基于BIM 與GIS 的智慧中心平臺在大型水運碼頭項目建設中的應用研究

劉佳，徐昕

（1.連云港新海灣碼頭有限公司，江蘇 連云港 222113；2.東南大學土木工程學院，江蘇 南京 211189）

BIM 技術近年來在國內快速發展，已經在建筑行業具備成熟的應用，并且在交通水運領域也有了較多的應用案例。早在2015 年，黃天榮通過BIM 模型技術解決了船閘工程輸水廊道前端復雜異形結構空間設計優化，并對輸水廊道進行施工深化設計、施工模擬及工程量統計等工作[1]。2019 年，交通運輸部發布《水運工程信息模型應用統一標準》《水運工程施工信息模型應用標準》《水運工程施工信息模型應用標準》，規范了水運工程BIM 技術的應用。其后的幾年中涌現了信江航運樞紐[2]、洛磧港[3]、廣州港南沙港區[4]等一批優秀的行業應用案例，融合了BIM、GIS、物聯網等多項技術，建立了可行的技術體系。本文依托連云港港贛榆港區4 號至6 號散貨泊位工程，研究基于BIM 與GIS 的智慧中心平臺在大型水運碼頭項目建設中的應用，旨在推動和提高水運類項目智慧化、精細化管理水平。

1 工程概況

連云港港贛榆港區4 號至6 號散貨泊位工程包括碼頭及引堤等水工建筑物。碼頭自南向北依次為4、5、6 號散貨泊位，碼頭總長度達929m。本項目水工結構包含新建3 個10 萬噸級碼頭和完善南側起步工程以北兩個預留沉箱結構段。碼頭通過自南向北依次為1#、2#、3#共三座引堤與后方陸域相連，三座引堤長度均為95m。其中，2#、3#引堤中部設過水箱涵，保證內外水體連通。

本工程是國內最大的專業化鎳礦裝卸泊位工程，具有國內直取距離最長的越野帶式輸送系統，同時也是江蘇省最大的沉箱結構碼頭。此外，本項目在碼頭端的“卸船-破碎-直取”工藝，屬于行業首創，在實現鎳礦直取的同時，更能夠提高鎳礦的品質。沉箱預制生產及安裝、大型特種設備及船舶管理、自然環境及通航影響、危大工程施工技術等問題是本工程需要重點關注的工程實施重點和難點。本項目根據以上施工重點和難點，針對性地提出了基于BIM 與GIS 的智慧中心管理模式。

2 智慧中心平臺搭建

2.1 智慧中心平臺建設目標

本項目以“集約建設、資源共享、規范管理”為目的，利用BIM、GIS、物聯網、云計算、感知網絡等信息化、數字化技術，建設一個智慧管控系統網絡，融合智慧生產和智慧管理兩大主題，實現橫向、縱向及端到端集成，提高施工效率、降低成本，使施工過程規范化、信息化、自動化。同時，推進智慧中心平臺與企業管理系統的整合，為企業信息化管理提供數據支撐。

2.2 智慧中心平臺系統架構

本項目搭建的智慧中心平臺以云數據中心為后臺，以基于BIM 的項目管理系統為數據處理中臺，以手機移動端為數據采集前端，同時以智慧管理大屏作為數據呈現前端，項目數據層層傳遞。視頻監控、沉箱監測、人員定位等物聯網數據通過API 對接至后臺，并通過數據篩選最終呈現到前端。智慧中心平臺系統架構見圖1。

圖1 智慧中心平臺系統架構

2.3 智慧中心平臺業務架構

本項目智慧中心平臺在業務模塊上劃分為智慧質量管理、智慧安全管理、智慧進度模擬、智慧模型沙盤、智慧物聯數據、智慧資料管理等。其中以質量管理、安全管理、智慧物聯等模塊為智慧中心平臺的核心內容。智慧中心平臺業務架構見圖2，智慧中心平臺界面見圖3。

圖2 智慧中心平臺業務架構

圖3 智慧中心平臺界面

3 智慧中心平臺應用

3.1 項目BIM 模型創建

模型作為智慧中心平臺應用的基礎，本項目BIM模型采用Revit 軟件結合無人機傾斜攝影成果創建。模型包括主體結構、機械設備、施工場地、地形環境等模型。其中主體結構、機械設備等模型基于施工圖設計模型，結合現場施工過程進行了深化；施工場地模型根據文明施工標準化要求，結合施工作業空間、物料堆放、視頻監控布置、永久工程利用等具體需要進行設計并創建模型。

