基于BIM技術的徐圩港區規劃

閆曉敏，祁小輝，郭兆珈

（中交第三航務工程勘察設計院有限公司，上海 200032）

港區總體規劃設計在整個項目中發揮著重要的作用，主要包括兩方面的內容：一是合理地建立一種與周邊環境相融合的關系；二是有效合理地規劃整合港區內各專業之間的關系[1]，國內的港區項目從規劃到設計，再到最終的實施，基本還是采用傳統的計算機輔助二維設計[2-4]，傳統方式往往對環境因素考慮的不全面，規劃設計人員容易混淆大量的環境特性，效率低下，且容易造成規劃缺陷，難以實現港口合理規劃設計的目的。

BIM是一種全新的規劃、設計、建造及運營管理方法[5]，通過參數模型整合各種項目的相關信息，在項目規劃、設計、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，提供了一個可以供不同參與方進行協同使用的可視化[6]工作環境，保證了各個階段的項目參與者均能獲取精確、完整、實時的數據，提高了全生命周期中參與者的工作效率與準確性。為了實現港區全生命周期信息化、參數化與可視化，基于BIM的港區總體規劃發揮著至關重要的引領作用。本文基于Autodesk平臺，針對連云港港徐圩港區總體規劃項目進行了實際應用，以期為類似工程提供參考。

1 BIM規劃協同設計環境

BIM協同規劃設計旨在綜合考慮項目周邊建設環境，并便于大型項目前期方案研究和后期設計成果的整合與展示，在項目規劃階段全面融入BIM理念，為后期設計、建設、運營與維護等BIM的實現奠定堅實的基礎。但目前市面上存在大量成熟的BIM軟件多數是針對建設專業開發的，在水運工程應用方面仍存在一定程度的不適用性。因此，水運工程三維總體規劃這一復雜的項目并不是僅僅依靠某一軟件就能實現的。InfraWorks是一款側重于效果展示的軟件，其提供了突破性的三維建模和可視化技術，能夠更加高效地管理大型基礎設施模型和加速設計流程，還支持在云端更安全地集中發布、存儲和管理大型模型便于交付各種規模的項目[7]。但InfraWorks對地形模型依賴性很強，本身的模型生成器使用受限，采用地形處理分析功能突出的Civil 3D作為規劃設計前期的地形模型輸出。考慮到InfraWorks單體繪制效果相對粗糙，要素庫中可能不包含部分基礎結構等單體模型，無法達到實際效果，采用Revit進行單體模型補充。

BIM規劃協同設計環境圍繞用于規劃展示的InfraWorks軟件，集結地形建模Civil 3D、單體構建Revit等Autodesk系列軟件，見圖1。

圖1 BIM規劃協同設計環境Fig.1 BIM planning collaborative design environment

BIM協同規劃工作環境突破性地實現了三維可視化規劃設計，更加高效地管理港區基礎設施模型并協助加速設計流程，生成數據方案，更好地預測在現有環境中執行設計方案，加深決策者對項目全方位多角度的理解，以便作出更好的規劃與決策。

2 港區總體規劃BIM應用思路

港區總體規劃首先要依據現有地理、自然、環境條件、發展歷程與現狀，確定港界范圍、港池、突堤尺度等。其次在港區內確定港池、功能區與交通運輸設施的平面關系、豎向關系、管道綜合等港口配套設施的空間關系等。

BIM規劃協同設計環境中充分集結了各種類型BIM軟件擅長的工作，將重點規劃的結構基礎、航道等模型導入實際的環境因素中進行分析與檢查，從多因素多目標的角度對規劃方案進行調整直至達到最優。最后對周邊壞境與規劃方案進行渲染，輔助整個規劃方案的展示。具體的應用思路見圖2。

