BIM 技術(shù)在水運(yùn)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

■鄭志彬

(福建省港航勘察設(shè)計(jì)研究院，福州 350002)

建筑信息模型(Building Information Modeling，以下簡(jiǎn)稱(chēng)BIM)，是以數(shù)字化驅(qū)動(dòng)三維模型，集成了建筑工程項(xiàng)目各階段、 各參與方以及其他相關(guān)信息的數(shù)字化工程模型[1-2]。BIM 模型中的信息具有結(jié)構(gòu)化、可視化以及關(guān)聯(lián)性特點(diǎn)， 因此模型中的信息可以在工程全壽命周期的各個(gè)階段得到有效的組織和應(yīng)用，從而在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工以及運(yùn)維階段都能發(fā)揮BIM 技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。 BIM 技術(shù)作為一種全新的技術(shù)手段和理念，為項(xiàng)目的各階段、各參與方提供了新的解決方案， 我國(guó)也將BIM 技術(shù)列為國(guó)家信息戰(zhàn)略的一部分，并在國(guó)家層面的“十三五”規(guī)劃中將其并入建筑信息化發(fā)展綱要。 同時(shí)各地方也在大力推進(jìn)BIM 技術(shù)在建筑工程行業(yè)的研究和應(yīng)用，如甘肅省人民政府辦公廳在2018 年8 月發(fā)文， 要求 “到2020 年省內(nèi)甲級(jí)設(shè)計(jì)院BIM 出圖率不低于30%， 乙級(jí)設(shè)計(jì)院BIM 出圖率不低于15%，其中大型公共建筑BIM 出圖率達(dá)到100%”。 因此開(kāi)展BIM 技術(shù)在水運(yùn)工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)非常緊迫。

本文以福州港白馬港區(qū)灣塢作業(yè)區(qū)8 號(hào)泊位工程EPC 項(xiàng)目的設(shè)計(jì)為例，介紹BIM 三維協(xié)同設(shè)計(jì)在水運(yùn)工程項(xiàng)目中的實(shí)施過(guò)程，并介紹結(jié)合BIM 模型衍生出來(lái)的其他技術(shù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)BIM 三維協(xié)同設(shè)計(jì)方法和技術(shù)應(yīng)用的總結(jié)和積累，為水運(yùn)工程行業(yè)進(jìn)一步推動(dòng)BIM 技術(shù)的應(yīng)用提供參考。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

福州港白馬港區(qū)灣塢作業(yè)區(qū)8# 泊位工程位于福建省寧德市灣塢鎮(zhèn)半嶼村， 建設(shè)規(guī)模為5 萬(wàn)噸級(jí)通用泊位1 個(gè)， 年貨物吞吐量200 萬(wàn)噸， 設(shè)計(jì)年通過(guò)能力210 萬(wàn)噸。

本工程主要建設(shè)內(nèi)容含：5 萬(wàn)噸級(jí)碼頭平臺(tái)一座，連接棧橋兩座， 新建護(hù)岸總長(zhǎng)1489m， 形成陸域總面積約10.8 萬(wàn)m2，陸域內(nèi)配套建設(shè)件雜貨堆場(chǎng)、集裝箱堆場(chǎng)、倉(cāng)庫(kù)、生產(chǎn)調(diào)度樓、機(jī)修車(chē)間、變電所等。本工程建筑物種類(lèi)較多，主要有高樁梁板式碼頭平臺(tái)和棧橋、斜坡式拋石護(hù)岸、堆場(chǎng)及各類(lèi)生產(chǎn)輔助建筑物，是一個(gè)典型的高樁碼頭項(xiàng)目。

1.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

(1)工期緊張。 項(xiàng)目總工期約26 個(gè)月，要完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)、審批、采購(gòu)、施工、驗(yàn)收、調(diào)試等工作，工期非常緊張；

(2)設(shè)計(jì)難度大。項(xiàng)目涉及專(zhuān)業(yè)多，包括總圖、水工、工藝設(shè)備、給排水、電氣等，專(zhuān)業(yè)間提資頻繁，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜；

