3S和BIM技術(shù)在港口規(guī)劃中的應(yīng)用探討

賈鵬鵬 楊瓊 徐娜

摘 要：港口規(guī)劃對港口建設(shè)甚至整個(gè)水運(yùn)行業(yè)的發(fā)展有重要的引導(dǎo)作用。進(jìn)入新時(shí)期，水運(yùn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展對港口規(guī)劃提出了新的要求。3S和BIM作為重要的信息化技術(shù)手段，探討其在港口現(xiàn)狀獲取和審批、規(guī)劃協(xié)調(diào)性和環(huán)境敏感性分析、港口規(guī)劃管理信息系統(tǒng)等相關(guān)業(yè)務(wù)中的應(yīng)用以及前景，對促進(jìn)港口規(guī)劃精細(xì)化和提高其科學(xué)合理性具有重要意義。關(guān)鍵詞 ：BIM;GIS;港口規(guī)劃;信息化

在我國交通發(fā)展和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中，水運(yùn)發(fā)揮著重要作用，港口是水路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，研究3S和BIM等信息技術(shù)在港口規(guī)劃中的應(yīng)用，對提高港口規(guī)劃的科學(xué)性和合理性，促進(jìn)港口規(guī)劃的落地實(shí)施和水運(yùn)行業(yè)發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

1 3S、BIM與港口規(guī)劃概述

1.1 3S技術(shù)

3S技術(shù)是遙感（Remote sensing，RS）、地理信息系統(tǒng)（Geography information systems，GIS）和全球定位系統(tǒng)（Global positioning systems，GPS）的統(tǒng)稱（見圖1），是空間技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，多學(xué)科交叉融合的對空間及屬性信息進(jìn)行采集、處理、管理、分析、表達(dá)及應(yīng)用的先進(jìn)信息技術(shù)[1]。

1.2 BIM技術(shù)

BIM（Building Information Modeling）技術(shù)是一種多維信息模型融合技術(shù)，可以使目標(biāo)項(xiàng)目的所有參與方（包括政府、規(guī)劃、業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)維和用戶等）在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的整個(gè)生命周期內(nèi)進(jìn)行信息共享、碰撞和傳遞，從而實(shí)現(xiàn)在目標(biāo)項(xiàng)目全生命周期過程中提高質(zhì)量和效率以及減少錯(cuò)誤和風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)[2]。

1.3 港口規(guī)劃內(nèi)涵

港口規(guī)劃是國家實(shí)現(xiàn)行業(yè)宏觀管理的重要內(nèi)容和資源有效配置的重要手段，經(jīng)過多年探索與實(shí)踐，目前我國基本形成了以港口布局規(guī)劃、港口總體規(guī)劃和港區(qū)控制性詳細(xì)規(guī)劃為骨干的港口規(guī)劃基本序列[3]。其中，港口布局規(guī)劃是港口的分布規(guī)劃，主要確定區(qū)域港口的總體發(fā)展方向，明確各港口的地位、作用、主要功能與布局等;港口總體規(guī)劃是一個(gè)港口在一定時(shí)期的具體規(guī)劃，主要確定港口性質(zhì)功能、港區(qū)劃分、港口岸線利用和水陸域布置等[4]。

