BIM技術(shù)在港口基礎(chǔ)設(shè)施維修管理中的應(yīng)用探索

許益益

上海建工集團工程研究總院 上海 201114

港口一直被視為國際市場上的重要戰(zhàn)略基礎(chǔ)設(shè)施，隨著“一帶一路”倡議的提出，沿海港口的建設(shè)也迎來了新的發(fā)展。港口的建設(shè)離不開基礎(chǔ)設(shè)施為其提供的持續(xù)性服務(wù)，建立適合港口要求的基礎(chǔ)設(shè)施維修管理系統(tǒng)是非常必要的。BIM技術(shù)的出現(xiàn)大大提高了工程項目的效率，可視化的特性也使得其在民用和工業(yè)建筑中蓬勃發(fā)展。但是，港口基礎(chǔ)設(shè)施與民用和工業(yè)項目的基礎(chǔ)設(shè)施有很大不同，其信息描述是非常復(fù)雜的[1-2]。本文將探索BIM技術(shù)在港口基礎(chǔ)設(shè)施維修管理中的設(shè)計與應(yīng)用。

1 港口基礎(chǔ)設(shè)施維修管理中BIM應(yīng)用的挑戰(zhàn)

港口在運作過程方面較為復(fù)雜，使港口基礎(chǔ)設(shè)施維修管理中的BIM應(yīng)用更加困難。此外，為港口基礎(chǔ)設(shè)施開發(fā)各種風(fēng)險評估的專業(yè)技術(shù)也是一個重要挑戰(zhàn)。建筑對象操作規(guī)劃的基礎(chǔ)設(shè)施在項目過程中需要進行標(biāo)準(zhǔn)化，但目前它們的形式和標(biāo)準(zhǔn)模板的創(chuàng)建尚未開展，只有一般化和最小化的要求。

此外，大多數(shù)港口基礎(chǔ)設(shè)施都只有2D施工文件。本文通過檢索資料，分析了至少數(shù)十個港口基礎(chǔ)設(shè)施，發(fā)現(xiàn)只有極少數(shù)存在項目文件可供使用，并且其中的主要文件是港口基礎(chǔ)設(shè)施的驗收報告，包含的信息極少。文檔的組成也因基礎(chǔ)設(shè)施結(jié)構(gòu)的不同而有所差異。如果對建筑進行更改，則必須重新設(shè)計基礎(chǔ)設(shè)施，此過程低效、耗時且無序，并不符合標(biāo)準(zhǔn)化的原則。另一個十分重要的挑戰(zhàn)是將港口所在區(qū)域的巖土工程數(shù)據(jù)整合到BIM模型中，并對其進行改進和補充。以前的大多數(shù)項目沒有考慮到限制信息模型的實地信息，將地質(zhì)結(jié)構(gòu)方面的巖土數(shù)據(jù)集成到BIM模型中的方法還沒有得到充分的研究，這對港口運輸基礎(chǔ)設(shè)施是一個致命缺點。其他一些挑戰(zhàn)包括港口項目，缺乏標(biāo)準(zhǔn)建筑元素庫，部分防波堤、柵欄或海岸加固是由天然材料、撕裂的石頭制成的，這些材料的可視化很差。對于這些元素，LOD技術(shù)很難形式化，將它們的鏈接結(jié)構(gòu)描述為IFC模型也存在困難。

2 港口運維模型集成方法

2.1 港口地理環(huán)境信息獲取方法

生成港口信息模型的過程必須從搜索港口項目所在環(huán)境的制圖數(shù)據(jù)（正射影像、地形、測深等）開始，使港口基礎(chǔ)設(shè)施能符合其所處的地理環(huán)境，并能夠?qū)λ邢嚓P(guān)要素進行正確的地理參考。使用制圖信息，在Revit中生成與現(xiàn)有的拓撲表面相同或非常相似的拓撲表面，然后對現(xiàn)有地形進行建模。

現(xiàn)有的地形建模過程可以通過2種不同的方式進行。

第1種是在二維投影中建模，通過將基礎(chǔ)設(shè)施的二維（地板、海拔、剖面等）合并到Revit中創(chuàng)建三維模型。每個模板被放置在視圖和相應(yīng)的標(biāo)高，過濾繪圖只顯示來自2D的必要信息。

