3S和BIM技術在港口規劃中的應用探討

賈鵬鵬 楊瓊 徐娜

摘 要：港口規劃對港口建設甚至整個水運行業的發展有重要的引導作用。進入新時期，水運行業高質量發展對港口規劃提出了新的要求。3S和BIM作為重要的信息化技術手段，探討其在港口現狀獲取和審批、規劃協調性和環境敏感性分析、港口規劃管理信息系統等相關業務中的應用以及前景，對促進港口規劃精細化和提高其科學合理性具有重要意義。關鍵詞 ：BIM;GIS;港口規劃;信息化

在我國交通發展和經濟建設中，水運發揮著重要作用，港口是水路運輸網絡中的關鍵節點，研究3S和BIM等信息技術在港口規劃中的應用，對提高港口規劃的科學性和合理性，促進港口規劃的落地實施和水運行業發展具有現實意義。

1 3S、BIM與港口規劃概述

1.1 3S技術

3S技術是遙感（Remote sensing，RS）、地理信息系統（Geography information systems，GIS）和全球定位系統（Global positioning systems，GPS）的統稱（見圖1），是空間技術、衛星定位技術和計算機技術相結合，多學科交叉融合的對空間及屬性信息進行采集、處理、管理、分析、表達及應用的先進信息技術[1]。

1.2 BIM技術

BIM（Building Information Modeling）技術是一種多維信息模型融合技術，可以使目標項目的所有參與方（包括政府、規劃、業主、設計、施工、運維和用戶等）在項目策劃、運行和維護的整個生命周期內進行信息共享、碰撞和傳遞，從而實現在目標項目全生命周期過程中提高質量和效率以及減少錯誤和風險的目標[2]。

1.3 港口規劃內涵

港口規劃是國家實現行業宏觀管理的重要內容和資源有效配置的重要手段，經過多年探索與實踐，目前我國基本形成了以港口布局規劃、港口總體規劃和港區控制性詳細規劃為骨干的港口規劃基本序列[3]。其中，港口布局規劃是港口的分布規劃，主要確定區域港口的總體發展方向，明確各港口的地位、作用、主要功能與布局等;港口總體規劃是一個港口在一定時期的具體規劃，主要確定港口性質功能、港區劃分、港口岸線利用和水陸域布置等[4]。

2 3S、BIM技術在港口規劃的具體應用

2.1 3S技術在港口現狀獲取和規劃審批管理方面的應用

無論是港口布局或單港總體規劃，了解熟悉研究區域的地形、港口布置以及集疏運通道等現狀，是港口規劃工作順利開展、規劃成果合理落地的前提基礎。以往的港口規劃，需要大量的人力、物力和時間開展外業調研和基礎測繪工作，規劃的成本、效率以及精細化程度都無法滿足當前經濟社會發展的要求。3S技術的引入，使得港口規劃工作進入了一個新的發展階段，通過遙感影像解譯技術，提取研究區域的港口布置、集疏運通道和產業園區分布等現狀;通過3D傾斜攝影技術，獲取相關研究區域的地形地貌等特征數據，使得規劃人員只需對解譯模糊或重點區域開展少量有針對性的現場勘察，即可全面掌握研究區域的一系列現狀情況，從而大大減少規劃過程中的外業工作[5]。使用專業的GIS仿真軟件，結合既有船舶進出港或交通流量數據，可對港口規劃的相關內容進行準確的仿真推演，從而為規劃內容的調整和完善提供技術參考，為整個規劃的合理性和前瞻性提供技術保障。除了提高規劃工作的效率和精細化程度，GIS的圖屬一體化數據組織模型和RS的高時效性特點[6]，使得3S技術在港口規劃成果綜合應用、港口資源動態監測、規劃審批和輔助決策方面有著無可替代的優勢。

2.2 3S技術在規劃協調性和環境敏感性分析的應用

在港口規劃的編制過程中，需要分析港口所在陸域、水域與土地、城市、海洋、江河流域和環境保護等規劃的協調關系，以保障后續港口規劃能夠落地和順利實施。GIS的空間分析和統計分析功能，完美契合了港口規劃工作中諸多規劃協調性分析的需求，通過GIS技術對各規劃內容進行數據解析挖掘，得出有針對性的定性和定量協調性分析結論。環境敏感性分析主要是判斷當前環境條件不受干擾前提下，生態環境因素面對外部破壞和影響的適應能力[7]。通過分析，可以準確地界定出規劃范圍內的核心建設地帶和生態環境脆弱地帶，從而針對性地制定有效的保護策略，降低由于規劃不科學造成的過度開發現象對生態環境的破壞和惡劣影響。規劃過程中，利用GIS的綜合分析和RS的土地利用覆蓋變化分析（LUCC），對規劃范圍內的地形、植被、水體、用地、交通等因素，利用專業的空間模型進行綜合分析，得出環境敏感性分析結論。3S技術在規劃協調性和環境敏感性分析的應用，對指導港口規劃更嚴謹科學，促進港口發展有的放矢，明確發展重點范圍提供了有力的技術支撐。

2.3 BIM技術在港口規劃具體應用

當前我國港口發展重點已由單一的規模擴張向功能拓展、高質量發展轉變，未來港口發展將更加注重與外部要素的協同發展，注重統籌宏觀與微觀的協調發展，利用信息化手段實現精細化規劃與管理，為新形勢下港口規劃編制和管理帶來了巨大空間和諸多可能性[8-10]。目前，BIM技術在港口規劃領域尚處于探討研究階段，但在碼頭和水工設計領域已有較深入的應用基礎[11]，隨著BIM技術在水運設計領域的廣泛推廣，設計與規劃領域的信息流共享，必然推動BIM技術在港口規劃領域全面深入的應用。面對信息技術在全社會不斷平面化應用的趨勢，BIM技術也將是促進港口規劃信息化發展的重要手段，進一步滿足港口規劃精細化和科學性的要求，提升規劃管理決策水平和科學性。

