类。另外，可在防波堤附近布置监测仪器，实时监控洋流的流速、温度、盐度、含砂率等参数，在数据中心进行数据收集和分析，以便更好地掌握洋流的动态情况。

3.3 港口构件信息维护

通过运维平台可以随时检查构件信息，便于港口构件的维护与维修，如图9所示。同时将模型和IoT设备相连，除了可以控制灯光外，还可以控制仓库湿度、温度等，达到智能化、科技化的目的。

3.4 设备安全监测

将模型和监测设备结合，实时监测管道的压力情况，一旦出现问题，检修人员立刻收到信息，问题立即解决，无需排查。如图10所示，管件显示红色表示需要修复的，白色表示正常。

4结语

本文基于BIM技术在港口建设全生命周期应用研究过程，得出下列结论。

（1）BIM技术在设计阶段的应用，通过三维设计方案展示、参数化建模、构件编码、正向出图等，不仅可以提高设计效率，减少重复劳动，而且还可以提高设计质量，节约设计成本。

（2）BIM技术在施工阶段的应用，基于BIM的4D施工进度模拟为施工进度计划的优化与编制、现场施工进度管理、项目建设工期的缩短等带来了帮助;通过施工模拟、设计检测以及对综合管线进行碰撞检查，提高施工质量，降低施工成本。

（3）BIM技术在运维阶段的应用，通过数字孪生在虚拟环境中解决一部分问题，并让虚拟信息与实体信息进行完整交互，为智慧港口的建设提供有效的方案优化管理平台，实现港口建设和运行的自动化、智能化和现代化。

参考文献

[1]王惠娟. BIM技术在水利工程建设中的应用与拓展研究[J]. 安徽建筑，2018，24（3）：63-64.

[2]李奋华，武建，张兴旺.基于BIM+GIS技术的水闸管理运行系统研究[J].甘肃水利水电技术，2021，57（5）：19-21.

[3]董浩.BIM技术在建筑智能化系统运维中的作用[J].江西建材，2021（5）：243，246.

[4]王莹.BIM技术在建筑结构设计中的应用与研究[J].中国建筑金属结构，2021（7）：106-107.

[5]罗凯，孙永明，孙峰，等.基于Revit的水闸工程样板开发及应用研究[J].水电能源科学，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]吕明昊.规划阶段水工结构BIM建模技术研究[D].郑州：华北水利水电大学，2017.