第2種方法是從三維數(shù)據(jù)建模，此方法是通過點云或網(wǎng)格建模，可以使用以下幾種設(shè)備簡化獲取流程：地形設(shè)備，通過從固定點進行測量對點云進行收集，操作簡單但是耗時，且成本很高；激光掃描儀，可自動移動，在每次數(shù)據(jù)收集中收集數(shù)百萬個點，但該設(shè)備成本較高；攝影測量，對要建模的元素進行拍照，從而創(chuàng)建點云，該系統(tǒng)需要專業(yè)的操作人員，但可以獲得更好的建模效果。

2.2 港口基礎(chǔ)設(shè)施運維BIM模型的實施管理

構(gòu)建港口運維BIM模型的關(guān)鍵在于必須實時更新建設(shè)項目模型，以獲得實際執(zhí)行的項目模型。為此，模型的所有元素必須以參數(shù)的形式包含一系列屬性，且允許對所有相關(guān)數(shù)據(jù)進行排序和分類。這些屬性必須包含元素的名稱、元素的標(biāo)識代碼以及根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)的元素分類系統(tǒng)的組裝代碼。利用BIM方法對模型進行信息管理的一個基本要素是元素分類系統(tǒng)。目前，有不同的元素分類系統(tǒng)，在國際標(biāo)準(zhǔn)中，最常用的元素分類系統(tǒng)是Omniclass、Uniclass2015和Uniformat。然而，它們中沒有一個系統(tǒng)可對構(gòu)成港口和海事工程的要素進行分類。在本文研究的過程中，分析了港口基礎(chǔ)設(shè)施中可能發(fā)生的和最具代表性的損壞情況，例如濾料損失、石板開裂、海底沖刷、沉井開裂、沉箱加固的腐蝕、樁鋼筋銹蝕、上板鋼筋銹蝕、回填泄漏、碼頭傾斜或位移等，并對港口BIM指南分類提出了建議。

一旦模型生成，就必須將一系列參數(shù)納入模型。這些參數(shù)必須包含在BEP（項目BIM執(zhí)行計劃）中，并添加到模型的每個相應(yīng)元素中。參數(shù)是Revit對象最重要的部分之一，它們包含每個元素的所有信息。通過為模型的元素分配一系列參數(shù)，以確定它們的保存狀態(tài)信息。這些參數(shù)的選擇是根據(jù)港口相關(guān)的法律法規(guī)而定的，是檢驗單必須包含的最小數(shù)據(jù)量。參數(shù)定義如下：元素名稱和相關(guān)標(biāo)識代碼；地址，并注明其所屬的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，如防波堤、碼頭等；定位圖，其圖像允許在港口草圖中顯示元素的大致位置；檢查單，其圖像中填寫了所有數(shù)據(jù)；檢查項目的日期；最后一次檢查項目的日期；檢查類型的指示；將進行視察的工作小組；在港口進行的養(yǎng)護工作類型；詳細說明視察期間將進行的工作以及將給予特別注意的方面；詳細說明該項目的狀況和該項目中出現(xiàn)的異常情況；顯示視察中發(fā)現(xiàn)的要素或缺陷的照片；狀態(tài)水平，表示某一要素在特定時刻的情況，分為“非常好、好、一般、不好、破壞性的”五類；服務(wù)水平，用于衡量對用戶的關(guān)注，以及負責(zé)港口維護的人員在速度和效率方面對安裝過程中可能出現(xiàn)的不同問題作出的反應(yīng)；填寫所有上述數(shù)據(jù)的檢查文件的圖像；具體的監(jiān)視服務(wù)和預(yù)定的日常工作設(shè)備；定期檢查小組，通常由有關(guān)港口維護小組的人員組成；具體檢查小組，指特殊情況下需要進行的具體檢查，通常為外包人員團隊。而根據(jù)養(yǎng)護工作的類型，可分為以下幾種情況：對港口的運營支持，港口在既定服務(wù)水平上運作所需的所有活動；普通養(yǎng)護，所有旨在延長港口要素使用壽命的養(yǎng)護工程；額外養(yǎng)護，所有為修復(fù)安裝要素所需的活動。

