本文摘要：当下BIM技术在工程领域发展迅速，为水运工程建设领域的技术变革带来了一次全新机会。本文从水运工程设计施工一体化的角度，立足于实际工程项目，基于MicroStation平台，阐述高桩码头设计施

 

前言
交通运输部“十三五”科技规划将BIM技术推广列入重点工作之一。目前，各省市对BIM技术应用开展了相应探索。水运工程本身复杂性高、涉及专业众多、标准化程度较低。将BIM技术应用于水运行业，可以大大提高工程集成化程度，将引导水运工程设计及管理方法发生重大变革，是对水运工程建设领域发展的一次重大促进和提升。
 
一、项目背景
1.1工程概述
宁波-舟山港梅山港区高桩码头项目拟新建5个专业化集装箱泊位（6#~10#泊位）及相应的配套工程，包括2个20万吨级和3个15万吨级泊位（码头水工结构兼顾20万吨级），码头岸线总长2150m，码头通过6座引桥与后方堆场相连，与后方陆域采用一座公路桥相连接，工程设计年通过能力430万TEU。工程总投资79亿元。
1.2 BIM应用范围
本项目工作范围为6#、7#泊位（第1至第13结构段）码头平台、7#~8#引桥，包括工作范围内的地质、电气、给排水以及水上建构筑物和主要工艺设备。
1.3 BIM实施目标
（1）建立反映设计阶段工程信息的设计BIM模型，包括结构、地质、给排水、电气、装卸工艺等各专业设计信息，能够随时查询各专业不同构件或设备的工程量、设计要求、设计变更等信息，为工程施工提供基础BIM设计模型；
（2）通过数字化移交平台的开发，实现设计模型无损传递，并在施工阶段不断添加进度、质量、费用等信息，用于指导施工建设，最终完成工程竣工模型，为打造智慧港口提供必要的数字资源。
（3）力争提高工程设计质量、施工管理水平、工程建设品质。
 
二、BIM设计流程
本项目通过创建设计阶段BIM模型，可达到复核二维设计成果、辅助深化设计方案、提前发现并解决复杂技术问题等的目的。所建立BIM模型的专业包括：水工结构、地质、给排水、电气和装卸工艺等。
2.1 模型层级划分规则
本项目模型层级共计分为五级，分别是：项目总装、区域总装、 专业分装、结构组装和模型文件，见图1。 2.2 ProjectWise三维协同设计
三维协同设计实施是一个系统工程，在设计过程中各专业间配合密切，因此有频繁的数据交互，对成果共享程度要求较高。本项目三维模型以“模型文件—结构组装—专业分装—区域总装—项目总装”顺序依次按照参考方式进行装配，在项目开始前，应在标准工作环境的基础上按照上述规则进行任务分解。随后，各专业成员即可在标准环境下进行三维协同设计，各专业可根据权限调用、查看自己及相关专业设计资料。各相关专业完成设计（或设计的里程碑阶段）后，进行模型的总装和综合检查，如有问题则反馈信息至相关专业进行修改，然后再次进行综合检查，直至没有问题检出。对确认无误的综合BIM模型进行固化，以此为基础进行二维图纸的抽取和工程数量的统计，整个三维协同工作流程详见图2。
2.3 轴网的设置
通过对本项目进行轴网的设置，可以对基点、坐标与标高进行统一管理，使模型各结构段各构件有准确定位。如图3为码头第一结构段桩位、桩帽、纵横梁与预制板轴网。 2.4 元件库的建立
针对重复性较强的预制构件、现浇桩帽、现浇节点及附属设施等构件，建立了元件库。见图4。 图4元件库示意图
2.5放置模型程序的编写
在模型建立过程中，为实现快速高效建模，基于MicroStation利用MVBA语言进行二次开发，编写了快速放置模型的实用程序。利用放置模型程序通过轴网定位可实现短时间内批量放置元件，避免了大量重复性无意义工作。
2.6 构件编码
制定码头所有构件的编码规则，定义每一个构件在模型中的唯一ID与编码。从而实现对构件的识别、查询以及属性赋予功能，为全生命周期BIM管理创造必要条件。
 
三、设计阶段BIM应用
3.1模型整合及碰撞检测
本项目对水工结构、地质、给排水、电气和装卸工艺5个专业模型整合成总装模型，进行整体检查，核对各专业成果在平面、立面、剖面位置是否一致，以消除设计中出现的不统一等错误问题。在此基础上，进行各专业之间和全专业之间进行碰撞冲突检查，并根据碰撞结果进行调整，得出优化方案（见图6）。
3.2设计二维抽图
在建立完成的三维模型基础上抽取二维图纸，见图7。 3.3三维地质模型
通过将桩基结构模型与地质模型相结合，可以直观表示桩基在各个土层中的入土深度，方便进行测量、查看、校核及优化，见图8。
本项目利用结构和地质模型，开发了桩基承载力自动计算程序，内置于BIM工作平台中，可用于沉桩的施工配合全过程。 3.4三维配筋
模型搭建完毕，需对混凝土结构（桩、桩帽、节点、纵横梁等）进行三维配筋，通过配筋软件可对构件进行三维配筋模型的建立，配筋结构直观可见，钢筋量统计方便快捷，见图9。 图9三维地质模型与桩基交互图示
3.5工程量复核
本项目通过BIM模型提取相应部位工程量，对设计阶段的工程量及施工阶段的工程量复核提供辅助参考，提交工程量清单复核表。采用C#语言编写程序，对码头与引桥进行工程量统计，并导出。工程量表单见表1。
表1 码头工程量统计表

