基于BIM技术的徐圩港区规划

闫晓敏，祁小辉，郭兆珈

（中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

港区总体规划设计在整个项目中发挥着重要的作用，主要包括两方面的内容：一是合理地建立一种与周边环境相融合的关系；二是有效合理地规划整合港区内各专业之间的关系[1]，国内的港区项目从规划到设计，再到最终的实施，基本还是采用传统的计算机辅助二维设计[2-4]，传统方式往往对环境因素考虑的不全面，规划设计人员容易混淆大量的环境特性，效率低下，且容易造成规划缺陷，难以实现港口合理规划设计的目的。

BIM是一种全新的规划、设计、建造及运营管理方法[5]，通过参数模型整合各种项目的相关信息，在项目规划、设计、运行和维护的全生命周期过程中进行共享和传递，提供了一个可以供不同参与方进行协同使用的可视化[6]工作环境，保证了各个阶段的项目参与者均能获取精确、完整、实时的数据，提高了全生命周期中参与者的工作效率与准确性。为了实现港区全生命周期信息化、参数化与可视化，基于BIM的港区总体规划发挥着至关重要的引领作用。本文基于Autodesk平台，针对连云港港徐圩港区总体规划项目进行了实际应用，以期为类似工程提供参考。

1 BIM规划协同设计环境

BIM协同规划设计旨在综合考虑项目周边建设环境，并便于大型项目前期方案研究和后期设计成果的整合与展示，在项目规划阶段全面融入BIM理念，为后期设计、建设、运营与维护等BIM的实现奠定坚实的基础。但目前市面上存在大量成熟的BIM软件多数是针对建设专业开发的，在水运工程应用方面仍存在一定程度的不适用性。因此，水运工程三维总体规划这一复杂的项目并不是仅仅依靠某一软件就能实现的。InfraWorks是一款侧重于效果展示的软件，其提供了突破性的三维建模和可视化技术，能够更加高效地管理大型基础设施模型和加速设计流程，还支持在云端更安全地集中发布、存储和管理大型模型便于交付各种规模的项目[7]。但InfraWorks对地形模型依赖性很强，本身的模型生成器使用受限，采用地形处理分析功能突出的Civil 3D作为规划设计前期的地形模型输出。考虑到InfraWorks单体绘制效果相对粗糙，要素库中可能不包含部分基础结构等单体模型，无法达到实际效果，采用Revit进行单体模型补充。

BIM规划协同设计环境围绕用于规划展示的InfraWorks软件，集结地形建模Civil 3D、单体构建Revit等Autodesk系列软件，见图1。

图1 BIM规划协同设计环境Fig.1 BIM planning collaborative design environment

BIM协同规划工作环境突破性地实现了三维可视化规划设计，更加高效地管理港区基础设施模型并协助加速设计流程，生成数据方案，更好地预测在现有环境中执行设计方案，加深决策者对项目全方位多角度的理解，以便作出更好的规划与决策。

2 港区总体规划BIM应用思路

港区总体规划首先要依据现有地理、自然、环境条件、发展历程与现状，确定港界范围、港池、突堤尺度等。其次在港区内确定港池、功能区与交通运输设施的平面关系、竖向关系、管道综合等港口配套设施的空间关系等。

BIM规划协同设计环境中充分集结了各种类型BIM软件擅长的工作，将重点规划的结构基础、航道等模型导入实际的环境因素中进行分析与检查，从多因素多目标的角度对规划方案进行调整直至达到最优。最后对周边坏境与规划方案进行渲染，辅助整个规划方案的展示。具体的应用思路见图2。

图2 港区总体规划BIM应用思路Fig.2 BIM application ideas of port area master plan

3 工程实例

3.1 工程概况

徐圩港区是连云港港新开辟的港区，规划区域包括连云港市南部小丁港至灌河口段岸线及相应水、陆域范围。主要目标为让徐圩港区依托临港工业起步，以干散货、液体散货和件杂货运输为主，相应发展集装箱运输，逐步发展成为腹地经济和后方临港工业服务的综合性港区，具备装卸仓储、中转换装、运输组织、现代物流、临港工业、综合服务等功能。

3.2 港区BIM规划环境生成

3.2.1 创建原始地形曲面

1）隔离原始地形图中的高程点，利用“提取数据”命令提取高程点数据形成外部高程点txt数据文件；

2）创建空曲面导入点文件生成地形的三角网曲面；

3）对可用于创建曲面的等高线，采用Civil3D中等高线赋值进行信息补充；地形图中涉及的地形特征线（如堤坝、沟、坎等），可以根据实际地形情况，手动绘制三维多段线，并赋予每个顶点正确Z坐标，作为特征线参与构面；

4）对补充生成的曲面利用“对象查看器”检查原始地形曲面，针对曲面中明显错误直接修改原始数据（高程、原始等高线形状或高程、特征线高程等）点后更新即可，或利用曲面修改工具直接修改曲面；生成原始地形三角网曲面最终版。

5）定义项目坐标，输出imx格式的文件。

3.2.2 创建卫星影像

1）打开水经注地图的Google Earth卫星影像，选中下载工具，框选出最初确定的港区规划范围，选择下载模型与像素级别，指定下载文件夹与名称等内容进行下载。

2）查看下载图片的属性，根据规划范围的实际长宽比对卫星图形校准，以此更真实的还原徐圩港区与周边环境。

3.2.3 环境生成

1）在Civil3D的“Raster Tools”插件工具栏下导入校准后的卫星影像，利用“Match”命令调整图片比例与地形之间的相对位置；

2）利用Raster Tools工具中“world files”命令将航拍图片转为光栅图片格式，并导出调整后的位置信息文件。

3）在InfraWorks软件中创建一个项目文件夹，在“新模型”创建的对话框中选定该项目文件夹存放模型数据。在高级设置里面设置该模型所使用的坐标系统。导入已经提前准备好的imx的地形数据与卫星影像数据，分别为其设置坐标系，然后点击“关闭并刷新”。生成的卫星影像覆盖于地形上的港区规划环境。

