基于BIM技術(shù)的綠色、智慧港口建設(shè)項目全生命周期管理方法

文/張建國、蕭白、侯建飛、陳佩博、韓飚

1 BIM 技術(shù)綠色、智慧的自身特征

BIM 模型的創(chuàng)建及信息完善過程秉承了“統(tǒng)一模型”的概念，建設(shè)各參建單位圍繞統(tǒng)一的BIM 模型展開工作，消滅了信息斷層的問題。BIM 模型擁有超越傳統(tǒng)二維圖紙以及3D 模型整合項目信息的能力，除了能將幾何信息表達(dá)清晰外，還加載了施工管理及運(yùn)營維護(hù)所需信息，有助于建設(shè)管理方及運(yùn)營方對項目細(xì)節(jié)的掌握，有效避免信息丟失造成的工作失誤，提高了工作效率。

BIM 模型的可視化、構(gòu)件化的特點，通過事前深化、電腦放樣、模擬施工等技術(shù)手段，在正式施工前暴露設(shè)計、施工過程中潛在的工序錯誤、專業(yè)矛盾等問題。通過進(jìn)一步優(yōu)化BIM 模型，達(dá)到場外加工具備條件后場內(nèi)快速安裝的效果，既避免返工浪費，也提高了加工質(zhì)量及施工效率，達(dá)到節(jié)約工期的目的。

由于BIM 技術(shù)能夠“所見即所得”，極大方便了建設(shè)過程精細(xì)化管理的需要。特別是針對工期緊、投資巨大、參建單位多、協(xié)調(diào)難度大的港口建設(shè)項目，通過整合攝像頭、人臉車輛識別、傳感器、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，利用BIM 協(xié)同平臺實現(xiàn)各參建單位的信息協(xié)同與資源交互，有利于提高項目管理質(zhì)量與效率，實現(xiàn)綠色、智慧建設(shè)[1]。

2 天津港基本建設(shè)綠色、智慧發(fā)展的需要

2.1 天津港建設(shè)項目管理的信息化需求

在“一帶一路”、京津冀協(xié)同發(fā)展和建設(shè)自由貿(mào)易試驗區(qū)的宏觀背景下，天津港作為天津市核心戰(zhàn)略資源和比較優(yōu)勢，必須承擔(dān)歷史責(zé)任，在管理水平、服務(wù)功能以及規(guī)范化建設(shè)等各方面進(jìn)行質(zhì)的提升。以新理念謀劃新發(fā)展，創(chuàng)新發(fā)展作為第一動力，全面提升港口能級和水平，鞏固世界一流大港，打造世界一流企業(yè)。為此，天津港基本建設(shè)階段的管理也應(yīng)實現(xiàn)綠色、智慧管理的轉(zhuǎn)變，通過建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化模型、智慧工地以及項目管理大數(shù)據(jù)，構(gòu)建完善的港口項目管理全生命周期信息化建設(shè)，提升港口建設(shè)及運(yùn)營管理水平與效率。

2.2 適應(yīng)國家戰(zhàn)略，建設(shè)項目可持續(xù)發(fā)展的需要

天津港作為“一港八區(qū)”的管理主體，一方面將積極進(jìn)行已建港口基礎(chǔ)設(shè)施改造提升；另一方面根據(jù)港區(qū)?；愤x址、大宗散貨和集裝箱等功能調(diào)整和招商引資等需要，進(jìn)行港口新建項目的建設(shè)。面對持續(xù)的大規(guī)模港口建設(shè)和對項目建設(shè)環(huán)保、規(guī)范、精細(xì)化管理要求的提升，引入BIM 技術(shù)進(jìn)行全生命周期項目管理，為項目管理目標(biāo)提供有力的技術(shù)保障，給可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