圖2 港區總體規劃BIM應用思路Fig.2 BIM application ideas of port area master plan

3 工程實例

3.1 工程概況

徐圩港區是連云港港新開辟的港區，規劃區域包括連云港市南部小丁港至灌河口段岸線及相應水、陸域范圍。主要目標為讓徐圩港區依托臨港工業起步，以干散貨、液體散貨和件雜貨運輸為主，相應發展集裝箱運輸，逐步發展成為腹地經濟和后方臨港工業服務的綜合性港區，具備裝卸倉儲、中轉換裝、運輸組織、現代物流、臨港工業、綜合服務等功能。

3.2 港區BIM規劃環境生成

3.2.1 創建原始地形曲面

1）隔離原始地形圖中的高程點，利用“提取數據”命令提取高程點數據形成外部高程點txt數據文件；

2）創建空曲面導入點文件生成地形的三角網曲面；

3）對可用于創建曲面的等高線，采用Civil3D中等高線賦值進行信息補充；地形圖中涉及的地形特征線（如堤壩、溝、坎等），可以根據實際地形情況，手動繪制三維多段線，并賦予每個頂點正確Z坐標，作為特征線參與構面；

4）對補充生成的曲面利用“對象查看器”檢查原始地形曲面，針對曲面中明顯錯誤直接修改原始數據（高程、原始等高線形狀或高程、特征線高程等）點后更新即可，或利用曲面修改工具直接修改曲面；生成原始地形三角網曲面最終版。

5）定義項目坐標，輸出imx格式的文件。

3.2.2 創建衛星影像

1）打開水經注地圖的Google Earth衛星影像，選中下載工具，框選出最初確定的港區規劃范圍，選擇下載模型與像素級別，指定下載文件夾與名稱等內容進行下載。

2）查看下載圖片的屬性，根據規劃范圍的實際長寬比對衛星圖形校準，以此更真實的還原徐圩港區與周邊環境。

3.2.3 環境生成

1）在Civil3D的“Raster Tools”插件工具欄下導入校準后的衛星影像，利用“Match”命令調整圖片比例與地形之間的相對位置；

2）利用Raster Tools工具中“world files”命令將航拍圖片轉為光柵圖片格式，并導出調整后的位置信息文件。

3）在InfraWorks軟件中創建一個項目文件夾，在“新模型”創建的對話框中選定該項目文件夾存放模型數據。在高級設置里面設置該模型所使用的坐標系統。導入已經提前準備好的imx的地形數據與衛星影像數據，分別為其設置坐標系，然后點擊“關閉并刷新”。生成的衛星影像覆蓋于地形上的港區規劃環境。

3.3 港區BIM規劃設計

3.3.1 港區功能區布置規劃

徐圩港區定位于為腹地經濟發展和后方臨港工業服務的綜合性港區，近期以服務于后方臨港工業園區為主，遠期兼顧為腹地物資中轉運輸服務。根據臨港工業區產業布局，結合徐圩港區的性質及發展方向，綜合考慮本區域資源特點，確定港區主要由液體散貨泊位區、干散貨泊位區、通用泊位區、集裝箱泊位區四大功能區組成。為擴大港區服務范圍，提升公共服務能力，在通用泊位區后方規劃規模相適應的倉儲物流園區，提高港區的現代化、專業化水平。功能區布置流程如下：1）在Civil 3D中對港區功能區按規劃思路對功能區與道路進行布置，并導出SDF文件；2）將SDF格式文件作為數據源導入InfraWorks，將功能區按照不同功能賦予不同類型的地塊覆蓋，并錄入相關信息。采用InfraWorks的樣式編輯器對導入的道路進行寬度與樣式設置，詳情見圖3。

圖3 InfraWorks整體規劃效果展示Fig.3 Demonstration of infraworks overall planning effect

3.3.2 水域布置規劃

港區開發擬結合航道工程以及港池、航道維護性疏浚，逐年吹填進行補充，以達到土石方平衡。本文以填挖平衡為參考確定航道的標高，在InfraWorks中構建水域、航道設計、圍堤設計等水域布置規劃內容。