2 3S、BIM技術(shù)在港口規(guī)劃的具體應(yīng)用

2.1 3S技術(shù)在港口現(xiàn)狀獲取和規(guī)劃審批管理方面的應(yīng)用

無論是港口布局或單港總體規(guī)劃，了解熟悉研究區(qū)域的地形、港口布置以及集疏運(yùn)通道等現(xiàn)狀，是港口規(guī)劃工作順利開展、規(guī)劃成果合理落地的前提基礎(chǔ)。以往的港口規(guī)劃，需要大量的人力、物力和時(shí)間開展外業(yè)調(diào)研和基礎(chǔ)測繪工作，規(guī)劃的成本、效率以及精細(xì)化程度都無法滿足當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的要求。3S技術(shù)的引入，使得港口規(guī)劃工作進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，通過遙感影像解譯技術(shù)，提取研究區(qū)域的港口布置、集疏運(yùn)通道和產(chǎn)業(yè)園區(qū)分布等現(xiàn)狀;通過3D傾斜攝影技術(shù)，獲取相關(guān)研究區(qū)域的地形地貌等特征數(shù)據(jù)，使得規(guī)劃人員只需對解譯模糊或重點(diǎn)區(qū)域開展少量有針對性的現(xiàn)場勘察，即可全面掌握研究區(qū)域的一系列現(xiàn)狀情況，從而大大減少規(guī)劃過程中的外業(yè)工作[5]。使用專業(yè)的GIS仿真軟件，結(jié)合既有船舶進(jìn)出港或交通流量數(shù)據(jù)，可對港口規(guī)劃的相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行準(zhǔn)確的仿真推演，從而為規(guī)劃內(nèi)容的調(diào)整和完善提供技術(shù)參考，為整個(gè)規(guī)劃的合理性和前瞻性提供技術(shù)保障。除了提高規(guī)劃工作的效率和精細(xì)化程度，GIS的圖屬一體化數(shù)據(jù)組織模型和RS的高時(shí)效性特點(diǎn)[6]，使得3S技術(shù)在港口規(guī)劃成果綜合應(yīng)用、港口資源動態(tài)監(jiān)測、規(guī)劃審批和輔助決策方面有著無可替代的優(yōu)勢。

2.2 3S技術(shù)在規(guī)劃協(xié)調(diào)性和環(huán)境敏感性分析的應(yīng)用

在港口規(guī)劃的編制過程中，需要分析港口所在陸域、水域與土地、城市、海洋、江河流域和環(huán)境保護(hù)等規(guī)劃的協(xié)調(diào)關(guān)系，以保障后續(xù)港口規(guī)劃能夠落地和順利實(shí)施。GIS的空間分析和統(tǒng)計(jì)分析功能，完美契合了港口規(guī)劃工作中諸多規(guī)劃協(xié)調(diào)性分析的需求，通過GIS技術(shù)對各規(guī)劃內(nèi)容進(jìn)行數(shù)據(jù)解析挖掘，得出有針對性的定性和定量協(xié)調(diào)性分析結(jié)論。環(huán)境敏感性分析主要是判斷當(dāng)前環(huán)境條件不受干擾前提下，生態(tài)環(huán)境因素面對外部破壞和影響的適應(yīng)能力[7]。通過分析，可以準(zhǔn)確地界定出規(guī)劃范圍內(nèi)的核心建設(shè)地帶和生態(tài)環(huán)境脆弱地帶，從而針對性地制定有效的保護(hù)策略，降低由于規(guī)劃不科學(xué)造成的過度開發(fā)現(xiàn)象對生態(tài)環(huán)境的破壞和惡劣影響。規(guī)劃過程中，利用GIS的綜合分析和RS的土地利用覆蓋變化分析（LUCC），對規(guī)劃范圍內(nèi)的地形、植被、水體、用地、交通等因素，利用專業(yè)的空間模型進(jìn)行綜合分析，得出環(huán)境敏感性分析結(jié)論。3S技術(shù)在規(guī)劃協(xié)調(diào)性和環(huán)境敏感性分析的應(yīng)用，對指導(dǎo)港口規(guī)劃更嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)，促進(jìn)港口發(fā)展有的放矢，明確發(fā)展重點(diǎn)范圍提供了有力的技術(shù)支撐。

2.3 BIM技術(shù)在港口規(guī)劃具體應(yīng)用

當(dāng)前我國港口發(fā)展重點(diǎn)已由單一的規(guī)模擴(kuò)張向功能拓展、高質(zhì)量發(fā)展轉(zhuǎn)變，未來港口發(fā)展將更加注重與外部要素的協(xié)同發(fā)展，注重統(tǒng)籌宏觀與微觀的協(xié)調(diào)發(fā)展，利用信息化手段實(shí)現(xiàn)精細(xì)化規(guī)劃與管理，為新形勢下港口規(guī)劃編制和管理帶來了巨大空間和諸多可能性[8-10]。目前，BIM技術(shù)在港口規(guī)劃領(lǐng)域尚處于探討研究階段，但在碼頭和水工設(shè)計(jì)領(lǐng)域已有較深入的應(yīng)用基礎(chǔ)[11]，隨著BIM技術(shù)在水運(yùn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛推廣，設(shè)計(jì)與規(guī)劃領(lǐng)域的信息流共享，必然推動BIM技術(shù)在港口規(guī)劃領(lǐng)域全面深入的應(yīng)用。面對信息技術(shù)在全社會不斷平面化應(yīng)用的趨勢，BIM技術(shù)也將是促進(jìn)港口規(guī)劃信息化發(fā)展的重要手段，進(jìn)一步滿足港口規(guī)劃精細(xì)化和科學(xué)性的要求，提升規(guī)劃管理決策水平和科學(xué)性。

