基于BIM技術的綠色、智慧港口建設項目全生命周期管理方法

文/張建國、蕭白、侯建飛、陳佩博、韓飚

1 BIM 技術綠色、智慧的自身特征

BIM 模型的創建及信息完善過程秉承了“統一模型”的概念，建設各參建單位圍繞統一的BIM 模型展開工作，消滅了信息斷層的問題。BIM 模型擁有超越傳統二維圖紙以及3D 模型整合項目信息的能力，除了能將幾何信息表達清晰外，還加載了施工管理及運營維護所需信息，有助于建設管理方及運營方對項目細節的掌握，有效避免信息丟失造成的工作失誤，提高了工作效率。

BIM 模型的可視化、構件化的特點，通過事前深化、電腦放樣、模擬施工等技術手段，在正式施工前暴露設計、施工過程中潛在的工序錯誤、專業矛盾等問題。通過進一步優化BIM 模型，達到場外加工具備條件后場內快速安裝的效果，既避免返工浪費，也提高了加工質量及施工效率，達到節約工期的目的。

由于BIM 技術能夠“所見即所得”，極大方便了建設過程精細化管理的需要。特別是針對工期緊、投資巨大、參建單位多、協調難度大的港口建設項目，通過整合攝像頭、人臉車輛識別、傳感器、物聯網等技術，利用BIM 協同平臺實現各參建單位的信息協同與資源交互，有利于提高項目管理質量與效率，實現綠色、智慧建設[1]。

2 天津港基本建設綠色、智慧發展的需要

2.1 天津港建設項目管理的信息化需求

在“一帶一路”、京津冀協同發展和建設自由貿易試驗區的宏觀背景下，天津港作為天津市核心戰略資源和比較優勢，必須承擔歷史責任，在管理水平、服務功能以及規范化建設等各方面進行質的提升。以新理念謀劃新發展，創新發展作為第一動力，全面提升港口能級和水平，鞏固世界一流大港，打造世界一流企業。為此，天津港基本建設階段的管理也應實現綠色、智慧管理的轉變，通過建設基礎設施數字化模型、智慧工地以及項目管理大數據，構建完善的港口項目管理全生命周期信息化建設，提升港口建設及運營管理水平與效率。

2.2 適應國家戰略，建設項目可持續發展的需要

天津港作為“一港八區”的管理主體，一方面將積極進行已建港口基礎設施改造提升；另一方面根據港區危化品選址、大宗散貨和集裝箱等功能調整和招商引資等需要，進行港口新建項目的建設。面對持續的大規模港口建設和對項目建設環保、規范、精細化管理要求的提升，引入BIM 技術進行全生命周期項目管理，為項目管理目標提供有力的技術保障，給可持續發展提供基礎數據支撐。

2.3 規劃管理、項目選擇，信息化技術輔助決策的需要

隨著當前我國港口工程行業的生產規模逐漸擴大，相關合理性布局以及經濟優化成為港口發展的重點。在天津港地區，其港區的規劃以及設計等工作已經逐漸引入了現代化信息技術，特別是CAD 技術取得了一定成果。隨著我國科學技術以及規劃水平的逐漸提高，在規劃建設管理工作中以平面為主的信息化技術已經不能滿足當前工程發展的需求，通過將BIM 技術以及CAD 技術的替換，可以保證對整個工程三維模型的建立以及GIS 技術的結合，確保工程整體規劃得到全面控制。同時包含所有體系的三維以及多維模型。例如對于一些危險化學品的存放，需要專業港口作業區合理選址以及精細化布局，然后通過這一技術實現對存儲環境的安全評估，做出相應的設計規范，在決策過程中積極引入生態學建設理念，綜合利用氣象數據以及外部環境數據，實現對地區的日照噪聲交通以及通風等環境因素的綜合評估。另外，通過輔助規劃的設計以及管理決策、措施，保證港口工程建設的全面實施，提高現代化港口工程的全面建設。

2.4 提高項目投資控制管理水平需求迫切

加強工程建設項目成本控制貫穿于項目從策劃到實施階段的全過程。合理有效控制工程成本支出，既節約項目投資，提升投資收益，又可以將釋放資金投入到更需要的項目中，擴大天津港整體投資規模。BIM 技術在處理實際工程成本核算中有著巨大優勢，可以通過在工程項目實施的不同階段，逐步深化建立BIM 的5D 施工資源信息模型（3D 實體、時間、工序）關系數據庫，讓實際成本數據及時進入5D 關系數據庫，成本匯總、統計、拆分對應瞬間可得。建立實際成本BIM 模型，可輕松滿足各種成本分析需求。將實際成本BIM 模型數據庫部署到天津港建設管理平臺中，實現規劃建設、計劃財務和審計監察等各職能部門的數據共享，在工程項目不同階段實現成本數據核算與分析，從而加強港口建設項目全過程成本管控的能力。

2.5 工程建設各環節信息共享復用和管理需求

港口工程建設的目的，是形成具有設定功能的碼頭、堆場及附屬配套設施、設備，并形成固定資產，證照齊全，能夠投入生產運營，為投資者帶來持續不斷的投資回報。港口建設項目從項目策劃、方案論證、各階段設計、招投標、施工準備、施工安裝到竣工驗收和試運行，再到正式投產形成固定資產，工程建設期的各個階段都會產生大量管理及使用信息，信息在不同階段通過相互傳承、補充，最終形成完整信息集合，決定了工程建設具有周期長、資源使用多、用量大、空間流動性高等特點，相應信息管理更是涉及面廣、工作量大、制約性強、信息流量大[2]。如果沒有統一體系將其整合為有機集合，結果則是大量冗余、錯誤和無用信息在過程中大量流動、反復采集、離散存儲，造成效率低下、成本增高、失誤率高。

