BIM参数化建模技术在港口工程设计中的应用

BIM参数化建模技术在港口工程设计中的应用

郑力华

北部湾港股份有限公司  广西南宁  530028

摘要：本文讨论了BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）参数化建模技术在港口工程设计中的应用。尽管BIM技术在建筑行业得到广泛应用，但在水运行业的应用相对较少。文章首先介绍了BIM技术的基本原理和特点。BIM是一种数字化建模工具，能够集成多维信息，实现全过程的协同管理和信息共享。接着，文章重点阐述了BIM参数化建模在港口工程设计中的应用。通过参数化建模，设计团队可以快速生成不同设计方案，提高设计效率，降低设计风险和成本。

关键词：BIM技术；港口工程设计；参数化建模；设计协同；碰撞检查；自动出图；工程量统计；三维效果展示

引言

港口工程设计面临着诸多挑战，如复杂的结构布局、多专业间的协同工作和大量的数据管理。传统的设计方法难以高效地应对这些问题，信息不互通和协作不便常常导致设计效率低下和工程质量不稳定。而BIM技术，以其全过程数字化管理的特性，为港口工程设计带来了新的解决方案。

一、BIM技术的基本原理和特点

1.数字化建模

BIM技术的核心是数字化建模，即将建筑物的几何形状、材料、构造、设备等多维信息以数字化的方式进行建模。这些信息存储在BIM模型中，并与模型中的元素相互关联，构成了一个综合的、一体化的信息库。

2.维度和时序

BIM模型不仅包含了三维（3D）的几何形状，还可以扩展到四维（4D）、五维（5D）甚至更多的维度。4D模型包括时间，即模拟建筑项目在不同时间阶段的施工进度和工期计划。5D模型则包括成本，能够进行工程量统计和材料成本估算等。

3.协同管理

BIM技术支持多方参与和数据共享，各专业的设计师、施工方、运营方等可以在同一个BIM平台上协同工作，实现信息共享和实时更新。这样的协同管理方式有助于提高项目的效率和减少误差。

4.可视化展示

BIM模型可以通过渲染技术和虚拟现实等手段进行可视化展示，呈现高度逼真的三维效果。这种可视化效果有助于业主和利益相关者更好地理解设计方案，提前发现潜在问题。

二、BIM技术应用

1.参数化建模

AD技术采用可见的、基于坐标的几何图像来建立图元，并产生独立的2D平面图像。然而，随着建筑结构的日益复杂和建筑规模的不断增大，传统的2D直线无法很好地反映设计者的设计目的和建筑的空间关系。例如，在施工中各方通过2D图进行沟通和传递时，很可能会导致工程信息的缺失等问题。然而，随着参数化信息模型的问世，它给传统的平面设计带来了一种新的思路。参数化信息模型可以有效地利用相应的数字设计软件，对设计形式进行参数化输出，从而形成一种可以灵活调节的参数化信息模型，提高设计效率，并实现在整个工程的全过程中数据信息的有效共享。

本文对高桩梁板码头和板桩码头的BIM建模基础操作及关键技术进行了较为详细的论述。

建造港口的模型需要先确定水平高度和中轴线网络，然后像“搭积木”一样将构件族放置在对应的位置，通常是自下而上进行构建，以避免相互干扰。首先是底部的地基，然后是顶部的结构。对于高桩梁板式码头，可以首先建立标准截面的水工模型，然后通过仿造的方式构建其余相似截面的模型。不同截面的高桩梁板式码头可以采用不同的方法建模。对于板桩码头中存在的大量重复布置问题，可以采用排列等方法实现板桩结构分段的快速建模。随后，将其与总图模型、地形模型、装卸机械模型等组装在一起，形成一个完整的模型。

