许益益

上海建工集团工程研究总院 上海 201114

港口一直被视为国际市场上的重要战略基础设施，随着“一带一路”倡议的提出，沿海港口的建设也迎来了新的发展。港口的建设离不开基础设施为其提供的持续性服务，建立适合港口要求的基础设施维修管理系统是非常必要的。BIM技术的出现大大提高了工程项目的效率，可视化的特性也使得其在民用和工业建筑中蓬勃发展。但是，港口基础设施与民用和工业项目的基础设施有很大不同，其信息描述是非常复杂的[1-2]。本文将探索BIM技术在港口基础设施维修管理中的设计与应用。

1 港口基础设施维修管理中BIM应用的挑战

港口在运作过程方面较为复杂，使港口基础设施维修管理中的BIM应用更加困难。此外，为港口基础设施开发各种风险评估的专业技术也是一个重要挑战。建筑对象操作规划的基础设施在项目过程中需要进行标准化，但目前它们的形式和标准模板的创建尚未开展，只有一般化和最小化的要求。

此外，大多数港口基础设施都只有2D施工文件。本文通过检索资料，分析了至少数十个港口基础设施，发现只有极少数存在项目文件可供使用，并且其中的主要文件是港口基础设施的验收报告，包含的信息极少。文档的组成也因基础设施结构的不同而有所差异。如果对建筑进行更改，则必须重新设计基础设施，此过程低效、耗时且无序，并不符合标准化的原则。另一个十分重要的挑战是将港口所在区域的岩土工程数据整合到BIM模型中，并对其进行改进和补充。以前的大多数项目没有考虑到限制信息模型的实地信息，将地质结构方面的岩土数据集成到BIM模型中的方法还没有得到充分的研究，这对港口运输基础设施是一个致命缺点。其他一些挑战包括港口项目，缺乏标准建筑元素库，部分防波堤、栅栏或海岸加固是由天然材料、撕裂的石头制成的，这些材料的可视化很差。对于这些元素，LOD技术很难形式化，将它们的链接结构描述为IFC模型也存在困难。

2 港口运维模型集成方法

2.1 港口地理环境信息获取方法

生成港口信息模型的过程必须从搜索港口项目所在环境的制图数据（正射影像、地形、测深等）开始，使港口基础设施能符合其所处的地理环境，并能够对所有相关要素进行正确的地理参考。使用制图信息，在Revit中生成与现有的拓扑表面相同或非常相似的拓扑表面，然后对现有地形进行建模。

现有的地形建模过程可以通过2种不同的方式进行。

第1种是在二维投影中建模，通过将基础设施的二维（地板、海拔、剖面等）合并到Revit中创建三维模型。每个模板被放置在视图和相应的标高，过滤绘图只显示来自2D的必要信息。

第2种方法是从三维数据建模，此方法是通过点云或网格建模，可以使用以下几种设备简化获取流程：地形设备，通过从固定点进行测量对点云进行收集，操作简单但是耗时，且成本很高；激光扫描仪，可自动移动，在每次数据收集中收集数百万个点，但该设备成本较高；摄影测量，对要建模的元素进行拍照，从而创建点云，该系统需要专业的操作人员，但可以获得更好的建模效果。

2.2 港口基础设施运维BIM模型的实施管理

构建港口运维BIM模型的关键在于必须实时更新建设项目模型，以获得实际执行的项目模型。为此，模型的所有元素必须以参数的形式包含一系列属性，且允许对所有相关数据进行排序和分类。这些属性必须包含元素的名称、元素的标识代码以及根据国际标准的元素分类系统的组装代码。利用BIM方法对模型进行信息管理的一个基本要素是元素分类系统。目前，有不同的元素分类系统，在国际标准中，最常用的元素分类系统是Omniclass、Uniclass2015和Uniformat。然而，它们中没有一个系统可对构成港口和海事工程的要素进行分类。在本文研究的过程中，分析了港口基础设施中可能发生的和最具代表性的损坏情况，例如滤料损失、石板开裂、海底冲刷、沉井开裂、沉箱加固的腐蚀、桩钢筋锈蚀、上板钢筋锈蚀、回填泄漏、码头倾斜或位移等，并对港口BIM指南分类提出了建议。

