BIM的全称为“建筑信息模型(Building Information Modeling)”,是一种应用于工程设计建造管理的数据化工具,可通过参数模型整合工程的各种相关信息,在工程的策划、设计、建设、运行和维护等全生命周期过程中进行共享和传递,具有较好的可视化、协调性、模拟性以及可全方位优化等特点,是土木工程设计发展的趋势。

 

BIM建模技术是BIM技术应用的的基础。目前我国BIM建模技术在规划建筑行业得到较为广泛的应用,但在码头结构设计中还未全面推广,仅在少量项目中有不同程度的运用。海事码头的建设规模一般较小,主体结构和配套工程相对简单,主要考虑满足使用功能要求,对其采用BIM建模技术进行结构设计可显著提高设计质量和效率。

 

本文以广东海事局两项在建海事码头工程为依托,交流探讨BIM建模技术在海事码头结构设计中的应用,以期作为该技术应用于同类型工程设计的参考。

 

 

1.1广东海事局潮州潮安海事处工作船码头工程

工程位于广东省潮州市环城东路,韩江金山大桥下游约300m西岸,韩江大堤外侧。工程新建一个30m级海巡船泊位和4个摩托艇泊位,平面布置为“L”形,主要建设内容为码头平台(长36m、宽10m)和引桥(长5m、宽3.5m)。码头采用高桩梁板结构,桩基为ϕ800mm灌注桩,上部结构为现浇桩帽、预制下横梁、现浇纵梁及上横梁、现浇面板及磨耗层等。

 

1.2广东海事局肇庆辖区贝水趸船浮码头工程

工程位于广东省肇庆市鼎湖区永安镇的西江左岸,距肇庆市区约20km。工程新建一个可靠泊一艘46.5m×12m钢质工作趸船的码头,平面布置为“Ｔ”形,主要建设内容为码头平台(长44m、宽12m)和引桥(长54.3m、宽5m)。码头采用4层高桩桁架结构,桩基为ϕ1000mm灌注桩,上部结构为现浇桩帽、立柱、横纵梁、面板及磨耗层等。

 

 

2.1结构建模

结构建模是建立各结构、附属设施构件的实体模型并进行总装,以形成工程整体结构模型。本文采用的建模软件为Revit。结构建模一般在结构计算后进行,此时各构件的选型和设计尺寸已基本确定,可避免在建模后期因结构设计问题对整体模型进行反复修改。

 

2.1.1建立构件实体模型

依托工程码头主体结构构件主要包括桩基、桩帽、走道板、人行步级、靠船构件、横纵梁、面板、护轮槛、磨耗层等,附属设施构件主要包括橡胶护舷、系船柱、系船环、钢栏杆等。每一个构件模型必须严格按照设计尺寸进行建立,建模精度可达毫米级,构件的细部也应按实际制作,以最大程度体现构件的真实性、完整性及与其他构件的相关关系。如图1所示的橡胶护舷和系船柱,除外观尺寸外,安装螺栓的直径、长度和位置都应准确建模,以协调其与横梁和靠船构件中钢筋或其他预埋件的位置。

2.1.2赋予构件模型信息

构件模型信息主要包括构造尺寸以及型号、部件代码、建造成本等标识数据。构件模型赋予相应信息后,就成为具有“生命”的个体。这些信息伴随相应构件在工程全生命周期过程中发挥标识、统计、计算等重要作用。因此在设计阶段,信息赋予的过程应准确细致,要求把构件所含信息一一赋予,并逐个核对,这将为工程后期施工建设和运营维护提供重要的基础参数。对人行步级模型赋予的信息内容见图2。

2.1.３构件模型总装

将赋予了信息的各个构件模型按照设计位置进行拼装,即构成工程整体模型的雏形,如图３所示。模型总装过程中,尤其要注意相邻构件之间的空间关系,包括连接、搭接、交叉、错缝等,这对后续检验工作的顺利开展有直接影响作用。

2.2模型检验

模型检验是采用三维可视功能和仿真漫游功能对整体模型进行全方位检查验证并持续修改完善,使整体模型满足结构构造要求和使用功能要求。

 

2.2.1结构构造检验

采用Revit的三维可视功能和碰撞检查,对总装后整体模型的每个部位进行构造检验。检验内容主要包括:构件是否按设计意图放置,构件之间的空间关系是否正确,有无构造性错误等,对检验出的结构构造问题应及时纠偏更正。检验出的人行步级安装位置问题如图4所示。

