水运基础设施BIM协同设计云平台及其应用实践

刘松，钱丽，李海江，文曦，姜韶华

（1.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430071；2.中国交通建设股份有限公司，北京 100088；3.英国卡迪夫大学工学院，威尔士 卡迪夫 CF24 3AA；4.大连理工大学建设工程学部，辽宁 大连 116024）

水运基础设施BIM协同设计云平台及其应用实践

刘松1，钱丽2，李海江3，文曦1，姜韶华4

（1.中交第二航务工程勘察设计院有限公司，湖北 武汉 430071；2.中国交通建设股份有限公司，北京 100088；3.英国卡迪夫大学工学院，威尔士 卡迪夫 CF24 3AA；4.大连理工大学建设工程学部，辽宁 大连 116024）

协同设计是BIM应用的核心环节，文中主要介绍了一种基于Autodesk的云平台，通过相关的技术应用、软件集成、族库系统开发以及多个BIM应用软件的二次开发等手段，实现了高效的设计协同。以重庆港江津港区珞璜作业区改扩建工程项目作为应用范例，在设计阶段采用了三维地表建模、三维地质建模、管线综合、碰撞检查、结构分析等多项BIM技术，充分展示了平台的易用性以及实用性。

水运基础设施；建筑信息模型；协同设计

0 引言

随着BIM（Building Information Modeling建筑信息模型）技术的发展，利用BIM进行工程项目设计阶段的结构分析、模型核查、成果优化、工程算量、模型出图等单个方向上已经有了大量的应用案例，但目前还缺少一个完整的系统将这些功能进行集中管理[1-4]。

经过多年BIM实践探索，中国交建在水运基础设施领域已初步完成了水运工程行业BIM标准的制定，建立了成体系的BIM技术应用能力，培养了一批具有专业技术能力的BIM技术研发人员队伍。经过近年来的探索研究及项目应用实践，摸索出了一套将云技术、BIM工具、专业技术等进行深度融合的技术，研发了水运工程BIM协同设计云平台，实现了基于云的全流程BIM协同设计，为BIM技术在水运工程领域的落地打下了坚实的基础。

1 BIM设计云平台体系架构

水运工程BIM协同设计云平台以满足设计阶段各相关参与方在同一工作空间开展BIM协同设计为目标，以通用BIM软件为基础，采用私有云模式部署专业设计技术和资源，并配套研发水运工程领域BIM专用设计工具，实现了从方案策划、结构分析、BIM设计到模型二维出图的全设计流程贯通。平台的总体架构如图1所示。

图1 设计云平台体系架构Fig.1 System framework of design cloud platform

1.1 平台基础支撑

充分考虑平台的延展性和可扩充性，配套用户管理、软件管理、存储管理、部署管理、运行监控、安全管理等多项管理功能，基于硬件服务器和互联网利用虚拟化技术建立平台的基础框架，实现了面向发展的动态资源管理和服务自动化，为BIM软件快速部署、设计人员多终端实时、异地协同提供基础支撑。平台软硬件基础设施如图2所示。

图2 平台软硬件基础设施Fig.2 Infrastructure of platform software and hardware

1.2 通用软件资源集成

在基础平台支撑下，选用Autodesk作为基础设计软件平台，基于企业数据中心搭建起了一套满足多方参与且符合一般设计流程和数据信息交换的设计云平台系统，系统中部署了Autodesk IDS、Autodesk BDS套件，并配套了 Sap2000、PKPM、广联达、鸿业、探索者等各种通用计算、建模软件，同时制定了BIM设计协同工作机制，满足了项目多参与方、跨区域、跨终端人员基于信息模型开展设计和协同的需求，保证了设计协作的及时性及交付成果的质量和效率[5-6]。

1.3 水运工程BIM专用设计工具

1.3.1 结构分析软件

为了保证水运工程结构设计安全、方案合理、结构最优，保证设计效率及准确性，基于Autodesk Robot、Sap2000等可以真实模拟三维结构场、温度场、环境场的通用有限元软件，利用二次开发技术，研发了希迪系列计算绘图软件，通过参数化建模→有限元分析→结果提取→设计方案优化→输出计算书全流程的实现，并部署于BIM设计云平台中，保障了水运工程结构专业的协同设计质量，提升了工作效率。

