BIM 技術(shù)在某化工高樁碼頭項目的應(yīng)用分析

■林曉瑜

（福建省湄洲灣港口發(fā)展中心斗尾港務(wù)站，泉州 362000）

建筑信息模型 （building information modeling）（簡稱BIM 技術(shù)）是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成工程項目各相關(guān)信息的建筑數(shù)據(jù)模型。 從建筑的設(shè)計到施工所有信息均能在三維模型中體現(xiàn)，方便各方人員調(diào)用。 工程建設(shè)行業(yè)不同軟件間信息不交換、不及時、不準(zhǔn)確的信息孤島問題是國內(nèi)普遍存在的問題。 BIM 技術(shù)具有能為各專業(yè)間協(xié)作提供良好的技術(shù)支撐，有效解決各個系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互和業(yè)務(wù)集成問題的應(yīng)用優(yōu)勢。 由于各專業(yè)間的三維模型信息是共享關(guān)聯(lián)的，各專業(yè)可從模型上直接獲得設(shè)計信息和相關(guān)視圖，也能隨時在平臺上發(fā)布設(shè)計變更信息；同時設(shè)計人員可以設(shè)置模型信息的使用權(quán)限，保證專業(yè)設(shè)計的獨立性，解決設(shè)計中不同專業(yè)間的溝通問題，有效提高設(shè)計進(jìn)度和效率，使模型和信息可在建筑工程全生命期中持續(xù)傳遞和共享使用[1]。 在實際應(yīng)用中，水運工程中已有不少項目不同程度地采用了BIM 技術(shù)作為工作手段，如武漢新港陽邏港區(qū)三作業(yè)區(qū)、洋山港四期工程、廈門港古雷港區(qū)古雷作業(yè)區(qū)南3# 泊位工程等， 取得了良好的應(yīng)用效果。因此，本文利用Autodesk Revit 軟件對某化工高樁碼頭工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維模型搭建，以期豐富BIM 技術(shù)在水運工程中的應(yīng)用參考。

1 BIM 的設(shè)計流程

BIM 在設(shè)計階段的重點包括：（1）建立項目的實施標(biāo)準(zhǔn)體系，開展BIM 協(xié)同設(shè)計，建立各專業(yè)工作集；（2）利用協(xié)同平臺綜合總裝后，推進(jìn)工藝、電氣、通信、給排水等專業(yè)工作集在此中心文件上進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同設(shè)計；（3）應(yīng)用BIM 進(jìn)行碰撞檢查，防止設(shè)計錯誤傳遞到施工階段造成不必要的造價提升及工期延誤；（4）利用BIM 模型對設(shè)計方案進(jìn)行展示和技術(shù)交底，對業(yè)主反饋更直觀明朗[2](圖1)。

圖1 BIM 搭建流程

目前國內(nèi)主流的BIM 軟件工程設(shè)計有：Revit、Bentley、ArchiCAD、3DMax 等， 施工階段BIM 軟件有廣聯(lián)達(dá)、Navisworks、魯班軟件等，運維階段BIM軟件有WINSTONE 空間設(shè)施管理系統(tǒng)、ArchiBUS、Ecodomus[3]。 本文以湄洲灣港斗尾港區(qū)外走馬埭作業(yè)區(qū)18-20# 泊位工程為例， 基于Revit 平臺介紹BIM 的工程實用情況，為水運工程利用BIM 技術(shù)搭建提供參考。

