BIM參數化建模技術在港口工程設計中的應用

張穎 錢偉 孫良辰 曹宏生

摘 要：近年來，BIM技術在建筑行業發展迅速，但在水運行業的應用相對較少。本文以江陰某碼頭工程為例，探索BIM技術在港口工程設計中參數化建模、設計協同、碰撞檢查、自動出圖、工程量統計和三維效果展示等方面的應用，為BIM技術在港口工程設計中的應用提供參考。

關鍵詞：BIM;港口工程;參數化設計;工程應用

中圖分類號：U652.7? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2021）11-0126-03

1引言

BIM技術作為一項新興技術，已經在建筑行業得到了廣泛的應用。國務院、住建部、各省市發布了多項BIM技術應用的產業政策，推動BIM技術的發展。近十年來，大量BIM理論研究和建筑行業BIM標準編制均已落地，BIM技術的發展呈現一片欣欣向榮的景象。但受限于BIM軟件的發展，BIM技術在水運行業發展比較緩慢，實際應用案例較少。

本文以港口工程為例，嘗試運用BIM技術進行港口工程正向設計，對BIM技術在港口工程設計中的應用進行總結，提出BIM技術落地的應用方案，旨在為BIM技術在港口工程設計中的應用提供參考。

2工程概述

江陰某碼頭工程總長290m，新建2個3000噸級散貨泊位，水工建筑物包括2座靠船作業平臺、2座系纜墩、2座接岸引橋、1段30.3m長直立式岸壁等，水工建筑物等級為Ⅱ級。碼頭結構型式采用高樁+板樁的組合結構型式。

2座靠船裝卸作業平臺的平面尺度均為70m×15m。靠船平臺采用高樁梁板式結構，每座平臺設置9榀排架，排架間距為8.0m。樁基采用Φ800mmPHC管樁，每榀排架設5根樁基，其中3根直樁和2根4.5：1斜樁。平臺上部結構由橫梁、縱向梁系、迭合面板和靠船構件、水平撐等組成。

本工程設置2座系纜墩，1#系纜墩平面尺度10m×8m，2#系纜墩平面尺度8m×8m。1#、2#系纜墩均采用高樁墩式結構。系纜墩樁基采用Φ800mmPHC管樁，系纜墩上部采用現澆鋼筋混凝土實體墩。

直立式岸壁段采用錨碇拉桿式板樁結構。前墻采用Φ1000mm@1100mm灌注樁排，墻后設置Φ600mm高壓旋噴樁。前墻頂部設置鋼筋混凝土胸墻，胸墻后設置Ф70鋼拉桿（Q345B），鋼拉桿間距1.5m。采用鋼筋混凝土錨碇墻作為錨碇結構，胸墻和錨碇墻之間回填塊石。

3 BIM技術應用

本次對BIM技術在港口工程設計中的應用進行了初步探索，主要內容包括：參數化建模，設計協同，碰撞檢查，自動出圖，工程量統計和三維效果展示等。

3.1 參數化建模

CAD技術使用可見的、基于坐標的幾何圖形創建圖元，生成孤立的二維平面圖形，但隨著工程結構日益復雜、建筑體積越來越大，傳統二維線條在對設計者的設計意圖以及建筑物的空間關系表達方面存在不足，如在項目建設過程中各參與方在利用二維圖紙進行交流與傳遞時，容易出現工程信息丟失的現象等。直到參數化信息模型的出現，為傳統的二維設計所存在的不足和局限性提供了解決方案，通過相關數字化設計軟件，與設計的形式輸出之間建立參數關系，生成可靈活調控的參數化信息模型，提高設計效率，達到數據信息在整個項目的生命周期中高效共享。

本文將詳細闡述高樁梁板碼頭、板樁碼頭BIM模型建立的基本操作和技術要點。

碼頭模型搭建，首先應建立標高和軸網系統，如同“搭積木”般在相應位置放置構件族，一般按照由下至上的建模順序進行搭建，避免造成遮擋，先搭建下部基礎結構，再往上搭建上部結構。對于高樁梁板碼頭，可先搭建出標準結構段水工模型，其他結構段與標準結構相同可通過復制標準結構段快速搭建，有差異的結構段通過修改部分差異構件搭建，最終搭建出碼頭高樁結構段水工模型，如圖1所示。對于板樁碼頭，考慮構件重復放置較多，如灌注排樁、拉桿等構件，可通過陣列等方式快速搭建板樁結構段模型，如圖2所示。最后，再和總圖模型、地形模型、裝卸機械模型等總裝成最終模型，如圖3所示。

