45万吨油码头设计中的BIM技术应用

客户：中交第二航务工程勘察设计院有限公司

45万吨油码头设计中的BIM技术应用

图1 古雷南3#码头效果图

中交第二航务工程勘察设计院有限公司（CTESI）成立于1958年，长期从事港口、航道、修造船厂、公路、桥梁、石油及化工产品储运、水利、市政、建筑等工程项目的规划、咨询、环评、勘察、设计以及上述各类工程项目的工程总承包、项目管理、设备采购、工程监理等技术服务工作。先后多年被住房和城乡建设部评为“中国勘察设计综合实力百强单位”，连续10年进入全国勘察设计企业的工程项目管理和工程总承包营业额的百名排序中。2009年，公司被认定为国家高新技术企业。工程足迹遍布我国沿海、沿江和内陆省份以及海外部分地区。

中交第二航务工程勘察设计院有限公司（简称“二航院”）作为水运交通行业的综合甲级设计企业，近年来在三维设计、专业协同、同步设计等领域进行了多样化的实践，在武汉新港阳逻港区三作业区、苏州港张家港港区东沙作业区盛泰通用码头工程、周山河船闸技术改造工程等项目中均不同程度的运用了BIM技术作为工作手段，厦门港古雷港区古雷作业区南3#泊位工程更是将BIM技术作为设计平台，旨在从设计到施工的各个方面为建筑的全生命周期提供最适宜的解决方案。

Autodesk® Civil® 3D
Autodesk® Revit® Structure
Autodesk® Inventor®
Autodesk® Navisworks®
Autodesk® Infrastructure Modeler
Autodesk® Simulation CFD
Autodesk® Robot Structural Analysis

客户感言：

绿色工程项目是水运工程建设和运营的发展目标，BIM应该成为其信息支撑平台，支撑项目设计、EPC和运营等各阶段信息的全生命周期贯通，支撑企业实现价值链的创新，实现可持续发展目标。

— 吴爱清董事长、总经理中交第二航务工程勘察设计院有限公司

BIM设计方式的实现，不是一蹴而就的事情，需要长期的探索开发、制度引导和实践积累。一把手的坚定决心和核心技术团队的有效支撑，是BIM成功的关键。

— 王晋总工程师中交第二航务工程勘察设计院有限公司

欧特克的BDS、IDS土木工程设计套件(Civil3D、Revit、Inventor、Navisworks、AIM、Robot)为设计院的BIM实践提供了有效的支撑平台和灵活的二次开发技术，我们将努力把它和我们的企业软件体系整合好，最大限度覆盖我们的工作领域。

— 刘松技术开发中心主任中交第二航务工程勘察设计院有限公司

45万吨油码头设计中的BIM技术应用

案例正文：

项目概况

厦门港古雷港区古雷作业区南3#泊位工程地处漳州市漳浦县地处厦门、汕头两个经济特区之间，本工程的建设是为了落实国家布局的古雷石化产业基地建设的需要。泊位工程将拟建30万吨级泊位1个，结构按靠泊45万吨油船设计，由8个系缆墩、4个靠船墩、1个工作平台及引桥组成。码头平台中间布置有一装卸作业平台，其上布置有一前方工作楼；靠船墩采用两组靠船墩布置形式，系缆墩采用8点系缆一字型布置形式。

该工程的钢桥和沉箱属于常用的标准化构件，采用三维参数化方法进行设计，能够明显降低后期修改和返工的劳动强度，明显提高设计的质量和效率。在具体设计中，采用基于欧特克的BIM技术，总图、水工、建筑、工艺各专业之间的三维模型能够很好地体现协同化设计，同时三维整体装配模型能够更加清楚地向专业人士和非专业人士表达设计意图。该工程设计以企业数据管理中心为核心，将BIM的数据、信息、模型与企业的项目和管理系统相关联，贯穿于工程设计的整个过程。利用欧特克系列产品建立码头BIM模型，并进行环境模拟、方案和施工图设计、工程图出图。

1 模型建立

（1）地面模型

根据工程区域的地形测量数据导入AutodeskCivil3D建立地形曲面，根据港池及沉箱、引桥墩基坑开挖范围和设计底标高放坡得到开挖后的设计地形曲面，并快速统计开挖工程量和绘制断面图。当设计的高程变更时能够即时更新图纸和工程量，显著提高了效率和计算精度。

图2 码头部分附属设施

（2）码头结构

通过Autodesk Revit和Autodesk Inventor软件建立码头结构构件及附属设施，包括码头承台、圆形沉箱和圆端形沉箱、护舷、快速脱缆钩、输油臂等。

