广东省航道工程BIM技术体系

何 洋 刘梦兰

1 中交第二航务工程勘察设计院有限公司 2 武汉理工大学物流工程学院

1 引言

建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)是以三维数字技术为基础并集成建筑工程项目各种相关信息的工程基础模型，可从根本上解决规划、设计、施工、运维等各阶段的信息断层问题。目前，国内BIM技术的应用领域由建筑工程向基础设施工程扩展，例如水运工程等。随着BIM技术的集成应用程度不断提高，水运工程领域BIM技术逐渐从设计阶段向施工、运维阶段延深，从单业务向多业务集成协同应用转变。

为解决制约航道工程BIM技术体系科学发展的全局性、系统性问题，以“BIM大数据智慧驱动”思维为导引，开展广东省航道工程BIM技术需求及应用方向研究，梳理广东省航道事务的BIM应用需求和价值，有效构建广东省BIM技术发展规划，助力广东省航道信息化建设。

2 广东省航道BIM技术体系方案

2.1 航道项目信息整合方案研究

目前，航道信息系统大多用于实现工程建设过程中底层业务、局部功能，而为了追求信息的高质量运用，可从全局角度出发，将建筑生命周期管理和BIM理念与技术应用到航道工程项目信息管理中，形成信息化管理的新模式和新机制，这对提高航道工程信息化水平及生产效率具有重要意义。

2.1.1 数据采集方案研究

数据采集作为整个数据资源体系建设的基础，主要利用国家测绘地理信息局组织完成航摄影像，为地理实体数据库、三维模型数据库提供数据基础和来源。在分析广东航道信息化需求的基础上，将航道信息化系统划分为航标遥测遥控管理子系统、船闸管理信息子系统、航道电子地图管理子系统等，分别实现省航道局与分局等之间的网络化分级管理与实时监控；对过往船舶收费、调度进行管理和控制，调节连江十二座船闸水位；实现对航道地理数据综合分析和处理，为航道管理部门业务系统提供基础数据和决策支持平台。

2.1.2 信息集成模式方案研究

航道工程信息模型系统集成平台架构(HPIM)应提供用户管理、权限控制等功能，具有实时更新的IFC标准及其扩展对象库，用于存储HPIM数据的BIM数据库。其功能设计见图1。

图1 HPIM集成平台功能设计

2.2 各阶段BIM技术实施体系

2.2.1 设计阶段BIM技术应用

利用野外实际测量、三维激光扫描、航空摄影测量等进行多源数据采集；通过三维透视及晕渲检查三维地面模型可靠性；最后采用传统法、点云法以及倾斜摄影建模法进行模型的构建，为三维场地模型整编奠定基础。基于AutodeskCivil3D平台，采用文件链接或者文件集成的方式进行协同设计，并利用Navisworks的强大数据接口能力，进行模型的集成。

航道整治工程BIM模型检查在参考现有质量检查技术方法基础上，借鉴建筑领域BIM模型检查实施方法，完成模型完整性、建模规范性以及模型协调性检查，进而保证模型准确与完整。

2.2.2 施工阶段BIM技术应用

将BIM技术高效应用在航道监控量测，减少人员工作量，为项目提供精准的航道监控量测数据。进行模型施工深化，提升模型准确性和可操作性，使BIM模型符合施工深化设计要求。利用施工进度管控技术、预算和成本管控BIM技术、施工质量与安全管控技术降低风险，增强管理者对施工过程的控制能力。

2.2.3 运维管理阶段BIM技术应用

通过数据集成、系统集成或技术集成来实现BIM+GIS(地理信息系统，Geographic Information System)集成应用，将BIM应用范围扩展到航道整治工程领域，实现基于BIM精细管理相结合的多层次管理。利用网络技术、信息技术与数字技术等建设运维管理阶段信息化服务平台，实现资源共享、信息收集以及综合管理。运用BIM技术对航道相关内容实现可视化管理。

3 BIM平台系统总体架构及其应用方案

3.1 逻辑架构设计

BIM平台逻辑结构自上而下分为基础设施层、标准层、平台功能层、用户交互层，着重考虑功能需求(见图2)。航道工程BIM平台业务逻辑要满足航道工程事务及BIM技术研发和应用成果共享，结合“互联网+”思维实现设计、施工管理协同等工作协同与共享，满足基于BIM技术的工程项目全生命期数据传递诉求。