碼頭結構中許多構件外觀相似，僅尺寸存在差異，提前建立每種類型的參數化構件族庫，可極大提高設計效率，減少重復工作量及錯誤。參數化族庫是BIM技術參數化建模的核心技術，自定義族時，通常采用軟件中的“公制常規模型”樣板，進入樣板后，應先建立參照平面并設定高程，通過尺寸標注對族進行參數化控制。族的參數類型分為兩種：實例和類型，實例參數為同類型族載入項目后，修改其中一個族的參數，只有當前族的參數會改變，其他類型的族的參數不變，而類型參數則是族載入項目后，修改其中一個族的參數，其他所有類型的族的參數都會發生改變。

族參數主要分為約束、材質和裝飾、尺寸標注、其他、標識數據五種，約束參數基本為默認高程，極少需要定義;材質和裝飾主要用來定義構件的材質參數，可在軟件材質庫里選擇相應材質;尺寸標注為構件主要幾何參數，控制構件外形尺寸;其他參數定義較為廣泛，不屬于幾何尺寸的參數均可歸類于其他參數;標識數據為構件標識參數，主要用來識別構件。復雜構件完全參數化較困難，因此，在設置族參數時不宜過于復雜，應簡化不必要參數，僅對關鍵參數進行參數化，便于后期修改。

本文以靠船構件為例，詳細闡述自定靠船構件的搭建過程。首先進入“公制常規模型”樣板，建立參照平面，通過拉伸創建靠船構件主體結構，利用尺寸標注對齊鎖定后定義參數，考慮靠船構件牛腿有無可變化，通過嵌套牛腿族和是否函數實現牛腿在靠船構件中的有無設置，通過共享參數進行控制，構件模型參數設置如圖4所示，最終建成的靠船構件可適用于大部分高樁碼頭工程。碼頭結構中的其他構件亦可通過類似方法進行靈活搭建。

3.2 設計協同

碼頭工程設計專業繁多，包含總圖專業、水工結構專業、裝卸工藝專業、給排水專業、電氣專業等，各專業設計過程中需相互參照，反復調用。本文利用公司本地服務器，依托協同大師軟件，搭建多專業協同設計平臺，實現了項目權限管理，設計進度追蹤，多專業協同設計等功能，打破了設計院集中辦公的限制，提高了各專業之間的溝通和設計效率。

3.3 碰撞檢查

本工程樁基布置較多，常規二維設計時，無法直觀檢查是否碰樁，樁位圖布置完成后，需花費較多時間和精力檢查設計樁基是否碰撞。通過Revit建模后，不僅可以直觀檢查三維樁基模型，還能通過軟件自帶的碰撞檢查是否碰樁，并進行實時的調整，可輕松發現沖突問題并解決沖突，減少了因失誤而造成的返工，提供了設計效率和質量。

3.4 自動出圖

碼頭模型搭建完成后，施工圖紙可直接從BIM模型中剖切生成，利用自定義好的標注樣式進行標注說明，高效率繪制出基本滿足行業出圖規范的施工圖紙，大大提高了設計院出圖效率和能力。

3.5 工程量自動統計

碼頭模型完成后，通過Revit中的明細表可實現工程量自動統計功能，工程量完全與模型相對應，可實現工程量的精確統計，并可根據模型的變化進行自動修改，避免重復勞動，大大提供工程量統計效率。

3.6 三維效果展示

依托高質量的碼頭模型，可通過Revit自帶渲染工具或第三方渲染軟件如Twinmotion等，對模型進行效果圖渲染以及高仿真動畫漫游，直觀逼真的項目效果大大提高了與業主的溝通效率。渲染效果圖見圖5。

4 結論

本文簡單介紹了BIM技術在港口工程中的應用現狀，并以江陰某碼頭工程為例，探索了BIM技術在港口工程設計階段的應用，主要結論如下：

（1）BIM技術的核心在于數據，而族是數據的最小存儲單元，族的質量關乎BIM的應用水平;

（2）模型的參數化可提高今后類似碼頭結構建模效率;

（3）高質量BIM模型可提高設計院出圖質量和效率;

（4）BIM模型的可視化技術可提高與業主溝通效率，提升設計院競爭力。

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