陈家悦，黄黎明，李家华

（中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东 广州 510230）

0 引言

BIM 技术在水运行业整体应用起步较晚，但经过近年的快速发展和技术积累，港工设计阶段的应用已日渐成熟。刘松等研发了水运工程BIM协同设计云平台，实现了基于云的全流程BIM 协同设计[1]。芦志强等根据大型集装箱码头工程的特点，提出了一套完整的BIM 设计技术路线和解决方法，提升了设计精度和深度[2]。邹艳春等在液化天然气码头工程中，探索了BIM 在设计和施工阶段的相关应用点，取得了较好的工程效果[3]；黄庆和王晓琨应用BIM 技术对港口散货装卸工艺进行设计，应用两种BIM 协同设计方式，体现出BIM 技术在港口工程设计中的应用价值[4]。前人的工作多以提出BIM 技术在水运工程项目实施中的技术路线和总体应用效果为主，较少探讨诸如碰撞检测及之后的纠偏、多专业协同在设计中尤其是工艺流程高度复杂的大型散货码头设计过程的具体实施问题。

本文以华南某大型散货码头项目设计任务为契机，开展了BIM 应用研究与实践，在协同设计和碰撞检测等方面探究切实可行的实施方法，并进行了机电智能化和预制化设计、建筑绿色设计等深化应用探索，对类似项目的BIM 应用具有实际参考价值。

1 工程概况

本工程拟建设海轮通用码头泊位（结构按10万吨级）和集装箱驳船泊位共计15 个，陆域总面积33.45 万m2。码头前沿后方布置件杂货堆场、2座散装粮食仓库和1 组粮食筒仓。堆场、平仓和筒仓间布置多座转运站、栈桥和装车楼等，以实现粮食接卸、进出仓和转运装车等多项工艺流程。生产辅助建筑物区布置有办公楼（含候工楼）、给水加压泵站、小车停车场、港口发展用地等，总建筑面积达88 082.75 m2。

2 BIM 应用目标

2.1 总体目标

形成切实可行的散货码头项目BIM 实施技术方案，以实现设计品质提升，为类似项目的BIM应用积累经验，推动设计院数字化转型与发展。

2.2 研究内容

主要包括3 部分：协同设计与优化、碰撞检测与纠错、深化应用探究。

1）协同设计与优化：各专业模型设计过程需相互参照，针对链接协同和工作集协同2 种模式的应用局限性，创新协作方式，以实现效率最优。

2）碰撞检测与纠错：开展模型整合和碰撞检测，优化查找与纠错过程，提升设计效率。

3）深化应用探究：基于模型开展机电深化设计、建筑绿色设计等BIM 深度应用，为智慧化设计升级打下基础。

3 研究成果与实施效果

3.1 协同设计与优化

本项目室外工程协同采用链接方式，室内工程协同采用工作集方式。由于工艺流程运转和设备布置需多个单体支撑，单体间相对位置、开洞高程等需互相协调，以保证栈桥能准确连接。因此需建筑、结构和工艺等专业相互参照，反复调整。采用工作集协同时，可保证单体间相对位置、室内开洞设计等准确无误，但由于项目工序众多，单体设计复杂，中心文件出现数据量过大，软件加载和操作速度明显降低等问题。另外，模型整装时需将中心文件导出后，链接进入Navisworks软件手动定位，耗时较多。当出现碰撞问题需调整方案时，又要回到中心文件中修改后再重新导出，再次链接，严重影响工作效率。

针对这一问题，本项目引入Reference Point插件。该插件可提取总平面布置图中的建筑单体的坐标信息，并赋予相应的Revit 模型。基于此，项目组将中心文件进行了拆分，按单体功能和区位划分成若干较小的中心文件，比如平仓区（单体关系见图1）、筒仓区、生产辅助区等。拆分后的中心文件对硬件要求降低，且易于管理和共享。每一个中心文件内部保持了相关建筑单体之间的相对位置关系。之后分别导入到Navisworks 中进行拼装。利用Reference Point 插件 ，每个中心文件可基于1 栋典型单体获得真实世界坐标，总装时即可实现全码头模型自动对位正确。当单体设计方案调整或纠错时也可快速回到Revit 中编辑，再重新导出、链接。该插件的引入大幅提升了港口项目中单体与室外工程专业间的信息流动效率和模型协调性，为类似项目提供了一种灵活且可操性强的协同工作新方法。

图1 整合后的平仓区模型Fig.1 Integrated models of warehouse operation area

3.2 碰撞检测与纠错

借助BIM 的碰撞检测功能和可视化技术，可实现图纸范围内各种管线布设与建筑、结构平面布置和竖向高程相协调的三维协同设计，以避免空间冲突，尽可能减少碰撞，避免设计错误传递到施工阶段[5]。

3.2.1 实施过程

将各个专业的初步模型文件整合到Navisworks中，按照两两模型碰撞的原则，车轮式进行检测。经过初轮碰撞，发现场地内管线与管线间冲突点600 余处（图2），管线与建筑单体基础间冲突90余处。

图2 碰撞点示意Fig.2 Sketch of collision point

为高效解决碰撞问题，采用了以下工作流程：

1）碰撞协调会前预处理：BIM 协调人员对碰撞点首先进行预处理，利用Navisworks 分组处理功能，按“功能分区”、“构件类别”、“涉及专业”等原则进行碰撞点的合并与分组，对碰撞问题进行归类总结，形成协调说明文档。