BIM 技術集成工程建設各階段信息，對工程實體和功能特性進行完整的數字化表達。可以消除信息孤島，實現信息共享，使信息在策劃、方案、設計、施工和運行等項目全生命周期充分共享、無損傳遞，為多方協同工作提供信息數據基礎，促進工程建設全產業鏈技術、管理模式變革，加快技術和管理水平升級。通過打造建設項目BIM 管理平臺，實現項目從設計、招投標、施工過程管控全過程的有機協同，在合規性、工期制定與跟蹤、施工組織、安全、質量跟蹤以及全過程成本管理中發揮積極作用。

2.6 老港區設施管理進行精益管理的客觀需求

自1973年大建港以來，天津港經歷多個五年計劃的分階段、分布驟、分區域開發建設、技術改造和設施升級，成為擁有集裝箱、散雜貨、件雜貨、糧食、大宗散貨、大宗液體貨物等各種貨類裝卸業務及配套設施的世界級大港，港口吞吐量和集裝箱吞吐量雙雙進入世界十大港口行列，成績輝煌，舉世矚目。但由于歷史原因，多年累積形成的檔案資料以紙制為主，輔以CAD 圖形方式，東疆港區和北疆、南疆等部分區域并有少量GIS 信息系統，系統數據不連續，無法充分發揮區域信息系統功能和作用。通過采用BIM 技術，構建可視化的天津港主體港區全區域BIM 信息管理系統成為可能，將有利于今后老港區功能調整項目與區域再開發的持續需求。

3 BIM 技術在港口項目全生命周期建設中的應用

目前天津港已著手利用BIM 技術整合多種信息技術進行港口項目全生命周期管理的應用。

3.1 項目建設階段的應用

通過BIM 技術在虛擬環境下對項目進行預建模擬分析，提前檢查出設計圖紙存在的圖紙深度不足、錯漏碰缺問題、使用功能不合理、觀感及視覺效果欠佳等問題。

在施工過程中利用施工模擬、數字放樣，確保工程施工質量及一次成活率，減少返工及杜絕建筑材料浪費，降低建筑垃圾產生，精確控制物料進場、周轉，進一步提高現場材料的質量管控。通過搭建服務于項目建設期管理的智慧協同云平臺，對現場環境、現場人員行為安全、施工安全、消防設施布置、施工進度、投資控制、質量控制等一系列建設期管理行為進行及時的信息匯總與跟蹤、判斷，落實PDCA 的標準管控流程，提升項目管理效率和效果，為項目目標的實現保駕護航。

同時，通過建立智慧工地系統，利用閘機、監控設備、數字化識別技術，對現場人員、車輛進行實時監控，旨在解決傳統管理模式下因勞務人員進出頻繁而導致的人員信息不完整、進場安全教育不到位、特種工無證上崗等問題。通過平臺及時取證預防勞務糾紛、降低安全風險，降低企業和項目管理風險。

3.2 運維管理期的應用

碼頭生產作業是由船舶靠離泊，碼頭上部機械運行、裝卸貨物、集卡等水平運輸多個環節組成，碼頭設施承載著所有環節機械設備的運轉。因而，保證碼頭設施的安全運轉是港口安全生產的前提和保障。同時，碼頭相關檢測規范要求的常規監測項目是碼頭設施安全運營的必要條件，實現該部分監測項目的智能化和無人化，也是建設智慧港口的必然需求。

在后期運維階段，智慧設施建設主要是以BIM 技術為平臺整合集成現有在線監測觀測技術，系統化整體分析，得出直觀的碼頭狀態分析，指導碼頭運營期日常使用、管理與維護，形成基于現有智慧設施使用要求的成套監測體系。初步考慮以原有碼頭結構段為基礎建立區域觀測單元，每個單元針對其使用特點實現不同的監測功能。同時在觀測單元內設立信息節點，每個信息節點將信息分析整理后整體上傳至BIM 系統平臺，平臺進行整體再分析與展示，最終形成可視化的港口智能設施監控系統。

通過對建設期BIM 數據的提煉與整理，可以得到指導運維管理需求的BIM 數據，例如港口設施三維模型、設備參數、廠家及相關維保數據等；通過項目運維期平臺功能的搭建，將BIM 數據與運維需求進行有效匹配，實現可視化的設施管理，對于提升運維管理能力起到了積極作用。

4 未來港口建設的新理念，新手段，新方式

隨著BIM 技術全過程應用在港區項目中的推廣，不斷積累BIM 管理數據，通過挖掘數據，發揮數據決策的價值，進一步推進項目的“智慧、綠色”建造。

未來港口建設是以BIM 技術作為抓手，推進全過程咨詢管理的新模式，專業的事情交給專業的人員去管理，將項目管理從事后控制變成事前控制、事中監督、事后總結分析再優化的良性管理模式。

5 結語

通過BIM 技術進一步推進管理的深度與廣度，以精確的管理數據和標準化的管理流程逐漸建立起天津港基本建設智慧、綠色管理新模式。可以預見未來的港口建設項目管理模式依托的不再是某個人或者某些人的決策與管理，而是依托高質量、標準化的管理流程和有力的數據的分析與決策。