摘 要

近几年来，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术在建筑领域的应用情况已经日趋成熟，然而在港口领域它还是一个新兴的技术，它相较于传统的港口机械设计方式有着许多的优点。

与BIM技术相关的软件有许多，为了方便操作和管理，本文主要涉及了Autodesk公司旗下Autocad、Inventor、Revit以及Navisworks等软件，并充分利用这些软件的特性与功能以支持对本文课题的研究。

为了探索BIM技术在港口领域的发展前景与方向，本文针对广西某船闸具体项目进行透彻的分析和设计，根据相关工程图纸与资料，实现了对该船闸项目的模型建立、模型中各项分工程的碰撞检查、整个工程的工程量统计与计算、对该项目的施工模拟以及对建成模型的漫游动画的展示，还原了BIM技术在港口领域应用的完整工作流程，具有深远的价值和意义。

关键词：BIM；碰撞检查；工程量计算；施工模拟；漫游动画

Abstract

In recent years, the application of Building Information Modeling (BIM) technology in the construction field has become more and more mature and popular. However, it is still an emerging technology in the port area and it has many advantages over the methods of traditional and machinery designs.

There are many software related to BIM technology. In order to facilitating the operation and management, the paper mainly involves Autodesk's Autocad, Inventor, Revit, Navisworks and so on. The paper makes full use of these software's features and functions to support the topic of the paper.

In order to explore the future of BIM technology in the port area, this paper analyses and studies a specific project of a ship lock in Guangxi. According to the relevant engineering drawings and data, the paper completes the model of the ship lock project, the clash detective, the quantity calculation, the simulation of construction and the 4D roaming, which has a profound meaning.

Key words：BIM; clash detective; the quantity calculation; the simulation of construction; 4D roaming.

