BIM參數(shù)化建模技術(shù)在港口工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

張穎 錢偉 孫良辰 曹宏生

摘 要：近年來，BIM技術(shù)在建筑行業(yè)發(fā)展迅速，但在水運(yùn)行業(yè)的應(yīng)用相對較少。本文以江陰某碼頭工程為例，探索BIM技術(shù)在港口工程設(shè)計(jì)中參數(shù)化建模、設(shè)計(jì)協(xié)同、碰撞檢查、自動(dòng)出圖、工程量統(tǒng)計(jì)和三維效果展示等方面的應(yīng)用，為BIM技術(shù)在港口工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM;港口工程;參數(shù)化設(shè)計(jì);工程應(yīng)用

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

1引言

BIM技術(shù)作為一項(xiàng)新興技術(shù)，已經(jīng)在建筑行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用。國務(wù)院、住建部、各省市發(fā)布了多項(xiàng)BIM技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)業(yè)政策，推動(dòng)BIM技術(shù)的發(fā)展。近十年來，大量BIM理論研究和建筑行業(yè)BIM標(biāo)準(zhǔn)編制均已落地，BIM技術(shù)的發(fā)展呈現(xiàn)一片欣欣向榮的景象。但受限于BIM軟件的發(fā)展，BIM技術(shù)在水運(yùn)行業(yè)發(fā)展比較緩慢，實(shí)際應(yīng)用案例較少。

本文以港口工程為例，嘗試運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行港口工程正向設(shè)計(jì)，對BIM技術(shù)在港口工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行總結(jié)，提出BIM技術(shù)落地的應(yīng)用方案，旨在為BIM技術(shù)在港口工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用提供參考。

2工程概述

江陰某碼頭工程總長290m，新建2個(gè)3000噸級散貨泊位，水工建筑物包括2座靠船作業(yè)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(jié)構(gòu)型式采用高樁+板樁的組合結(jié)構(gòu)型式。

2座靠船裝卸作業(yè)平臺的平面尺度均為70m×15m?？看脚_采用高樁梁板式結(jié)構(gòu)，每座平臺設(shè)置9榀排架，排架間距為8.0m。樁基采用Φ800mmPHC管樁，每榀排架設(shè)5根樁基，其中3根直樁和2根4.5：1斜樁。平臺上部結(jié)構(gòu)由橫梁、縱向梁系、迭合面板和靠船構(gòu)件、水平撐等組成。

本工程設(shè)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(jié)構(gòu)。系纜墩樁基采用Φ800mmPHC管樁，系纜墩上部采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土實(shí)體墩。

直立式岸壁段采用錨碇拉桿式板樁結(jié)構(gòu)。前墻采用Φ1000mm@1100mm灌注樁排，墻后設(shè)置Φ600mm高壓旋噴樁。前墻頂部設(shè)置鋼筋混凝土胸墻，胸墻后設(shè)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(jié)構(gòu)，胸墻和錨碇墻之間回填塊石。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

本次對BIM技術(shù)在港口工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了初步探索，主要內(nèi)容包括：參數(shù)化建模，設(shè)計(jì)協(xié)同，碰撞檢查，自動(dòng)出圖，工程量統(tǒng)計(jì)和三維效果展示等。

3.1 參數(shù)化建模

CAD技術(shù)使用可見的、基于坐標(biāo)的幾何圖形創(chuàng)建圖元，生成孤立的二維平面圖形，但隨著工程結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、建筑體積越來越大，傳統(tǒng)二維線條在對設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖以及建筑物的空間關(guān)系表達(dá)方面存在不足，如在項(xiàng)目建設(shè)過程中各參與方在利用二維圖紙進(jìn)行交流與傳遞時(shí)，容易出現(xiàn)工程信息丟失的現(xiàn)象等。直到參數(shù)化信息模型的出現(xiàn)，為傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)所存在的不足和局限性提供了解決方案，通過相關(guān)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，與設(shè)計(jì)的形式輸出之間建立參數(shù)關(guān)系，生成可靈活調(diào)控的參數(shù)化信息模型，提高設(shè)計(jì)效率，達(dá)到數(shù)據(jù)信息在整個(gè)項(xiàng)目的生命周期中高效共享。

本文將詳細(xì)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(shù)要點(diǎn)。

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

碼頭結(jié)構(gòu)中許多構(gòu)件外觀相似，僅尺寸存在差異，提前建立每種類型的參數(shù)化構(gòu)件族庫，可極大提高設(shè)計(jì)效率，減少重復(fù)工作量及錯(cuò)誤。參數(shù)化族庫是BIM技術(shù)參數(shù)化建模的核心技術(shù)，自定義族時(shí)，通常采用軟件中的“公制常規(guī)模型”樣板，進(jìn)入樣板后，應(yīng)先建立參照平面并設(shè)定高程，通過尺寸標(biāo)注對族進(jìn)行參數(shù)化控制。族的參數(shù)類型分為兩種：實(shí)例和類型，實(shí)例參數(shù)為同類型族載入項(xiàng)目后，修改其中一個(gè)族的參數(shù)，只有當(dāng)前族的參數(shù)會改變，其他類型的族的參數(shù)不變，而類型參數(shù)則是族載入項(xiàng)目后，修改其中一個(gè)族的參數(shù)，其他所有類型的族的參數(shù)都會發(fā)生改變。

