劉佳，徐昕

（1.連云港新海灣碼頭有限公司，江蘇 連云港 222113；2.東南大學(xué)土木工程學(xué)院，江蘇 南京 211189）

BIM 技術(shù)近年來在國(guó)內(nèi)快速發(fā)展，已經(jīng)在建筑行業(yè)具備成熟的應(yīng)用，并且在交通水運(yùn)領(lǐng)域也有了較多的應(yīng)用案例。早在2015 年，黃天榮通過BIM 模型技術(shù)解決了船閘工程輸水廊道前端復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)空間設(shè)計(jì)優(yōu)化，并對(duì)輸水廊道進(jìn)行施工深化設(shè)計(jì)、施工模擬及工程量統(tǒng)計(jì)等工作[1]。2019 年，交通運(yùn)輸部發(fā)布《水運(yùn)工程信息模型應(yīng)用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)》《水運(yùn)工程施工信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》《水運(yùn)工程施工信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)范了水運(yùn)工程BIM 技術(shù)的應(yīng)用。其后的幾年中涌現(xiàn)了信江航運(yùn)樞紐[2]、洛磧港[3]、廣州港南沙港區(qū)[4]等一批優(yōu)秀的行業(yè)應(yīng)用案例，融合了BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)等多項(xiàng)技術(shù)，建立了可行的技術(shù)體系。本文依托連云港港贛榆港區(qū)4 號(hào)至6 號(hào)散貨泊位工程，研究基于BIM 與GIS 的智慧中心平臺(tái)在大型水運(yùn)碼頭項(xiàng)目建設(shè)中的應(yīng)用，旨在推動(dòng)和提高水運(yùn)類項(xiàng)目智慧化、精細(xì)化管理水平。

1 工程概況

連云港港贛榆港區(qū)4 號(hào)至6 號(hào)散貨泊位工程包括碼頭及引堤等水工建筑物。碼頭自南向北依次為4、5、6 號(hào)散貨泊位，碼頭總長(zhǎng)度達(dá)929m。本項(xiàng)目水工結(jié)構(gòu)包含新建3 個(gè)10 萬噸級(jí)碼頭和完善南側(cè)起步工程以北兩個(gè)預(yù)留沉箱結(jié)構(gòu)段。碼頭通過自南向北依次為1#、2#、3#共三座引堤與后方陸域相連，三座引堤長(zhǎng)度均為95m。其中，2#、3#引堤中部設(shè)過水箱涵，保證內(nèi)外水體連通。

本工程是國(guó)內(nèi)最大的專業(yè)化鎳礦裝卸泊位工程，具有國(guó)內(nèi)直取距離最長(zhǎng)的越野帶式輸送系統(tǒng)，同時(shí)也是江蘇省最大的沉箱結(jié)構(gòu)碼頭。此外，本項(xiàng)目在碼頭端的“卸船-破碎-直取”工藝，屬于行業(yè)首創(chuàng)，在實(shí)現(xiàn)鎳礦直取的同時(shí)，更能夠提高鎳礦的品質(zhì)。沉箱預(yù)制生產(chǎn)及安裝、大型特種設(shè)備及船舶管理、自然環(huán)境及通航影響、危大工程施工技術(shù)等問題是本工程需要重點(diǎn)關(guān)注的工程實(shí)施重點(diǎn)和難點(diǎn)。本項(xiàng)目根據(jù)以上施工重點(diǎn)和難點(diǎn)，針對(duì)性地提出了基于BIM 與GIS 的智慧中心管理模式。

2 智慧中心平臺(tái)搭建

2.1 智慧中心平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

本項(xiàng)目以“集約建設(shè)、資源共享、規(guī)范管理”為目的，利用BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、感知網(wǎng)絡(luò)等信息化、數(shù)字化技術(shù)，建設(shè)一個(gè)智慧管控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，融合智慧生產(chǎn)和智慧管理兩大主題，實(shí)現(xiàn)橫向、縱向及端到端集成，提高施工效率、降低成本，使施工過程規(guī)范化、信息化、自動(dòng)化。同時(shí)，推進(jìn)智慧中心平臺(tái)與企業(yè)管理系統(tǒng)的整合，為企業(yè)信息化管理提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2 智慧中心平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

本項(xiàng)目搭建的智慧中心平臺(tái)以云數(shù)據(jù)中心為后臺(tái)，以基于BIM 的項(xiàng)目管理系統(tǒng)為數(shù)據(jù)處理中臺(tái)，以手機(jī)移動(dòng)端為數(shù)據(jù)采集前端，同時(shí)以智慧管理大屏作為數(shù)據(jù)呈現(xiàn)前端，項(xiàng)目數(shù)據(jù)層層傳遞。視頻監(jiān)控、沉箱監(jiān)測(cè)、人員定位等物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)通過API 對(duì)接至后臺(tái)，并通過數(shù)據(jù)篩選最終呈現(xiàn)到前端。智慧中心平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)見圖1。