2 項目概況

湄洲灣港斗尾港區(qū)外走馬埭作業(yè)區(qū)18-20# 泊位，工程地處福建省泉州市惠安縣，位于湄洲灣港斗尾港區(qū)外走馬埭作業(yè)區(qū)1-8# 泊位工程西側(cè)海域，建設(shè)3 個5000 t 級液體散貨泊位及配套建設(shè)相應(yīng)的配套設(shè)施。水工結(jié)構(gòu)采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)。主要貨種為油品、液體化工品，設(shè)計年通過能力192萬t。本工程水位差大，設(shè)計高水位和設(shè)計低水位差值為6.38 m， 為解決船舶帶纜問題， 方案考慮了雙層系纜，下層系纜標(biāo)高為7.20 m，高于設(shè)計高水位。 同時為了減小下層走道板的上浪和防滑，下層走道板外緣設(shè)置了檔坎和鋪設(shè)了防滑鋼格板。 設(shè)計變更涉及樁基標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整、增加混凝土墊層、調(diào)整裝卸臂基礎(chǔ)大小、 集污池與棧橋承臺位置相撞進(jìn)行調(diào)整等，對于專業(yè)協(xié)同設(shè)計要求極高，對于點、線為設(shè)計基本單位的二維設(shè)計而言，重復(fù)工作量大。

3 BIM 技術(shù)應(yīng)用

3.1 結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建

Revit 主要用于進(jìn)行建筑信息建模， 所有的圖紙、二維視圖、三維視圖以及明細(xì)表等都是同一個基本建筑模型的信息表現(xiàn)形式。 對于高樁碼頭，首先創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)段水工模型，其他結(jié)構(gòu)段可通過復(fù)制標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)段快速創(chuàng)建，再進(jìn)行局部差異修改，最終完成碼頭水工結(jié)構(gòu)模型。 本工程先創(chuàng)建碼頭頂面高程后，通過建立樁位布置軸網(wǎng)，由下往上逐步添加樁基、樁帽、縱梁、橫梁、面板等實體構(gòu)建，配布相應(yīng)的靠船構(gòu)件和護(hù)弦等，具體如圖2、3 所示。

圖2 樁位及樁帽布置圖

圖3 梁框架三維圖

3.2 Revit 通用族參數(shù)化設(shè)計

Revit 軟件開發(fā)主要用于建筑行業(yè)， 適用水運行業(yè)相關(guān)的參數(shù)族不多，在創(chuàng)建BIM 模型時需要配套創(chuàng)建高樁碼頭相關(guān)族，參數(shù)化族是模型創(chuàng)建的基礎(chǔ)。 高樁碼頭預(yù)制構(gòu)件種類較多，本工程建立各構(gòu)件初始族庫，包括梁族、樁帽族及附屬設(shè)施族等，對各構(gòu)件采用參數(shù)化設(shè)計，同時賦予各構(gòu)件相應(yīng)材質(zhì)。 為避免拼搭過程中出現(xiàn)錯漏現(xiàn)象，也為后續(xù)工程量統(tǒng)計及造價服務(wù)，對每個構(gòu)件族賦予唯一數(shù)字編碼。 在BIM 后續(xù)建模過程中，通過載入族庫相關(guān)族，快速搭建碼頭三維模型。

以縱梁為例，闡述縱梁族參數(shù)化創(chuàng)建過程：（1）在軟件自帶矩形梁族樣板基礎(chǔ)上進(jìn)行縱梁參數(shù)化創(chuàng)建，根據(jù)縱梁常用形狀建立各參照面，將尺寸標(biāo)注進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置， 拉伸截面與參照面對齊鎖定，族中嵌套牛腿參數(shù)設(shè)置邊梁、中縱梁形狀；（2）根據(jù)設(shè)計需求調(diào)整尺寸參數(shù)， 不同截面縱梁即可快速繪制，縱梁的參數(shù)化構(gòu)建如圖4 所示。 此外，本工程對橡膠護(hù)舷、 系船柱等碼頭附屬設(shè)施進(jìn)行簡易繪制（圖5），在施工運用中可以根據(jù)供貨商提供的尺寸參數(shù)進(jìn)一步細(xì)化構(gòu)件結(jié)構(gòu)，模型會自動更新各平立面視圖，減少前期工作量。

