基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计

◎ 杜静 广东省航运规划设计院有限公司

随着社会的发展和建筑行业的进步，装配式建筑已经成为一种趋势，被广泛应用于不同类型的建筑项目中，如进行装配式桩基码头结构一体化的设计等。然而，传统的设计方法往往存在信息孤岛、协同不畅和数据不一致等问题，导致设计效率较为低下的同时又增加了施工风险。BIM技术以其全生命周期信息管理和协同设计的特点，为装配式桩基码头结构的设计提供了新的思路和解决方案。将桩基设计和装配式结构设计进行一体化，实现了信息共享、设计协同和施工优化，从而提高设计效率、降低施工风险。本文旨在探索基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计方法[1]。通过综合分析工程概述、装配式桩基码头结构一体化建设信息、基于BIM技术的设计要素和步骤等内容，揭示了该设计方法在工程建设中的优势和应用前景，以期通过BIM技术的应用，实现工程建设全过程的信息集成和优化，提高工程质量、减少资源浪费，推动行业的可持续发展。

1.工程概述

某港口正在进行工程建设，该工程规模包括1个20万吨级集装箱泊位和2个15万吨级散货泊位。设计年通过能力达到1200万标准箱和1500万吨。为了提高施工效率和质量，该码头采用了新型全装配的模块式高桩码头结构。上部结构如图1所示。

图1 装配式码头结构断面示意图

该码头的上部结构采用了高桩设计，利用模块化的建造方式，在工厂中预制和组装完成建筑模块后，整体运输到现场进行快速安装。目前，该工程已完成了首榀桥墩的浇筑施工，为后续工程奠定了坚实的基础。

2.基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化建设信息特点与架构

信息特点方面，BIM技术涵盖装配式桩基码头结构全生命周期的各个环节，包括设计、制造、施工、运维管理等多个方面的信息。BIM模型作为一个集成的数字化表示，包含了构件的几何、属性和关系等详细信息，实现全方位的信息共享和协同工作。架构方面，基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化建设采用统一的BIM平台作为核心，集成了设计软件、制造设备、施工工艺和管理系统等多个模块，能够实现数据的集中管理和协同处理。各参与方可以基于BIM平台进行信息的输入、查询和更新，实现实时的数据交互和协同工作。平台还提供权限控制和数据安全机制，确保信息的保密性和完整性。在BIM模型的建设过程中，各参与方将自身的专业数据和信息输入到模型中，能够形成一个完整的装配式桩基码头结构的数字化表示[2]。同时，进行模型的可视化展示、碰撞检测、进度计划和资源管理等工作，提高工作效率和准确性。此外，BIM模型还能够实现数据的可视化分析和模拟，帮助预测和解决施工中的问题，提高项目的质量和安全性。

3.基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计

3.1 构件库的创建

基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计中，建立完善的构件库是关键。装配式桩基码头结构体系包括混凝土结构与钢结构，其中混凝土结构又分为有桩帽和无桩帽两类。因此，在建设过程中，需要根据不同的结构体系和构件类型创建基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化的构件库。基于BIM平台（如Revit）的数字化建设过程中，利用相关软件进行构件的创建。以典型构件“π”形叠合面板为例，按照几何信息绘制构件的形状，并填写相应的非几何信息，如构件编码和材质。创建的构件需要经过审查和验证，确保其几何形状准确、符合要求，并能与整体桩基码头模型进行集成和协同工作。随后，将构件添加到构件库中，并建立构件的参数库和模型库，在BIM软件中录入构件信息，包括名称、编码和参数值等。最后，需要根据项目的进行和技术的进步，持续更新管理构件库的构件信息和模型，管理版本和变更，以保持构件库与实际使用的构件的一致性[3]。

3.2 数字化模型设计

数字化模型设计在基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计中扮演关键角色。该设计过程涵盖了从构思到实施的全过程。各专业参与者按照统一的项目单位、基点、坐标系、轴网和命名规则等要求进行工作，并从构件族库中选择适配的构件构建完整的BIM模型，以推进建模标准化和效率化。采用基于Revit平台的BIM技术进行数字化模型设计，实现参数化设计的过程。设计人员通过为不同构件设置合适的几何和非几何信息参数，对装配式桩基码头结构进行优化设计，提高设计效率和准确性[4]。数字化模型设计在基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计中具有重要作用，为各专业协同工作提供了统一的平台和方法，推动了设计过程的数字化转型。数字化模型的具体设计步骤如表1所示。

