基于虚拟设计与施工技术的港口工程建设应用研究

许景照 ,王小利

滨州市检验检测中心   山东省  滨州市 256600

摘要：近几年来，随着我国社会经济的快速发展，交通运输行业迅速发展起来，港口工程的建设也随之增加起来。港口建设在经济、交通发展中占有极为重要的作用与地位，但是在现实的在港口建设中，往往容易遇到地质条件差的同时工期又非常紧张、对工程质量要求偏高的同时技术难度极大等目前港口工程建设中的问题。因此，为了保证建设质量，一定要建立强有力的系统组织管理，才能按照规范、科学的方式有序运作。

关键词：VDC；港口工程；POP模型；公共货运码头

港口建设是一项综合性强的项目，建设过程时间长，对于工程要求标准高，因此，必须对于港口建设工程进行有效的管理，对各个环节进行严格把控，采取有效的措施，从而确保港口工程的质量，促进经济的发展。

1虚拟设计与建造

1.1VDC的含义

VDC于2001年由斯坦福大学综合设施工程中心（CIFE）首次提出，经过多年实践与修改后，将其定义为在工程建设过程中通过应用多学科多专业集成化的信息技术模型，来准确反映和控制项目建设过程，使项目建设目标能更好地实现。

1.2POP框架

VDC技术的框架内容可以用POP模型来概括，其POP模型包括产品模型（Product，P）、组织模型（Organization，O）、过程模型（Process，P）。1）产品模型：组织按照一系列流程完成的项目成果，该成果既可以是最后的项目目标（如设施完善的码头），也可以是项目建设过程中的中间成果（如码头总平面设计图）。2）组织模型：项目建设过程中所涉及的个人或单位，如水工结构工程师、设计单位等。3）过程模型：组织为完成项目或产品而产生的一系列流程或程序。为了POP模型更好地实现，CIFE提出一套明确的方法论定义POP模型。该方法论将项目的产品模型、组织模型、过程模型进行相应地拆分和细化。其中，预期功能、形式架构和预期行为又均可划分为预测、观察以及期望3个层面。基于VDC技术下的工程建设，利用POP模型将项目目标不断拆分和细化，集成多学科、多专业的经验与成果，在项目建设过程中利用计算机软硬件等进行预测、分析以及把控项目的实际进展情况及未来影响。同时，利用一系列指标等对项目建设过程进行衡量，对项目建设过程中产品模型、组织模型、过程模型涉及的成果、人员、方法等进行考核，促进项目目标更好地达成。

1.3VDC技术的实施过程

VDC于2001年首次提出时，当时计算机技术正在起步发展，计算机软硬件的应用也相对单一。随着计算机技术的日益成熟，2D绘图软件、3D建模软件、人工智能机器人、5G技术等在港口工程中已逐渐开始应用甚至成熟。VDC技术可划分为3个阶段：虚拟可视化阶段、集成化阶段、自动化阶段。1）虚拟可视化阶段：利用计算机软硬件将原来传统的纸质文件升级、转化成数字化信息数据。例如，使用AutoCAD将传统的手绘设计图纸转化为电子图纸，利用Office系列软件将纸质文件、数据转化为电子数据等。2）集成化阶段：利用POP模型以及其方法论等在项目建设过程中集成所涉及的专业。例如，IFC（IndustryFoundationClass）标准促进了建筑行业不同阶段、不同专业、不同软件间的数据互通与共享，有效集成了在建设过程中所涉及的多参与方、多专业，促进多参与方、多专业的沟通，使得工作效率明显提升。3）自动化阶段：利用自动化方法促进设计以及构件生产自动化，提高生产效率。

