基于BIM技術(shù)的徐圩港區(qū)規(guī)劃

閆曉敏，祁小輝，郭兆珈

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

港區(qū)總體規(guī)劃設(shè)計在整個項目中發(fā)揮著重要的作用，主要包括兩方面的內(nèi)容：一是合理地建立一種與周邊環(huán)境相融合的關(guān)系；二是有效合理地規(guī)劃整合港區(qū)內(nèi)各專業(yè)之間的關(guān)系[1]，國內(nèi)的港區(qū)項目從規(guī)劃到設(shè)計，再到最終的實施，基本還是采用傳統(tǒng)的計算機(jī)輔助二維設(shè)計[2-4]，傳統(tǒng)方式往往對環(huán)境因素考慮的不全面，規(guī)劃設(shè)計人員容易混淆大量的環(huán)境特性，效率低下，且容易造成規(guī)劃缺陷，難以實現(xiàn)港口合理規(guī)劃設(shè)計的目的。

BIM是一種全新的規(guī)劃、設(shè)計、建造及運(yùn)營管理方法[5]，通過參數(shù)模型整合各種項目的相關(guān)信息，在項目規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過程中進(jìn)行共享和傳遞，提供了一個可以供不同參與方進(jìn)行協(xié)同使用的可視化[6]工作環(huán)境，保證了各個階段的項目參與者均能獲取精確、完整、實時的數(shù)據(jù)，提高了全生命周期中參與者的工作效率與準(zhǔn)確性。為了實現(xiàn)港區(qū)全生命周期信息化、參數(shù)化與可視化，基于BIM的港區(qū)總體規(guī)劃發(fā)揮著至關(guān)重要的引領(lǐng)作用。本文基于Autodesk平臺，針對連云港港徐圩港區(qū)總體規(guī)劃項目進(jìn)行了實際應(yīng)用，以期為類似工程提供參考。

1 BIM規(guī)劃協(xié)同設(shè)計環(huán)境

BIM協(xié)同規(guī)劃設(shè)計旨在綜合考慮項目周邊建設(shè)環(huán)境，并便于大型項目前期方案研究和后期設(shè)計成果的整合與展示，在項目規(guī)劃階段全面融入BIM理念，為后期設(shè)計、建設(shè)、運(yùn)營與維護(hù)等BIM的實現(xiàn)奠定堅實的基礎(chǔ)。但目前市面上存在大量成熟的BIM軟件多數(shù)是針對建設(shè)專業(yè)開發(fā)的，在水運(yùn)工程應(yīng)用方面仍存在一定程度的不適用性。因此，水運(yùn)工程三維總體規(guī)劃這一復(fù)雜的項目并不是僅僅依靠某一軟件就能實現(xiàn)的。InfraWorks是一款側(cè)重于效果展示的軟件，其提供了突破性的三維建模和可視化技術(shù)，能夠更加高效地管理大型基礎(chǔ)設(shè)施模型和加速設(shè)計流程，還支持在云端更安全地集中發(fā)布、存儲和管理大型模型便于交付各種規(guī)模的項目[7]。但I(xiàn)nfraWorks對地形模型依賴性很強(qiáng)，本身的模型生成器使用受限，采用地形處理分析功能突出的Civil 3D作為規(guī)劃設(shè)計前期的地形模型輸出?？紤]到InfraWorks單體繪制效果相對粗糙，要素庫中可能不包含部分基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等單體模型，無法達(dá)到實際效果，采用Revit進(jìn)行單體模型補(bǔ)充。

BIM規(guī)劃協(xié)同設(shè)計環(huán)境圍繞用于規(guī)劃展示的InfraWorks軟件，集結(jié)地形建模Civil 3D、單體構(gòu)建Revit等Autodesk系列軟件，見圖1。

圖1 BIM規(guī)劃協(xié)同設(shè)計環(huán)境Fig.1 BIM planning collaborative design environment

BIM協(xié)同規(guī)劃工作環(huán)境突破性地實現(xiàn)了三維可視化規(guī)劃設(shè)計，更加高效地管理港區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施模型并協(xié)助加速設(shè)計流程，生成數(shù)據(jù)方案，更好地預(yù)測在現(xiàn)有環(huán)境中執(zhí)行設(shè)計方案，加深決策者對項目全方位多角度的理解，以便作出更好的規(guī)劃與決策。