首先，根據實際衛星影像與功能區規劃范圍在InfraWorks中創建水域。其次，根據港區功能區布置規劃，在Civil 3D中構建規劃的陸域設計曲面，通過選取設定基準曲面和對照曲面，生成凈空體積曲面，以便查詢填挖方量。通過多次調整設計標高并計算港池疏浚、填方方量，最終確定陸域設計標高+7.0 m，吹填標高+8.0～8.5 m（考慮部分超吹）。徐圩港區進港航道（五、六港池至外航道外段）規劃通航寬度350 m，航道底標高-21.7 m。五、六港池向內規劃通航寬度280 m，航道底標高-16.0～-16.5 m。通過InfraWorks樣式選項版定義航道斷面，規劃設計航道，并定義標高與邊坡，見圖3水域部分透明度較低部分的效果。

3.3.3 局部細節規劃

徐圩疏浚物處置4區位于六港池東側港區陸域，規劃為液體散貨泊位區，東側、北側依托擬建東防波堤外段，該區域圍堤屬于本次港區規劃一部分，主要采用桶式基礎結構。桶式基礎結構作為本次規劃項目中具有特色的結構單體，同時數量眾多具有一定的重復性，在InfraWorks構建對展示流暢度影響較大，論文借助revit軟件輔助規劃設計，過程如下：

1）首先采用Revit進行桶式結構基礎進行設計，通過創建桶式基礎結構BIM構件族庫完成4號區圍堤工程模型的構建，并將模型導出dae的格式文件。打開InfraWorks主頁的樣式選項版的道路選項卡，導入fbx格式的桶式結構基礎，基于該基礎通過設置材料、材質、基礎與裝飾等內容定義道路典型斷面，進行圍堤繪制。

2）在Revit中構建管廊支架三維模型并導入fbx格式文件，打開InfraWorks主頁的樣式選項版的三維模型工具欄，導入模型。設置定位原點、渲染細節與大小調整，在城市家具概念設計要素找到該模型并進行布置，并采用InfraWorks中的管線進行管廊的布置，整體布置效果與局部效果圖見圖4、圖5。為了突出4號區圍堤效果，圖4將功能區與標簽進行隱藏。

圖4 4號區圍堤整體布置Fig.4 Overall layout of No.4 embankment

圖5 4號區圍堤局部放大圖Fig.5 Partial enlargement of No.4 embankment

4 結語

本文基于BIM規劃協同設計環境進行港區項目總體規劃研究，主要得出了以下結論：

1）本文充分利用了Autodesk公司系列BIM軟件的設計特點，結合港區總體規劃設計特點，提出了以InfraWorks為核心，集Revit、Civil3D等軟件為一體的BIM協同規劃工作環境，明確了港區總體規劃BIM應用思路，給大型港務工程項目規劃設計帶來了從二維圖紙到三維設計和建造的革命。

2）本文將BIM規劃協同設計環境與港區BIM規劃思路應用于連云港徐圩港區的實際規劃項目，一方面，充分利用現在的地形、影像數據，港區規劃對地形勘測數據的依賴性降低，同時設計規劃人員可以用任意角度觀察工程的整體面貌或局部特征，能夠讓設計者全面考慮周邊環境，更容易發現設計問題或設計缺陷。另一方面，InfraWorks本身含有的道路、鐵路、建筑、遮蓋、管網、河流水域等多種模型要素，以及Revit、Civil3D各自建模的方便性，很好地展現了三維工程設計軟件快速、準確、高效的特點。基于BIM技術的港區總體規劃在提高工作效率與控制成果質量方面的優勢顯而易見。

3）基于BIM技術的港區總體規劃不僅提高了工作效率與方便控制成果質量，也實現了在真實場景中規劃設計方案的可視化成果展示，便于溝通交流以盡快確定方案，更有利于后期的深化設計，為今后港區規劃，乃至其他相似的規劃設計的創新與發展提供了有價值的參考。