码头工程量统计
钢材
序号	项目	单位	工程量	系数	最终工程量
1	组合桩钢管桩段	t	6895	1.0	6895
2	岸桥钢轨	t	636	1.0	636
合计		t	7531	1.0	7531
混凝土
序号	项目	单位	工程量	系数	最终工程量
3	组合桩混凝土大管桩段混凝土	m3	43399	1.0	43399
4	节点混凝土	m3	12584	1.0	12584
5	桩帽混凝土	m3	19467	1.0	19467
6	预制纵梁混凝土	m3	12305	1.0	12305
7	预制横梁混凝土	m3	8585	1.0	8585
8	陆侧现浇横梁混凝土	m3	4779	1.0	4779
9	预制板混凝土	m3	17016	1.0	17016
10	下部现浇面层混凝土	m3	20180	1.0	20180
11	上部现浇面层混凝土	m3	1724	1.0	1724
12	护轮坎	m3	107	1.0	107
13	高压接电坑现浇板	m3	65	1.0	65
14	靠船构件混凝土	m3	387	1.0	387
合计		m3	140597	1.0	140597

四、施工阶段BIM应用
为实现设计施工一体化BIM应用，在设计阶段BIM模型创建完成后，通过数字化移交平台将设计模型无损传递到施工阶段。数字化移交平台主要实现“读”和“写”两种功能，即读取设计模型所有相关信息，写入施工过程中的进度、质量、费用等管理信息，通过设置一定的岗位权限和流程，集成BIM模型、进度、质量、图纸、人员等信息，实现设计施工一体化BIM应用。移交平台具体功能如下：
4.1 综合查询
通过选择功能模块的时间节点和查询条件，将查询结果显示在模型中，支持模糊查询、复合查询。针对模型可实现整体模型查询、专业模型查询、典型构件和典型节点查询。同时可将查询的列表、文档、报表、图纸等信息进行下载与打印，还可将文档进行归档。
4.2 进度管理
通过计划开始时间、计划完成时间、实际开始时间及实际完成时间四个时间节点，将BIM设计模型与施工进度紧密相连。批量导入时间数据，选择查询时间节点与构件日期属性，查询所得结果如图所示，可显示已完成构件以及落后于计划完成的构件，并可进行相关施工进度分析。
图10数字化平台进度管理查询结果
4.3 质量管理
数字化平台质量管理包括沉桩偏差管理、上部结构（预制构件、桩帽、面层、附属设施）安装偏差管理、码头水工建筑物的变形观测以及桩基检测管理。通过现场施工情况与BIM模型录入信息的比对，以报警弹窗与高亮模型显示方式反馈偏差信息，可提高质量检查效率与准确性，实现项目质量可控。
4.4 费用管理
通过录入构件信息，可查询施工作业模型中已完成构件工程量信息，并自动统计工程量清单，形成报表。同时，将满足合同约定的计量、计价规范要求的价格测算分摊至各施工构件，利用工程量统计的结果，自动统计不同时期进度款参考值，为进度款支付提供决策支持。
五、结论和展望
BIM在水运工程高桩码头项目中的应用，是BIM在水运行业的一次新的突破。本文以宁波-舟山港梅山港区高桩码头工程为例，展示了MicroStation在高桩码头设计阶段的应用，对设计模型的层级划分、ProjectWise协同平台的运用、元件库的建立及构件编码等方面进行了探索，实现了模型整合、碰撞检测、设计二维抽图、三维地质建模、三维配筋建模及工程量复核等方面的应用，结合实际需要开发了快速放置构件、桩基承载力自动计算以及数字化移交平台等程序，简单介绍了施工阶段数字化移交平台的具体功能。
目前，BIM在水运行业应用还处于起步阶段，随着BIM在水运行业的普及范围逐步扩大，如何缩短项目设计周期、提高设计产品质量、降低建设和运维成本，将成为发展新阶段需要考虑的问题。同时，本文所应用的从设计阶段向施工阶段移交模型的数字化平台，也将为模型从建设阶段向运营阶段的移交给予指导。
 
参考文献
[1]中交水运规划设计院有限公司科技开发中心. 水运工程行业BIM解决方案[R]. 2016.
[2] [美]杰里·温特斯. 学习MicroStation VBA[R]. 中国水利水电出版社,知识产权出版社.