2.4 3S和BIM技術(shù)在規(guī)劃領(lǐng)域應(yīng)用的差異與關(guān)聯(lián)

2.4.1差異

3S——宏觀空間分析。3S技術(shù)在港口規(guī)劃的前、中、后三個(gè)階段，分別發(fā)揮著其獨(dú)特的不可替代的作用。規(guī)劃前期，利用3S技術(shù)可以充分還原港口現(xiàn)狀，為準(zhǔn)確評估港口現(xiàn)狀，提供可靠支撐，提高了工作效率和規(guī)劃的科技水平;規(guī)劃編制過程中，提供動態(tài)可視化和參數(shù)化設(shè)計(jì)，交互式分析，使得規(guī)劃更智能便捷;規(guī)劃完成后，對規(guī)劃成果進(jìn)行空間&屬性一體化組織與管理，具備綜合應(yīng)用分析和輔助決策能力，極大提高了港口規(guī)劃的利用率和應(yīng)用水平。

BIM——微觀三維精細(xì)化。BIM技術(shù)的引入，使得規(guī)劃從原先的“二維”向“三維”轉(zhuǎn)變，BIM技術(shù)讓規(guī)劃思想落地，使規(guī)劃過程和規(guī)劃成果更智能直觀。除此之外，利用BIM技術(shù)不斷完善港口規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，促進(jìn)港口規(guī)劃向業(yè)務(wù)上下游延伸，在將來可根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，對成果庫進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、專項(xiàng)分析和綜合應(yīng)用，為港口乃至交通運(yùn)輸行業(yè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)提供技術(shù)和業(yè)務(wù)支撐。

BIM在設(shè)計(jì)與規(guī)劃領(lǐng)域應(yīng)用存在差異，設(shè)計(jì)領(lǐng)域BIM應(yīng)用以單體模型為主，主要是對設(shè)計(jì)對象微觀細(xì)節(jié)的把握;而規(guī)劃領(lǐng)域的本質(zhì)特點(diǎn)，要求BIM應(yīng)用兼顧宏觀統(tǒng)籌與微觀細(xì)節(jié)。

2.4.2關(guān)聯(lián)

3S和BIM技術(shù)都是提高規(guī)劃可行性和合理性，促進(jìn)港口規(guī)劃領(lǐng)域信息化發(fā)展的重要手段。兩類技術(shù)各自的功能定位和技術(shù)架構(gòu)存在一定的差異，因此對兩個(gè)技術(shù)融合是確保港口規(guī)劃兼顧宏觀和微觀，進(jìn)行精細(xì)化規(guī)劃的技術(shù)保障[12]。3S和BIM技術(shù)一主微觀，一主宏觀，港口規(guī)劃過程中只有對兩者都進(jìn)行深入的研究和探索，才能實(shí)現(xiàn)多分辨率多視角多層次把握，進(jìn)而從宏觀角度制定長遠(yuǎn)的布局原則和發(fā)展方向，從微觀角度制定具體的布置思路和方案。綜合兩者的技術(shù)架構(gòu)特點(diǎn)，3S系統(tǒng)作為港口規(guī)劃的基礎(chǔ)平臺，泊位、碼頭、堆場等對象的BIM模型作為港口規(guī)劃3S平臺的信息載體，將是今后港口規(guī)劃信息化發(fā)展的趨勢。

3 3S和BIM技術(shù)應(yīng)用于港口規(guī)劃的前景展望

3.1 港口規(guī)劃管理系統(tǒng)分類

近年來隨著交通領(lǐng)域信息化建設(shè)的推進(jìn)，出現(xiàn)了不同應(yīng)用深度和應(yīng)用方向的港口規(guī)劃管理系統(tǒng)，這些信息系統(tǒng)根據(jù)其技術(shù)特點(diǎn)，主要分為4類：