(3)項(xiàng)目意義重大。 該項(xiàng)目是江西省上饒市在福建省投資建設(shè)的首個(gè)飛地港項(xiàng)目， 工程建設(shè)打造贛北新的出海通道，深化閩贛兩省經(jīng)貿(mào)合作，項(xiàng)目意義重大，對(duì)本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)質(zhì)量、工期和方案要求高。

1.3 BIM 技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)

針對(duì)上述項(xiàng)目難點(diǎn)， 本工程設(shè)計(jì)過(guò)程中制定了BIM技術(shù)的應(yīng)用目標(biāo)：

(1)項(xiàng)目BIM 設(shè)計(jì)的統(tǒng)一管理。 搭建Vault 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)各專(zhuān)業(yè)參與人員設(shè)計(jì)文件的統(tǒng)一管理，并制定設(shè)計(jì)工作流程，對(duì)項(xiàng)目BIM 工作進(jìn)行規(guī)范；

(2)基礎(chǔ)建模與深化應(yīng)用。 基于BIM 技術(shù)設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)階段的錯(cuò)漏碰缺問(wèn)題，提高質(zhì)量和效率；

(3)減少項(xiàng)目成本和工期。 通過(guò)BIM 技術(shù)的三維可視化特點(diǎn)，向業(yè)主直觀介紹設(shè)計(jì)意圖，減少業(yè)主圖紙審閱時(shí)間，壓縮設(shè)計(jì)周期。

2 BIM 技術(shù)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的應(yīng)用

2.1 BIM 實(shí)施方案

在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作開(kāi)展初期， 根據(jù)工程規(guī)模、WBS結(jié)構(gòu)和專(zhuān)業(yè)安排，制定了本項(xiàng)目的BIM 管理及實(shí)施方案和BIM 實(shí)施策略書(shū)， 對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中的BIM 團(tuán)隊(duì)組建、各專(zhuān)業(yè)模板文件、文件名、模型顏色模式、構(gòu)件編碼等內(nèi)容進(jìn)行規(guī)范， 為設(shè)計(jì)模型到施工階段深化應(yīng)用提供了標(biāo)準(zhǔn)化條件。

2.2 BIM 協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)平臺(tái)與設(shè)計(jì)流程

BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)最大的區(qū)別在于設(shè)計(jì)模式和流程的轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程屬于典型的“串聯(lián)”模式[3]，專(zhuān)業(yè)間的工作方式主要是協(xié)調(diào)而非協(xié)同，即不同專(zhuān)業(yè)間按照時(shí)間順序， 需要以設(shè)計(jì)文件和文本模式的信息傳遞作為提資條件， 當(dāng)設(shè)計(jì)變更或者信息傳輸不暢時(shí)引起信息流中斷或延后， 會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)成果的間斷或錯(cuò)誤， 這種設(shè)計(jì)模式使得專(zhuān)業(yè)間工作效率低下且費(fèi)工費(fèi)時(shí)，直接影響了設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。 與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模型相比，BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)文件共享于云端，各專(zhuān)業(yè)之間實(shí)時(shí)鏈接所需文件，實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過(guò)程中及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)修改。 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)能將常規(guī)項(xiàng)目的“串聯(lián)”設(shè)計(jì)流程轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄬?zhuān)業(yè)“并行”的設(shè)計(jì)流程，各專(zhuān)業(yè)能夠共享其他專(zhuān)業(yè)的最新設(shè)計(jì)信息，實(shí)時(shí)查看、修改、更新，發(fā)現(xiàn)及解決設(shè)計(jì)過(guò)程中專(zhuān)業(yè)間協(xié)同的問(wèn)題，商討最優(yōu)方案，提高設(shè)計(jì)效率，減少不必要的銜接錯(cuò)誤，提高信息溝通的效率和準(zhǔn)確性，最大程度利用BIM 技術(shù)來(lái)提高項(xiàng)目的數(shù)字化水平， 減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高項(xiàng)目質(zhì)量[4]。