圖1 智慧中心平臺(tái)系統(tǒng)架構(gòu)

2.3 智慧中心平臺(tái)業(yè)務(wù)架構(gòu)

本項(xiàng)目智慧中心平臺(tái)在業(yè)務(wù)模塊上劃分為智慧質(zhì)量管理、智慧安全管理、智慧進(jìn)度模擬、智慧模型沙盤、智慧物聯(lián)數(shù)據(jù)、智慧資料管理等。其中以質(zhì)量管理、安全管理、智慧物聯(lián)等模塊為智慧中心平臺(tái)的核心內(nèi)容。智慧中心平臺(tái)業(yè)務(wù)架構(gòu)見圖2，智慧中心平臺(tái)界面見圖3。

圖2 智慧中心平臺(tái)業(yè)務(wù)架構(gòu)

圖3 智慧中心平臺(tái)界面

3 智慧中心平臺(tái)應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目BIM 模型創(chuàng)建

模型作為智慧中心平臺(tái)應(yīng)用的基礎(chǔ)，本項(xiàng)目BIM模型采用Revit 軟件結(jié)合無人機(jī)傾斜攝影成果創(chuàng)建。模型包括主體結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備、施工場(chǎng)地、地形環(huán)境等模型。其中主體結(jié)構(gòu)、機(jī)械設(shè)備等模型基于施工圖設(shè)計(jì)模型，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工過程進(jìn)行了深化；施工場(chǎng)地模型根據(jù)文明施工標(biāo)準(zhǔn)化要求，結(jié)合施工作業(yè)空間、物料堆放、視頻監(jiān)控布置、永久工程利用等具體需要進(jìn)行設(shè)計(jì)并創(chuàng)建模型。

3.2 建設(shè)質(zhì)量安全應(yīng)用

（1）動(dòng)態(tài)化材料管理。在智慧中心平臺(tái)建立數(shù)字材料庫(kù)，對(duì)項(xiàng)目主要材料的進(jìn)場(chǎng)、試驗(yàn)、入庫(kù)、出庫(kù)等過程進(jìn)行實(shí)時(shí)管理。材料進(jìn)場(chǎng)時(shí)通過智慧中心平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)收審批，并將質(zhì)量證明文件、質(zhì)量驗(yàn)收記錄等資料關(guān)聯(lián)到模型。見證取樣過程中，建立電子臺(tái)賬，記錄相關(guān)質(zhì)量信息。材料的出庫(kù)、入庫(kù)以及每一批次的使用部位也記錄在電子臺(tái)賬中備查。動(dòng)態(tài)化的材料管理數(shù)據(jù)，保證了其真實(shí)性，同時(shí)具有可追溯的特點(diǎn)，落實(shí)了質(zhì)量管理責(zé)任。

（2）網(wǎng)格化巡檢管理。針對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過程中的日常巡檢管理行為，在智慧中心平臺(tái)中為沉箱預(yù)制與出運(yùn)、基槽疏浚、基床回填、碼頭施工等設(shè)置巡檢路線，與BIM 模型關(guān)聯(lián)。巡檢任務(wù)按區(qū)域劃分，責(zé)任到人。執(zhí)行過程中，現(xiàn)場(chǎng)人員通過手機(jī)移動(dòng)端發(fā)布質(zhì)量安全控制點(diǎn)的每日狀態(tài)，出現(xiàn)問題則上傳至平臺(tái)，定時(shí)、定人督促整改到位，形成巡檢排查上報(bào)整改的流程閉環(huán)。網(wǎng)格化的巡檢管理在減少了現(xiàn)場(chǎng)安全質(zhì)量問題發(fā)生率的同時(shí)，增強(qiáng)了現(xiàn)場(chǎng)與項(xiàng)目管理層之間的鏈接。

（3）流程化質(zhì)量驗(yàn)收。在智慧中心平臺(tái)中內(nèi)置質(zhì)量驗(yàn)收的管理流程，現(xiàn)場(chǎng)人員通過手機(jī)移動(dòng)端發(fā)起各分部分項(xiàng)工程、各項(xiàng)工序的質(zhì)量驗(yàn)收申請(qǐng)，管理人員根據(jù)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范組織驗(yàn)收工作，質(zhì)量驗(yàn)收信息全部保留在平臺(tái)中，保障質(zhì)量驗(yàn)收全生命周期可追溯，現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量驗(yàn)收管理更加流程化、規(guī)范化。質(zhì)量驗(yàn)收不合格的部位或工序，通過智慧中心平臺(tái)發(fā)起問題整改，整改的全過程信息應(yīng)形成閉環(huán)，并與對(duì)應(yīng)的模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