1.3.2 专业BIM设计软件

为了解决通用BIM软件在水运工程领域的适用性、三维分析数据与BIM软件之间的数据传递等问题，依托Microsoft SQL 2012数据库，利用.NET技术对Autodesk Revit、Autodesk Civil 3D等软件进行了二次开发，编制完成了成体系的水运工程专用BIM设计工具，打通了从计算向BIM设计的数据传递通道，真正做到了从计算到BIM设计的全覆盖，提升了项目方案设计阶段、施工图设计阶段的工作效率和准确性，为水运工程地质、总图、水工、电气、工艺等专业的BIM设计提供了有力支撑。形成了包含希迪高桩码头BIM专业设计软件、混凝土栈桥BIM专业设计软件、室外管沟井BIM专业设计软件、液体工艺BIM专业设计软件、重力式码头BIM专业设计软件等成系列的BIM专业应用软件体系，研发成果部署于BIM协同设计云平台中，供各专业人员应用。

1.3.3 族库管理系统

随着BIM技术在水运工程领域的广泛应用，大量的BIM模型零部件被创建并应用于工程项目中。为了解决族文件的存储、管理等问题，依据港口工程技术规范，以三维设计软件Autodesk Revit以及Microsoft SQL 2012为二次开发平台，采用.NET技术搭建了一套通用族库管理系统，涵盖总图、水工、水文航道、建筑、结构、固体工艺、液体工艺、暖通、控制、通信、给排水、环境保护、岩土勘察、电气等10余个专业，实现了水运工程领域族文件预览、上传、下载、审核、搜索、人员权限等的统一管理和族资源的共享、重用，提升了企业对基础数据资源的整合及管理能力。

1.4 BIM+技术的衍生应用

在BIM设计平台中，为了帮助业主及相关参与方以沉浸方式直观查看设计效果，加强BIM设计成果的可视性、具象性和交互性，指导设计方案的优化和完善，在BIM设计模型的基础上，将BIM技术与VR技术相结合，通过虚拟展示设计成果，实现了带体验方式的虚拟设计，拓展了BIM技术的应用范围。

2 工程实践

基于BIM协同设计平台，以重庆港江津港区珞璜作业区改扩建工程项目为例，结合漳州港古雷二号液体化工码头工程等项目案例，开展了多专业协同设计、结构分析、管线综合、碰撞检查、成果出图等多项BIM设计工作，实现了设计过程中多专业协同，提升了设计成果质量。

2.1 BIM协同设计

2.1.1 三维地面建模

将三维地表模型数据与勘察设计环节紧密结合，使用平台中通用设计软件（AutoCAD、Civil 3D等）建立三维地表模型。建立的三维地表模型可满足后期BIM应用的需要，如地形交线的求取、区域地形面的切割、填挖方的计算等，以配合水运工程场地功能区域的总体布设。

2.1.2 三维地质建模

将三维地质数据与勘察设计环节紧密结合，通过使用平台中的希迪三维地质软件直接读取（或填报）地勘数据表，参数化建立三维地质模型。建立的三维地质模型可满足后期BIM应用的需要，如地质开挖面的求取、地质开挖体的切割、填挖方的计算、地质纵横断面的剖切等，以较好地配合后期BIM设计应用。

2.1.3 多专业协同

基于统一的BIM协同设计管理平台，以协同的工作方式建立各专业的BIM设计模型。通过协同平台统一管理，实现中间数据的无缝传递，建立的各专业模型具备较好的参数化特性，便于后期快速、准确地设计计量、出图等，为深化设计、BIM施工管控奠定基础。码头平台结构协同设计、场地管线协同设计、转运站协同设计分别如图3～图5所示。

图3 码头平台结构协同设计Fig.3 Collaborative design of terminal platform structure

图4 场地管线协同设计Fig.4 Collaborative design of pipeline

图5 转运站协同设计Fig.5 Collaborative design of transfer station

2.2 结构分析

利用研发的希迪系列计算绘图软件通过读取BIM模型设计数据，自动建立结构有限元分析模型，实现港工结构的参数化自动建模、分析和计算书自动生成，分析结果用于优化设计，提升了分析设计效率。

2.3 成果核查

2.3.1 管线综合

基于BIM协同设计平台对电气、给排水等专业的BIM模型进行综合检查，以直观发现管线设计中的问题并及时进行调整，实现合理布管及方案优化，为减少施工中不必要的返工，提高工程安装的一次成功率提供了可靠支撑。码头场地给排水和电气管线综合如图6所示。

图6 码头场地给排水和电气管线综合Fig.6 Dock site water supply，drainage，and electrical pipeline synthesis

