BIM 技術在客貨滾裝碼頭工程中的正向應用

陽柯

（中交第二航務工程勘察設計院有限公司，湖北 武漢 430060）

0 引言

BIM 技術的應用對工程項目在縮短周期、提高質量和控制成本等方面均有較大的提升，同時基于BIM 的工程管理模式為一種數字化方式，在工程項目管理過程中創建信息、共享信息和管理信息，這種數字化管理模式與當今工程信息化、數字化的發展趨勢是一致的。簡言之，建筑信息模型（BIM）為當今信息化、數字化工程不可或缺的載體。

隨著對BIM 技術的倡導和推廣，以及BIM 技術自身的發展，利用BIM 進行工程項目設計階段的結構分析、模型檢查等方面已經有了大量的應用案例[1]。尤其是面臨一些規模大、高度高、造型異形、功能復雜、專業多等特點的綜合性工程，BIM 技術更是突出其在工程項目中進度、質量和成本等方面的價值，也在一定程度上促進這些綜合性工程項目管理模式的變革。

1 工程概況

1.1 項目概況

湛江徐聞港南山客貨滾裝碼頭工程為海南自貿區重要的支撐性基礎工程，為典型的綜合性交通樞紐工程。工程項目碼頭設計車輛年通過能力為320 萬輛，旅客年通過能力為1 728 萬人次。工程建成后將成為全球吞吐能力最大的客貨滾裝碼頭，瓊州海峽過海時間將縮短一半。

項目總投資17.1 億元。陸域面積77.9 萬m2，水域面積58.5 萬m2，建設5 000 GT 客貨滾裝泊位16 個、5 000 GT 危險品專用泊位1 個以及防波堤1 510 m。總建筑面積9.1 萬m2，其中客運樞紐大樓7.7 萬m2。

1.2 工程重難點及BIM 技術應用策略

本項目幾乎涵蓋了客運碼頭、貨運碼頭、綜合交通樞紐等工程類型的特點。設計階段對湛江徐聞港南山客貨滾裝碼頭工程項目的重難點進行系統梳理和分析，結合其典型特點和重難點，制定針對性的BIM 技術應用策略，見表1。

表1 項目重難點及BIM 技術應用策略表Table 1 Key and difficult points of the project and BIM technology application strategy table

2 BIM 技術在本工程項目中的應用

2.1 正向實施流程

結合本項目設計計劃，對工程進行MBS 分解，總體中心文件下主要分場地、防波堤、碼頭、生產建構造物、輔助生產建構造物和輔助生活建構造物共7 類中心文件，制定項目正向實施總體流程。

2.2 BIM 基礎模型創建

本綜合性工程涉及到水工、工藝、總圖、建筑、結構、設備等多個系統專業。項目初期，結合工程特點和項目實際需求，對工程進行MBS 分解，搭建各專業BIM 模型，并根據MBS 采用國際上通用的全數字化編碼方式對構件進行分類和編碼，該分類與編碼在工程全生命期中均保持一致和統一，實現建筑工程全生命期信息的交換和共享[2]，這也是BIM 技術應用的基礎之一。

2.3 BIM 技術正向應用及創新點

1）BIM 模型與結構分析模型的信息傳遞優化

項目方案階段利用Civil3D 建立地形模型，布置多種不同角度的防波堤，結合徐聞港地區水環境、風環境等地理基礎數據，分別導入專業波浪分析軟件進行波浪數值模擬分析，反復推敲，對多個防波堤方案進行比選，最終選擇較優的防波堤布置方案。

作為綜合性港口工程，碼頭可謂工程的結構基礎。基于碼頭BIM 分析計算軟件，快速抽取碼頭BIM 方案模型中空間幾何信息以及負荷信息，對工程碼頭的樁基方案進行空間結構受力分析，高效得到碼頭的結構分析模型。同時，基于相關結構分析數據，快速生成碼頭的BIM 準確模型，實時協同至BIM 平臺中，基本實現了BIM 模型與結構分析模型的數據協同和信息互通。

2）交通仿真模擬，優化交通組織設計

項目設有17 個泊位、8 個登船口、多個道路交叉口，涉及貨車、客車、小車、旅客等數十股人車流，如何有序進行交通組織及優化設計為本項目設計的難點之一。經過反復探索和研究，項目收集大量的出入口、人車流等基礎數據。基于項目已有的深化BIM 總體模型，在Infraworks 中分析港區道路視距和模擬人車流情況，找出不合理路口并進行設計優化，改善堵車情況，合理調整道路規劃（見圖1），最終達到合理交通組織，優化總體設計的目的。