（4）常態(tài)化隱患排查。在智慧中心平臺(tái)中內(nèi)置水運(yùn)工程的常見質(zhì)量通病、安全隱患等問題，管理人員在日常檢查過程中，通過手機(jī)移動(dòng)端對(duì)照質(zhì)量通病、安全隱患等目錄，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量安全隱患問題進(jìn)行排查，發(fā)現(xiàn)問題后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)拍照并發(fā)布整改通知，整改流程相關(guān)人根據(jù)平臺(tái)搭建的規(guī)范庫(kù)進(jìn)行落實(shí)整改并通過復(fù)查。在智慧中心平臺(tái)自動(dòng)形成相應(yīng)的整改臺(tái)賬，逐步累積形成完整的過程控制資料。

3.3 施工智能監(jiān)測(cè)應(yīng)用

（1）水下作業(yè)安全監(jiān)測(cè)。水下作業(yè)具有較大的危險(xiǎn)性，對(duì)水下作業(yè)人員的實(shí)時(shí)安全監(jiān)測(cè)極為必要。通過生命檢測(cè)手環(huán)實(shí)時(shí)獲取水下特種作業(yè)人員的位置、生命體征等信息，將數(shù)據(jù)對(duì)接至智慧中心平臺(tái)，便于實(shí)時(shí)查詢。一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常，或當(dāng)特種作業(yè)人員發(fā)生險(xiǎn)情、手環(huán)自動(dòng)觸發(fā)一鍵呼救時(shí)，則智慧中心平臺(tái)自動(dòng)預(yù)警并通過電話、短信等多種方式通知負(fù)責(zé)人，并且通過大屏幕傳遞水下作業(yè)人員定位信息，為救援提供重要線索。

（2）船舶定位避讓預(yù)警。本項(xiàng)目因與作業(yè)中的碼頭相鄰，建設(shè)階段部分施工作業(yè)船舶需要穿越航道。因此利用AIS 船舶自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和微波雷達(dá)船舶位置識(shí)別技術(shù)對(duì)施工作業(yè)船舶進(jìn)行定位監(jiān)測(cè)，并將船舶位置和航行信息實(shí)時(shí)展示在智慧中心平臺(tái)上。施工船舶在與其他船舶的定位距離突破安全范圍時(shí)進(jìn)行避讓預(yù)警，防止出現(xiàn)安全事故。

（3）高壓氣囊動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。沉箱預(yù)制廠內(nèi)采用高壓氣囊輔助移動(dòng)沉箱，沉箱自重約 4000 噸，全部作用于氣囊，對(duì)于氣囊內(nèi)部氣壓監(jiān)控尤為重要。超高壓氣囊在使用過程中安全風(fēng)險(xiǎn)較大，最常出現(xiàn)的問題是氣囊壓力異常，出現(xiàn)失壓或超壓爆裂。本項(xiàng)目通過氣囊壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在氣囊一端裝入無線無源壓力傳感器，使用時(shí)自動(dòng)發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)至智慧中心平臺(tái)，管理人員可在智慧中心平臺(tái)對(duì)滾動(dòng)中的氣囊壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，確保出運(yùn)安全。

（4）沉降位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在沉箱內(nèi)部預(yù)埋沉降位移傳感器，將沉降數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸?shù)街腔壑行钠脚_(tái)，可在平臺(tái)上查詢到沉箱沉降的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及時(shí)間變化曲線。沉箱安裝完成后，通過智慧中心平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并自動(dòng)分析沉降位移變化趨勢(shì)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并預(yù)警風(fēng)險(xiǎn)。沉降位移實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)不僅在施工過程中具有預(yù)警價(jià)值，在項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)階段仍然能夠持續(xù)發(fā)揮安全監(jiān)測(cè)作用。

4 結(jié)語

基于BIM 與GIS 的智慧中心平臺(tái)為大型水運(yùn)碼頭建設(shè)的信息化、數(shù)字化管理提供了技術(shù)支撐，通過建設(shè)階段的質(zhì)量安全管理應(yīng)用和施工過程中的智能監(jiān)測(cè)應(yīng)用，提高了項(xiàng)目管理效率，對(duì)保障工程質(zhì)量、降低施工風(fēng)險(xiǎn)起到了較大作用。

在水運(yùn)行業(yè)，信息化還未得到充分的應(yīng)用，未來還有很多應(yīng)用領(lǐng)域需要探索。BIM、GIS、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)是行業(yè)信息化過程中采取的較為有效的技術(shù)手段，值得繼續(xù)推廣和應(yīng)用。