2.3 規(guī)劃管理、項目選擇，信息化技術(shù)輔助決策的需要

隨著當(dāng)前我國港口工程行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，相關(guān)合理性布局以及經(jīng)濟(jì)優(yōu)化成為港口發(fā)展的重點。在天津港地區(qū)，其港區(qū)的規(guī)劃以及設(shè)計等工作已經(jīng)逐漸引入了現(xiàn)代化信息技術(shù)，特別是CAD 技術(shù)取得了一定成果。隨著我國科學(xué)技術(shù)以及規(guī)劃水平的逐漸提高，在規(guī)劃建設(shè)管理工作中以平面為主的信息化技術(shù)已經(jīng)不能滿足當(dāng)前工程發(fā)展的需求，通過將BIM 技術(shù)以及CAD 技術(shù)的替換，可以保證對整個工程三維模型的建立以及GIS 技術(shù)的結(jié)合，確保工程整體規(guī)劃得到全面控制。同時包含所有體系的三維以及多維模型。例如對于一些危險化學(xué)品的存放，需要專業(yè)港口作業(yè)區(qū)合理選址以及精細(xì)化布局，然后通過這一技術(shù)實現(xiàn)對存儲環(huán)境的安全評估，做出相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范，在決策過程中積極引入生態(tài)學(xué)建設(shè)理念，綜合利用氣象數(shù)據(jù)以及外部環(huán)境數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對地區(qū)的日照噪聲交通以及通風(fēng)等環(huán)境因素的綜合評估。另外，通過輔助規(guī)劃的設(shè)計以及管理決策、措施，保證港口工程建設(shè)的全面實施，提高現(xiàn)代化港口工程的全面建設(shè)。

2.4 提高項目投資控制管理水平需求迫切

加強(qiáng)工程建設(shè)項目成本控制貫穿于項目從策劃到實施階段的全過程。合理有效控制工程成本支出，既節(jié)約項目投資，提升投資收益，又可以將釋放資金投入到更需要的項目中，擴(kuò)大天津港整體投資規(guī)模。BIM 技術(shù)在處理實際工程成本核算中有著巨大優(yōu)勢，可以通過在工程項目實施的不同階段，逐步深化建立BIM 的5D 施工資源信息模型（3D 實體、時間、工序）關(guān)系數(shù)據(jù)庫，讓實際成本數(shù)據(jù)及時進(jìn)入5D 關(guān)系數(shù)據(jù)庫，成本匯總、統(tǒng)計、拆分對應(yīng)瞬間可得。建立實際成本BIM 模型，可輕松滿足各種成本分析需求。將實際成本BIM 模型數(shù)據(jù)庫部署到天津港建設(shè)管理平臺中，實現(xiàn)規(guī)劃建設(shè)、計劃財務(wù)和審計監(jiān)察等各職能部門的數(shù)據(jù)共享，在工程項目不同階段實現(xiàn)成本數(shù)據(jù)核算與分析，從而加強(qiáng)港口建設(shè)項目全過程成本管控的能力。

2.5 工程建設(shè)各環(huán)節(jié)信息共享復(fù)用和管理需求

港口工程建設(shè)的目的，是形成具有設(shè)定功能的碼頭、堆場及附屬配套設(shè)施、設(shè)備，并形成固定資產(chǎn)，證照齊全，能夠投入生產(chǎn)運(yùn)營，為投資者帶來持續(xù)不斷的投資回報。港口建設(shè)項目從項目策劃、方案論證、各階段設(shè)計、招投標(biāo)、施工準(zhǔn)備、施工安裝到竣工驗收和試運(yùn)行，再到正式投產(chǎn)形成固定資產(chǎn)，工程建設(shè)期的各個階段都會產(chǎn)生大量管理及使用信息，信息在不同階段通過相互傳承、補(bǔ)充，最終形成完整信息集合，決定了工程建設(shè)具有周期長、資源使用多、用量大、空間流動性高等特點，相應(yīng)信息管理更是涉及面廣、工作量大、制約性強(qiáng)、信息流量大[2]。如果沒有統(tǒng)一體系將其整合為有機(jī)集合，結(jié)果則是大量冗余、錯誤和無用信息在過程中大量流動、反復(fù)采集、離散存儲，造成效率低下、成本增高、失誤率高。

