BIM 技術在大型散貨碼頭設計中的應用實踐

陳家悅，黃黎明，李家華

（中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510230）

0 引言

BIM 技術在水運行業整體應用起步較晚，但經過近年的快速發展和技術積累，港工設計階段的應用已日漸成熟。劉松等研發了水運工程BIM協同設計云平臺，實現了基于云的全流程BIM 協同設計[1]。蘆志強等根據大型集裝箱碼頭工程的特點，提出了一套完整的BIM 設計技術路線和解決方法，提升了設計精度和深度[2]。鄒艷春等在液化天然氣碼頭工程中，探索了BIM 在設計和施工階段的相關應用點，取得了較好的工程效果[3]；黃慶和王曉琨應用BIM 技術對港口散貨裝卸工藝進行設計，應用兩種BIM 協同設計方式，體現出BIM 技術在港口工程設計中的應用價值[4]。前人的工作多以提出BIM 技術在水運工程項目實施中的技術路線和總體應用效果為主，較少探討諸如碰撞檢測及之后的糾偏、多專業協同在設計中尤其是工藝流程高度復雜的大型散貨碼頭設計過程的具體實施問題。

本文以華南某大型散貨碼頭項目設計任務為契機，開展了BIM 應用研究與實踐，在協同設計和碰撞檢測等方面探究切實可行的實施方法，并進行了機電智能化和預制化設計、建筑綠色設計等深化應用探索，對類似項目的BIM 應用具有實際參考價值。

1 工程概況

本工程擬建設海輪通用碼頭泊位（結構按10萬噸級）和集裝箱駁船泊位共計15 個，陸域總面積33.45 萬m2。碼頭前沿后方布置件雜貨堆場、2座散裝糧食倉庫和1 組糧食筒倉。堆場、平倉和筒倉間布置多座轉運站、棧橋和裝車樓等，以實現糧食接卸、進出倉和轉運裝車等多項工藝流程。生產輔助建筑物區布置有辦公樓（含候工樓）、給水加壓泵站、小車停車場、港口發展用地等，總建筑面積達88 082.75 m2。

2 BIM 應用目標

2.1 總體目標

形成切實可行的散貨碼頭項目BIM 實施技術方案，以實現設計品質提升，為類似項目的BIM應用積累經驗，推動設計院數字化轉型與發展。

2.2 研究內容

主要包括3 部分：協同設計與優化、碰撞檢測與糾錯、深化應用探究。

1）協同設計與優化：各專業模型設計過程需相互參照，針對鏈接協同和工作集協同2 種模式的應用局限性，創新協作方式，以實現效率最優。

2）碰撞檢測與糾錯：開展模型整合和碰撞檢測，優化查找與糾錯過程，提升設計效率。

3）深化應用探究：基于模型開展機電深化設計、建筑綠色設計等BIM 深度應用，為智慧化設計升級打下基礎。

3 研究成果與實施效果

3.1 協同設計與優化

本項目室外工程協同采用鏈接方式，室內工程協同采用工作集方式。由于工藝流程運轉和設備布置需多個單體支撐，單體間相對位置、開洞高程等需互相協調，以保證棧橋能準確連接。因此需建筑、結構和工藝等專業相互參照，反復調整。采用工作集協同時，可保證單體間相對位置、室內開洞設計等準確無誤，但由于項目工序眾多，單體設計復雜，中心文件出現數據量過大，軟件加載和操作速度明顯降低等問題。另外，模型整裝時需將中心文件導出后，鏈接進入Navisworks軟件手動定位，耗時較多。當出現碰撞問題需調整方案時，又要回到中心文件中修改后再重新導出，再次鏈接，嚴重影響工作效率。

針對這一問題，本項目引入Reference Point插件。該插件可提取總平面布置圖中的建筑單體的坐標信息，并賦予相應的Revit 模型。基于此，項目組將中心文件進行了拆分，按單體功能和區位劃分成若干較小的中心文件，比如平倉區（單體關系見圖1）、筒倉區、生產輔助區等。拆分后的中心文件對硬件要求降低，且易于管理和共享。每一個中心文件內部保持了相關建筑單體之間的相對位置關系。之后分別導入到Navisworks 中進行拼裝。利用Reference Point 插件 ，每個中心文件可基于1 棟典型單體獲得真實世界坐標，總裝時即可實現全碼頭模型自動對位正確。當單體設計方案調整或糾錯時也可快速回到Revit 中編輯，再重新導出、鏈接。該插件的引入大幅提升了港口項目中單體與室外工程專業間的信息流動效率和模型協調性，為類似項目提供了一種靈活且可操性強的協同工作新方法。

圖1 整合后的平倉區模型Fig.1 Integrated models of warehouse operation area

3.2 碰撞檢測與糾錯

借助BIM 的碰撞檢測功能和可視化技術，可實現圖紙范圍內各種管線布設與建筑、結構平面布置和豎向高程相協調的三維協同設計，以避免空間沖突，盡可能減少碰撞，避免設計錯誤傳遞到施工階段[5]。

3.2.1 實施過程

將各個專業的初步模型文件整合到Navisworks中，按照兩兩模型碰撞的原則，車輪式進行檢測。經過初輪碰撞，發現場地內管線與管線間沖突點600 余處（圖2），管線與建筑單體基礎間沖突90余處。

圖2 碰撞點示意Fig.2 Sketch of collision point

為高效解決碰撞問題，采用了以下工作流程：

1）碰撞協調會前預處理：BIM 協調人員對碰撞點首先進行預處理，利用Navisworks 分組處理功能，按“功能分區”、“構件類別”、“涉及專業”等原則進行碰撞點的合并與分組，對碰撞問題進行歸類總結，形成協調說明文檔。