2 港區(qū)總體規(guī)劃BIM應(yīng)用思路

港區(qū)總體規(guī)劃首先要依據(jù)現(xiàn)有地理、自然、環(huán)境條件、發(fā)展歷程與現(xiàn)狀，確定港界范圍、港池、突堤尺度等。其次在港區(qū)內(nèi)確定港池、功能區(qū)與交通運(yùn)輸設(shè)施的平面關(guān)系、豎向關(guān)系、管道綜合等港口配套設(shè)施的空間關(guān)系等。

BIM規(guī)劃協(xié)同設(shè)計環(huán)境中充分集結(jié)了各種類型BIM軟件擅長的工作，將重點(diǎn)規(guī)劃的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、航道等模型導(dǎo)入實際的環(huán)境因素中進(jìn)行分析與檢查，從多因素多目標(biāo)的角度對規(guī)劃方案進(jìn)行調(diào)整直至達(dá)到最優(yōu)。最后對周邊壞境與規(guī)劃方案進(jìn)行渲染，輔助整個規(guī)劃方案的展示。具體的應(yīng)用思路見圖2。

圖2 港區(qū)總體規(guī)劃BIM應(yīng)用思路Fig.2 BIM application ideas of port area master plan

3 工程實例

3.1 工程概況

徐圩港區(qū)是連云港港新開辟的港區(qū)，規(guī)劃區(qū)域包括連云港市南部小丁港至灌河口段岸線及相應(yīng)水、陸域范圍。主要目標(biāo)為讓徐圩港區(qū)依托臨港工業(yè)起步，以干散貨、液體散貨和件雜貨運(yùn)輸為主，相應(yīng)發(fā)展集裝箱運(yùn)輸，逐步發(fā)展成為腹地經(jīng)濟(jì)和后方臨港工業(yè)服務(wù)的綜合性港區(qū)，具備裝卸倉儲、中轉(zhuǎn)換裝、運(yùn)輸組織、現(xiàn)代物流、臨港工業(yè)、綜合服務(wù)等功能。

3.2 港區(qū)BIM規(guī)劃環(huán)境生成

3.2.1 創(chuàng)建原始地形曲面

1）隔離原始地形圖中的高程點(diǎn)，利用“提取數(shù)據(jù)”命令提取高程點(diǎn)數(shù)據(jù)形成外部高程點(diǎn)txt數(shù)據(jù)文件；

2）創(chuàng)建空曲面導(dǎo)入點(diǎn)文件生成地形的三角網(wǎng)曲面；

3）對可用于創(chuàng)建曲面的等高線，采用Civil3D中等高線賦值進(jìn)行信息補(bǔ)充；地形圖中涉及的地形特征線（如堤壩、溝、坎等），可以根據(jù)實際地形情況，手動繪制三維多段線，并賦予每個頂點(diǎn)正確Z坐標(biāo)，作為特征線參與構(gòu)面；

4）對補(bǔ)充生成的曲面利用“對象查看器”檢查原始地形曲面，針對曲面中明顯錯誤直接修改原始數(shù)據(jù)（高程、原始等高線形狀或高程、特征線高程等）點(diǎn)后更新即可，或利用曲面修改工具直接修改曲面；生成原始地形三角網(wǎng)曲面最終版。

5）定義項目坐標(biāo)，輸出imx格式的文件。

3.2.2 創(chuàng)建衛(wèi)星影像

1）打開水經(jīng)注地圖的Google Earth衛(wèi)星影像，選中下載工具，框選出最初確定的港區(qū)規(guī)劃范圍，選擇下載模型與像素級別，指定下載文件夾與名稱等內(nèi)容進(jìn)行下載。

2）查看下載圖片的屬性，根據(jù)規(guī)劃范圍的實際長寬比對衛(wèi)星圖形校準(zhǔn)，以此更真實的還原徐圩港區(qū)與周邊環(huán)境。

3.2.3 環(huán)境生成

1）在Civil3D的“Raster Tools”插件工具欄下導(dǎo)入校準(zhǔn)后的衛(wèi)星影像，利用“Match”命令調(diào)整圖片比例與地形之間的相對位置；

