基于BIM技术的绿色、智慧港口建设项目全生命周期管理方法

2020-07-12张建国萧白侯建飞陈佩博韩飚

运输经理世界 2020年7期

文/张建国、萧白、侯建飞、陈佩博、韩飚

1 BIM 技术绿色、智慧的自身特征

BIM 模型的创建及信息完善过程秉承了“统一模型”的概念，建设各参建单位围绕统一的BIM 模型展开工作，消灭了信息断层的问题。BIM 模型拥有超越传统二维图纸以及3D 模型整合项目信息的能力，除了能将几何信息表达清晰外，还加载了施工管理及运营维护所需信息，有助于建设管理方及运营方对项目细节的掌握，有效避免信息丢失造成的工作失误，提高了工作效率。

BIM 模型的可视化、构件化的特点，通过事前深化、电脑放样、模拟施工等技术手段，在正式施工前暴露设计、施工过程中潜在的工序错误、专业矛盾等问题。通过进一步优化BIM 模型，达到场外加工具备条件后场内快速安装的效果，既避免返工浪费，也提高了加工质量及施工效率，达到节约工期的目的。

由于BIM 技术能够“所见即所得”，极大方便了建设过程精细化管理的需要。特别是针对工期紧、投资巨大、参建单位多、协调难度大的港口建设项目，通过整合摄像头、人脸车辆识别、传感器、物联网等技术，利用BIM 协同平台实现各参建单位的信息协同与资源交互，有利于提高项目管理质量与效率，实现绿色、智慧建设[1]。

2 天津港基本建设绿色、智慧发展的需要

2.1 天津港建设项目管理的信息化需求

在“一带一路”、京津冀协同发展和建设自由贸易试验区的宏观背景下，天津港作为天津市核心战略资源和比较优势，必须承担历史责任，在管理水平、服务功能以及规范化建设等各方面进行质的提升。以新理念谋划新发展，创新发展作为第一动力，全面提升港口能级和水平，巩固世界一流大港，打造世界一流企业。为此，天津港基本建设阶段的管理也应实现绿色、智慧管理的转变，通过建设基础设施数字化模型、智慧工地以及项目管理大数据，构建完善的港口项目管理全生命周期信息化建设，提升港口建设及运营管理水平与效率。

2.2 适应国家战略，建设项目可持续发展的需要

天津港作为“一港八区”的管理主体，一方面将积极进行已建港口基础设施改造提升；另一方面根据港区危化品选址、大宗散货和集装箱等功能调整和招商引资等需要，进行港口新建项目的建设。面对持续的大规模港口建设和对项目建设环保、规范、精细化管理要求的提升，引入BIM 技术进行全生命周期项目管理，为项目管理目标提供有力的技术保障，给可持续发展提供基础数据支撑。

2.3 规划管理、项目选择，信息化技术辅助决策的需要

随着当前我国港口工程行业的生产规模逐渐扩大，相关合理性布局以及经济优化成为港口发展的重点。在天津港地区，其港区的规划以及设计等工作已经逐渐引入了现代化信息技术，特别是CAD 技术取得了一定成果。随着我国科学技术以及规划水平的逐渐提高，在规划建设管理工作中以平面为主的信息化技术已经不能满足当前工程发展的需求，通过将BIM 技术以及CAD 技术的替换，可以保证对整个工程三维模型的建立以及GIS 技术的结合，确保工程整体规划得到全面控制。同时包含所有体系的三维以及多维模型。例如对于一些危险化学品的存放，需要专业港口作业区合理选址以及精细化布局，然后通过这一技术实现对存储环境的安全评估，做出相应的设计规范，在决策过程中积极引入生态学建设理念，综合利用气象数据以及外部环境数据，实现对地区的日照噪声交通以及通风等环境因素的综合评估。另外，通过辅助规划的设计以及管理决策、措施，保证港口工程建设的全面实施，提高现代化港口工程的全面建设。

2.4 提高项目投资控制管理水平需求迫切

加强工程建设项目成本控制贯穿于项目从策划到实施阶段的全过程。合理有效控制工程成本支出，既节约项目投资，提升投资收益，又可以将释放资金投入到更需要的项目中，扩大天津港整体投资规模。BIM 技术在处理实际工程成本核算中有着巨大优势，可以通过在工程项目实施的不同阶段，逐步深化建立BIM 的5D 施工资源信息模型（3D 实体、时间、工序）关系数据库，让实际成本数据及时进入5D 关系数据库，成本汇总、统计、拆分对应瞬间可得。建立实际成本BIM 模型，可轻松满足各种成本分析需求。将实际成本BIM 模型数据库部署到天津港建设管理平台中，实现规划建设、计划财务和审计监察等各职能部门的数据共享，在工程项目不同阶段实现成本数据核算与分析，从而加强港口建设项目全过程成本管控的能力。