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.2.1 国外研究现状 1

1.2.2 国内研究现状 2

1.3 基本内容与技术方案 3

1.3.1 基本内容 3

1.3.2 技术方案 3

第2章 船闸工程的模型建立 5

2.1 Revit软件与Inventor软件概述 5

2.1.1 Autodesk Inventor Professional软件 5

2.1.2 Revit软件 5

2.1.3 Inventor软件与Revit软件对接 5

2.2 模型建立方法 5

2.2.1 Inventor模型建立 5

2.2.2 Revit模型建立 6

2.2.3 建模技术路线 6

2.3 闸室主体设计 7

2.3.1 输水廊道设计 7

2.3.2 闸墙设计 8

2.3.3 闸室底板设计 8

2.3.4 石渣设计 8

2.3.5 间隙泡沫板设计 9

2.3.6 止水设计 9

2.3.7 附属设施设计 9

2.4 上下闸首设计 10

2.4.1 上闸首设计 10

2.4.2 下闸首设计 10

2.5 上游引航道设计 11

2.5.1 上游护坡 11

2.5.2 上游导航墙 11

2.5.3 上游护坦 12

2.5.4 上游靠船墩 12

2.5.5 上游隔流堤 12

2.5.6 上游靠船墩护坡 12

2.6 下游引航道设计 12

2.7 人字闸门设计 13

2.8 本章小结 13

第3章 船闸工程的碰撞检查 15

3.1 碰撞检查概述 15

3.1.1 Navisworks概述 15

3.1.2 碰撞检查意义 15

3.1.3 碰撞检查流程 15

3.2 碰撞检查模型的分类原则 15

3.3 碰撞检查算法 16

3.3.1 球体包围盒 17

3.3.2 轴向对齐包围盒 17

3.3.3 有向包围盒 17

3.3.4 离散有向多面体包围盒 17

3.4 碰撞检查结果 17

3.4.1 自相碰撞检查 17

3.4.2 互相碰撞检查 19

第4章 船闸工程的工程量计算 23

4.1 工程量计算概述 23

4.2 Revit自带的工程量计算实现途径 23

4.3 主要结论 23

4.4 工程量计算步骤 24

4.5 工程量统计清单 24

4.5.1 上游引航道工程量清单 24

4.5.2 上闸首工程量清单 24

4.5.3 闸室工程量清单 25

4.5.4 下闸首工程量清单 25

4.5.5 下游引航道工程量清单 26

4.6 本章小结 26

第5章 船闸工程的施工模拟 28

5.1 施工模拟概述 28

5.2 施工模拟具体步骤 28

5.2.1 制作建造计划表 28

5.2.2 设定选择集 29

5.2.3 对各个项目构件进行排程 29

5.4 施工模拟成果展示 31

5.4 本章小结 31

第6章 船闸工程的漫游动画 32

6.1 漫游概述 32

6.2 动画制作步骤 32

6.2.1 货船的动画制作 32

6.2.2 闸门的动画制作 33

6.3 动画脚本的制作 33

6.4 漫游制作 34

6.5 本章小结 35

第7章 总结与展望 36

7.1 总结 36

7.2 经济及社会效益分析 36

7.2.1 经济效益分析 36

7.2.2 社会效益分析 36

7.3 展望 36

参考文献 38

附录 39

致谢 40

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景及意义

近几年来，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术在建筑领域的应用日益广泛，然而在港口领域它还是一个新兴的技术，它相较于传统的港口机械设计方式有着许多的优点。

传统的设计方式一般是工程设计方法一般是二维制图，它通过使用AutoCAD等制图软件对所需工程进行设计，绘画图纸；接着再使用其他软件对所制图纸进行统计和工程量计算；最后再用Project等软件进行施工计划的制定。这种设计方法虽然技术已较成熟，但由于该方法还停留在纸质版本，不同专业间的工作进行交接时会出现大量重复的操作，耗费大量人工时间和精力，增加了成本。而相比之下BIM技术则具有以下优点：

直观性：相比于二维图片，人们更能从BIM技术下的3D模型有直观的理解和印象。比如同一件零件，特别是形状复杂的零件，人们面对2维工程图往往要花很长时间来看懂，且无法验证自身认知的准确性。而BIM3D建模具有极高的直观性，一个零件大致是什么形状特征能在3D模型中一目了然；

统一性：如今的设计工程往往都是多个团队或多人同时设计从而提高设计效率，但这将带来新的问题：统一性。一方面，不同的团队会用不同的软件为同一个工程做设计，另一方面各方做出的工程图的比例尺会不一样，各方零部件配合时难免出现尺寸发生错误的问题。对此，IBM则提供了统一的设计平台，且3维模型相比二维图更易于进行模型的碰撞检查，从而解决设计上的疏漏之处；

高效性：即便通过传统设计方式得出了正确的设计草图，但是项目的施工方难免会在施工时犯错误。另一方面，很多情况下根据实际情况项目设计方案往往会做调整，此时施工方将对修改的部分再进行碰撞检查，这大大降低施工效率。因此，3D模型在碰撞模型上显著的优越性将很好地解决此类问题。

综上所述，BIM技术能够同时惠及设计方和施工方，能及时获取各项数据并利用十分直观的模型形象地展示项目工程的状况，还能有效地提高作业效率、减少作业成本和提高工程质量。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

Michał Juszczyk,Miloslav Výskala,Krzysztof Zima^[1]等人通过比较波兰和捷克共和国的具体情况，分析了BIM技术在波兰和捷克共和国建设项目中的应用的初步成果。

Manav Mahan Singh,Anil Sawhney,André Borrmann^[2]等人通过与CAD技术等的对比，介绍了在基于模数配合（Modular Coordination )的规则中创建建筑模型，并能在此框架中对建筑对象进行尺寸测量和尺寸定位。

Bilal Succar,Mohamad Kassem^[3]等人着重阐述BIM技术的宏观应用，提出BIM应用政策发展的五个概念模型，比较各国家的BIM应用的异同，并介绍了BIM工具和模板可以开发或校准的应用策略。

为了能在施工现场将进度监控的过程自动化，Sebastian Tuttas,Alexander Braun,André Borrmann,Uwe Stilla^[4]等人提出了通过比较4D建筑信息模型（BIM）和实际测得的云数据，按照计划状态和建成状态相比较的方式，并通过手持相机和无人机航空拍摄两种场景进行评估。