族參數(shù)主要分為約束、材質(zhì)和裝飾、尺寸標(biāo)注、其他、標(biāo)識數(shù)據(jù)五種，約束參數(shù)基本為默認(rèn)高程，極少需要定義;材質(zhì)和裝飾主要用來定義構(gòu)件的材質(zhì)參數(shù)，可在軟件材質(zhì)庫里選擇相應(yīng)材質(zhì);尺寸標(biāo)注為構(gòu)件主要幾何參數(shù)，控制構(gòu)件外形尺寸;其他參數(shù)定義較為廣泛，不屬于幾何尺寸的參數(shù)均可歸類于其他參數(shù);標(biāo)識數(shù)據(jù)為構(gòu)件標(biāo)識參數(shù)，主要用來識別構(gòu)件。復(fù)雜構(gòu)件完全參數(shù)化較困難，因此，在設(shè)置族參數(shù)時(shí)不宜過于復(fù)雜，應(yīng)簡化不必要參數(shù)，僅對關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行參數(shù)化，便于后期修改。

本文以靠船構(gòu)件為例，詳細(xì)闡述自定靠船構(gòu)件的搭建過程。首先進(jìn)入“公制常規(guī)模型”樣板，建立參照平面，通過拉伸創(chuàng)建靠船構(gòu)件主體結(jié)構(gòu)，利用尺寸標(biāo)注對齊鎖定后定義參數(shù)，考慮靠船構(gòu)件牛腿有無可變化，通過嵌套牛腿族和是否函數(shù)實(shí)現(xiàn)牛腿在靠船構(gòu)件中的有無設(shè)置，通過共享參數(shù)進(jìn)行控制，構(gòu)件模型參數(shù)設(shè)置如圖4所示，最終建成的靠船構(gòu)件可適用于大部分高樁碼頭工程。碼頭結(jié)構(gòu)中的其他構(gòu)件亦可通過類似方法進(jìn)行靈活搭建。

3.2 設(shè)計(jì)協(xié)同

碼頭工程設(shè)計(jì)專業(yè)繁多，包含總圖專業(yè)、水工結(jié)構(gòu)專業(yè)、裝卸工藝專業(yè)、給排水專業(yè)、電氣專業(yè)等，各專業(yè)設(shè)計(jì)過程中需相互參照，反復(fù)調(diào)用。本文利用公司本地服務(wù)器，依托協(xié)同大師軟件，搭建多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)平臺，實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目權(quán)限管理，設(shè)計(jì)進(jìn)度追蹤，多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)等功能，打破了設(shè)計(jì)院集中辦公的限制，提高了各專業(yè)之間的溝通和設(shè)計(jì)效率。

3.3 碰撞檢查

本工程樁基布置較多，常規(guī)二維設(shè)計(jì)時(shí)，無法直觀檢查是否碰樁，樁位圖布置完成后，需花費(fèi)較多時(shí)間和精力檢查設(shè)計(jì)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(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，可輕松發(fā)現(xiàn)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(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。

3.4 自動(dòng)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(biāo)注樣式進(jìn)行標(biāo)注說明，高效率繪制出基本滿足行業(yè)出圖規(guī)范的施工圖紙，大大提高了設(shè)計(jì)院出圖效率和能力。

3.5 工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)

碼頭模型完成后，通過Revit中的明細(xì)表可實(shí)現(xiàn)工程量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)功能，工程量完全與模型相對應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)工程量的精確統(tǒng)計(jì)，并可根據(jù)模型的變化進(jìn)行自動(dòng)修改，避免重復(fù)勞動(dòng)，大大提供工程量統(tǒng)計(jì)效率。

3.6 三維效果展示

依托高質(zhì)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(jìn)行效果圖渲染以及高仿真動(dòng)畫漫游，直觀逼真的項(xiàng)目效果大大提高了與業(yè)主的溝通效率。渲染效果圖見圖5。

4 結(jié)論

本文簡單介紹了BIM技術(shù)在港口工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀，并以江陰某碼頭工程為例，探索了BIM技術(shù)在港口工程設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，主要結(jié)論如下：

（1）BIM技術(shù)的核心在于數(shù)據(jù)，而族是數(shù)據(jù)的最小存儲單元，族的質(zhì)量關(guān)乎BIM的應(yīng)用水平;

（2）模型的參數(shù)化可提高今后類似碼頭結(jié)構(gòu)建模效率;

（3）高質(zhì)量BIM模型可提高設(shè)計(jì)院出圖質(zhì)量和效率;

（4）BIM模型的可視化技術(shù)可提高與業(yè)主溝通效率，提升設(shè)計(jì)院競爭力。

參考文獻(xiàn)：

[1]郝春雷. BIM技術(shù)在水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].中國水運(yùn)，2017，（07）：72.

[2]吳懷波，溫偉光.水運(yùn)工程勘察設(shè)計(jì)各環(huán)節(jié)對BIM技術(shù)的應(yīng)用分析[J].中國水運(yùn)，2017，11（17）：145-146.

[3]倪寅. BIM技術(shù)在水運(yùn)工程中的應(yīng)用[J].水運(yùn)工程，2018，541（4）：127-133.

[4]何歡. BIM建模軟件Revit在高樁碼頭設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn).航道科技，2019，010（3）：55-60.

[5]陳家悅等. BIM技術(shù)在大型散貨碼頭設(shè)計(jì)中的應(yīng)用實(shí)踐[J].中國港灣建設(shè)，2021，41（2）：71-74.

[6]張松. BIM技術(shù)在港口工程中的作用探討[J].工程技術(shù)與應(yīng)用，2019，18：61-62.

[7]張宇海.關(guān)于港口工程中BIM技術(shù)的作用分析[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2019，37（2）：206-207.

[8]柴國威.港口設(shè)計(jì)中BIM技術(shù)應(yīng)用探討[J].港工技術(shù)，2020，57（5）：83-87.