2.5 工程建设各环节信息共享复用和管理需求

港口工程建设的目的，是形成具有设定功能的码头、堆场及附属配套设施、设备，并形成固定资产，证照齐全，能够投入生产运营，为投资者带来持续不断的投资回报。港口建设项目从项目策划、方案论证、各阶段设计、招投标、施工准备、施工安装到竣工验收和试运行，再到正式投产形成固定资产，工程建设期的各个阶段都会产生大量管理及使用信息，信息在不同阶段通过相互传承、补充，最终形成完整信息集合，决定了工程建设具有周期长、资源使用多、用量大、空间流动性高等特点，相应信息管理更是涉及面广、工作量大、制约性强、信息流量大[2]。如果没有统一体系将其整合为有机集合，结果则是大量冗余、错误和无用信息在过程中大量流动、反复采集、离散存储，造成效率低下、成本增高、失误率高。

BIM 技术集成工程建设各阶段信息，对工程实体和功能特性进行完整的数字化表达。可以消除信息孤岛，实现信息共享，使信息在策划、方案、设计、施工和运行等项目全生命周期充分共享、无损传递，为多方协同工作提供信息数据基础，促进工程建设全产业链技术、管理模式变革，加快技术和管理水平升级。通过打造建设项目BIM 管理平台，实现项目从设计、招投标、施工过程管控全过程的有机协同，在合规性、工期制定与跟踪、施工组织、安全、质量跟踪以及全过程成本管理中发挥积极作用。

2.6 老港区设施管理进行精益管理的客观需求

自1973年大建港以来，天津港经历多个五年计划的分阶段、分布骤、分区域开发建设、技术改造和设施升级，成为拥有集装箱、散杂货、件杂货、粮食、大宗散货、大宗液体货物等各种货类装卸业务及配套设施的世界级大港，港口吞吐量和集装箱吞吐量双双进入世界十大港口行列，成绩辉煌，举世瞩目。但由于历史原因，多年累积形成的档案资料以纸制为主，辅以CAD 图形方式，东疆港区和北疆、南疆等部分区域并有少量GIS 信息系统，系统数据不连续，无法充分发挥区域信息系统功能和作用。通过采用BIM 技术，构建可视化的天津港主体港区全区域BIM 信息管理系统成为可能，将有利于今后老港区功能调整项目与区域再开发的持续需求。

3 BIM 技术在港口项目全生命周期建设中的应用

目前天津港已着手利用BIM 技术整合多种信息技术进行港口项目全生命周期管理的应用。

3.1 项目建设阶段的应用

通过BIM 技术在虚拟环境下对项目进行预建模拟分析，提前检查出设计图纸存在的图纸深度不足、错漏碰缺问题、使用功能不合理、观感及视觉效果欠佳等问题。

在施工过程中利用施工模拟、数字放样，确保工程施工质量及一次成活率，减少返工及杜绝建筑材料浪费，降低建筑垃圾产生，精确控制物料进场、周转，进一步提高现场材料的质量管控。通过搭建服务于项目建设期管理的智慧协同云平台，对现场环境、现场人员行为安全、施工安全、消防设施布置、施工进度、投资控制、质量控制等一系列建设期管理行为进行及时的信息汇总与跟踪、判断，落实PDCA 的标准管控流程，提升项目管理效率和效果，为项目目标的实现保驾护航。

同时，通过建立智慧工地系统，利用闸机、监控设备、数字化识别技术，对现场人员、车辆进行实时监控，旨在解决传统管理模式下因劳务人员进出频繁而导致的人员信息不完整、进场安全教育不到位、特种工无证上岗等问题。通过平台及时取证预防劳务纠纷、降低安全风险，降低企业和项目管理风险。

3.2 运维管理期的应用

码头生产作业是由船舶靠离泊，码头上部机械运行、装卸货物、集卡等水平运输多个环节组成，码头设施承载着所有环节机械设备的运转。因而，保证码头设施的安全运转是港口安全生产的前提和保障。同时，码头相关检测规范要求的常规监测项目是码头设施安全运营的必要条件，实现该部分监测项目的智能化和无人化，也是建设智慧港口的必然需求。

在后期运维阶段，智慧设施建设主要是以BIM 技术为平台整合集成现有在线监测观测技术，系统化整体分析，得出直观的码头状态分析，指导码头运营期日常使用、管理与维护，形成基于现有智慧设施使用要求的成套监测体系。初步考虑以原有码头结构段为基础建立区域观测单元，每个单元针对其使用特点实现不同的监测功能。同时在观测单元内设立信息节点，每个信息节点将信息分析整理后整体上传至BIM 系统平台，平台进行整体再分析与展示，最终形成可视化的港口智能设施监控系统。

通过对建设期BIM 数据的提炼与整理，可以得到指导运维管理需求的BIM 数据，例如港口设施三维模型、设备参数、厂家及相关维保数据等；通过项目运维期平台功能的搭建，将BIM 数据与运维需求进行有效匹配，实现可视化的设施管理，对于提升运维管理能力起到了积极作用。