港口設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用探討

柴國(guó)威，詹坤豫

（中交四航局港灣工程設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510290）

引 言

近年來 BIM 在國(guó)內(nèi)建筑業(yè)形成一股熱潮，從2007年BIM技術(shù)開始進(jìn)入中國(guó)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域，發(fā)展至今在工民建領(lǐng)域 BIM 的應(yīng)用已經(jīng)從設(shè)計(jì)階段逐步向施工階段過渡，進(jìn)入所謂的BIM 2.0階段[1-2]。國(guó)家、地方以及各個(gè)行業(yè)內(nèi)部紛紛出臺(tái)了關(guān)于BIM推廣指導(dǎo)文件。BIM技術(shù)作為未來的大趨勢(shì)，在水運(yùn)行業(yè)也受到了廣泛的關(guān)注，但由于起步較晚，缺乏較少的實(shí)際應(yīng)用案例。

本文通過Autodesk系列和Dassault系列BIM軟件在新海港區(qū)汽車客貨滾裝碼頭二期工程（下文簡(jiǎn)稱“新海二期”）中進(jìn)行設(shè)計(jì)和方案展示，并對(duì)兩者在碼頭工程應(yīng)用的適應(yīng)性進(jìn)行了比較分析，對(duì)BIM 技術(shù)在碼頭設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行探索，旨在為BIM 技術(shù)在水運(yùn)工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用推廣提供啟發(fā)和參考。

1 工程概述

圖1 新海二期Autodesk Revit效果

新海港區(qū)汽車客貨滾裝碼頭二期工程位于海南省?？谑行阌^(qū)，新建8個(gè)10 000 GT客貨滾裝泊位、調(diào)配泊位區(qū)以及相應(yīng)配套工程，岸線長(zhǎng)度1 162 m，后方陸域面積約13.77萬m2。包含了總平面、裝卸工藝、水工結(jié)構(gòu)、給排水、供電、通信、道路堆場(chǎng)土建等專業(yè)。工程規(guī)模大，涉及專業(yè)多。

2 碼頭設(shè)計(jì)中的BIM技術(shù)應(yīng)用

本次 BIM 應(yīng)用內(nèi)容包括：可視化建模、協(xié)同設(shè)計(jì)、綜合管線設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、BIM出圖、工程量統(tǒng)計(jì)以及方案展示等。通過Autodesk系列軟件和Dassault系列軟件的應(yīng)用，對(duì)BIM技術(shù)在碼頭工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索和總結(jié)，并羅列了遇到的問題。

2.1 可視化建模

在新海二期設(shè)計(jì)中，通過建立三維可視化模型，通過BIM技術(shù)的可視化設(shè)計(jì)應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)，在BIM技術(shù)中，模型信息在整個(gè)過程都是可視化的，設(shè)計(jì)師可以更加直觀、精細(xì)、全面的了解項(xiàng)目信息，可以提升設(shè)計(jì)準(zhǔn)確率。并且基于BIM技術(shù)的信息化，使得可視化是一種能夠同模型之間形成互動(dòng)性和反饋性的可視，并且不僅可以用來效果圖展示及報(bào)表生成，而且在項(xiàng)目設(shè)計(jì)各階段的溝通、討論、決策都在可視化的狀態(tài)下進(jìn)行。并且業(yè)主及最終用戶可以擺脫技術(shù)壁壘的限制，隨時(shí)了解設(shè)計(jì)信息，和業(yè)主進(jìn)行及時(shí)溝通，提高溝通效率。

圖2 Autodesk Revit整體模型

圖3 Autodesk Civil地質(zhì)模型

圖4 Dassault Catia整體模型

圖5 Dassault Catia地質(zhì)模型

通過Autodesk和Dassault兩個(gè)系列的BIM軟件建模過程和結(jié)果對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，在水運(yùn)行業(yè)中這兩個(gè)系列軟件均存在一定的適應(yīng)性，主要對(duì)比如表1。

表1 Autodesk和Dassault系列軟件建模對(duì)比分析

2.2 協(xié)同設(shè)計(jì)

新海二期涉及專業(yè)較多，在建模過程中，各專業(yè)通過公共服務(wù)器搭建的平臺(tái)進(jìn)行協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)，每個(gè)專業(yè)獨(dú)立建立模型，并以結(jié)構(gòu)模型為基礎(chǔ)進(jìn)行拼裝整合。