一旦模型生成，就必须将一系列参数纳入模型。这些参数必须包含在BEP（项目BIM执行计划）中，并添加到模型的每个相应元素中。参数是Revit对象最重要的部分之一，它们包含每个元素的所有信息。通过为模型的元素分配一系列参数，以确定它们的保存状态信息。这些参数的选择是根据港口相关的法律法规而定的，是检验单必须包含的最小数据量。参数定义如下：元素名称和相关标识代码；地址，并注明其所属的相关基础设施，如防波堤、码头等；定位图，其图像允许在港口草图中显示元素的大致位置；检查单，其图像中填写了所有数据；检查项目的日期；最后一次检查项目的日期；检查类型的指示；将进行视察的工作小组；在港口进行的养护工作类型；详细说明视察期间将进行的工作以及将给予特别注意的方面；详细说明该项目的状况和该项目中出现的异常情况；显示视察中发现的要素或缺陷的照片；状态水平，表示某一要素在特定时刻的情况，分为“非常好、好、一般、不好、破坏性的”五类；服务水平，用于衡量对用户的关注，以及负责港口维护的人员在速度和效率方面对安装过程中可能出现的不同问题作出的反应；填写所有上述数据的检查文件的图像；具体的监视服务和预定的日常工作设备；定期检查小组，通常由有关港口维护小组的人员组成；具体检查小组，指特殊情况下需要进行的具体检查，通常为外包人员团队。而根据养护工作的类型，可分为以下几种情况：对港口的运营支持，港口在既定服务水平上运作所需的所有活动；普通养护，所有旨在延长港口要素使用寿命的养护工程；额外养护，所有为修复安装要素所需的活动。

通过与BIM技术的结合，使得港口模型可以在便携式设备如平板电脑上查看，甚至可以使用虚拟和增强现实技术。在该技术的基础下，运维人员可以从平板电脑上访问Revit模型的版本，还可通过远程连接平板电脑到包含程序的计算机中来访问Revit模型。这样，一旦进入端口，操作人员就能直接在Revit模型上获取数据，填写前文中提到的所有参数。建议将这些检查单作为图纸纳入Revit模型，并给予特定的编号，这样数据就能实时记录下来，并与要检查的每个元素相关联。此外，该方法的另一个优点是易于收集结构中出现的缺陷或故障的图形信息，因为使用平板电脑，工人可以对它们进行拍照，并直接链接到模型中的相关元素。通过这种方法，可大大提高港口运维人员的工作效率，能够在检查之前可视化港口出现的损坏，并了解其发展情况，也可减少一次检查和另一次检查之间的信息冗余。此方法应用中使用的检查单类型表，如图1所示。

图1 港口基础设施的检查单

3 港口运维模型的构建

本节将以港口工程的防波堤为例，介绍如何构建港口运维模型。首先在Revit中模拟建立一个临时防波堤，如图2所示。然后输入一系列参数，即基础设施的维护和保养需要纳入模型的要素，将所有已建立的参数都包含在模型中。通过这一步骤，建筑模型被转换为设施管理模型，且包括了有关基础设施保护管理的所有信息。假设基础设施在其某些要素中存在缺陷或需要修复的损坏（不是真实的），检查单包含上述要素维护的参数信息。一旦收集了检查数据，就可以对检测到的缺陷进行建模，并在模型中展示，如图3所示。检查单以PDF格式生成，以便在模型中存档。通过这种方法，可以建立一个含有大量信息的模型。一般情况下，这些信息将被导出到一个作为保护和维护基础设施的数据库，由CMMS软件管理。为了从模型中提取信息，还需生成维护计划表，包含模型的所有质量及其维护参数和组装代码。然后，通过应用过滤器，只选择那些表示损坏的情况。从2个模型中提取的维护规划表及其解释的示例如下，主防波堤养护计划表：防波堤处于受损状态，离端点60 m处防波堤的外墙有裂缝，使线管暴露在空气中，此处需要加固。

图2 在Revit中创建的防波堤

图3 输入检查信息后防波堤开裂示意

4 结语

本文提出了一种新的用于港口的基础设施管理方法，使港口能处理大量有关基础设施的维护信息。在此过程中设计了一个与基础设施管理相关的三维模型，且作为可视化工具与数据库结合，帮助相关人员做出决策。与其他类型的基础设施和建筑物相比，港口基础设施在集成BIM方面的研究欠缺，且在现有的国际BIM标准中，海洋港口的现有要素没有明确的分类或编码。此外，在设计阶段，有必要为后续的技术条件监测分配单独的建设性元素。如具有足够准确性的企业BIM标准，就能确定从不同来源和企业部门获得的操作文档的形成过程。本文的研究将为进一步实现港口利用BIM技术进行基础设施管理提供了参考。