Civil 3D在港口工程BIM協同設計中的應用

楊 彪，章 旭，陳家悅，陳良志，覃 杰

(中交第四航務工程勘察設計院有限公司，廣東 廣州 510290)

近年來，建筑信息模型(BIM)技術在工程建設各領域的應用日漸成熟，應用BIM技術可以提高工程設計的質量和效率，有效控制成本和工期，輔助項目管理和運維，在工程建設的全生命周期內發揮關鍵作用[1]，BIM技術所帶來的經濟和社會效益，已得到業界廣泛認可。三維協同設計是BIM技術在設計階段應用的重要技術手段，可以將傳統設計的串行工作模式轉變為協同設計的并行模式，不同專業基于協同平臺同時開展設計建模工作，并針對整體設計方案進行三維可視化實時校審，有效解決設計過程中的溝通和協調問題，提高項目的設計質量和效率[2]。

不同的BIM設計軟件具有不同的建模機理和功能特點，適用于不同的工程類型。一款合適的建模軟件不僅可以提高建模效率，還能有效保證模型信息的可傳遞性，提高BIM模型的利用率。在港口工程BIM實踐中，Civil 3D軟件體現出其獨特的技術優勢，主要適用于與地形相關的工程場景，如疏浚開挖、陸域回填、地基處理、防波堤、護岸、場區道路、雨水管網等。本文以某港口工程為例，采用Civil 3D軟件開展BIM建模工作，并基于該軟件的數據共享方式，探索一條適合港口工程BIM協同設計的解決方案。

1 工程概況

某LNG項目配套碼頭工程位于廣東省深圳市，擬通過填海造地形成面積約25.4萬的接收站陸域場地，設計交工標高5.7 m，護岸長度約1 400 m。項目配建1座LNG專用卸船泊位，呈蝶形布置，碼頭面設計高程9.5 m，水域設計底高程-14.8 m。建設內容還包括1座工作船碼頭、1座取排水口和1座火炬平臺。項目總體渲染效果見圖1。

圖1 項目渲染效果

項目BIM建模內容包括三維地形地質、港池航道疏浚、斜坡式護岸及基槽開挖、陸域形成及地基處理、取排水口、碼頭結構、火炬平臺、排水明溝、配套水電管線及消防設施等。根據各單位工程特點，BIM建模分為土石方類和構件類2種形式，其中土石方類工程在建造工期和成本預算中占主導地位，擬采用Civil 3D軟件進行建模，實現設計方案的三維可視化表達，提高工程量的統計精度[3-4]。此外，土石方類工程設計的參與專業較多，包括勘測、總圖、水工、巖土、給排水等，專業間設計邊界條件交叉多，互提資料流程繁瑣，導致傳統設計方式溝通協調效率較差。擬通過BIM協同設計方式優化提資流程，提升溝通效率，縮短設計周期[5]。

2 Civil 3D數據共享方式

利用Civil 3D軟件開展BIM協同設計工作，首先要熟悉該軟件的3種數據共享方式：Vault共享、數據快捷方式和外部參照[6]，表1總結了3種數據共享方式的原理、特點和適用情況。在BIM應用實踐中，模型數據共享具有動態關聯的特性，為工程設計提供便利，應根據項目實際情況選擇合適的數據共享方式，主要考慮因素包括項目體量及復雜性、項目團隊人數和項目數據的安全性等。經過對比發現，基于Vault平臺的數據共享方式具有數據安全性強、協同和數據管理效率高、文件歷史版本可追溯等優勢，適用于中大型項目團隊和復雜項目；而數據快捷方式適用于小型項目團隊和簡單項目；外部參照不適用于協同工作。

表1 Civil 3D數據共享方式

Vault采用“服務器+客戶端”的基本架構[7]，1個Vault服務器可以與多個Vault客戶端配合使用，實現多站點同步的協同設計工作，見圖2。Vault服務器主要由Web服務器、數據庫和文件存儲3部分組成，客戶端提供獨立應用端(胖客戶端)、Web端(瘦客戶端)和附加模塊客戶端等服務器訪問方式。在數據安全性方面，Vault使用雙閘式安全控制，將對象安全性與狀態安全性相結合，用戶必須具有角色權限，以及基于對象和狀態的權限，才能訪問Vault對象。此外，Vault還具有校審流程、快速檢索、物料清單、批量打印、文件命名等功能，可以有效提高設計效率，保證設計成果的準確性和規范性。

圖2 Vault數據共享基本架構

3 Vault協同設計原理與優勢

Vault通過附加模塊客戶端與Civil 3D界面緊密集成，進而實現Civil 3D模型對象的“零件級”管理，即對象級別的模型數據共享。設計人員將模型文件檢入Vault平臺的同時，可以選擇模型對象進行共享，Vault會根據對象類別自動進行分組管理，包括點、曲面、路線、縱斷面、道路、管網、壓力管網和圖幅組等[8]。建模時可以直接從Vault平臺參照Civil 3D對象，而不需要參照源模型文件，且被參照的模型對象與源文件保持動態關聯。Vault平臺對Civil 3D對象的“零件級”管理使Civil 3D的數據共享更加精細和便捷。

