港口設計中BIM技術應用探討

柴國威，詹坤豫

（中交四航局港灣工程設計院有限公司，廣東 廣州 510290）

引 言

近年來 BIM 在國內建筑業形成一股熱潮，從2007年BIM技術開始進入中國的設計領域，發展至今在工民建領域 BIM 的應用已經從設計階段逐步向施工階段過渡，進入所謂的BIM 2.0階段[1-2]。國家、地方以及各個行業內部紛紛出臺了關于BIM推廣指導文件。BIM技術作為未來的大趨勢，在水運行業也受到了廣泛的關注，但由于起步較晚，缺乏較少的實際應用案例。

本文通過Autodesk系列和Dassault系列BIM軟件在新海港區汽車客貨滾裝碼頭二期工程（下文簡稱“新海二期”）中進行設計和方案展示，并對兩者在碼頭工程應用的適應性進行了比較分析，對BIM 技術在碼頭設計中的應用進行探索，旨在為BIM 技術在水運工程設計中應用推廣提供啟發和參考。

1 工程概述

圖1 新海二期Autodesk Revit效果

新海港區汽車客貨滾裝碼頭二期工程位于海南省海口市秀英區，新建8個10 000 GT客貨滾裝泊位、調配泊位區以及相應配套工程，岸線長度1 162 m，后方陸域面積約13.77萬m2。包含了總平面、裝卸工藝、水工結構、給排水、供電、通信、道路堆場土建等專業。工程規模大，涉及專業多。

2 碼頭設計中的BIM技術應用

本次 BIM 應用內容包括：可視化建模、協同設計、綜合管線設計、參數化設計、BIM出圖、工程量統計以及方案展示等。通過Autodesk系列軟件和Dassault系列軟件的應用，對BIM技術在碼頭工程設計中的應用進行了初步探索和總結，并羅列了遇到的問題。

2.1 可視化建模

在新海二期設計中，通過建立三維可視化模型，通過BIM技術的可視化設計應用發現，相較于傳統二維CAD設計，在BIM技術中，模型信息在整個過程都是可視化的，設計師可以更加直觀、精細、全面的了解項目信息，可以提升設計準確率。并且基于BIM技術的信息化，使得可視化是一種能夠同模型之間形成互動性和反饋性的可視，并且不僅可以用來效果圖展示及報表生成，而且在項目設計各階段的溝通、討論、決策都在可視化的狀態下進行。并且業主及最終用戶可以擺脫技術壁壘的限制，隨時了解設計信息，和業主進行及時溝通，提高溝通效率。

圖2 Autodesk Revit整體模型

圖3 Autodesk Civil地質模型

圖4 Dassault Catia整體模型

圖5 Dassault Catia地質模型

通過Autodesk和Dassault兩個系列的BIM軟件建模過程和結果對比分析發現，在水運行業中這兩個系列軟件均存在一定的適應性，主要對比如表1。

表1 Autodesk和Dassault系列軟件建模對比分析

2.2 協同設計

新海二期涉及專業較多，在建模過程中，各專業通過公共服務器搭建的平臺進行協調設計，每個專業獨立建立模型，并以結構模型為基礎進行拼裝整合。

通過協作設計的應用，發現相對于傳統設計，BIM 設計為各專業間協作提供了一個良好的技術平臺，協作平臺可以為各專業提供數據接口，可實現多個專業、學科在同一平臺上協同作業。由于各專業間的三維模型信息是共享、關聯的，各專業可以從模型上直接獲得相關視圖和設計信息，實時了解其他專業的設計狀態。也可以隨時在平臺上發布變更信息，告知其他專業。并通過設置模型信息權限，在保證模型信息得到及時的交流和傳遞的同時，保證專業設計的獨立性，很好的解決了設計中不同專業間的溝通問題以及信息理解偏差問題，大大加快了設計進度，提高質量和效率。

圖6 供電系統

圖7 給排水、消防系統

2.3 管線綜合

模型整合完成后，便可對各個專業間的碰撞沖突進行檢查，軟件可自動生成沖突報告，并可點擊查看沖突點。圖8為碰撞檢查出來的兩個彎頭間有碰撞。

在傳統二維CAD設計中，管線綜合因為涉及到工程中每個專業，對設計者專業能力要求高，而且由于二維圖紙的信息有限和直觀交流平臺的缺失，直接導致綜合管線成為設計中出錯率最高的環節。基于BIM技術，通過搭建各專業的BIM模型，各專業可以在三維環境下方便的發現設計中的碰撞沖突，從而大大提高管線綜合的設計能力和工作效率。不僅能夠及時排除項目施工環節中可能遇到的碰撞，可以顯著減少設計變更，大大提高施工現場的生產效率，降低由于施工協調和設計變更造成的成本增長和工期延誤。