表1 数字化模型设计表

3.3 数字化制造与加工

基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计中，数字化制造与加工发挥着重要作用。通过数字化模型设计，将设计数据与制造与加工过程相连接，实现高效的数字化制造流程，如图2所示。

图2 基于BIM技术的数字化制造与加工流程图

首先，通过BIM模型中的几何和非几何信息，生成详细的构件制造和加工数据。数据包括构件尺寸、材料类型、加工工艺、装配顺序等。制造和加工团队将直接从BIM模型中提取相关数据，以减少传统手工绘图和繁琐的数据转换过程，提高数据的准确性和一致性。其次，通过将BIM模型与制造设备、机器人和数控机床等数字化工具进行集成，实现构件的自动化加工和装配。利用数字化制造技术优化材料利用率、减少人工错误，并提高生产效率和质量控制。此外，通过数字化制造与加工支持模块化和预制化施工方法的应用，BIM模型对构件进行拆分和组装，实现模块化构件的制造与加工。预制化构件在工厂环境中进行加工和装配，然后运送到现场进行安装，以提高施工效率和质量。

3.4 数字化施工安装

基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计中的数字化施工安装是一个关键的阶段，此阶段将把数字化模型转化为实际的建筑物。数字化施工安装流程如图3所示。

图3 数字化施工安装流程图

首先，为确保模型的准确性和完整性，对BIM模型进行设计与验证。模型中包含了装配式桩基码头结构的几何和非几何信息，这些信息为施工安装奠定基础。其次，确定施工的时间、资源和工序等细节，制定数字化施工安装计划，此计划将用于指导整个施工过程，确保工程按时进行并符合要求。接着，进行场地准备和材料预置，确保施工所需的资源和材料可及且齐全。同时，进行数字化施工工序规划，利用BIM模型规划施工顺序和流程，确保施工的合理性和高效性。随后，进行施工资源调度与协调，包括人力、设备和材料等，以确保施工进度和质量的控制。通过数字化技术的支持，资源的调度和协调将变得更加精确和高效。继而，进行数字化构件定位与布置，根据BIM模型的信息，确定构件的准确位置，并进行相关布置，以确保施工的精度和一致性。同时，数字化装配与焊接工艺根据BIM模型中的指导，进行构件的装配和连接，确保施工的正确性和质量。在施工过程中，利用BIM模型进行实时的数字化安全检查和质量控制，确保施工符合相关标准和规范，保障工人和工程的安全。同时，记录施工过程中的关键信息和进展情况，并及时更新BIM模型，以保持模型与实际施工的一致性。便于监测和跟踪施工的进展，并进行必要的调整和优化。最后，利用BIM模型进行数字化竣工验收和交付，确保工程的质量和完整性符合要求。此过程将为后续的维护和管理提供可靠的基础。

3.5 结构一体化建设管理平台的搭建

在基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化建设中，结构一体化建设管理平台的搭建是非常关键的一步。结构一体化建设管理平台的搭建包括需求分析、选型方案、平台搭建、数据集成、实时监控、数据分析和应用拓展。首先，进行需求分析，明确工程建设过程中的管理、信息交流、数据管理和监控需求。然后，评估并选择适合项目的结构一体化建设管理平台方案。接着，搭建平台，包括软件安装、数据库设置、用户权限管理和界面设计[5]。将各系统和工具的数据进行集成，确保平台能获取和处理不同来源的数据。平台具备实时监控功能，获取并监测工程建设过程中的数据，并进行报警。通过数据分析，提取有价值信息，优化工程进度、质量和资源利用。平台还能达到拓展应用，与供应链管理和设备管理系统集成，提升整体效率和协同性的目的。通过搭建该平台，实现了工程建设的数字化、智能化管理，加快工程建设的进度，提高施工效率和工程质量，降低工程建设的成本，为工程建设的可持续发展作出贡献。

4.结束语

本文深入探讨了基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计。通过对装配式桩基码头结构一体化建设信息的分析，明确了数字化建设对于提高效率、质量和协同管理的重要性。在基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计的探究中，文章重点针对构件库的创建、数字化模型设计、数字化制造与加工、数字化施工安装以及结构一体化建设管理平台搭建等关键步骤展开了研究，旨在为实现装配式桩基码头的高效建设和管理提供有效的技术支持。综上所述，基于BIM技术的装配式桩基码头结构一体化设计是一项前沿而具有潜力的研究领域。通过不断地创新和推广，此种设计方法将为工程建设行业带来更高效、智能和可持续的发展，并为行业的数字化转型作出重要贡献。