（1）以現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫管理軟件為基礎(chǔ)開發(fā)的辦公自動化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)以MIS部分為核心，主要對文檔信息進(jìn)行存儲、查詢、分析等操作，不具備可視化和空間分析的能力。因此，這類港口規(guī)劃管理系統(tǒng)，不能滿足規(guī)劃工作的信息管理和業(yè)務(wù)要求，對港口規(guī)劃編制、管理和應(yīng)用的支撐有限。

（2）以某一GIS平臺為基礎(chǔ)開發(fā)的專業(yè)化規(guī)劃管理系統(tǒng)。由于GIS平臺專業(yè)性的要求，開發(fā)出的管理系統(tǒng)對用戶專業(yè)性水平要求較高，傳統(tǒng)的規(guī)劃業(yè)務(wù)人員在該系統(tǒng)上進(jìn)行規(guī)劃編制、管理和應(yīng)用的難度較大。

（3）跨多平臺開發(fā)的管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)MIS部分基于數(shù)據(jù)庫管理軟件開發(fā)，3S部分基于GIS平臺開發(fā)，相對于前兩類系統(tǒng)，該系統(tǒng)在一定程度上實(shí)現(xiàn)了可視化和屬性管理，但由于跨多平臺的開發(fā)模式，使得該系統(tǒng)的可視化功能與屬性管理功能人為割裂，兩部分的切換與聯(lián)動十分復(fù)雜和不穩(wěn)定，浪費(fèi)了計(jì)算機(jī)資源，也使得系統(tǒng)的穩(wěn)定性、擴(kuò)展性和可維護(hù)性受到限制。

（4）利用GIS組件進(jìn)行底層開發(fā)建設(shè)的管理系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在極大程度上解決了規(guī)劃成果的圖形、屬性和空間位置的一體化管理，但隨著規(guī)劃精細(xì)化要求的不斷深入，傳統(tǒng)GIS組件已逐漸不能滿足用戶的需求，而開發(fā)新一代的GIS 組件成本又普遍較高，這就使得傳統(tǒng)GIS與BIM技術(shù)融合應(yīng)用成為港口規(guī)劃信息化建設(shè)的重要手段。

3.2 3S和BIM技術(shù)應(yīng)用于港口規(guī)劃信息化

港口規(guī)劃是一個(gè)系統(tǒng)工程，除了規(guī)劃本身不斷地調(diào)整、修訂并完善，還需要與相關(guān)規(guī)劃（國土、城市、環(huán)保、江河流域等）及設(shè)計(jì)（港口、碼頭）的協(xié)同，這與3S和BIM 技術(shù)多方案比對、協(xié)同規(guī)劃設(shè)計(jì)、全生命周期管理、數(shù)據(jù)庫動態(tài)更新的特點(diǎn)十分契合。利用3S+BIM技術(shù)不斷完善港口規(guī)劃數(shù)據(jù)庫，促進(jìn)港口規(guī)劃向業(yè)務(wù)上下游延伸，在將來可根據(jù)不同的業(yè)務(wù)需求，對成果庫進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘、專項(xiàng)分析和綜合應(yīng)用，為港口乃至交通運(yùn)輸行業(yè)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建設(shè)提供技術(shù)和業(yè)務(wù)支撐。

單純的3S或BIM都是一種具體的信息技術(shù)，而將其融合則上升至行業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略層面的管理問題，具體至港口規(guī)劃行業(yè)，3S+GIS將是未來該行業(yè)業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)化和信息化發(fā)展的必由之路。目前存在的問題是BIM和GIS技術(shù)底層數(shù)據(jù)模型不同，要實(shí)現(xiàn)兩者融合，必須建立高效的ETL邏輯或者統(tǒng)一的兼容數(shù)據(jù)模型，另外BIM模型的數(shù)據(jù)量巨大，GIS平臺需要的只是其中一部分信息，這就存在對BIM模型的輕量化問題。

4 結(jié)束語

港口規(guī)劃對港口發(fā)展和建設(shè)有重要作用，3S和BIM技術(shù)的運(yùn)用為港口規(guī)劃過程提供技術(shù)支撐，確保了規(guī)劃的科學(xué)性、合理性和協(xié)同性，同時(shí)提高了規(guī)劃編制與管理的信息化水平，對于促進(jìn)港口建設(shè)和區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展具有積極意義。

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