码头结构中，许多构件外形相似，仅尺寸不同，通过对每一种构件进行参数化，可以大幅提升设计效率，降低重复劳动和误差。参数化族库是BIM参数化建模的关键技术。自定义族时，通常使用“公制常规模型”模板。进入模板后，首先需要创建参考平面并设置高程，然后利用尺寸标注实现族的参数化。族的参数类型可以分为两种：实例和类型。实例参数指的是在加载项目后，对其中一个族的参数进行更改，只有当前族的参数会改变，其他类型的族的参数保持不变。而类型参数指的是在加载项目后，对其中一个族的参数进行更改，其他所有类型的族的参数都会发生改变。

族参数值主要分为五类，即约束值、材料与装饰值、尺寸标注值、其他值以及标识值。其中，约束值基本上都是默认的高度，很少有必要进行定义。而“材料”与“饰面”用于确定零件的材料参数，可以从“材料”库中选取对应的材料。尺寸标注用于指定零件的重要几何参数，控制零件的外部尺寸。其他值则包括其他非几何尺寸范围内的参数，可归类为其他参数。标识值用于元件的识别。由于复杂部件难以实现完整的参数化，因此对其族参数的设定应避免过于繁复，只需对重要的参数进行参数化，以便于以后的修改和调整。

文章对自主式靠船件的建造过程进行了详细的说明。首先，以“公制标准模板”为基础，构建参考平面，并采用延展方式生成靠船件的主体结构。然后，利用尺寸注记方式对齐并确定其参数。在设计过程中，考虑了靠船件的可变性，通过嵌套牛腿族和与否功能，实现靠船件中是否具有可变牛腿的设定，并通过参数共享实现对其进行控制。最终形成了能适应绝大多数高桩基码头建设的靠船件。用类似的方式，也可以灵活地建造码头的其他部分。

2.设计协同

港口项目涉及的专业非常多，包括总图专业、水工结构专业、装卸工艺专业、给排水专业、电气专业等。在进行各个专业的设计时，都需要相互参考和重复使用。本论文采用了公司的本地服务器，结合协调大师软件，构建了一个多专业协作设计平台。该平台可以完成项目权限管理、设计进度跟踪、多专业协作设计等多个方面的工作，从而突破了设计院集中办公的局限，提升了各个专业之间的交流和设计效率。

3.碰撞检查

由于该项目的桩基数量众多，在传统的平面设计中无法很好地观察是否有撞桩的情况。在桩位图布置完成后，需要花费大量时间和精力来观察设计的桩基是否存在碰撞。然而，使用 Revit 建模后，不仅可以直观地检查三维桩基模型，还可以利用软件自带的碰撞检查功能，实时调整并轻松发现冲突问题，从而降低由于失误而导致的返工，提高设计效率和质量。

4.自动出图

在码头模型建立完成后，可以通过BIM模型对建筑图纸进行剖切，并生成高度符合产业出图标准的图纸。利用定制好的标注风格对图纸进行标注和解释，能高效地绘制出符合标准的建筑图纸，从而极大地提升了设计院的出图效率和能力。

5.工程量自动统计

在码头模型完成后，可以利用Revit中的明细表来实现工程量的自动统计。在这个过程中，工程量与模型完美地对应，从而实现了准确计算工程量的目的。此外，还可以根据模型的变化自动进行修正，从而免去大量的重复工作，大大提高了工程量的计算效率。

6.三维效果展示

以高品质的码头模型为基础，可以利用Revit自带的呈现工具或第三方呈现软件，如Twinmotion等，对模型进行效果图呈现和高仿真动画漫游。通过这样的方式，可以获得一个直观真实的项目效果，从而极大地提升与业主的交流效率。

结束语

在港口工程设计中，BIM技术的应用极大地提高了设计效率和质量。通过参数化建模，我们可以快速搭建复杂的港口结构，并灵活调整设计方案，从而加快设计进度和优化设计方案。设计协同平台的建立使得各专业之间能够更好地协作和交流，避免了信息传递不畅和冲突问题。碰撞检查功能帮助我们及时发现并解决设计中的冲突，减少了返工的风险，提高了设计质量。自动出图和工程量统计的实现使得出图和数量统计工作更加高效，节省了大量的时间和人力成本。

参考文献

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