3.3 港区BIM规划设计

3.3.1 港区功能区布置规划

徐圩港区定位于为腹地经济发展和后方临港工业服务的综合性港区，近期以服务于后方临港工业园区为主，远期兼顾为腹地物资中转运输服务。根据临港工业区产业布局，结合徐圩港区的性质及发展方向，综合考虑本区域资源特点，确定港区主要由液体散货泊位区、干散货泊位区、通用泊位区、集装箱泊位区四大功能区组成。为扩大港区服务范围，提升公共服务能力，在通用泊位区后方规划规模相适应的仓储物流园区，提高港区的现代化、专业化水平。功能区布置流程如下：1）在Civil 3D中对港区功能区按规划思路对功能区与道路进行布置，并导出SDF文件；2）将SDF格式文件作为数据源导入InfraWorks，将功能区按照不同功能赋予不同类型的地块覆盖，并录入相关信息。采用InfraWorks的样式编辑器对导入的道路进行宽度与样式设置，详情见图3。

图3 InfraWorks整体规划效果展示Fig.3 Demonstration of infraworks overall planning effect

3.3.2 水域布置规划

港区开发拟结合航道工程以及港池、航道维护性疏浚，逐年吹填进行补充，以达到土石方平衡。本文以填挖平衡为参考确定航道的标高，在InfraWorks中构建水域、航道设计、围堤设计等水域布置规划内容。

首先，根据实际卫星影像与功能区规划范围在InfraWorks中创建水域。其次，根据港区功能区布置规划，在Civil 3D中构建规划的陆域设计曲面，通过选取设定基准曲面和对照曲面，生成净空体积曲面，以便查询填挖方量。通过多次调整设计标高并计算港池疏浚、填方方量，最终确定陆域设计标高+7.0 m，吹填标高+8.0～8.5 m（考虑部分超吹）。徐圩港区进港航道（五、六港池至外航道外段）规划通航宽度350 m，航道底标高-21.7 m。五、六港池向内规划通航宽度280 m，航道底标高-16.0～-16.5 m。通过InfraWorks样式选项版定义航道断面，规划设计航道，并定义标高与边坡，见图3水域部分透明度较低部分的效果。

3.3.3 局部细节规划

徐圩疏浚物处置4区位于六港池东侧港区陆域，规划为液体散货泊位区，东侧、北侧依托拟建东防波堤外段，该区域围堤属于本次港区规划一部分，主要采用桶式基础结构。桶式基础结构作为本次规划项目中具有特色的结构单体，同时数量众多具有一定的重复性，在InfraWorks构建对展示流畅度影响较大，论文借助revit软件辅助规划设计，过程如下：

1）首先采用Revit进行桶式结构基础进行设计，通过创建桶式基础结构BIM构件族库完成4号区围堤工程模型的构建，并将模型导出dae的格式文件。打开InfraWorks主页的样式选项版的道路选项卡，导入fbx格式的桶式结构基础，基于该基础通过设置材料、材质、基础与装饰等内容定义道路典型断面，进行围堤绘制。

2）在Revit中构建管廊支架三维模型并导入fbx格式文件，打开InfraWorks主页的样式选项版的三维模型工具栏，导入模型。设置定位原点、渲染细节与大小调整，在城市家具概念设计要素找到该模型并进行布置，并采用InfraWorks中的管线进行管廊的布置，整体布置效果与局部效果图见图4、图5。为了突出4号区围堤效果，图4将功能区与标签进行隐藏。

图4 4号区围堤整体布置Fig.4 Overall layout of No.4 embankment

图5 4号区围堤局部放大图Fig.5 Partial enlargement of No.4 embankment

4 结语

本文基于BIM规划协同设计环境进行港区项目总体规划研究，主要得出了以下结论：

1）本文充分利用了Autodesk公司系列BIM软件的设计特点，结合港区总体规划设计特点，提出了以InfraWorks为核心，集Revit、Civil3D等软件为一体的BIM协同规划工作环境，明确了港区总体规划BIM应用思路，给大型港务工程项目规划设计带来了从二维图纸到三维设计和建造的革命。

2）本文将BIM规划协同设计环境与港区BIM规划思路应用于连云港徐圩港区的实际规划项目，一方面，充分利用现在的地形、影像数据，港区规划对地形勘测数据的依赖性降低，同时设计规划人员可以用任意角度观察工程的整体面貌或局部特征，能够让设计者全面考虑周边环境，更容易发现设计问题或设计缺陷。另一方面，InfraWorks本身含有的道路、铁路、建筑、遮盖、管网、河流水域等多种模型要素，以及Revit、Civil3D各自建模的方便性，很好地展现了三维工程设计软件快速、准确、高效的特点。基于BIM技术的港区总体规划在提高工作效率与控制成果质量方面的优势显而易见。

3）基于BIM技术的港区总体规划不仅提高了工作效率与方便控制成果质量，也实现了在真实场景中规划设计方案的可视化成果展示，便于沟通交流以尽快确定方案，更有利于后期的深化设计，为今后港区规划，乃至其他相似的规划设计的创新与发展提供了有价值的参考。