（3）钢桥

在该项目中，1~4#系缆墩之间钢联桥宽度为12m，跨度分别为27.5m、40m、28m；5~8#系缆墩之间钢联桥宽度为3.5m，跨度分别为27.5m、40m、28m；码头平台与4#、5#系缆墩之间钢联桥尺寸为54×4.5m、66×10m；引桥分为5跨，4跨尺寸为125×17m，最后一跨尺寸为44×17m。

钢桥型式均为吊杆拱形钢桥，基于AutodeskInventor软件进行钢桥三维参数化设计，建立钢桥的拱肋、系杆、拱脚、上纵联、下纵联、纵梁、横梁、拱脚、吊杆、桥面系等结构部件，之后添加几何约束进行装配。

由于钢联桥在码头工程经常用到，对AutodeskInventor二次开发实现了不同型式和尺寸钢联桥自动建模，并将模型数据与企业数据库关联。

• 二次开发中充分利用模板文件，调用驱动参数，模板中没有的再通过程序引入参数文件建立模型；

• 修改模型时仅需修改已生成模型，不需要用程序重新生成；

• 一些焊接件如拱脚、下纵联节点通过多实体零件建模比较方便；

• 用Excel表格驱动Inventor模型参数，减少需改动参数数量；

图3 钢桥模型

• 模型之间参数关联，自动驱动更新；

• 统计工程量，查询各构件的面积、体积、质量、重心、惯性矩等物理特性。

（4）总图集成和模型检查

利用Autodesk Infrastructure Modeler导入地面模型，并将平台墩、系靠船墩、平台、空心板、引桥墩、钢联桥等构件按照设计意图拼装三维模型，并草绘山脉、海面及港区道路、建筑、绿化等设施。通过三维集成清楚直观地展示三维效果，不仅有利于设计人员尽早发现设计缺陷及时修改，而且也有利于向专业和非专业人士表达设计意图，便于设计决策的实施。

将模型导入Autodesk Navisworks软件，通过三维漫游查看，直观地查看整体效果；并通过碰撞检查，检查构件的尺寸、标高、位置的协调性，例如钢联桥与支座宽度、深度之间的协调性；两支座位置与钢联桥长度之间的协调性；现浇墩台上是否需设置楼梯以及楼梯上部净空要求是否满足；构件的尺寸、标高、位置是否合理等。通过这些碰撞检查，设计人员能够及时发现问题，快速优化，通过调整模型参数和约束关系可以快速体现到新模型中。

采用BIM方法实现了总图、结构、建筑、工艺等多个专业之间设计数据共享，避免了专业间交换中间资料这一繁琐易造成冲突的过程，设计人员能够及时发现差错并调整，相关专业自动相应调整，体现了设计的协同性。

图4 钢桥与空心板碰撞检查

图5 钢桥与栏杆碰撞检查

2 模拟分析

采用BIM方法设计可以直接将三维模型用于模拟分析，而且欧特克系列三维模型能够相互转换，这极大地节省了模拟分析进行建模的时间，使设计人员有更多的精力去优化设计方案、关注工程设计质量的改善。

图6 码头区风场模拟

3 环境分析

在码头设计中，外部的自然条件是设计的基础资料。对外部条件合理利用往往会影响工程的安全性和造价成本。利用Autodesk SimulationCFD 对BIM模型进行码头区风场模拟、管道风压计算以及综合用房室内气流的模拟，为结构设计和模型优化提供了支撑条件。

图7 管道风压

图8 室内气流场模拟

基于BIM模型利用Autodesk Robot StructuralAnalysis软件及其他有限元分析工具进行沉箱、钢桥、码头平台的结构内力计算、抗震分析、流固耦合计算以及内力组合验算，为工程的安全可靠、经济耐用进行综合分析。

基于BIM的欧特克软件可以让总图、水工、建筑、工艺各专业之间的三维模型很好地体现协同化设计，同时三维整体装配模型能够更加清楚地向专业人士和非专业人士表达设计意图。

图9 沉箱模型荷载组合

图10 沉箱模型内力计算结果

图11 地震时程作用下流固耦合场中的沉箱模型接触变形

4 施工过程模拟

通过施工过程模拟可以将需要大量平面图来表达的信息通过三维模型视频将施工按时空顺序生动地展现出来，使钢桥复杂的焊接工艺方案交底变得相对简单。通过码头施工模拟，进一步优化施工组织方案，使质量控制、进度安排、材料和人员安排、资金使用计划更加科学合理。

总结

厦门港古雷港区古雷作业区某泊位工程项目设计以企业数据管理中心为核心，将BIM的数据、信息、模型与企业的项目和管理系统相关联，利用欧特克系列产品建立码头BIM模型，确保了在各个设计阶段良好的实用性，同时保持各专业之间紧密的协同性，并基于BIM模型进行环境模拟，内力分析、施工组织模拟，这是在BIM技术平台上对复杂基础设施的一次有益尝试，为生产力解放和提高提供了一个很好的平台。