圖8 碰撞檢查

2.4 參數化設計

參數化指建立特定的關系，當這種關系的某個基本元素發生變化，其他元素也隨之變化，簡單概括參數化的重點就是彼此元素之間的關聯性，是BIM技術中的重要部分[3]。

圖9 Autodesk Revit沉箱（9.5 m高）參數化

圖10 Autodesk Revit沉箱（5.5 m高）參數化

圖11 Dassault Catia突堤參數化

圖12 Dassault Catia突堤參數化

本次設計通過Autodesk Revit在沉箱配筋中應用實現了參數化設計，首先對沉箱各尺寸進行參數化設計，然后利用將鋼筋與結構尺寸進行數據關聯，即可實現修改沉箱尺寸后，沉箱配筋、工程量以及圖紙會同時修改。

通過 Dassault Catia對突堤整體進行了參數化設計，通過對突堤之間的構件的尺寸和間距進行關聯，改變其中某一個參數，突堤整體的構件數量和尺寸同時改變，大大增加了設計的效率。

通過兩個系統軟件在建模的參數化過程中對比分析發現，Autodesk軟件參數化設定相對簡單，具有成熟的參數化模塊，但是也限制了自由發揮的空間，功能一般，特別是在構件之間的參數化；Dassault軟件參數化功能強大，構件之間的參數化能力較強，整體邏輯關系可以根據需求自定義，對建模者的邏輯思維和工程技術等綜合能力要求較高。

2.5 出圖、工程量統計

完成建模并確認無誤后，便可進行出圖和工程量統計。軟件可從模型豐富的數據信息中迅速提取工程量信息，大大減少了繁瑣的人工操作和潛在的錯誤。

通過對Autodesk和Dassault兩個系列的BIM軟件出圖和工程量對比發現，兩者均可對模型進行任意剖切而形成二維圖形。Autodesk軟件的出圖和工程量統計能夠一鍵導出，標準、圖例等出圖工具較全；Dassault出圖工具相對匱乏，需要通過導入CAD再進行處理；但是兩者出圖均需要進一步處理，才能達到應用效果。

Autodesk Revit軟件可以一鍵導出工程量，DassaultCatia工程量統計需要通過知識工程模塊自定義編程來實現，功能相對繁瑣。

圖13 Revit生成的圖紙目錄及斷面

圖14 Revit自動提取生成的工程量

2.6 方案展示

圖15 3D動畫和效果展示

圖16 Fuzor實時體驗

通過建好的模型導入到 Lumion或者 3D Max中進行3D動畫和效果圖處理，相比傳統的3D展示，與設計有了很好的結合，而且提高了準確性和效率。通過Ruzor以及VR眼鏡可以對模型進行場景體驗，切身體驗設計方案，提高溝通效率。

2.7 設計修改

另外，在本次應用中，進行了多次的設計修改，基于BIM模型信息之間存在關聯，當某一信息發生修改時，其他相關信息、相關的圖紙及工程量表等輸出信息均會同步更新。極大的便利了設計修改，同時也減少了因溝通不足造成的錯誤。

3 BIM技術應用尚存在的問題

1）由于BIM相關軟件大多是基于房建系統進行開發的，對于水運工程存在很多不適用性，如缺少相應的構件模塊，所有構件需要自己創建，參數自己設置，對模型的構件數據標準化以及與其他軟件的銜接會存在一定的影響。

2）由于各軟件間的數據暫時還無法達到無縫、完整、精確的交互，與計算軟件間的交互尚存在一些不足，難以實現一體化計算設計，如現有的BIM軟件，在不同的BIM系統內進行的交互尚未達到數據無障礙交互，如Autodesk和Dassault之間的交互通過IFC格式數據和插件完成，但是導入到對方軟件里面，模型的屬性存在大量丟失，而且不再具備可編輯性。

3）在水運工程建模中還存在較多的技術問題，比如三維地形的建立和不同土層按不同坡比放坡計算，對于水下疏浚工程為重點內容之一的碼頭工程的建模存在一定的影響。

4）Revit在出圖過程中，尚無法進行自動輸出，需要通過半人工化對圖紙進行修改，間接增加了設計人員的工作量，這也是推進BIM在設計中應用的阻力之一。

4 結 語

1）本次通過Autodesk和Dassault兩個系統的BIM軟件基本實現了BIM技術在碼頭工程設計中的基本應用探索。

2）通過BIM技術應用，發現BIM技術可視化、協同以及參數化設計可以較大的提高設計效率，降低設計出錯率。

3）由于水運行業BIM技術應用發展較慢，尚存在著猶如軟件支持不夠，技術不夠完善，人才缺乏等問題，對 BIM 技術應用推廣造成了較大的制約。

4）BIM 技術距離推廣還有很長的路要走，大量的問題待通過進一步的力量研究和工程實踐去逐步解決。

5）基于現狀，現階段可以根據實際需求進行階段性應用，用其可用部分。

6）作為一項革新技術，是水運工程發展的大趨勢，研究BIM技術是十分有意義的。