通過與BIM技術(shù)的結(jié)合，使得港口模型可以在便攜式設(shè)備如平板電腦上查看，甚至可以使用虛擬和增強現(xiàn)實技術(shù)。在該技術(shù)的基礎(chǔ)下，運維人員可以從平板電腦上訪問Revit模型的版本，還可通過遠程連接平板電腦到包含程序的計算機中來訪問Revit模型。這樣，一旦進入端口，操作人員就能直接在Revit模型上獲取數(shù)據(jù)，填寫前文中提到的所有參數(shù)。建議將這些檢查單作為圖紙納入Revit模型，并給予特定的編號，這樣數(shù)據(jù)就能實時記錄下來，并與要檢查的每個元素相關(guān)聯(lián)。此外，該方法的另一個優(yōu)點是易于收集結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的缺陷或故障的圖形信息，因為使用平板電腦，工人可以對它們進行拍照，并直接鏈接到模型中的相關(guān)元素。通過這種方法，可大大提高港口運維人員的工作效率，能夠在檢查之前可視化港口出現(xiàn)的損壞，并了解其發(fā)展情況，也可減少一次檢查和另一次檢查之間的信息冗余。此方法應(yīng)用中使用的檢查單類型表，如圖1所示。

圖1 港口基礎(chǔ)設(shè)施的檢查單

3 港口運維模型的構(gòu)建

本節(jié)將以港口工程的防波堤為例，介紹如何構(gòu)建港口運維模型。首先在Revit中模擬建立一個臨時防波堤，如圖2所示。然后輸入一系列參數(shù)，即基礎(chǔ)設(shè)施的維護和保養(yǎng)需要納入模型的要素，將所有已建立的參數(shù)都包含在模型中。通過這一步驟，建筑模型被轉(zhuǎn)換為設(shè)施管理模型，且包括了有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施保護管理的所有信息。假設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施在其某些要素中存在缺陷或需要修復(fù)的損壞（不是真實的），檢查單包含上述要素維護的參數(shù)信息。一旦收集了檢查數(shù)據(jù)，就可以對檢測到的缺陷進行建模，并在模型中展示，如圖3所示。檢查單以PDF格式生成，以便在模型中存檔。通過這種方法，可以建立一個含有大量信息的模型。一般情況下，這些信息將被導(dǎo)出到一個作為保護和維護基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)據(jù)庫，由CMMS軟件管理。為了從模型中提取信息，還需生成維護計劃表，包含模型的所有質(zhì)量及其維護參數(shù)和組裝代碼。然后，通過應(yīng)用過濾器，只選擇那些表示損壞的情況。從2個模型中提取的維護規(guī)劃表及其解釋的示例如下，主防波堤養(yǎng)護計劃表：防波堤處于受損狀態(tài)，離端點60 m處防波堤的外墻有裂縫，使線管暴露在空氣中，此處需要加固。

圖2 在Revit中創(chuàng)建的防波堤

圖3 輸入檢查信息后防波堤開裂示意

4 結(jié)語

本文提出了一種新的用于港口的基礎(chǔ)設(shè)施管理方法，使港口能處理大量有關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的維護信息。在此過程中設(shè)計了一個與基礎(chǔ)設(shè)施管理相關(guān)的三維模型，且作為可視化工具與數(shù)據(jù)庫結(jié)合，幫助相關(guān)人員做出決策。與其他類型的基礎(chǔ)設(shè)施和建筑物相比，港口基礎(chǔ)設(shè)施在集成BIM方面的研究欠缺，且在現(xiàn)有的國際BIM標(biāo)準(zhǔn)中，海洋港口的現(xiàn)有要素沒有明確的分類或編碼。此外，在設(shè)計階段，有必要為后續(xù)的技術(shù)條件監(jiān)測分配單獨的建設(shè)性元素。如具有足夠準(zhǔn)確性的企業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)，就能確定從不同來源和企業(yè)部門獲得的操作文檔的形成過程。本文的研究將為進一步實現(xiàn)港口利用BIM技術(shù)進行基礎(chǔ)設(shè)施管理提供了參考。