2.2.2使用功能检验

采用Navisworks的三维漫游功能,从使用功能的角度对整体模型的细节进行检验。检验内容主要包括:结构空间布局是否合理、通道是否畅顺、设施设备是否便于操作等,对检验出的使用功能问题应及时改正处理。检验出的上下船平台后侧没有设置栏杆的安全隐患如图5所示。

2.３结构配筋

结构配筋是在整体模型确定的基础上,通过结构计算,为设计尺寸确定的钢筋混凝土构件配置钢筋。结构配筋采用Revit。

 

2.３.1配置构件钢筋

包括受力钢筋和构造钢筋等,每一根钢筋都将按型号、直径和长度配置到相应位置,钢筋的弯角和搭接情况也得到体现,从而形成工程整体钢筋系统。

 

2.３.2检验钢筋配布

整体钢筋系统的钢筋种类和数量很多,相邻构件的钢筋之间出现位置冲突在所难免,因此要对钢筋的布置情况进行详细检验,并调整位置冲突等布置不合理的钢筋,以满足设计要求和施工要求。对横梁和纵梁进行钢筋配置和检验如图6所示。

2.4成果输出

成果输出是展示工程设计理念和设计结果的重要阶段,是设计能力的集中体现,可为工程的建设、运营和维护提供实施资料。

 

2.4.1设计图纸输出

图纸输出采用Revit。在编制好的标准图框中,通过顶面、正面、侧面、剖面等视图,设计图纸可便捷地从多角度、多剖面选择表达方式,将工程的平立断面图、构件的配筋图、设施的安装图等逐一表现出来,并配以尺寸标注和文字说明,最后完成图纸输出。模型和图纸在进行修改时,可实现“一处修改,处处更新”,保证了同一修改在不同图纸中的同步变更。码头断面的输出如图7所示。

2.4.2明细表输出

工程的材料、设备明细表可通过Revit的工程量统计功能全面、准确地输出,并随着模型的更改而同步更新,大大减少人工计算统计的工作量和差错率,促进了工程造价编制工作的高效开展。

 

2.4.３施工组织方案输出

Navisworks可通过导入Project文件,将工程结构施工和设备安装过程按时间顺序和实施步骤模拟出来,具有很强的直观性,对于设计单位而言是对设计成果可实施性的检验,对于施工单位而言是可视的施工组织方案,以此搭建设计单位与施工单位有效沟通的平台,有利于设计意图的完整表达和施工流程检验。码头结构施工阶段的模拟如图8所示。

2.4.4展示效果输出

展示效果输出分为平面效果图输出和三维动画输出,是对设计成果从二维平面到三维空间的充分展示,有强烈的色彩和动态效果,可用于方案汇报、开工仪式和工程宣传等众多场合。工程整体模型导入Lumion软件,可对整体模型的材质和不同视角的光影进行的渲染处理和动态模拟,输出平面效果图和三维动画视频,达到良好的展示效果,还可与３DMAX、Photoshop等其他软件结合运用进行图形图像的后期处理,以满足更高要求的展示效果。码头整体效果如图9所示。

 

 

３.1设计模块化

通过依托工程建立的海事码头常用结构构件和附属设施构件模型库,包括桩基、梁板、人行步级、橡胶护舷、系船柱、钢栏杆等,可作为建模基础族库用于相关设计,大大提高建模准确性和效率,是模块化建模的有力工具。采用BIM建模技术进行结构设计的流程和成果表现形式,可推广应用于同类型码头项目结构设计。

 

３.2方案快速构建

以依托工程为模板,建立数量和结构类型更多的海事码头模型,形成海事码头结构模型集合,在新方案设计初期可直接调用相似结构的模型进行快速修改和展示,便于参建各方直观了解设计意图,提高方案讨论的效果。

 

３.３成果共享

在设计过程中建立的构件模型和整体模型及所赋予的相关信息等成果,可完整传递给施工、监理、运营和管理单位,由后续使用者根据各自需要不断优化完善,使设计成果在工程全生命周期过程中得以保留、延续和共享,是工程信息化、智能化的基础,从而实现“实体工程”和“数字工程”的双移交。

 

 

1)BIM建模技术能以模块化的设计方法快速构建工程实体模型,检验模型构造和功能,输出设计成果和施工组织方案,充分展示设计效果,显著提高海事码头工程结构设计的质量和效率。

 

2)BIM建模技术构建的“数字工程”实现了设计成果在工程全生命周期过程中的保留、延续和共享,是工程信息化、智能化的基础。

 

３)BIM建模技术在码头工程结构设计中的应用尚未普及,相关族库和成果表达形式没有统一标准,设计单位主要依靠自身技术积累,行业内未能形成资源共享。

 

 

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