2）利用Raster Tools工具中“world files”命令將航拍圖片轉(zhuǎn)為光柵圖片格式，并導(dǎo)出調(diào)整后的位置信息文件。

3）在InfraWorks軟件中創(chuàng)建一個項目文件夾，在“新模型”創(chuàng)建的對話框中選定該項目文件夾存放模型數(shù)據(jù)。在高級設(shè)置里面設(shè)置該模型所使用的坐標(biāo)系統(tǒng)。導(dǎo)入已經(jīng)提前準(zhǔn)備好的imx的地形數(shù)據(jù)與衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，分別為其設(shè)置坐標(biāo)系，然后點(diǎn)擊“關(guān)閉并刷新”。生成的衛(wèi)星影像覆蓋于地形上的港區(qū)規(guī)劃環(huán)境。

3.3 港區(qū)BIM規(guī)劃設(shè)計

3.3.1 港區(qū)功能區(qū)布置規(guī)劃

徐圩港區(qū)定位于為腹地經(jīng)濟(jì)發(fā)展和后方臨港工業(yè)服務(wù)的綜合性港區(qū)，近期以服務(wù)于后方臨港工業(yè)園區(qū)為主，遠(yuǎn)期兼顧為腹地物資中轉(zhuǎn)運(yùn)輸服務(wù)。根據(jù)臨港工業(yè)區(qū)產(chǎn)業(yè)布局，結(jié)合徐圩港區(qū)的性質(zhì)及發(fā)展方向，綜合考慮本區(qū)域資源特點(diǎn)，確定港區(qū)主要由液體散貨泊位區(qū)、干散貨泊位區(qū)、通用泊位區(qū)、集裝箱泊位區(qū)四大功能區(qū)組成。為擴(kuò)大港區(qū)服務(wù)范圍，提升公共服務(wù)能力，在通用泊位區(qū)后方規(guī)劃規(guī)模相適應(yīng)的倉儲物流園區(qū)，提高港區(qū)的現(xiàn)代化、專業(yè)化水平。功能區(qū)布置流程如下：1）在Civil 3D中對港區(qū)功能區(qū)按規(guī)劃思路對功能區(qū)與道路進(jìn)行布置，并導(dǎo)出SDF文件；2）將SDF格式文件作為數(shù)據(jù)源導(dǎo)入InfraWorks，將功能區(qū)按照不同功能賦予不同類型的地塊覆蓋，并錄入相關(guān)信息。采用InfraWorks的樣式編輯器對導(dǎo)入的道路進(jìn)行寬度與樣式設(shè)置，詳情見圖3。

圖3 InfraWorks整體規(guī)劃效果展示Fig.3 Demonstration of infraworks overall planning effect

3.3.2 水域布置規(guī)劃

港區(qū)開發(fā)擬結(jié)合航道工程以及港池、航道維護(hù)性疏浚，逐年吹填進(jìn)行補(bǔ)充，以達(dá)到土石方平衡。本文以填挖平衡為參考確定航道的標(biāo)高，在InfraWorks中構(gòu)建水域、航道設(shè)計、圍堤設(shè)計等水域布置規(guī)劃內(nèi)容。

首先，根據(jù)實際衛(wèi)星影像與功能區(qū)規(guī)劃范圍在InfraWorks中創(chuàng)建水域。其次，根據(jù)港區(qū)功能區(qū)布置規(guī)劃，在Civil 3D中構(gòu)建規(guī)劃的陸域設(shè)計曲面，通過選取設(shè)定基準(zhǔn)曲面和對照曲面，生成凈空體積曲面，以便查詢填挖方量。通過多次調(diào)整設(shè)計標(biāo)高并計算港池疏浚、填方方量，最終確定陸域設(shè)計標(biāo)高+7.0 m，吹填標(biāo)高+8.0～8.5 m（考慮部分超吹）。徐圩港區(qū)進(jìn)港航道（五、六港池至外航道外段）規(guī)劃通航寬度350 m，航道底標(biāo)高-21.7 m。五、六港池向內(nèi)規(guī)劃通航寬度280 m，航道底標(biāo)高-16.0～-16.5 m。通過InfraWorks樣式選項版定義航道斷面，規(guī)劃設(shè)計航道，并定義標(biāo)高與邊坡，見圖3水域部分透明度較低部分的效果。