3.2 建設質量安全應用

（1）動態化材料管理。在智慧中心平臺建立數字材料庫，對項目主要材料的進場、試驗、入庫、出庫等過程進行實時管理。材料進場時通過智慧中心平臺進行驗收審批，并將質量證明文件、質量驗收記錄等資料關聯到模型。見證取樣過程中，建立電子臺賬，記錄相關質量信息。材料的出庫、入庫以及每一批次的使用部位也記錄在電子臺賬中備查。動態化的材料管理數據，保證了其真實性，同時具有可追溯的特點，落實了質量管理責任。

（2）網格化巡檢管理。針對項目建設過程中的日常巡檢管理行為，在智慧中心平臺中為沉箱預制與出運、基槽疏浚、基床回填、碼頭施工等設置巡檢路線，與BIM 模型關聯。巡檢任務按區域劃分，責任到人。執行過程中，現場人員通過手機移動端發布質量安全控制點的每日狀態，出現問題則上傳至平臺，定時、定人督促整改到位，形成巡檢排查上報整改的流程閉環。網格化的巡檢管理在減少了現場安全質量問題發生率的同時，增強了現場與項目管理層之間的鏈接。

（3）流程化質量驗收。在智慧中心平臺中內置質量驗收的管理流程，現場人員通過手機移動端發起各分部分項工程、各項工序的質量驗收申請，管理人員根據相應標準規范組織驗收工作，質量驗收信息全部保留在平臺中，保障質量驗收全生命周期可追溯，現場質量驗收管理更加流程化、規范化。質量驗收不合格的部位或工序，通過智慧中心平臺發起問題整改，整改的全過程信息應形成閉環，并與對應的模型進行關聯。

（4）常態化隱患排查。在智慧中心平臺中內置水運工程的常見質量通病、安全隱患等問題，管理人員在日常檢查過程中，通過手機移動端對照質量通病、安全隱患等目錄，對現場質量安全隱患問題進行排查，發現問題后進行現場拍照并發布整改通知，整改流程相關人根據平臺搭建的規范庫進行落實整改并通過復查。在智慧中心平臺自動形成相應的整改臺賬，逐步累積形成完整的過程控制資料。

3.3 施工智能監測應用

（1）水下作業安全監測。水下作業具有較大的危險性，對水下作業人員的實時安全監測極為必要。通過生命檢測手環實時獲取水下特種作業人員的位置、生命體征等信息，將數據對接至智慧中心平臺，便于實時查詢。一旦發現數據有異常，或當特種作業人員發生險情、手環自動觸發一鍵呼救時，則智慧中心平臺自動預警并通過電話、短信等多種方式通知負責人，并且通過大屏幕傳遞水下作業人員定位信息，為救援提供重要線索。

（2）船舶定位避讓預警。本項目因與作業中的碼頭相鄰，建設階段部分施工作業船舶需要穿越航道。因此利用AIS 船舶自動識別系統和微波雷達船舶位置識別技術對施工作業船舶進行定位監測，并將船舶位置和航行信息實時展示在智慧中心平臺上。施工船舶在與其他船舶的定位距離突破安全范圍時進行避讓預警，防止出現安全事故。

（3）高壓氣囊動態監測。沉箱預制廠內采用高壓氣囊輔助移動沉箱，沉箱自重約 4000 噸，全部作用于氣囊，對于氣囊內部氣壓監控尤為重要。超高壓氣囊在使用過程中安全風險較大，最常出現的問題是氣囊壓力異常，出現失壓或超壓爆裂。本項目通過氣囊壓力監測系統，在氣囊一端裝入無線無源壓力傳感器，使用時自動發送監測數據至智慧中心平臺，管理人員可在智慧中心平臺對滾動中的氣囊壓力進行實時、動態監測，降低安全風險，確保出運安全。

（4）沉降位移實時監測。在沉箱內部預埋沉降位移傳感器，將沉降數據實時傳輸到智慧中心平臺，可在平臺上查詢到沉箱沉降的實時數據以及時間變化曲線。沉箱安裝完成后，通過智慧中心平臺實時監測并自動分析沉降位移變化趨勢，及時發現并預警風險。沉降位移實時監測不僅在施工過程中具有預警價值，在項目運營階段仍然能夠持續發揮安全監測作用。

4 結語

基于BIM 與GIS 的智慧中心平臺為大型水運碼頭建設的信息化、數字化管理提供了技術支撐，通過建設階段的質量安全管理應用和施工過程中的智能監測應用，提高了項目管理效率，對保障工程質量、降低施工風險起到了較大作用。

在水運行業，信息化還未得到充分的應用，未來還有很多應用領域需要探索。BIM、GIS、物聯網等技術是行業信息化過程中采取的較為有效的技術手段，值得繼續推廣和應用。