圖1 港區交通仿真模擬Fig.1 Port traffic simulation

3）參數化設計在雙向曲面建筑中的應用

面對異形建筑，BIM 技術中的參數化能充分體現其極大的優勢和價值。樞紐建筑造型極為復雜，利用專業軟件對雙向曲面的屋面鋁扣板等進行參數化設計。基于該雙向曲面的建筑表皮，進一步深度參數化，權衡結構受力合理性和建筑造型美觀性，快速構建不同參數條件下網架模型，最終選擇最優方案，為后續的網架結構、網架下鋼支撐等部位的深化設計及結構計算提供準確的基礎模型和數據，見圖2。

圖2 雙向曲面屋面下網架的參數化設計Fig.2 Parametric design of space truss under bi-directional curved surface roof

4）異形屋面及幕墻的工程量統計

工程項目的工程量統計涉及到成本計算、分析和核算，為項目成本控制核心基礎數據之一。設計階段，利用曲面專業BIM 軟件，基于深化模型和預制加工模型，創建項目成本管理模型，如樞紐大樓的曲面成本管理模型。據此準確地提取屋面、幕墻、樓板包邊等部位的工程量，解決二維設計無法準確提取工程量的問題，同時為后期的成本計算、三算對比、成本核算和成本分析提供準確的數據依據，見圖3。

圖3 異形屋面及幕墻的工程量統計Fig.3 Quantity statistics of irregular roof and curtain wall

5）異形屋面網架下鋼支撐結構深化設計

深化設計的主要目的是提升深化后建筑信息模型的準確性、可校審性。將施工操作規范與施工工藝融入施工作業模型，使施工圖深化設計模型滿足施工作業指導的需求[3]。樞紐中心屋面鋼網架要實現高低錯落、平滑彎弧的造型。基于施工圖設計模型和施工工藝文件，創建鋼結構深化模型[4]。利用專業軟件，對鋼網架重要節點進行加工設計，解決復雜交叉碰撞的問題，生成加工圖紙，同時對鋼網架的施工過程進行了多次模擬，分析了多種裝配單元方案，確定裝配安裝方案，切實指導施工，見圖4。

圖4 異形屋面網架Fig.4 Irregular shaped roof space truss

6）基于BIM 設計管理平臺的管控

基于BIM 管控平臺，可對項目中進度、質量、安全等進行可視化、信息化的管控[5]。本項目中，自主開發的設計管理平臺與BIM 正向協同設計緊密結合，設計人員接收設計任務進行設計，建立BIM 模型，并提交校審。校審人員通過平臺三維校審工具進行校審、添加校審意見，平臺全程管控BIM 正向設計過程。BIM 設計管理平臺同時給管理者提供可以實時查看BIM 模型及各專業協同設計工作進度的窗口（見圖5），結合BIM 的可視化+互聯網工具，本設計項目的校對、審核、復審等多方可以實現多方同步協同管理，在一定程度上這種協同管理模式是對設計生產模式的一種改變[6]。當然，BIM 項目管理平臺不僅是管理手段的創新，更是對傳統管理流程的變革，通過對傳統管理流程的優化，提高管理效率和水平[7-8]。

圖5 BIM 設計管理平臺Fig.5 BIM design management platform

3 BIM 技術主要應用效果

1）基于BIM 正向實施流程，統籌多名設計人員進行全專業、全流程的BIM 協同正向設計，提升協同設計和協同管理的水平，切實解決協同難度大的問題。

2）基于典型的異形特點，充分利用BIM 技術，解決工程量準確提取、與異形曲面關聯部位的深化設計等一系列核心問題，務實地正向服務于本設計。

3）采用基于BIM 技術的設計管理平臺，對工程設計過程進度、質量等進行可視化、精細化管理，解決項目工期緊張情況下按期、優質完成的問題。

4 結語

本項目BIM 技術應用主要包括構建BIM 模型、模型應用和基于BIM 設計管理平臺進行管控等方面。項目具有交通綜合樞紐工程共性的規模大、高度高、造型異形、功能復雜、專業多等特點，面臨較多的問題和挑戰，常規的二維設計及傳統管理方法很難使項目按期、優質地完成，本項目BIM 技術應用務實地解決了諸如工程量提取難、節點深化設計難、交通組織設計復雜等一系列的重難點，最終協助項目提升協同設計水平和整體管理水平。

近年來，BIM 技術在綜合性建筑工程設計項目中進行大量的落地實施和應用，也切實體現其在進度、質量和成本等方面的價值。本項目中以需求為導向，在正向應用中充分發揮BIM 軟件和平臺等的價值，BIM 技術應用提升項目的效率和質量，減少資源消耗和浪費，對以后進一步推行綜合性工程設計項目的信息化、數字化具有一定的參考價值。