通過協(xié)作設(shè)計(jì)的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，BIM 設(shè)計(jì)為各專業(yè)間協(xié)作提供了一個(gè)良好的技術(shù)平臺(tái)，協(xié)作平臺(tái)可以為各專業(yè)提供數(shù)據(jù)接口，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)專業(yè)、學(xué)科在同一平臺(tái)上協(xié)同作業(yè)。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)可以從模型上直接獲得相關(guān)視圖和設(shè)計(jì)信息，實(shí)時(shí)了解其他專業(yè)的設(shè)計(jì)狀態(tài)。也可以隨時(shí)在平臺(tái)上發(fā)布變更信息，告知其他專業(yè)。并通過設(shè)置模型信息權(quán)限，在保證模型信息得到及時(shí)的交流和傳遞的同時(shí)，保證專業(yè)設(shè)計(jì)的獨(dú)立性，很好的解決了設(shè)計(jì)中不同專業(yè)間的溝通問題以及信息理解偏差問題，大大加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度，提高質(zhì)量和效率。

圖6 供電系統(tǒng)

圖7 給排水、消防系統(tǒng)

2.3 管線綜合

模型整合完成后，便可對(duì)各個(gè)專業(yè)間的碰撞沖突進(jìn)行檢查，軟件可自動(dòng)生成沖突報(bào)告，并可點(diǎn)擊查看沖突點(diǎn)。圖8為碰撞檢查出來的兩個(gè)彎頭間有碰撞。

在傳統(tǒng)二維CAD設(shè)計(jì)中，管線綜合因?yàn)樯婕暗焦こ讨忻總€(gè)專業(yè)，對(duì)設(shè)計(jì)者專業(yè)能力要求高，而且由于二維圖紙的信息有限和直觀交流平臺(tái)的缺失，直接導(dǎo)致綜合管線成為設(shè)計(jì)中出錯(cuò)率最高的環(huán)節(jié)?；贐IM技術(shù)，通過搭建各專業(yè)的BIM模型，各專業(yè)可以在三維環(huán)境下方便的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的碰撞沖突，從而大大提高管線綜合的設(shè)計(jì)能力和工作效率。不僅能夠及時(shí)排除項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)中可能遇到的碰撞，可以顯著減少設(shè)計(jì)變更，大大提高施工現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)效率，降低由于施工協(xié)調(diào)和設(shè)計(jì)變更造成的成本增長(zhǎng)和工期延誤。

圖8 碰撞檢查

2.4 參數(shù)化設(shè)計(jì)

參數(shù)化指建立特定的關(guān)系，當(dāng)這種關(guān)系的某個(gè)基本元素發(fā)生變化，其他元素也隨之變化，簡(jiǎn)單概括參數(shù)化的重點(diǎn)就是彼此元素之間的關(guān)聯(lián)性，是BIM技術(shù)中的重要部分[3]。

圖9 Autodesk Revit沉箱（9.5 m高）參數(shù)化

圖10 Autodesk Revit沉箱（5.5 m高）參數(shù)化

圖11 Dassault Catia突堤參數(shù)化

圖12 Dassault Catia突堤參數(shù)化

本次設(shè)計(jì)通過Autodesk Revit在沉箱配筋中應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)，首先對(duì)沉箱各尺寸進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，然后利用將鋼筋與結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，即可實(shí)現(xiàn)修改沉箱尺寸后，沉箱配筋、工程量以及圖紙會(huì)同時(shí)修改。

通過 Dassault Catia對(duì)突堤整體進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)，通過對(duì)突堤之間的構(gòu)件的尺寸和間距進(jìn)行關(guān)聯(lián)，改變其中某一個(gè)參數(shù)，突堤整體的構(gòu)件數(shù)量和尺寸同時(shí)改變，大大增加了設(shè)計(jì)的效率。

通過兩個(gè)系統(tǒng)軟件在建模的參數(shù)化過程中對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，Autodesk軟件參數(shù)化設(shè)定相對(duì)簡(jiǎn)單，具有成熟的參數(shù)化模塊，但是也限制了自由發(fā)揮的空間，功能一般，特別是在構(gòu)件之間的參數(shù)化；Dassault軟件參數(shù)化功能強(qiáng)大，構(gòu)件之間的參數(shù)化能力較強(qiáng)，整體邏輯關(guān)系可以根據(jù)需求自定義，對(duì)建模者的邏輯思維和工程技術(shù)等綜合能力要求較高。

2.5 出圖、工程量統(tǒng)計(jì)

完成建模并確認(rèn)無誤后，便可進(jìn)行出圖和工程量統(tǒng)計(jì)。軟件可從模型豐富的數(shù)據(jù)信息中迅速提取工程量信息，大大減少了繁瑣的人工操作和潛在的錯(cuò)誤。

