基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計

◎ 杜靜 廣東省航運規劃設計院有限公司

隨著社會的發展和建筑行業的進步，裝配式建筑已經成為一種趨勢，被廣泛應用于不同類型的建筑項目中，如進行裝配式樁基碼頭結構一體化的設計等。然而，傳統的設計方法往往存在信息孤島、協同不暢和數據不一致等問題，導致設計效率較為低下的同時又增加了施工風險。BIM技術以其全生命周期信息管理和協同設計的特點，為裝配式樁基碼頭結構的設計提供了新的思路和解決方案。將樁基設計和裝配式結構設計進行一體化，實現了信息共享、設計協同和施工優化，從而提高設計效率、降低施工風險。本文旨在探索基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計方法[1]。通過綜合分析工程概述、裝配式樁基碼頭結構一體化建設信息、基于BIM技術的設計要素和步驟等內容，揭示了該設計方法在工程建設中的優勢和應用前景，以期通過BIM技術的應用，實現工程建設全過程的信息集成和優化，提高工程質量、減少資源浪費，推動行業的可持續發展。

1.工程概述

某港口正在進行工程建設，該工程規模包括1個20萬噸級集裝箱泊位和2個15萬噸級散貨泊位。設計年通過能力達到1200萬標準箱和1500萬噸。為了提高施工效率和質量，該碼頭采用了新型全裝配的模塊式高樁碼頭結構。上部結構如圖1所示。

圖1 裝配式碼頭結構斷面示意圖

該碼頭的上部結構采用了高樁設計，利用模塊化的建造方式，在工廠中預制和組裝完成建筑模塊后，整體運輸到現場進行快速安裝。目前，該工程已完成了首榀橋墩的澆筑施工，為后續工程奠定了堅實的基礎。

2.基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化建設信息特點與架構

信息特點方面，BIM技術涵蓋裝配式樁基碼頭結構全生命周期的各個環節，包括設計、制造、施工、運維管理等多個方面的信息。BIM模型作為一個集成的數字化表示，包含了構件的幾何、屬性和關系等詳細信息，實現全方位的信息共享和協同工作。架構方面，基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化建設采用統一的BIM平臺作為核心，集成了設計軟件、制造設備、施工工藝和管理系統等多個模塊，能夠實現數據的集中管理和協同處理。各參與方可以基于BIM平臺進行信息的輸入、查詢和更新，實現實時的數據交互和協同工作。平臺還提供權限控制和數據安全機制，確保信息的保密性和完整性。在BIM模型的建設過程中，各參與方將自身的專業數據和信息輸入到模型中，能夠形成一個完整的裝配式樁基碼頭結構的數字化表示[2]。同時，進行模型的可視化展示、碰撞檢測、進度計劃和資源管理等工作，提高工作效率和準確性。此外，BIM模型還能夠實現數據的可視化分析和模擬，幫助預測和解決施工中的問題，提高項目的質量和安全性。

3.基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計

3.1 構件庫的創建

基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計中，建立完善的構件庫是關鍵。裝配式樁基碼頭結構體系包括混凝土結構與鋼結構，其中混凝土結構又分為有樁帽和無樁帽兩類。因此，在建設過程中，需要根據不同的結構體系和構件類型創建基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化的構件庫。基于BIM平臺（如Revit）的數字化建設過程中，利用相關軟件進行構件的創建。以典型構件“π”形疊合面板為例，按照幾何信息繪制構件的形狀，并填寫相應的非幾何信息，如構件編碼和材質。創建的構件需要經過審查和驗證，確保其幾何形狀準確、符合要求，并能與整體樁基碼頭模型進行集成和協同工作。隨后，將構件添加到構件庫中，并建立構件的參數庫和模型庫，在BIM軟件中錄入構件信息，包括名稱、編碼和參數值等。最后，需要根據項目的進行和技術的進步，持續更新管理構件庫的構件信息和模型，管理版本和變更，以保持構件庫與實際使用的構件的一致性[3]。

3.2 數字化模型設計

數字化模型設計在基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計中扮演關鍵角色。該設計過程涵蓋了從構思到實施的全過程。各專業參與者按照統一的項目單位、基點、坐標系、軸網和命名規則等要求進行工作，并從構件族庫中選擇適配的構件構建完整的BIM模型，以推進建模標準化和效率化。采用基于Revit平臺的BIM技術進行數字化模型設計，實現參數化設計的過程。設計人員通過為不同構件設置合適的幾何和非幾何信息參數，對裝配式樁基碼頭結構進行優化設計，提高設計效率和準確性[4]。數字化模型設計在基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計中具有重要作用，為各專業協同工作提供了統一的平臺和方法，推動了設計過程的數字化轉型。數字化模型的具體設計步驟如表1所示。

