基于BIM协同平台的海湾整治工程设计管理实践

吴坚如，王 慧，李珊珊

(中交广州水运工程设计研究院有限公司，广东 广州510220)

海湾整治工程是近年来的新兴产业，也是水运行业企业面临转型的发展方向之一。不同于传统水工设计，海湾整治工程设计不仅要考虑地质、水文等条件，还要考虑地形、环境、人文、绿化等因素，基本没有定型设计。海湾整治工程最大的特点是专业种类多、地形复杂，涉及水工、岩土、测量、建筑、结构、桥梁、园林绿化、环保、电气、给排水等多专业，导致图纸量巨大、交叉面多、设计人员工作量大；而海湾整治工程是因地制宜的工程，复杂地形和测量盲点也带来了设计的困难。

近些年，国内BIM技术在房建领域应用较为广泛，但在海湾整治工程项目中的应用却相对滞后，缺乏相关规范。特别是在设计阶段，BIM应用大多只能实现其可视化的价值[1-5]。

本文通过对海湾整治工程项目特点的研究与分析，结合BIM技术信息化、协同性的优势，在设计过程中建立BIM协同设计平台，对BIM技术在海湾整治工程设计管理中的应用进行总结，使其真正成为优化设计的有效手段，对BIM技术在海湾整治工程设计上的应用具有指导意义。

1 工程及BIM技术应用概况

1.1 工程概况

南澳岛位于广东省汕头市东部海域，地处北纬 23°11′～23°32′、东经 116°53′～117°19′，西距澄海莱芜7.6 km，距汕头市区 20.9 km，距香港 314.5 km，东距福建省东山岛25.2 km，距厦门市 143.7 km，距台湾省高雄市 299.7 km，北距饶平县海山岛5.9 km。项目地理位置 如图1所示。

图1 南澳岛地理位置

汕头市南澳岛蓝色海湾整治行动项目中的金澳湾整治修复项目主要建设工程及规模为：观海栈道1 900 m、景观平台8个、景观亭2个、海丝文化广场5 522 m2、生态廊道修复工程约3万m2、管理用房1座110 m2、公共卫生间1座48 m2，以及水电、监控和环保等配套设施工程。

1.2 BIM技术应用概况

针对工程的重点和难点，利用BIM技术可视化的优势辅助设计与选型，并建立项目的协同管理平台，使参建各方充分协作，对项目实施过程中的数据进行采集与管理。

采用Autodesk Revit平台进行各专业BIM模型创建。通过流程制定、工作标准化等工作辅助设计管理。项目BIM软件配置见表1。

表1 项目BIM软件配置

2 BIM协同设计平台部署

2.1 平台概述

为使设计团队能快速沟通与协同，实现设计管理信息化、标准化、精细化，提升设计成果质量，项目在实施前期建立并应用基于BIM的信息共享和协同平台。

项目BIM协同设计平台主要应用方向为：人员协同、文档协同、模型协同、业务协同，即三维设计成果的可视化浏览、设计信息的集中管理、设计问题的跟踪解决和业务流程的协同执行。

2.2 平台部署及架构

项目部署的协同平台分为客户端、业务端、引擎端和数据端。各专业设计人员通过客户端在业务端口开展协同设计工作，并上传设计模型成果，平台通过模型和信息引擎记录项目实施数据，并对数据进行整理与优化，将设计过程的信息加以保留。协同平台架构见图2。

图2 协同平台架构

项目在云端存储和管理设计过程中的文档、图纸、模型等所有项目数据，按组织、专业、信息类型等不同维度创建文档目录，进行分类管理。此外，还将各类设计管理流程预先设置到协同平台中，参建各方可按照预设流程进行文件签审、设计协调、问题处理、图纸报批等工作流的创建与管理并追踪落实。所有流程及发生文件均归档保存。

2.3 基于平台的设计策划

根据协同平台部署的设计管控要点，项目在BIM实施初期制定了《设计及BIM管理标准》，确保模型和信息在设计不同阶段的传递，并且确保模型在后期有良好的应用。

为了更好地使方案得到执行，让设计团队了解各自工作的成果和时间要求，将BIM标准内置到BIM协同平台，针对不同设计阶段对模型提出不同的精度要求，明确各阶段建模内容、深度、交付时间和要求。

项目还建立了包含出图要求的标准化设计BIM构件库，将常用设计元素以Revit族的形式上传至协同平台。设计人员在设计过程中可直接使用协同平台的族进行设计，提升设计效率并辅助出图。

3 基于协同平台的设计管控实践

3.1 踏勘地理信息系统(GIS)模型共享

针对项目特点，在设计前期采用无人机倾斜摄影技术捕获现场情况，自动生成三维实景GIS模型(图3)，再上传至协同平台。设计人员可随时随地在网页端登录浏览模型，了解场地状况，辅助设计方案选型，节省了现场勘查的时间和人力成本。

图3 GIS模型转化高程模型

倾斜摄影形成的模型为点云实体模型，导出数字线划图(DLG)与数字高程模型，以作为设计地形复核及地形设计模型建立的基础。

3.2 多专业协同设计

在设计阶段，项目利用BIM技术辅助设计，对地形、市政管线、景观等专业直接利用模型出图，其他专业按图纸建立BIM模型并辅助图纸审查工作。采用分专业、分区域建模的方法(图4)，依据施工图纸进行工作区域划分。BIM模型共7个分区，按照地表、植被、景观、机电、看台等区域进行详细的划分，并定期对各个模型进行轻量化整合，使其在满足模型划分和文件大小的同时，方便各专业的使用[6-7]。在项目实施过程中，BIM模型与二维图纸同步，确保能通过模型检查出设计缺陷。