2VDC技术在某岛公共货运码头工程中的应用

2.1某岛货运码头工程概况

隧桥禁止液化石油气、油漆、乙炔等货物运输，水路运输是目前某岛该类货物输入的唯一方式。某岛保障民生及城市运行所需货物需求品种多，现状能够运输该类货物的码头规模小、布局散，且缺少综合性专用码头，安全隐患突出，难以保障某岛的生产生活需求。短期来看，上海某岛客运轮船有限公司所属船舶加油和管道气，不能抵达的偏远地区的居民生活用液化石油气的滚装运输问题亟待解决；远期来看，某岛内河相关货物码头的整合和LNG船舶加注等问题也慢慢浮现。因此，某岛公关码头的建设是世界级生态岛建设的重要支撑，是某岛生产生活需求的重要保障，是保障民生及城市运行所需货物运输安全的重要手段，是解决某岛现状货物运输安全隐患的迫切需求。某岛公共货运码头长594m，宽15m或20m，码头与引桥之间设置连接平台，连接平台宽24m。陆域总用地面积22678m2，陆域建设埋地柴油储罐1380m3，LNG储罐300m3，预留1000m3。总建筑面积2149.82m2，容积率为0.095，绿地率为35%。码头工程涉及总图、水工、土建、绿化、消防、给排水、概预算、船舶、安全等诸多专业。

2.2POP模型

某岛公共货运码头工程庞大，涉及专业多且杂。对于水工工程师而言，暖通工程、船舶工程等专业技术难点、安全隐患预判、问题解决能力等欠缺，往往不能做出及时准确地判断、设计，导致多专业多次的返修与复工。本项目采用POP模型，整合各专业工程师，前置问题，将问题细化，做出了有效的判断，减少了不必要的返工。

2.3可视化3D模型

传统的设计图纸是二维的，不能清晰、立体地呈现出建筑物或构筑物的形态，往往需要结合平面图、剖面图、立面图等多张设计图纸以及较长时间的转换才能在脑中形成一定的立体形态，其准确度也有待考证。利用Revit等3D建模软件，可以将二维平面图纸有效转换为3D模型，可以直观观察构筑物、建筑物的形态以及位置等。

2.4通航条件预测

通航水流条件包含了码头前沿水域潮位、流场、流速等，是论证码头建设是否可行的重要因素。为明确本工程码头建设引起的通航水流条件和河床冲淤变化，基于经济化效益验证码头选址以及建设方案的可行性，拟选最佳港址位置。通过建立长江口潮流动力模型，对码头工程附近海域潮流动力特征及码头建设对周边洪潮动力的影响进行了计算分析。数模分析结果表明，该港址选址位置河段河床稳定，河床冲淤变幅较小。工程建成后对于航道条件的影响程度局限在上下游一定区域，因此工程建设对于航道条件的影响处于可接受的范围内。由此可见，利用长江口潮流动力模型可以有效预测和分析现行港址位置、建设方案以及运营期间通航问题，帮助设计单位进行科学决策，规避码头建设后通航问题，不仅科学有效且节省设计时间，而且可以节约疏浚河道以及建设资金。

2.5综合管理平台

某岛公共货运码头的建设需保障某岛水上客运以及危险品进岛运输的安全有序，消除客运船舶燃油加装和危险品运输存在的安全隐患，彻底解决某岛危险品运输的问题。因此在港口工程设计过程中，需要注意消防、强弱电、交通等各专业井然有序的作业。结合以上，某岛货运码头开发一套综合管理平台，包括弱电安防、火灾消防、吊机防碰撞系统、应急辅助决策以及码头结构健康系统模块。以水文气象为例，通过不同水文气象数据，可以有效模拟不同船型在不同水文气象下停泊情况，找出码头结构最危险截面，加强结构设计，避免在运营期间重复修复码头构件而造成资金、时间的浪费以及对码头正常运行造成影响。

3结语

虚拟设计与建造（VDC）技术结合POP模型、可视化工具以及不同功能的软硬件可以促进港口工程的信息化发展，对大型综合性港口的建设有着不可或缺的作用。1）结合可视化方法、不同功能软硬件的VDC技术，可以对港口工程的建设进行有效地预测和控制，帮助参与方进行科学地决策，促进参与方间的沟通和协作效率，避免造成返工和变更。2）VDC技术通过三维可视化和专业分析，可以有效进行施工现场的模拟，有助于化学品、液化天然气等码头的安全施工。3）目前，VDC技术仍在较少的港口工程中使用，对于业主、设计单位等参与方学习、使用VDC技术存在一定的时间成本，且目前国内缺乏对于VDC技术的相关应用技术标准。

参考文献：

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[2]邹艳春，王炜正，贺军昌.BIM技术在液化天然气码头工程中的应用[J].水运工程，2017（7）：160-164.

[3]刘建，姜南岸.BIM在大连湾海底隧道工程复杂工艺中的应用[J].中国港湾建设，2020，40（7）：74-78.