2）召开协调会：对照三维模型和说明文档，逐项确定责任专业，讨论下达整改要求，记录整理并将信息匹配录入“已分配给”和“注释”等字段，记录责任人和修改意见，实现协调信息与碰撞点的关联，并包含在生成的碰撞检测报告中。

3）会后纠错：各专业人员基于碰撞检测报告调整或修正设计方案。对升版方案重复上述碰撞检测过程，直至解决全部碰撞问题。

3.2.2 二次开发提升效率

纠错过程中，设计人员需参照碰撞报告，到相应的设计软件中逐个查找碰撞位置，修改模型。对于Revit 软件创建的构件，可通过报告中的元素ID 信息在软件中实现碰撞构件的自动定位。而对于Civil 3D 软件创建的重力流管线模型元素，报告中给出的句柄信息无法直接应用。另外，本项目场地大，管线繁杂且碰撞涉及管道、管道部件、雨水井、消防栓等多种图元，查找工作耗时且效率低下。因此基于.NET 语言进行了二次开发，通过匹配句柄信息在Civil 3D 软件中自动定位到碰撞构件，并将其放大显示到窗口中心。

开发通过Civil 3D 提供的.NET API 接口进行[6]，基础为AutoCAD 二次开发框架。目标是实现从碰撞报告中提取实体句柄，之后映射实体ID，定位到对应的实体构件再居中放大。

给排水等专业人员将插件加载到Civil 3D 软件中，运行后按提示输入报告中相应碰撞图元的实体句柄信息，相应构件即自动被选中，高亮且居中放大。插件的开发有效减轻了设计人员工作量，缩短了管线综合设计轮数与时间。

3.3 深化应用

3.3.1 机电专业智能化与预制化设计

1）给排水自动化管网建模

为优化室外给排水管网建模流程，将EPANET 软件与Revit 联动，得到更加精确和合理的管网路由与管网平差计算结果。基于Revit API进行二次开发，自动读取节点参数等信息，即可在Revit 软件中快速生成整套管网模型。提升了管网建模效率，生成的模型更加精细。

2）机电管线预制化深化设计

Revit 创建的模型无法达到预制加工的深度[7]，需要在Fabrication CADMEP 软件中进行延伸设计。得到反应真实管段长度和管配件尺寸的精确模型，剖切得到精细化图纸和工程量用于工厂生产和施工精准采购，提升了项目的管线预制化设计水平。机电管线深化设计开料表见图3。

图3 机电管线深化设计开料表Fig.3 Opening sheet for detailed design of mechanical and electrical pipelines

3.3.2 建筑绿色设计

1）办公楼消防疏散模拟仿真

本项目的办公室为6 层钢筋混凝土框架结构，建筑面积7 648 m2。建筑防火类别2 级，含3 部电梯、2 部楼梯、含控制室、UPS 间及消防控制室，面积约200 m2。通过分析，直接生成针对办公楼特定房间的人员疏散与时间关系曲线，为设计优化方案提供了量化结果与信息支撑。

同时，利用可视化技术，还从多维度、多视角预演了火灾时办公楼内人员疏散撤退的场景（图4）。增强了项目参与各方对不同方案的感官差别，有利于最终方案比选时，获得满足各项指标且更具人性化与适用感的设计方案和逃生路径。对于项目建成后的现场应急管理和安全运营工作也具有实际意义。

图4 疏散场景模拟Fig.4 Evacuation scene simulation

2）绿色节能设计初探

绿色港口是一种先进的理念，也是港口未来发展的主要趋势之一[8]。利用Revit 内置的Insight 360，可以将创建的三维建筑模型快捷转化为能量模型（图5），并实时获取建筑环境影响表现指标。综合考虑工程所在地的气候条件，冬、夏季太阳辐射强度、风环境等多方面因素，允许设计人员对不同建筑走向，不同饰面材料选择与搭配，墙体与屋顶建造，窗墙比等细节进行多方案对比分析，得到不同方案下的制冷能耗、用电能耗等，并与国际主流基准能耗进行对比。从而不断优化建筑规划设计，为暖通设计提供有力支撑。为设计决策和财务分析提供合理的能源成本预测，研究可再生能源利用潜能。

图5 办公楼综合能量模型Fig.5 Comprehensive energy model of office building

4 收获与体会

项目BIM 实施过程中的收获与体会如下：

1） 方案策划阶段，应参考现有的BIM 应用成果，分析实际项目情况，预判可能出现的问题，对技术难点提前展开研究。不要局限于单一软件平台或理论体系。发散思维，以提升效率为目标，结合二次开发等手段，不断修正技术路线，完善技术细节，使BIM 在水运项目设计中更具有实用性。

2） 本项目经过BIM 应用实践，切实加快了设计审批流程，提升了设计品质。但现阶段的应用仍处于较浅阶段，下一步应着力于设计施工一体化和全港区散货工艺系统仿真、运维等方面的研究，推动现有BIM 设计模型向施工、运维乃至项目全周期模型演化，深挖BIM 信息模型的应用价值。

5 结语

针对某大型专业化散货码头项目专业协作要求高和构件碰撞、冲突多等特点开展了相应的BIM 应用探究，并结合二次开发等手段优化流程，对实操层面的问题提出了切实可行的解决方法，进一步提升了工作效率和设计成果精确度。同时进一步探究了机电深化设计与建筑绿色设计的应用，为水运设计行业智慧升级，推动设计院的数字化转型做出了有益尝试。