图4 分专业BIM设计模型

3.3 基于协同平台的设计优化

在传统的二维设计中，很多的设计问题是由于信息不对等或者沟通不及时造成的，例如各专业用的底图不一致等。

设计过程中使用设计协同平台后，各专业可将模型成果上传至平台，并自动整合。所有专业设计人员均可登陆至云平台，对整合模型进行浏览，利用三维可视化辅助图纸问题会审。期间发现的问题可及时保存并在云平台中进行沟通，同时也可创建流程，落实责任人限期协调整改。多专业问题协调的界面如图5所示。

图5 基于协同平台的多专业问题协调

将设计问题通过手机端推送至责任人，实时进行问题追踪，利于协同设计。协同平台的应用，解决了因传统二维图纸沟通不及时而产生的错漏碰缺。同时还将设计期间的问题进行统计，分析海湾整治工程易出现的设计问题，将问题以显性知识的形式保存，为后期同类项目实施提供经验。

3.4 模型信息分析

设计团队定期将各自的设计成果轻量化模型上传至协同平台，项目管理人员可通过协同平台浏览各专业的轻量化模型，并从轻量化模型提取所需设计信息。

项目设计管理人员利用平台提取并统计BIM模型中的各类信息，辅助设计阶段对工程量、成本等信息的筛选、分析、可视化展示，优化设计方案。

3.5 设计信息管理

项目在协同平台启动应用前，按照文档类型、专业、部位提前设定好文件的组织架构，以方便对设计过程文档的版本管理与查找。

设计过程中，不同专业设计人员将过程设计文档按照文件组织架构要求存储于平台上，使平台成为项目所有人员最新项目信息的统一来源。同时管理人员按具体需求建立文档结构和对应的管理职责与权限，只有得到授权的用户才可以查看到某个指定的信息。

信息源的统一结合模型的实时协同，避免了潜在因不同专业图纸版本不一致或沟通滞后而产生的设计问题。

3.6 设计流程管控

根据企业和业主要求，提前将主要设计管控流程预设至平台中，并要求各专业设计人员通过协同平台进行设计流程管理。管理人员在平台上发起某项任务，指定相关人员执行，并追踪任务的执行状态。

例如项目提前梳理各专业间的接口确认提取资料顺序和时间节点，把提取资料流程预设在协同平台中，并设置责任人，在前置专业完成对应部位设计后，设计负责人在预设流程中将平台中对应的文档和模型流转至下一个专业，下一个专业负责人根据对应节点的流程和专业接口，进行确认与复核并完成对应部位设计。

应用协同平台进行设计流程管理，实现设计过程中任务管理、协同工作、进展跟踪、事件追溯，并将工作事项与对应文档建立关联，加快了设计问题处理的速度，并留下可追溯的事件处理信息。

4 其他设计管控措施

4.1 环境分析

设计过程中项目管理人员定期将BIM模型导入至Infraworks，通过录入水量，并结合设计、天气等参数，对项目流体进行模拟。同时，将设计模型数据融合到实景模型中进行设计参照和在真实环境中的光照、洪流分析。图6是应用Infraworks对降雨量影响分析的界面。

图6 应用Infraworks对降雨量分析

4.2 可视化辅助设计选型及空间验证

将全部模型通过轻量化汇总，并进行渲染与漫游，提升 BIM 模型的可视化性能，使各分项模型在同一平台中展现，方便项目各团队的景观设计决策。同时应用渲染软件渲染全景效果图，上传至应用云平台并生成虚拟现实模型，设计人员可在虚拟现实模型中进行漫游，模拟真实观感，辅助空间验证及选型，如图7所示。

图7 BIM辅助空间验证

5 基于平台的设计管理数据库建设

5.1 设计管理数据库建设

通过不同专业在协同平台的联动应用，设计成果实时共享，协同项目信息沟通，项目形成了整个设计过程中可追溯的过程信息数据。同时项目在协同平台中建立了项目构件库，使设计人员在设计过程中可直接使用平台的构件进行模型建立与出图，提升设计效率[8-10]。

通过协同平台对项目信息的统一组织、管理、积累，使协同平台成为项目数据库的载体。以项目为基本单位，将设计管理经验加以整理，并有序化、系统化、格式化存入，形成设计管理过程中各项控制点可追溯的数据库，为后期同类项目设计管理的各项决策提供依据。不同项目按照这样的管理方式，可不断丰富设计过程信息，可形成一个企业级设计管理数据库，为企业决策提供依据。

5.2 平台数据管理

为确保平台使用过程中的数据可查及储存安全，设置操作日志，用于实现项目级层面文档、任务、模型等内容的动态操作全程留痕。通过创建不同项目、增添员工、设置对应权限等企业级操作，以及后台系统级操作的动态记录，确保平台数据应用的安全性。

6 结语

1)应用无人机倾斜摄影技术生成三维实景GIS模型上传至协同平台，为设计人员进行场地分析和总体方案设计提供依据，节省了现场勘查的时间和人力成本。

2)基于协同平台，设计阶段可进行图纸审查、多专业会审、综合协调、设计优化和设计流程管理，大幅提高了设计效率和质量。

3)利用BIM技术可视化的特点，在设计中融入工程周围环境，并进行渲染，可直观反应设计成果与环境的协调性和辅助空间验证和选型。

4)基于协同平台建立了设计管理数据库，可在该项目完成后对设计过程中各节点的数据进行统计和分析，为后期同类项目设计管理的各项决策提供依据。

5)该项目的BIM协同平台的设计管理经验亦可用于类似具有专业种类多、需因地制宜、无定型设计的项目，可在一定程度上打破传统设计的局限性。