2.4 3S和BIM技術在規劃領域應用的差異與關聯

2.4.1差異

3S——宏觀空間分析。3S技術在港口規劃的前、中、后三個階段，分別發揮著其獨特的不可替代的作用。規劃前期，利用3S技術可以充分還原港口現狀，為準確評估港口現狀，提供可靠支撐，提高了工作效率和規劃的科技水平;規劃編制過程中，提供動態可視化和參數化設計，交互式分析，使得規劃更智能便捷;規劃完成后，對規劃成果進行空間&屬性一體化組織與管理，具備綜合應用分析和輔助決策能力，極大提高了港口規劃的利用率和應用水平。

BIM——微觀三維精細化。BIM技術的引入，使得規劃從原先的“二維”向“三維”轉變，BIM技術讓規劃思想落地，使規劃過程和規劃成果更智能直觀。除此之外，利用BIM技術不斷完善港口規劃數據庫，促進港口規劃向業務上下游延伸，在將來可根據不同的業務需求，對成果庫進行數據挖掘、專項分析和綜合應用，為港口乃至交通運輸行業規劃、設計、建設提供技術和業務支撐。

BIM在設計與規劃領域應用存在差異，設計領域BIM應用以單體模型為主，主要是對設計對象微觀細節的把握;而規劃領域的本質特點，要求BIM應用兼顧宏觀統籌與微觀細節。

2.4.2關聯

3S和BIM技術都是提高規劃可行性和合理性，促進港口規劃領域信息化發展的重要手段。兩類技術各自的功能定位和技術架構存在一定的差異，因此對兩個技術融合是確保港口規劃兼顧宏觀和微觀，進行精細化規劃的技術保障[12]。3S和BIM技術一主微觀，一主宏觀，港口規劃過程中只有對兩者都進行深入的研究和探索，才能實現多分辨率多視角多層次把握，進而從宏觀角度制定長遠的布局原則和發展方向，從微觀角度制定具體的布置思路和方案。綜合兩者的技術架構特點，3S系統作為港口規劃的基礎平臺，泊位、碼頭、堆場等對象的BIM模型作為港口規劃3S平臺的信息載體，將是今后港口規劃信息化發展的趨勢。

3 3S和BIM技術應用于港口規劃的前景展望

3.1 港口規劃管理系統分類

近年來隨著交通領域信息化建設的推進，出現了不同應用深度和應用方向的港口規劃管理系統，這些信息系統根據其技術特點，主要分為4類：

（1）以現有數據庫管理軟件為基礎開發的辦公自動化管理系統。該系統以MIS部分為核心，主要對文檔信息進行存儲、查詢、分析等操作，不具備可視化和空間分析的能力。因此，這類港口規劃管理系統，不能滿足規劃工作的信息管理和業務要求，對港口規劃編制、管理和應用的支撐有限。

（2）以某一GIS平臺為基礎開發的專業化規劃管理系統。由于GIS平臺專業性的要求，開發出的管理系統對用戶專業性水平要求較高，傳統的規劃業務人員在該系統上進行規劃編制、管理和應用的難度較大。

（3）跨多平臺開發的管理系統。該系統MIS部分基于數據庫管理軟件開發，3S部分基于GIS平臺開發，相對于前兩類系統，該系統在一定程度上實現了可視化和屬性管理，但由于跨多平臺的開發模式，使得該系統的可視化功能與屬性管理功能人為割裂，兩部分的切換與聯動十分復雜和不穩定，浪費了計算機資源，也使得系統的穩定性、擴展性和可維護性受到限制。

（4）利用GIS組件進行底層開發建設的管理系統。這些系統在極大程度上解決了規劃成果的圖形、屬性和空間位置的一體化管理，但隨著規劃精細化要求的不斷深入，傳統GIS組件已逐漸不能滿足用戶的需求，而開發新一代的GIS 組件成本又普遍較高，這就使得傳統GIS與BIM技術融合應用成為港口規劃信息化建設的重要手段。

3.2 3S和BIM技術應用于港口規劃信息化

港口規劃是一個系統工程，除了規劃本身不斷地調整、修訂并完善，還需要與相關規劃（國土、城市、環保、江河流域等）及設計（港口、碼頭）的協同，這與3S和BIM 技術多方案比對、協同規劃設計、全生命周期管理、數據庫動態更新的特點十分契合。利用3S+BIM技術不斷完善港口規劃數據庫，促進港口規劃向業務上下游延伸，在將來可根據不同的業務需求，對成果庫進行數據挖掘、專項分析和綜合應用，為港口乃至交通運輸行業規劃、設計、建設提供技術和業務支撐。

單純的3S或BIM都是一種具體的信息技術，而將其融合則上升至行業發展戰略層面的管理問題，具體至港口規劃行業，3S+GIS將是未來該行業業務標準化和信息化發展的必由之路。目前存在的問題是BIM和GIS技術底層數據模型不同，要實現兩者融合，必須建立高效的ETL邏輯或者統一的兼容數據模型，另外BIM模型的數據量巨大，GIS平臺需要的只是其中一部分信息，這就存在對BIM模型的輕量化問題。

4 結束語

港口規劃對港口發展和建設有重要作用，3S和BIM技術的運用為港口規劃過程提供技術支撐，確保了規劃的科學性、合理性和協同性，同時提高了規劃編制與管理的信息化水平，對于促進港口建設和區域經濟社會發展具有積極意義。

參考文獻：

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