實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)的核心在于BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)的搭建，本項(xiàng)目采用Autodesk Vault 平臺(tái)，該平臺(tái)能夠兼容目前市面上幾乎所有的BIM 軟件以及office 辦公軟件如word、excel 等，并以插件的形式直接內(nèi)嵌在軟件內(nèi)部，該功能能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中隨時(shí)訪問(wèn)項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)， 達(dá)到實(shí)時(shí)協(xié)同與定時(shí)協(xié)同的目的。

依托BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)各專(zhuān)業(yè)人員的設(shè)計(jì)文件共享在一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)中，不同專(zhuān)業(yè)的BIM 模型通過(guò)鏈接的形式進(jìn)行共享。由于共享的文件只有一個(gè)源頭，即BIM 協(xié)同平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中的最新模型，因此模型的修改、新增或刪減將實(shí)時(shí)共享于相互的設(shè)計(jì)過(guò)程中， 整個(gè)過(guò)程不再受時(shí)間、地點(diǎn)、距離以及溝通方式的限制，將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中的提資改變?yōu)锽IM 設(shè)計(jì)過(guò)程中的同步與交互，增強(qiáng)了專(zhuān)業(yè)間的設(shè)計(jì)互動(dòng)，減少了設(shè)計(jì)中的錯(cuò)漏碰等問(wèn)題，提高效率和質(zhì)量。

2.3 設(shè)計(jì)過(guò)程中的BIM 技術(shù)應(yīng)用成果

在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過(guò)程中， 依托BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)，各專(zhuān)業(yè)除了開(kāi)展基于各自BIM 軟件的模型構(gòu)建、設(shè)計(jì)深化與出圖、工程量計(jì)算等，還開(kāi)展了三維可視化交付等探索和應(yīng)用，具體內(nèi)容為：

(1)企業(yè)族庫(kù)管理：族庫(kù)是BIM 模型的基礎(chǔ)與核心，建立基于協(xié)同平臺(tái)Vault 的企業(yè)族庫(kù)管理可以有效保障設(shè)計(jì)成果的質(zhì)量和效率， 設(shè)計(jì)過(guò)程中各專(zhuān)業(yè)人員可以直接從平臺(tái)上鏈接族庫(kù)文件， 這些文件經(jīng)過(guò)公司層面的校對(duì)、審核和審定，族庫(kù)參數(shù)和模型標(biāo)準(zhǔn)滿(mǎn)足要求，從而保障了BIM 模型底層數(shù)據(jù)的質(zhì)量。 同時(shí)本項(xiàng)目的新建族補(bǔ)充進(jìn)入企業(yè)族庫(kù)，為以后項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)。

(2)各專(zhuān)業(yè)BIM 模型深化：通過(guò)本項(xiàng)目BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)，各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員實(shí)現(xiàn)了基于BIM 模型的深化設(shè)計(jì)，利用Vault 平臺(tái)本身的工作流程和權(quán)限管理，實(shí)現(xiàn)了文件版本的追溯與控制。專(zhuān)業(yè)間模型的相互參考引用、協(xié)同工作，在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上將BIM 模型深化，并最終通過(guò)模型直接生產(chǎn)各專(zhuān)業(yè)圖紙和工程量信息， 連同碰撞檢測(cè)與渲染漫游等文件提交業(yè)主進(jìn)行審閱， 直觀表達(dá)了設(shè)計(jì)意圖(見(jiàn)圖1)。

(3)土石方設(shè)計(jì)：本項(xiàng)目采用Civil 3D 軟件、部件編輯器Subassembly Composer 配合Vault 平臺(tái)進(jìn)行土石方設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2、圖3)，實(shí)現(xiàn)了港池疏浚、基槽開(kāi)挖和護(hù)岸結(jié)構(gòu)的三維建模、施工圖設(shè)計(jì)、出圖和工程量統(tǒng)計(jì)，并將模型導(dǎo)入Navisworks 中進(jìn)行模型的總裝， 實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的整體效果展示和預(yù)覽。

