BIM+智慧工地在欽州港自動化集裝箱碼頭施工階段的應用

鄧秋楠

(廣西欽州保稅港區(qū)盛港碼頭有限公司，廣西 欽州 535008)

隨著我國城市數(shù)字化和信息化進程的推進，BIM技術的應用逐步涉及建筑工程建設以外的其他領域[1]。2018年3月頒布的《交通運輸部辦公廳關于推進公路水運工程BIM技術應用的指導意見》建立了BIM技術應用相關標準體系，為BIM技術在水運工程領域的應用指明了發(fā)展方向[2]，推動港口建設向智慧化轉型升級[3]。

近年來，國內BIM技術在水運工程中的應用初見成效。在船閘工程施工管理方面，利用BIM技術的可視化、模擬性和優(yōu)化性特征進行施工技術交底、碰撞檢查、精細化質量管理、工程風險管理，提高船閘工程施工質量及安全管理水平[4]。在高樁碼頭樁基施工過程中，基于BIM模型進行樁基碰撞檢驗，優(yōu)化樁基凈間距，模擬沉樁過程，確定合理沉樁施工方案，確保高樁碼頭樁基順利完成施工[5]。珠海液化石油氣(LPG)高樁碼頭工程通過BIM技術軟件及動態(tài)監(jiān)控手段對工程的工程量、工期、材料及施工安全進行控制，從而實現(xiàn)施工成本有效控制[6]。

與傳統(tǒng)集裝箱碼頭不同，自動化集裝箱碼頭工程體量大，管線布設復雜，施工交叉作業(yè)面多且干擾大，對工程的施工管理有著較高的要求，采用常規(guī)技術手段解決這些問題往往力不從心。本文以欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9#、10#泊位工程為例，總結自動化集裝箱碼頭施工階段“BIM+智慧工地”的應用過程與方法，有效提升施工安全管理、進度及成本控制、質量控制等管理水平，為BIM技術在類似工程施工階段的應用提供參考。

1 工程概況

欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9#、10#泊位工程位于廣西欽州保稅港區(qū)內的南端，緊鄰8#泊位南側延長線。工程建設2個長度為783 m的自動化集裝箱泊位，陸域面積約63.2萬m2，碼頭設計年通過能力為160萬TEU，工程總投資約40.5億元，可靠泊20萬噸級集裝箱船。工程建設內容主要包括沉箱重力式碼頭、疏浚工程、水工建筑物、道路堆場工程、導助航工程等。

欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9#、10#泊位工程是北部灣港智慧港口建設的標志性項目，創(chuàng)新性地采用U形裝卸工藝布局方案，外集卡和智能導引運輸車(intelligent guided vehicle，IGV)均可進堆場，增加集裝箱裝卸的交互點，顯著提高堆場的裝卸效率。

2 應用優(yōu)勢

欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9#、10#泊位工程為20萬噸級自動化集裝箱泊位，工程體量大，管線布設復雜，交叉作業(yè)面多且干擾大；人、機、料等各種資源的投入強度高于常規(guī)項目，項目施工管理難度大。

利用BIM技術的可視化、協(xié)同性、優(yōu)化性及參數(shù)化等優(yōu)勢，通過施工方案模擬、可視化技術交底、進度推演、智慧工地管理系統(tǒng)等應用，豐富施工管理手段，提升項目智慧化、信息化管理水平，有效解決了本工程建設難點。

3 BIM組織架構

BIM組織架構見圖1，建設單位總體把控BIM技術應用方向及成果交付標準、統(tǒng)籌全局，設計和施工單位負責具體應用的實施，監(jiān)理單位參與管理，分工明確、管理科學。

圖1 BIM組織架構

4 BIM應用方案

策劃準備階段，項目建設單位明確了BIM成果交付具體要求，設定關鍵時間節(jié)點，施工單位根據(jù)成果交付標準組建BIM團隊、制定BIM實施導則，包含BIM人才培養(yǎng)計劃、BIM技術制度匯編、BIM技術保證措施、人員保證措施和資金保證措施等，確保BIM工作有序開展。

工程施工階段，基于設計BIM模型開展深化應用，結合智慧工地管理系統(tǒng)，輔助指導施工、實現(xiàn)施工方案模擬，臨建設施三維場布，動態(tài)管理進度、質量、安全、成本等，現(xiàn)場實時監(jiān)控、無人值守地磅等。

工程建設完成后，創(chuàng)建BIM竣工模型，并將模型、平臺及其他相關成果進行整體數(shù)字化交付。

5 BIM應用成果

5.1 施工方案模擬及技術交底應用

本項目沉箱預制采用了墻段鋼筋分段預綁扎整體吊裝工藝，利用BIM技術進行鋼筋整體吊裝施工過程可視化模擬(圖2)，對施工方案的安全性、施工機械的運行方式、施工方法和工序等進行方案可行性論證。利用BIM技術可視化特點，對施工中的重點、難點和工藝復雜的施工區(qū)域進行4D可視化演示，明確施工工藝及標準，降低施工技術人員理解難度，避免因人為理解誤差而導致的施工偏差，提前發(fā)現(xiàn)并解決復雜技術問題，管控風險，提升項目安全管理水平。