表1 數字化模型設計表

3.3 數字化制造與加工

基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計中，數字化制造與加工發揮著重要作用。通過數字化模型設計，將設計數據與制造與加工過程相連接，實現高效的數字化制造流程，如圖2所示。

圖2 基于BIM技術的數字化制造與加工流程圖

首先，通過BIM模型中的幾何和非幾何信息，生成詳細的構件制造和加工數據。數據包括構件尺寸、材料類型、加工工藝、裝配順序等。制造和加工團隊將直接從BIM模型中提取相關數據，以減少傳統手工繪圖和繁瑣的數據轉換過程，提高數據的準確性和一致性。其次，通過將BIM模型與制造設備、機器人和數控機床等數字化工具進行集成，實現構件的自動化加工和裝配。利用數字化制造技術優化材料利用率、減少人工錯誤，并提高生產效率和質量控制。此外，通過數字化制造與加工支持模塊化和預制化施工方法的應用，BIM模型對構件進行拆分和組裝，實現模塊化構件的制造與加工。預制化構件在工廠環境中進行加工和裝配，然后運送到現場進行安裝，以提高施工效率和質量。

3.4 數字化施工安裝

基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計中的數字化施工安裝是一個關鍵的階段，此階段將把數字化模型轉化為實際的建筑物。數字化施工安裝流程如圖3所示。

圖3 數字化施工安裝流程圖

首先，為確保模型的準確性和完整性，對BIM模型進行設計與驗證。模型中包含了裝配式樁基碼頭結構的幾何和非幾何信息，這些信息為施工安裝奠定基礎。其次，確定施工的時間、資源和工序等細節，制定數字化施工安裝計劃，此計劃將用于指導整個施工過程，確保工程按時進行并符合要求。接著，進行場地準備和材料預置，確保施工所需的資源和材料可及且齊全。同時，進行數字化施工工序規劃，利用BIM模型規劃施工順序和流程，確保施工的合理性和高效性。隨后，進行施工資源調度與協調，包括人力、設備和材料等，以確保施工進度和質量的控制。通過數字化技術的支持，資源的調度和協調將變得更加精確和高效。繼而，進行數字化構件定位與布置，根據BIM模型的信息，確定構件的準確位置，并進行相關布置，以確保施工的精度和一致性。同時，數字化裝配與焊接工藝根據BIM模型中的指導，進行構件的裝配和連接，確保施工的正確性和質量。在施工過程中，利用BIM模型進行實時的數字化安全檢查和質量控制，確保施工符合相關標準和規范，保障工人和工程的安全。同時，記錄施工過程中的關鍵信息和進展情況，并及時更新BIM模型，以保持模型與實際施工的一致性。便于監測和跟蹤施工的進展，并進行必要的調整和優化。最后，利用BIM模型進行數字化竣工驗收和交付，確保工程的質量和完整性符合要求。此過程將為后續的維護和管理提供可靠的基礎。

3.5 結構一體化建設管理平臺的搭建

在基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化建設中，結構一體化建設管理平臺的搭建是非常關鍵的一步。結構一體化建設管理平臺的搭建包括需求分析、選型方案、平臺搭建、數據集成、實時監控、數據分析和應用拓展。首先，進行需求分析，明確工程建設過程中的管理、信息交流、數據管理和監控需求。然后，評估并選擇適合項目的結構一體化建設管理平臺方案。接著，搭建平臺，包括軟件安裝、數據庫設置、用戶權限管理和界面設計[5]。將各系統和工具的數據進行集成，確保平臺能獲取和處理不同來源的數據。平臺具備實時監控功能，獲取并監測工程建設過程中的數據，并進行報警。通過數據分析，提取有價值信息，優化工程進度、質量和資源利用。平臺還能達到拓展應用，與供應鏈管理和設備管理系統集成，提升整體效率和協同性的目的。通過搭建該平臺，實現了工程建設的數字化、智能化管理，加快工程建設的進度，提高施工效率和工程質量，降低工程建設的成本，為工程建設的可持續發展作出貢獻。

4.結束語

本文深入探討了基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計。通過對裝配式樁基碼頭結構一體化建設信息的分析，明確了數字化建設對于提高效率、質量和協同管理的重要性。在基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計的探究中，文章重點針對構件庫的創建、數字化模型設計、數字化制造與加工、數字化施工安裝以及結構一體化建設管理平臺搭建等關鍵步驟展開了研究，旨在為實現裝配式樁基碼頭的高效建設和管理提供有效的技術支持。綜上所述，基于BIM技術的裝配式樁基碼頭結構一體化設計是一項前沿而具有潛力的研究領域。通過不斷地創新和推廣，此種設計方法將為工程建設行業帶來更高效、智能和可持續的發展，并為行業的數字化轉型作出重要貢獻。