將Vault平臺部署在云服務器上，不僅可以滿足基于Civil 3D軟件的多站點協同設計，還可以有效保障項目文件的安全性和歷史版本管理，實現項目各參與方的數據共享，提高溝通效率，Vault協同設計平臺界面見圖3。Vault強大的數據管理能力及其與Civil 3D軟件的高度集成，使其在BIM協作的數據管理和交互設計中具有得天獨厚的優勢。基于Vault平臺的Civil 3D協同設計思路如下：首先指定Vault服務器和數據庫，并在數據庫中創建項目，根據專業和角色創建用戶并設定權限，各專業根據工程項目分區及上下游關系開展協同設計工作，確定Civil 3D模型對象的參照引用關系，保證模型間的動態關聯特性，最后利用Navisworks軟件從Vault平臺鏈接各專業模型進行總裝。

圖3 Vault協同設計平臺界面

4 協同設計應用

本項目建設規模較大，協同專業較多，適合采用Vault平臺開展多專業協同設計工作。根據Vault協同設計原理，結合項目實際設計建模需求，制定Civil 3D多專業協同設計基本流程，見圖4。各專業建模完成后需及時將模型成果檢入到Vault平臺，并共享相關Civil 3D對象供其他專業建模參照引用。

圖4 Civil 3D多專業協同設計基本流程

1)勘測專業根據勘察測量資料創建原始地形模型和三維地質模型。利用Civil 3D的曲面功能創建原始地形模型，利用地質模塊(geotechnical module)創建三維地質模型，并結合原始地形對地質模型表層進行修正。

2)總圖專業從Vault平臺參照原始地形和地質模型進行港池疏浚設計。根據港池疏浚邊界、設計標高和疏浚坡比，利用Civil 3D的放坡功能創建港池疏浚模型，并可通過模型快速生成施工圖紙，利用放坡體積工具提取疏浚工程量。

3)水工專業從Vault平臺參照疏浚后的地形模型進行護岸基槽開挖設計，并在開挖模型的基礎上進行護岸圍堰結構設計。根據基槽設計標高、底寬和開挖坡比，利用Civil 3D的放坡功能創建開挖模型，結合三維地質模型實現按土質分類統計開挖量。利用Civil 3D的縱斷面、裝配、道路等功能創建護岸圍堰模型，并可利用采樣線和橫斷面圖功能批量生成護岸斷面圖，利用計算材質功能快速統計護岸工程量。

4)巖土專業從Vault平臺參照疏浚開挖后的地形模型和護岸圍堰模型進行陸域形成和地基處理設計。利用Civil 3D的曲面和放坡功能，根據回填方案分區創建陸域形成模型和地基處理(堆載預壓)模型，并利用體積面板工具統計回填工程量。

5)給排水專業從Vault平臺參照陸域形成后的地形模型，進行排水明溝設計。利用Civil 3D的縱斷面、裝配、道路等功能創建排水明溝，可由模型批量生成斷面圖，快速統計工程量，通過縱斷面可以調整排水坡度、設計跌水等。

6)各專業BIM模型創建完成后，利用Navisworks軟件進行模型總裝。該軟件可以將模型的各類屬性信息完整保留和傳遞，通過軟件附加模塊端口登陸Vault平臺，直接從平臺上鏈接BIM模型，實現同坐標系統下模型的完美拼裝，且總裝模型會隨著各專業模型的變更而自動更新。

本項目利用Civil 3D軟件強大的三維建模功能，完成土石方類工程的BIM建模工作，各專業模型見圖5。通過BIM模型的三維可視化特性優化設計方案，并基于BIM模型實現圖紙的快速生成和工程量的精確統計，進而提升設計成果的質量和精度。利用Vault平臺的服務器級別數據管理功能，完成Civil 3D協同設計工作，實現由傳統串行設計模式向多專業并行設計模式的轉變，保證各專業模型間及各專業模型與總裝模型間的動態關聯，優化專業間的提資流程，提高溝通效率，進而縮短設計周期。

圖5 Civil 3D模型展示

5 結論

1)Civil 3D軟件具有3種數據共享方式：Vault共享、數據快捷方式和外部參照。其中Vault平臺具有服務器級別的數據管理功能，特別適用于中大型項目團隊和復雜項目，且對Civil 3D軟件集成性很高，可實現對模型對象的“零件級”管理。

2)Civil 3D軟件具有強大的三維建模能力，特別適用于與地形相關的土石方類工程。本項目使用該軟件高效精確地完成了地形地質、疏浚開挖、護岸結構、陸域形成、地基處理和排水明溝等模型的創建。

3)本項目基于Vault平臺進行BIM協同設計，采用多專業并行工作模式，上下游專業模型動態關聯，可有效提高專業間的溝通和協調效率，提升設計成果的質量和精度。