BIM 技術(shù)集成工程建設(shè)各階段信息，對工程實體和功能特性進(jìn)行完整的數(shù)字化表達(dá)?？梢韵畔⒐聧u，實現(xiàn)信息共享，使信息在策劃、方案、設(shè)計、施工和運(yùn)行等項目全生命周期充分共享、無損傳遞，為多方協(xié)同工作提供信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，促進(jìn)工程建設(shè)全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)、管理模式變革，加快技術(shù)和管理水平升級。通過打造建設(shè)項目BIM 管理平臺，實現(xiàn)項目從設(shè)計、招投標(biāo)、施工過程管控全過程的有機(jī)協(xié)同，在合規(guī)性、工期制定與跟蹤、施工組織、安全、質(zhì)量跟蹤以及全過程成本管理中發(fā)揮積極作用。

2.6 老港區(qū)設(shè)施管理進(jìn)行精益管理的客觀需求

自1973年大建港以來，天津港經(jīng)歷多個五年計劃的分階段、分布驟、分區(qū)域開發(fā)建設(shè)、技術(shù)改造和設(shè)施升級，成為擁有集裝箱、散雜貨、件雜貨、糧食、大宗散貨、大宗液體貨物等各種貨類裝卸業(yè)務(wù)及配套設(shè)施的世界級大港，港口吞吐量和集裝箱吞吐量雙雙進(jìn)入世界十大港口行列，成績輝煌，舉世矚目。但由于歷史原因，多年累積形成的檔案資料以紙制為主，輔以CAD 圖形方式，東疆港區(qū)和北疆、南疆等部分區(qū)域并有少量GIS 信息系統(tǒng)，系統(tǒng)數(shù)據(jù)不連續(xù)，無法充分發(fā)揮區(qū)域信息系統(tǒng)功能和作用。通過采用BIM 技術(shù)，構(gòu)建可視化的天津港主體港區(qū)全區(qū)域BIM 信息管理系統(tǒng)成為可能，將有利于今后老港區(qū)功能調(diào)整項目與區(qū)域再開發(fā)的持續(xù)需求。

3 BIM 技術(shù)在港口項目全生命周期建設(shè)中的應(yīng)用

目前天津港已著手利用BIM 技術(shù)整合多種信息技術(shù)進(jìn)行港口項目全生命周期管理的應(yīng)用。

3.1 項目建設(shè)階段的應(yīng)用

通過BIM 技術(shù)在虛擬環(huán)境下對項目進(jìn)行預(yù)建模擬分析，提前檢查出設(shè)計圖紙存在的圖紙深度不足、錯漏碰缺問題、使用功能不合理、觀感及視覺效果欠佳等問題。

在施工過程中利用施工模擬、數(shù)字放樣，確保工程施工質(zhì)量及一次成活率，減少返工及杜絕建筑材料浪費，降低建筑垃圾產(chǎn)生，精確控制物料進(jìn)場、周轉(zhuǎn)，進(jìn)一步提高現(xiàn)場材料的質(zhì)量管控。通過搭建服務(wù)于項目建設(shè)期管理的智慧協(xié)同云平臺，對現(xiàn)場環(huán)境、現(xiàn)場人員行為安全、施工安全、消防設(shè)施布置、施工進(jìn)度、投資控制、質(zhì)量控制等一系列建設(shè)期管理行為進(jìn)行及時的信息匯總與跟蹤、判斷，落實PDCA 的標(biāo)準(zhǔn)管控流程，提升項目管理效率和效果，為項目目標(biāo)的實現(xiàn)保駕護(hù)航。