2.3.2 碰撞检查

通过BIM协同设计平台将各专业（如结构、电气、给排水等）模型进行整合集成，利用Navisworks等BIM模型核查工具检查设计中专业内及各专业间的错、漏、碰、缺等设计问题，从而优化工程设计，为减少施工阶段由于设计疏忽造成的损失和返工提供服务。水工结构与相关专业协同检查如图7所示。

图7 水工结构与相关专业协同检查Fig.7 Collaborative inspection of hydraulic structure andrelated major

2.4 工程量统计

基于设计BIM模型按照一定的计算规则，使用BIM专用设计工具（如港工结构BIM工具），可以自动计算构件的工程量，并汇总统计得到工程量清单，简化了传统算量方法中的数据输入过程，提升了算量的效率和准确性。

2.5 模型出图

基于三维BIM模型利用软件的剖切工具，自动生成平、立、剖面图，解决了传统二维设计修改繁琐、易出错等问题，弥补了二维图无法表达的细节内容，增强了图纸表达的直观性。

2.6 BIM+VR集成漫游

将BIM模型导入到VR系统中，通过HTC的VR设备直接查看整体的设计成果，并通过漫游和选择等功能对设计中的关键部位进行检查，以沉浸方式直接掌握项目总体设计情况。BIM+VR集成应用如图8所示。

图8 BIM+VR集成应用Fig.8 Integrated application of BIM and VR

3 结语

本文通过实际工程案例展示了一种协同设计平台，其依托Autodesk底层平台，采取了包括多专业、多领域BIM软件工具集成、专用工具二次开发等多种不同的方法，实现了一套切实可行的BIM设计云平台建设和应用方案。该系统已经广泛应用，其使用经验可以为进一步开发BIM开放平台提供基础。

[1] CHUCK E,PAUL T,RAFAEL S,et al.BIM handbook:a guide to building information modeling for owners,managers,designers,engineers,and contractors[M].USA:John Wiley&Sons,Inc.,2011.

[2]SUN Cheng-shuang,JIANG Shao-hua,SKIBNIEWSKI Miroslaw J,et al.A literature review of the factors limiting the application of BIM in the construction industry[J].Technological and Economic Development of Economy,2017,23(5):764-779.

[3] I˙LAL S M,GÜNAYDHIN H M.Computer representation of building codes for automated compliance checking[J].Automation in Construction,2017,82:43-58.

[4]CHOI J,KIM H,KIM I.Open BIM-based quantity take-off system for schematic estimation of building frame in early design stage[J].Journal of Computational Design and Engineering,2015,2(1):16-25.

[5]Autodesk,Inc.AUTODESK REVIT ARCHITECTURE 2015官方标准教程[M].北京：电子工业出版社,2015：1-70.Autodesk,Inc.Official standard course of AUTODESK REVIT ARCHITECTURE 2015[M].Beijing:Electronics Industry Press,2015:1-70.

[6] 王君峰.Autodesk Navisworks实战应用思维课堂[M].北京：机械工业出版社，2015：261-275.WANG Jun-feng.The actual application thinking classroom of Autodesk Navisworks[M].Beijing:China Machine Press,2015:261-275.

BIM supported collaborative design cloud platform and application for waterway infrastructure

LIU Song1,QIAN Li2,LI Hai-jiang3,WEN Xi1,JIANG Shao-hua4
（1.CCCC Second Harbor Consultants Co.,Ltd.,Wuhan,Hubei 430071,China;2.China Communications Construction Co.,Ltd.,Beijing 100088,China;3.School of Engineering of Cardiff University,Cardiff,Wales CF24 3AA,UK;4.School of Construction Engineering,Dalian University of Technology,Dalian,Liaoning 116024,China）

Collaborative design is the core element for BIM implementation,we introduced an Autodesk based cloud platform,which integrates different technologies,software,component library and functions extension,to conduct complex design collaboratively with high efficiency.An extension project of Jiangjin port Luohuang work zone in Chongqing harbour is used as a case study to demonstrate the easy use and practicability of the developed platform by using many BIM technologies,including 3D terrain modelling and geology modelling collaboration,pipeline layout,clash detection,structural analysis and so on.

waterway infrastructure;BIM;collaborative design

U69

A

2095-7874（2017）10-0074-04

10.7640/zggwjs201710016

2017-08-10

刘松（1964— ），男，湖北孝感人，教授级高级工程师，注册土木工程师（港航/岩土），副总工程师，主要从事交通基础设施设计、CAD/BIM技术研发和应用推广工作。

E-mail：LiuSong@ctesi.com.cn