2）召開協調會：對照三維模型和說明文檔，逐項確定責任專業，討論下達整改要求，記錄整理并將信息匹配錄入“已分配給”和“注釋”等字段，記錄責任人和修改意見，實現協調信息與碰撞點的關聯，并包含在生成的碰撞檢測報告中。

3）會后糾錯：各專業人員基于碰撞檢測報告調整或修正設計方案。對升版方案重復上述碰撞檢測過程，直至解決全部碰撞問題。

3.2.2 二次開發提升效率

糾錯過程中，設計人員需參照碰撞報告，到相應的設計軟件中逐個查找碰撞位置，修改模型。對于Revit 軟件創建的構件，可通過報告中的元素ID 信息在軟件中實現碰撞構件的自動定位。而對于Civil 3D 軟件創建的重力流管線模型元素，報告中給出的句柄信息無法直接應用。另外，本項目場地大，管線繁雜且碰撞涉及管道、管道部件、雨水井、消防栓等多種圖元，查找工作耗時且效率低下。因此基于.NET 語言進行了二次開發，通過匹配句柄信息在Civil 3D 軟件中自動定位到碰撞構件，并將其放大顯示到窗口中心。

開發通過Civil 3D 提供的.NET API 接口進行[6]，基礎為AutoCAD 二次開發框架。目標是實現從碰撞報告中提取實體句柄，之后映射實體ID，定位到對應的實體構件再居中放大。

給排水等專業人員將插件加載到Civil 3D 軟件中，運行后按提示輸入報告中相應碰撞圖元的實體句柄信息，相應構件即自動被選中，高亮且居中放大。插件的開發有效減輕了設計人員工作量，縮短了管線綜合設計輪數與時間。

3.3 深化應用

3.3.1 機電專業智能化與預制化設計

1）給排水自動化管網建模

為優化室外給排水管網建模流程，將EPANET 軟件與Revit 聯動，得到更加精確和合理的管網路由與管網平差計算結果。基于Revit API進行二次開發，自動讀取節點參數等信息，即可在Revit 軟件中快速生成整套管網模型。提升了管網建模效率，生成的模型更加精細。

2）機電管線預制化深化設計

Revit 創建的模型無法達到預制加工的深度[7]，需要在Fabrication CADMEP 軟件中進行延伸設計。得到反應真實管段長度和管配件尺寸的精確模型，剖切得到精細化圖紙和工程量用于工廠生產和施工精準采購，提升了項目的管線預制化設計水平。機電管線深化設計開料表見圖3。

圖3 機電管線深化設計開料表Fig.3 Opening sheet for detailed design of mechanical and electrical pipelines

3.3.2 建筑綠色設計

1）辦公樓消防疏散模擬仿真

本項目的辦公室為6 層鋼筋混凝土框架結構，建筑面積7 648 m2。建筑防火類別2 級，含3 部電梯、2 部樓梯、含控制室、UPS 間及消防控制室，面積約200 m2。通過分析，直接生成針對辦公樓特定房間的人員疏散與時間關系曲線，為設計優化方案提供了量化結果與信息支撐。

同時，利用可視化技術，還從多維度、多視角預演了火災時辦公樓內人員疏散撤退的場景（圖4）。增強了項目參與各方對不同方案的感官差別，有利于最終方案比選時，獲得滿足各項指標且更具人性化與適用感的設計方案和逃生路徑。對于項目建成后的現場應急管理和安全運營工作也具有實際意義。

圖4 疏散場景模擬Fig.4 Evacuation scene simulation

2）綠色節能設計初探

綠色港口是一種先進的理念，也是港口未來發展的主要趨勢之一[8]。利用Revit 內置的Insight 360，可以將創建的三維建筑模型快捷轉化為能量模型（圖5），并實時獲取建筑環境影響表現指標。綜合考慮工程所在地的氣候條件，冬、夏季太陽輻射強度、風環境等多方面因素，允許設計人員對不同建筑走向，不同飾面材料選擇與搭配，墻體與屋頂建造，窗墻比等細節進行多方案對比分析，得到不同方案下的制冷能耗、用電能耗等，并與國際主流基準能耗進行對比。從而不斷優化建筑規劃設計，為暖通設計提供有力支撐。為設計決策和財務分析提供合理的能源成本預測，研究可再生能源利用潛能。

圖5 辦公樓綜合能量模型Fig.5 Comprehensive energy model of office building

4 收獲與體會

項目BIM 實施過程中的收獲與體會如下：

1） 方案策劃階段，應參考現有的BIM 應用成果，分析實際項目情況，預判可能出現的問題，對技術難點提前展開研究。不要局限于單一軟件平臺或理論體系。發散思維，以提升效率為目標，結合二次開發等手段，不斷修正技術路線，完善技術細節，使BIM 在水運項目設計中更具有實用性。

2） 本項目經過BIM 應用實踐，切實加快了設計審批流程，提升了設計品質。但現階段的應用仍處于較淺階段，下一步應著力于設計施工一體化和全港區散貨工藝系統仿真、運維等方面的研究，推動現有BIM 設計模型向施工、運維乃至項目全周期模型演化，深挖BIM 信息模型的應用價值。

5 結語

針對某大型專業化散貨碼頭項目專業協作要求高和構件碰撞、沖突多等特點開展了相應的BIM 應用探究，并結合二次開發等手段優化流程，對實操層面的問題提出了切實可行的解決方法，進一步提升了工作效率和設計成果精確度。同時進一步探究了機電深化設計與建筑綠色設計的應用，為水運設計行業智慧升級，推動設計院的數字化轉型做出了有益嘗試。