图2 逻辑结构

3.2 数据架构设计

数据架构关注数据持久化和存储层面问题，分布式架构一般把系统分为Saas(软件即服务，Software-as-a-Service)、Paas(平台即服务，Platform-as-a-Service)、Iaas(基础设施即服务，Infrastructure as a Service )三层(见图3)。 微服务垂直嵌入这三层服务之中，相互独立，并将数据架构分为Raw Data(原始数据) 层、Logic Data inner(内部逻辑数据)层和 Logic Data outer(外部逻辑数据)层，有利于提高数据易用性。为进一步提高系统数据性能，采用多源数据缓存方案，把常用数据、最近使用数据放到读取速度更快的内存中，提高数据系统整体性能。

图3 数据架构

3.3 大数据分析架构设计

航道工程BIM平台作为航道工程项目数据传递、BIM工作协同与技术共享的平台势必会积累大量数据，因此对这些大数据的存储、分析与应用也是必不可少的。在平台大数据分析架构中，Kafka网关实现实时采集的多数据源统一接入，并利用数据实时清洗对数据进行解压、解密，减轻存储计算集群资源压力，最后在数据应用层中结合实际需求展示采集分析结果(见图4)。

图4 大数据分析架构

4 基于BIM的航道工程数据资源体系建设方案

航道工程数据资源是指航道事务相关部门在履行职能中而产生、加工、使用的数据资源。围绕数据资源采集、数据资源存储、数据资源管理等方面形成“逻辑上集中”的航道工程数据资源体系，实现数据价值的挖掘。主要包含航道设计施工过程成本管理、质量管理和进度管理。

航道设计施工过程成本管理BIM数据资源体系主要围绕BIM成本管理应用及数字资源目录进行构建，包括基于BIM的造价管理方式、造价文档管理、造价计价管理、造价数据管理。在此基础上，对BIM施工图预算、施工成本管控进行应用分析，旨在为工程造价管理人员提供快速查询定位，为工作人员及时、准确地筛选和调用工程基础数据提供可能性。

航道设计施工过程质量管理BIM数据资源体系，可通过比对现场施工情况与模型进而提高质量检查效率，实现项目质量管控目标。该体系可用于构建施工质量管理模型、制成检验批质量检验记录表以及施工质量分析报告。

航道设计施工进度管理BIM技术应用，主要包括进度计划编制BIM技术应用和施工进度控制BIM技术应用两个方面。可对进度计划方案进行仿真模拟，预先判断计划结果并进行实际进度和计划进度跟踪对比分析。

5 基于BIM的航道工程监控量测技术方案

航道工程监控量测对象一般是指对航道水位、水深、能见度、航道整治建筑物状态等信息感知与监控量测。其核心是航标遥测遥控、船舶监控、水位监测等功能，可实现航道工程安全、高效、便捷和智能的建养运维，促进航道工程智能化、数字化发展。

5.1 BIM空间化可视化

BIM空间化是指将监控点获取的数据信息实现三维模型基础上的数据空间化。BIM通过对航道工程各监控要素进行三维可视化建模，并将监控数据与监控点各BIM模型进行数据关联、融合与集成，实现数据显示、查询、更新等管理，避免信息孤岛。

5.2 航道水位感知方案

目前，水位监测主要采用插补方法依靠现有水位、水文测站进行水尺布设。因此，结合广东省干线航道水位变化特性，制定水位感知点布设原则及方法，设计基于BIM的水位监控量测技术方案具有重要意义。在该方案中需搭建BIM施工管控平台实现数据存储、维护以及集成与交互。而这些数据来源于包含水位自动采集、自动存储、应答查询、自动加报、现场或远处参数设置等模块的基于BIM水位监控量测系统。最后在该方案中BIM施工管控平台还可与搭建好的基于BIM+GIS的航道监控要素感知融合平台进行资源信息交换，实现数字化、智慧化的航道监控量测。具体航道水位感知方案见图5。

图5 航道水位感知方案

5.3 航道能见度采集方案

目前，河流能见度采集主要依靠目测或气象部门的气象预警信息，航道部门不能及时获取山区河流能见度情况。从航道管理实际需求出发，设计能见度自动采集及其信息BIM空间化方案。测量能见度主要有目测法和器测法，而河流雾区较多，能见度不良，受雾影响较大，可以利用能见度仪和雾滴谱仪进行测量。将采集数据整合到BIM施工管控平台，实现河流能见度信息的及时采集和发布，同时预报主要雾区二十四小时能见度信息。此外，还可以结合GIS技术实现信息BIM化。具体方案见图6。

图6 航道能见度采集方案

6 结语

广东航道作为综合交通运输体系的重要组成部分，是国民经济和社会发展的基础产业之一，围绕广东省航道智慧生态需求，合理制定广东省航道BIM技术体系方案；结合航道工程全生命周期管理理念，将航道要素中的宏观地理环境和微观结构映射到BIM数字化结构上，推动航道基础设施全要素、全周期数字化，构建广东省航道综合化的智能应用服务体系。