通過對(duì)Autodesk和Dassault兩個(gè)系列的BIM軟件出圖和工程量對(duì)比發(fā)現(xiàn)，兩者均可對(duì)模型進(jìn)行任意剖切而形成二維圖形。Autodesk軟件的出圖和工程量統(tǒng)計(jì)能夠一鍵導(dǎo)出，標(biāo)準(zhǔn)、圖例等出圖工具較全；Dassault出圖工具相對(duì)匱乏，需要通過導(dǎo)入CAD再進(jìn)行處理；但是兩者出圖均需要進(jìn)一步處理，才能達(dá)到應(yīng)用效果。

Autodesk Revit軟件可以一鍵導(dǎo)出工程量，DassaultCatia工程量統(tǒng)計(jì)需要通過知識(shí)工程模塊自定義編程來實(shí)現(xiàn)，功能相對(duì)繁瑣。

圖13 Revit生成的圖紙目錄及斷面

圖14 Revit自動(dòng)提取生成的工程量

2.6 方案展示

圖15 3D動(dòng)畫和效果展示

圖16 Fuzor實(shí)時(shí)體驗(yàn)

通過建好的模型導(dǎo)入到 Lumion或者 3D Max中進(jìn)行3D動(dòng)畫和效果圖處理，相比傳統(tǒng)的3D展示，與設(shè)計(jì)有了很好的結(jié)合，而且提高了準(zhǔn)確性和效率。通過Ruzor以及VR眼鏡可以對(duì)模型進(jìn)行場(chǎng)景體驗(yàn)，切身體驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，提高溝通效率。

2.7 設(shè)計(jì)修改

另外，在本次應(yīng)用中，進(jìn)行了多次的設(shè)計(jì)修改，基于BIM模型信息之間存在關(guān)聯(lián)，當(dāng)某一信息發(fā)生修改時(shí)，其他相關(guān)信息、相關(guān)的圖紙及工程量表等輸出信息均會(huì)同步更新。極大的便利了設(shè)計(jì)修改，同時(shí)也減少了因溝通不足造成的錯(cuò)誤。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用尚存在的問題

1）由于BIM相關(guān)軟件大多是基于房建系統(tǒng)進(jìn)行開發(fā)的，對(duì)于水運(yùn)工程存在很多不適用性，如缺少相應(yīng)的構(gòu)件模塊，所有構(gòu)件需要自己創(chuàng)建，參數(shù)自己設(shè)置，對(duì)模型的構(gòu)件數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化以及與其他軟件的銜接會(huì)存在一定的影響。

2）由于各軟件間的數(shù)據(jù)暫時(shí)還無法達(dá)到無縫、完整、精確的交互，與計(jì)算軟件間的交互尚存在一些不足，難以實(shí)現(xiàn)一體化計(jì)算設(shè)計(jì)，如現(xiàn)有的BIM軟件，在不同的BIM系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的交互尚未達(dá)到數(shù)據(jù)無障礙交互，如Autodesk和Dassault之間的交互通過IFC格式數(shù)據(jù)和插件完成，但是導(dǎo)入到對(duì)方軟件里面，模型的屬性存在大量丟失，而且不再具備可編輯性。

3）在水運(yùn)工程建模中還存在較多的技術(shù)問題，比如三維地形的建立和不同土層按不同坡比放坡計(jì)算，對(duì)于水下疏浚工程為重點(diǎn)內(nèi)容之一的碼頭工程的建模存在一定的影響。

4）Revit在出圖過程中，尚無法進(jìn)行自動(dòng)輸出，需要通過半人工化對(duì)圖紙進(jìn)行修改，間接增加了設(shè)計(jì)人員的工作量，這也是推進(jìn)BIM在設(shè)計(jì)中應(yīng)用的阻力之一。

4 結(jié) 語(yǔ)

1）本次通過Autodesk和Dassault兩個(gè)系統(tǒng)的BIM軟件基本實(shí)現(xiàn)了BIM技術(shù)在碼頭工程設(shè)計(jì)中的基本應(yīng)用探索。

2）通過BIM技術(shù)應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)可視化、協(xié)同以及參數(shù)化設(shè)計(jì)可以較大的提高設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)出錯(cuò)率。

3）由于水運(yùn)行業(yè)BIM技術(shù)應(yīng)用發(fā)展較慢，尚存在著猶如軟件支持不夠，技術(shù)不夠完善，人才缺乏等問題，對(duì) BIM 技術(shù)應(yīng)用推廣造成了較大的制約。

4）BIM 技術(shù)距離推廣還有很長(zhǎng)的路要走，大量的問題待通過進(jìn)一步的力量研究和工程實(shí)踐去逐步解決。

5）基于現(xiàn)狀，現(xiàn)階段可以根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行階段性應(yīng)用，用其可用部分。

6）作為一項(xiàng)革新技術(shù)，是水運(yùn)工程發(fā)展的大趨勢(shì)，研究BIM技術(shù)是十分有意義的。