同時，通過建立智慧工地系統(tǒng)，利用閘機(jī)、監(jiān)控設(shè)備、數(shù)字化識別技術(shù)，對現(xiàn)場人員、車輛進(jìn)行實時監(jiān)控，旨在解決傳統(tǒng)管理模式下因勞務(wù)人員進(jìn)出頻繁而導(dǎo)致的人員信息不完整、進(jìn)場安全教育不到位、特種工無證上崗等問題。通過平臺及時取證預(yù)防勞務(wù)糾紛、降低安全風(fēng)險，降低企業(yè)和項目管理風(fēng)險。

3.2 運(yùn)維管理期的應(yīng)用

碼頭生產(chǎn)作業(yè)是由船舶靠離泊，碼頭上部機(jī)械運(yùn)行、裝卸貨物、集卡等水平運(yùn)輸多個環(huán)節(jié)組成，碼頭設(shè)施承載著所有環(huán)節(jié)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)。因而，保證碼頭設(shè)施的安全運(yùn)轉(zhuǎn)是港口安全生產(chǎn)的前提和保障。同時，碼頭相關(guān)檢測規(guī)范要求的常規(guī)監(jiān)測項目是碼頭設(shè)施安全運(yùn)營的必要條件，實現(xiàn)該部分監(jiān)測項目的智能化和無人化，也是建設(shè)智慧港口的必然需求。

在后期運(yùn)維階段，智慧設(shè)施建設(shè)主要是以BIM 技術(shù)為平臺整合集成現(xiàn)有在線監(jiān)測觀測技術(shù)，系統(tǒng)化整體分析，得出直觀的碼頭狀態(tài)分析，指導(dǎo)碼頭運(yùn)營期日常使用、管理與維護(hù)，形成基于現(xiàn)有智慧設(shè)施使用要求的成套監(jiān)測體系。初步考慮以原有碼頭結(jié)構(gòu)段為基礎(chǔ)建立區(qū)域觀測單元，每個單元針對其使用特點實現(xiàn)不同的監(jiān)測功能。同時在觀測單元內(nèi)設(shè)立信息節(jié)點，每個信息節(jié)點將信息分析整理后整體上傳至BIM 系統(tǒng)平臺，平臺進(jìn)行整體再分析與展示，最終形成可視化的港口智能設(shè)施監(jiān)控系統(tǒng)。

通過對建設(shè)期BIM 數(shù)據(jù)的提煉與整理，可以得到指導(dǎo)運(yùn)維管理需求的BIM 數(shù)據(jù)，例如港口設(shè)施三維模型、設(shè)備參數(shù)、廠家及相關(guān)維保數(shù)據(jù)等；通過項目運(yùn)維期平臺功能的搭建，將BIM 數(shù)據(jù)與運(yùn)維需求進(jìn)行有效匹配，實現(xiàn)可視化的設(shè)施管理，對于提升運(yùn)維管理能力起到了積極作用。

4 未來港口建設(shè)的新理念，新手段，新方式

隨著BIM 技術(shù)全過程應(yīng)用在港區(qū)項目中的推廣，不斷積累BIM 管理數(shù)據(jù)，通過挖掘數(shù)據(jù)，發(fā)揮數(shù)據(jù)決策的價值，進(jìn)一步推進(jìn)項目的“智慧、綠色”建造。

未來港口建設(shè)是以BIM 技術(shù)作為抓手，推進(jìn)全過程咨詢管理的新模式，專業(yè)的事情交給專業(yè)的人員去管理，將項目管理從事后控制變成事前控制、事中監(jiān)督、事后總結(jié)分析再優(yōu)化的良性管理模式。

5 結(jié)語

通過BIM 技術(shù)進(jìn)一步推進(jìn)管理的深度與廣度，以精確的管理數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化的管理流程逐漸建立起天津港基本建設(shè)智慧、綠色管理新模式?？梢灶A(yù)見未來的港口建設(shè)項目管理模式依托的不再是某個人或者某些人的決策與管理，而是依托高質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化的管理流程和有力的數(shù)據(jù)的分析與決策。