圖2 鋼筋整體吊裝可視化模擬

5.2 智能沉箱生產(chǎn)管理系統(tǒng)應用

將BIM模型導入到Unity 3D中，利用Unity訪問后臺數(shù)據(jù)指令，完成場景搭建。施工現(xiàn)場設置RFID芯片采集前端數(shù)據(jù)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術開發(fā)專用生產(chǎn)管理系統(tǒng)(圖3)，通過專用掃碼儀器隨時記錄沉箱每道工序的名稱、作業(yè)時間、當前狀態(tài)等施工數(shù)據(jù)并保存到云端，數(shù)據(jù)驅動模型可視化模擬現(xiàn)場進度，實現(xiàn)沉箱預制數(shù)字孿生、項目施工信息化管理。

圖3 智能沉箱生產(chǎn)管理系統(tǒng)

5.3 鋼筋翻樣插件應用

采用基于BIM自主研發(fā)的鋼筋下料系統(tǒng)，實現(xiàn)鋼筋模型的自動加工和精細化管理，使切割鋼筋科學長短搭配，實現(xiàn)套料最優(yōu)、廢料最少。本項目鋼筋利用率達到99.2%，真正發(fā)揮BIM技術在施工中的作用，有效節(jié)約成本。鋼筋翻樣插件應用見圖4。

圖4 鋼筋翻樣插件應用

5.4 智慧工地系統(tǒng)應用

1)Dynamo應用。本項目排水板數(shù)量多，且布局區(qū)域成矩形分布，施工階段利用Dynamo可視化編程工具，處理模型批量放置、模型編碼等重復性高的工作，實現(xiàn)批量導出設計坐標及工程量，方便了現(xiàn)場技術人員進行坐標定位，工程量統(tǒng)計等工作，提高施工效率。

2)進度推演。利用Fuzor軟件將施工進度計劃與BIM模型掛接，進行4D施工進度模擬，管理人員可通過進度推演分析進度編排是否合理，便于及時編排和調整進度計劃。通過Revit和P6軟件的二次開發(fā)，形成人、機、料等資源與進度的一體化管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)互通，具有輔助進度計劃編制和輔助進度管理等直接功能，可作為中樞數(shù)據(jù)平臺，為其他BIM應用點提供時間數(shù)據(jù)，驅動其他BIM應用點落地管理。

3)快速制作檢驗批。通過excel建立標準的檢驗批格式樣板，將BIM模型與資料掛鉤，利用BIM管理平臺的信息存儲與信息共享的功能，制定驗收流程及驗收內容，將驗收的結果生成檢驗批資料，實現(xiàn)檢驗批資料自動批量制作、自動儲存的功能，避免資料丟失、提升項目信息化管理水平。

4)BIM+GIS平臺?；凇癇IM+GIS”的方式，通過相關電子地圖軟件，下載高分辨率點云數(shù)據(jù)作為基礎地形測量資料，準確反映地形的幾何信息和紋理信息，創(chuàng)建基礎地形模型，通過平臺進行模型數(shù)據(jù)發(fā)布整合，形成項目“BIM+GIS”的可視化展示效果。項目管理人員可查詢坐標、距離、面積等相關數(shù)據(jù)，對模型進行顯隱、剖切、模型定位、分屏展示等操作，便于項目管理討論及分析。

5)智慧工地管理平臺。自主開發(fā)智慧工地管理平臺(圖5)采用BIM技術+智慧工地系統(tǒng)的先進管理理念，利用BIM技術結合圖形輕量化引擎技術構建平臺基礎框架，對模型進行輕量化處理，實現(xiàn)在網(wǎng)頁端和移動端BIM模型快速瀏覽，精細化、信息化、科學化管理施工過程，打通各階段信息壁壘。

圖5 智慧工地管理平臺

5.5 智慧工地管理平臺應用

安全管理方面。通過施工現(xiàn)場視頻監(jiān)控模塊，管理人員可隨時隨地查看現(xiàn)場是否存在習慣性違章行為、反復性隱患等，遇突發(fā)情況或管理存在爭議時，可追溯監(jiān)控錄像，提高項目施工安全管理能力。

質量控制方面。將施工原材料、質檢人員、施工過程等信息關聯(lián)至BIM模型，實現(xiàn)動態(tài)化質量追溯、現(xiàn)場流程化質量管理，豐富項目質量管理手段、提升項目質量管理水平。

進度管理方面。將施工進度計劃與BIM模型進行整合，以4D的形式清晰展示工程進度安排，可根據(jù)現(xiàn)場施工實際進度合理調整施工計劃及資源投入。

勞務及物資驗收管理方面。在4D模型基礎上添加人、機、料、費用等信息，實現(xiàn)項目整體的5D模擬，BIM模型關聯(lián)資料作為驗收的基本條件和構件是否完工的依據(jù)，方便項目管理人員直觀了解項目建造過程的費用和投資情況。

6 結論

1)依托欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9#、10#泊位工程實例，探索BIM技術在自動化集裝箱碼頭項目施工中的應用，體現(xiàn)了BIM技術對于提升項目管理水平、實現(xiàn)信息化管理及積累數(shù)字化成果、提升工程質量等方面的重要價值。

2)欽州港大欖坪港區(qū)大欖坪南作業(yè)區(qū)9#、10#泊位工程BIM技術的成功應用，提高了項目建設的數(shù)字化、信息化管理水平，豐富了項目管理手段，充分展現(xiàn)了BIM技術在自動化集裝箱碼頭項目施工階段應用的優(yōu)越性。后續(xù)將進一步探索BIM技術在自動化集裝箱碼頭項目全生命期的應用價值。