圖4 縱梁參數(shù)化構(gòu)建

圖5 橡膠護(hù)舷、系船柱構(gòu)件

3.3 配筋

對主要構(gòu)件進(jìn)行配筋，根據(jù)不同鋼筋型號、樣式建立鋼筋集，鋼筋的彎鉤樣式、錨固長度均符合規(guī)范要求，并對鋼筋集進(jìn)行編號，軟件自動生成鋼筋明細(xì)表，樁帽結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計如圖6 所示。后續(xù)可以進(jìn)一步深化鋼筋族應(yīng)用，利用鋼筋族嵌套結(jié)構(gòu)各部件以提高設(shè)計效率。 后期現(xiàn)場施工可直接提取鋼筋樣式，實現(xiàn)從方案到設(shè)計再到施工全方位的質(zhì)量把控[4]。

圖6 樁帽三維配筋截面

3.4 碰撞檢查

傳統(tǒng)利用CAD 2D 繪圖時需要疊加圖紙手動發(fā)現(xiàn)沖突，花費大量的時間和成本，很多項目各要素之間的沖突不能盡早發(fā)現(xiàn)。 在施工過程中可能會基于不同原因進(jìn)行設(shè)計變更，例如本項目在施工階段發(fā)現(xiàn)泊位集污池與棧橋承臺位置相撞，設(shè)計需要將集污池尺寸、位置及自吸泵、支墩和支架的位置進(jìn)行調(diào)整，從而產(chǎn)生附帶的浪費。 這一問題的產(chǎn)生是由于設(shè)計現(xiàn)有總平面布局缺乏可視化，對集污池及棧橋單獨設(shè)計，施工圖紙未全面顯示連接處細(xì)節(jié)深度，造成集污池與棧橋承臺之間的碰撞。

碰撞檢查是BIM 技術(shù)的優(yōu)勢之一，可以通過碰撞檢查解決此類沖突問題，提高設(shè)計在項目早期快速檢測沖突和錯誤的能力，與傳統(tǒng)的設(shè)計過程相比，能夠顯著的節(jié)約成本。 Revit 的碰撞檢查僅能處理硬碰硬，Navisworks 的碰撞檢查更全面，同時設(shè)計可以賦予碰撞定義參數(shù)。 本工程將Revit 生成的BIM模型導(dǎo)入Nevisworks 中，利用該軟件的Clash Detective 模塊進(jìn)行撞樁檢測，經(jīng)過碰撞檢查未發(fā)現(xiàn)碰撞點。 碰撞報告如圖7 所示。

圖7 樁基碰撞報告

3.5 成果輸出

BIM 模型搭建完成后， 模型中所包含的各專業(yè)內(nèi)容應(yīng)符合交付內(nèi)容和深度。 與傳統(tǒng)CAD 2D繪圖設(shè)計不同，Revit 在出圖時可以根據(jù)設(shè)計需求直接完成剖面及平立面圖，極大提升了出圖效率，通過Revit 的模型渲染功能生成三維模型。模型如圖8 所示。

圖8 項目BIM 模型

4 結(jié)語

本文簡要介紹了BIM 技術(shù)在建設(shè)工程的應(yīng)用優(yōu)勢，以湄洲灣港某化工高樁碼頭為實例，應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計模型創(chuàng)建，得出主要結(jié)論如下：（1）BIM技術(shù)為各專業(yè)間協(xié)作提供了良好的技術(shù)支撐，解決了設(shè)計中不同專業(yè)間的溝通問題以提高設(shè)計進(jìn)度和效率。 （2）Revit 軟件開發(fā)主要用于建筑行業(yè)，適用水運行業(yè)相關(guān)的參數(shù)族不多，通過參數(shù)化族創(chuàng)建可以快速進(jìn)行模型搭建。 （3）通過BIM 模型的碰撞檢測模塊能提高設(shè)計在項目早期快速檢測沖突和錯誤的能力，最大限度減少設(shè)計和施工浪費。 （4）三維模型交付， 便于后期開展施工模擬和運營管理。后期可以將運營、維保所需要的信息與BIM 模型關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)高效的協(xié)同管理，為日后各專業(yè)的管理與維護(hù)提供依據(jù)[5]；在應(yīng)對港口突發(fā)事件時，BIM 三維模型可替代傳統(tǒng)二維圖紙， 方便應(yīng)急指揮更好地決策。