3.3.3 局部細(xì)節(jié)規(guī)劃

徐圩疏浚物處置4區(qū)位于六港池東側(cè)港區(qū)陸域，規(guī)劃為液體散貨泊位區(qū)，東側(cè)、北側(cè)依托擬建東防波堤外段，該區(qū)域圍堤屬于本次港區(qū)規(guī)劃一部分，主要采用桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)作為本次規(guī)劃項目中具有特色的結(jié)構(gòu)單體，同時數(shù)量眾多具有一定的重復(fù)性，在InfraWorks構(gòu)建對展示流暢度影響較大，論文借助revit軟件輔助規(guī)劃設(shè)計，過程如下：

1）首先采用Revit進(jìn)行桶式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)進(jìn)行設(shè)計，通過創(chuàng)建桶式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)BIM構(gòu)件族庫完成4號區(qū)圍堤工程模型的構(gòu)建，并將模型導(dǎo)出dae的格式文件。打開InfraWorks主頁的樣式選項版的道路選項卡，導(dǎo)入fbx格式的桶式結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，基于該基礎(chǔ)通過設(shè)置材料、材質(zhì)、基礎(chǔ)與裝飾等內(nèi)容定義道路典型斷面，進(jìn)行圍堤繪制。

2）在Revit中構(gòu)建管廊支架三維模型并導(dǎo)入fbx格式文件，打開InfraWorks主頁的樣式選項版的三維模型工具欄，導(dǎo)入模型。設(shè)置定位原點(diǎn)、渲染細(xì)節(jié)與大小調(diào)整，在城市家具概念設(shè)計要素找到該模型并進(jìn)行布置，并采用InfraWorks中的管線進(jìn)行管廊的布置，整體布置效果與局部效果圖見圖4、圖5。為了突出4號區(qū)圍堤效果，圖4將功能區(qū)與標(biāo)簽進(jìn)行隱藏。

圖4 4號區(qū)圍堤整體布置Fig.4 Overall layout of No.4 embankment

圖5 4號區(qū)圍堤局部放大圖Fig.5 Partial enlargement of No.4 embankment

4 結(jié)語

本文基于BIM規(guī)劃協(xié)同設(shè)計環(huán)境進(jìn)行港區(qū)項目總體規(guī)劃研究，主要得出了以下結(jié)論：

1）本文充分利用了Autodesk公司系列BIM軟件的設(shè)計特點(diǎn)，結(jié)合港區(qū)總體規(guī)劃設(shè)計特點(diǎn)，提出了以InfraWorks為核心，集Revit、Civil3D等軟件為一體的BIM協(xié)同規(guī)劃工作環(huán)境，明確了港區(qū)總體規(guī)劃BIM應(yīng)用思路，給大型港務(wù)工程項目規(guī)劃設(shè)計帶來了從二維圖紙到三維設(shè)計和建造的革命。

2）本文將BIM規(guī)劃協(xié)同設(shè)計環(huán)境與港區(qū)BIM規(guī)劃思路應(yīng)用于連云港徐圩港區(qū)的實際規(guī)劃項目，一方面，充分利用現(xiàn)在的地形、影像數(shù)據(jù)，港區(qū)規(guī)劃對地形勘測數(shù)據(jù)的依賴性降低，同時設(shè)計規(guī)劃人員可以用任意角度觀察工程的整體面貌或局部特征，能夠讓設(shè)計者全面考慮周邊環(huán)境，更容易發(fā)現(xiàn)設(shè)計問題或設(shè)計缺陷。另一方面，InfraWorks本身含有的道路、鐵路、建筑、遮蓋、管網(wǎng)、河流水域等多種模型要素，以及Revit、Civil3D各自建模的方便性，很好地展現(xiàn)了三維工程設(shè)計軟件快速、準(zhǔn)確、高效的特點(diǎn)?；贐IM技術(shù)的港區(qū)總體規(guī)劃在提高工作效率與控制成果質(zhì)量方面的優(yōu)勢顯而易見。

3）基于BIM技術(shù)的港區(qū)總體規(guī)劃不僅提高了工作效率與方便控制成果質(zhì)量，也實現(xiàn)了在真實場景中規(guī)劃設(shè)計方案的可視化成果展示，便于溝通交流以盡快確定方案，更有利于后期的深化設(shè)計，為今后港區(qū)規(guī)劃，乃至其他相似的規(guī)劃設(shè)計的創(chuàng)新與發(fā)展提供了有價值的參考。