(4)多專(zhuān)業(yè)管線綜合：各專(zhuān)業(yè)模型更新至vault 平臺(tái)，BIM 協(xié)調(diào)員利用Navisworks 從vault 上實(shí)時(shí)鏈接數(shù)據(jù)，完成模型總裝和碰撞檢測(cè)， 并將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)反饋給各專(zhuān)業(yè)進(jìn)行調(diào)整，提高設(shè)計(jì)和建模質(zhì)量。

(5)三維可視化交付：傳統(tǒng)的二維圖紙業(yè)主對(duì)于設(shè)計(jì)意圖的理解較不方便， 往往會(huì)影響整個(gè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)周期。 本項(xiàng)目將最終的BIM 總裝模型進(jìn)行渲染，直觀展示項(xiàng)目情況和設(shè)計(jì)意圖， 促進(jìn)業(yè)主對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)理念的認(rèn)同，減少業(yè)主審閱時(shí)間，壓縮設(shè)計(jì)周期，取得了良好的效果。

3 應(yīng)用效果

本項(xiàng)目通過(guò)搭建BIM 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)， 各專(zhuān)業(yè)利用BIM 技術(shù)作為主要手段，順利完成了項(xiàng)目設(shè)計(jì)工作。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)BIM 技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)了團(tuán)隊(duì)的高效協(xié)作與信息共享，保證了全過(guò)程數(shù)據(jù)鏈的正向運(yùn)行，不僅通過(guò)BIM 模型直觀表達(dá)設(shè)計(jì)意圖，通過(guò)管線綜合、模型鏈接等工序?qū)崿F(xiàn)了設(shè)計(jì)質(zhì)量提升，提升了項(xiàng)目的整體管控。基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用效果總結(jié)如下：

圖1 本項(xiàng)目水工、工藝、電氣和給排水專(zhuān)業(yè)模型

圖2 港池疏浚和護(hù)岸基槽開(kāi)挖

圖3 護(hù)岸整體模型

圖4 三維可視化展示效果

(1)管理提升。建立數(shù)據(jù)協(xié)同服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段BIM 數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理，提升了管理的效率。

(2)設(shè)計(jì)質(zhì)量提升。本項(xiàng)目通過(guò)細(xì)部建模，直觀檢查設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，提升設(shè)計(jì)精度；通過(guò)碰撞檢測(cè)，減少管線交叉問(wèn)題，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。

(3)節(jié)約費(fèi)用和工期。 采用BIM 模型的可視化特點(diǎn)，減少業(yè)主審閱圖紙時(shí)間，進(jìn)而縮短項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期；通過(guò)管線碰撞檢測(cè)， 將可能因碰撞問(wèn)題引起的設(shè)計(jì)變更在設(shè)計(jì)階段提前規(guī)避，節(jié)省項(xiàng)目施工工期。

4 總結(jié)

BIM 技術(shù)集成3D 模型與數(shù)據(jù)信息， 基于BIM 技術(shù)的協(xié)同設(shè)計(jì)是建筑工程領(lǐng)域一次技術(shù)變革， 也是未來(lái)水運(yùn)工程行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。 本文介紹了福州港白馬港區(qū)灣塢作業(yè)區(qū)8# 泊位工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程的BIM 技術(shù)應(yīng)用情況和效果，分析了各應(yīng)用在協(xié)同設(shè)計(jì)中的價(jià)值和作用，為未來(lái)類(lèi)似項(xiàng)目的開(kāi)展提供參考。 同時(shí)需要說(shuō)明的是，BIM技術(shù)在水運(yùn)工程中的協(xié)同設(shè)計(jì)是一個(gè)系統(tǒng)工程， 涉及的專(zhuān)業(yè)方向多、技術(shù)領(lǐng)域廣，流程和標(biāo)準(zhǔn)等也需要進(jìn)一步完善和補(bǔ)充，只有行業(yè)中越來(lái)越多的人和項(xiàng)目參與其中，才能最大程度發(fā)掘BIM 技術(shù)應(yīng)用的價(jià)值。