Francisco Troncoso-Pastoriza,Pablo Eguía-Oller,Rebeca P. Díaz-Redondo,Enrique Granada-Álvarez^[5]等人提出了一种支持建筑物内灯具的检测、识别和定位的方法，其主要目标是通过建筑信息模型（BIM）技术自动地对灯具进行供电，同时能够提供有用的信息和相应的节能战略。

1.2.2 国内研究现状

2012和2013年，张绪松，谢宜，刘晓波^[6][7]分别在2次期刊上剖析了传统建造设计的缺陷以及BIM技术的优越性，并与三亚某项目工程为例，整理了一套对建筑行业有指导意义的流程规划。

2013年，杨科，康登泽，车传波，徐鹏^[8]针对BIM模型的应用，探讨了BIM技术中碰撞检查的相关事宜，并阐明了碰撞检查功能有助于建筑、结构等专业的设计团队共享数据和更改错误星系，优化工程设计，减少施工成本和提高经济效益。

2015年，刘倩，詹吾娇，杨迁，缪楚程^[9]同样也阐述了BIM技术对建筑行业的经济和社会效益性的优势，有较大的参考价值。

2015年，黄天荣^[10]将BIM技术结合至船闸功能工程中的输水廊道设计中，并总结了一系列先进的设计和施工方式。

2015年，宁冉^[11]基于BIM技术，着重通过BIM建模技术助力二航院为厦门港打造45万吨的油码头。他通过分析厦门港当地形势与现状，成功实现了当地环境与工程项目之间的有机结合。

2015年，张向东^[12]主要介绍了在建船闸工程中BIM技术使用的情况，展示了许多杰出成果并阐述了智慧建设的内涵，为BIM技术在业主和咨询方的管理领域提供了参考价值。

2015年，王学锋,吴鹏程,赵渊,黄天荣^[13]在BIM技术领域首次提出BIM 的概念并付诸于实践，并且证明了BIM 理论的优越性，为BIM技术提供了一个广阔的发展方向。

2016年，赵渊^[14]在运用BIM技术的基础上，将仿真技术、物联网技术以及PLC控制技术相结合，设计出一种三维交互式船闸运维系统，很好地解决了理论与现实的兼容性文体。

2017年，张雯雯^[15]主要探讨了BIM技术在港口工程中的模型建立、、碰撞检查、工程量计算以及施工模拟等功能，并阐述了BIM技术相较于传统建筑设计的优越性。

综上所述，BIM技术在建筑行业用途已经十分广泛，但在港口领域该技术还有待加强和完善。

1.3 基本内容与技术方案

1.3.1 基本内容

通过文献的查阅，本文针对某船闸工程进行分析和设计，具体内容如下：

（1）分析其工艺流程，确定优化目标；

（2）构建相应的BIM模型；

（3）对建成的BIM模型进行碰撞检查、施工模拟、工程量统计和漫游动画的设计。

1.3.2 技术方案

本文通过使用AUTODESK公司旗下的Inventor软件和Revit软件进行3D建模的方法开展本课题研究。具体设计步骤如下：

（1）通过查阅相关资料了解该船闸项目的明细，并且明确在哪些方面能够应用上BIM技术，一方面是为了了解整个项目的整体框架图；另一方面也有助于了解当地的地形结构、设计材料和金属结构等信息。

（2）根据工程图纸，运用Inventor软件和Revit软件进行项目的3DBIM零件建模，并完成组装，完成项目的基础工作。

（3）根据已经建成的3D模型，对其进行碰撞检查，并导出成报表，以供各专业人员查看。

（4）对已经建成的3D模型，利用BIM技术对其进行材质分析并添加材质明细表，最后进行工程量统计并导出报表。工程量统计后即可将其数据与工程预算进行对比，从而可以得出其经济效益。

（5）为方便施工人员进行查阅与检测，还需对所建模型进行施工模拟。该步骤可实时仿真整个工程建设过程，有很强的直观性。

（6）最后根据客户要求，还应该将整个模型进行4D漫游动画查看，该流程可以仿真货船进出船闸的具体过程。

需要说明的是，在建成BIM3D模型后的这些流程互相渗透相辅相成，而并非相互独立，因此在整体设计时需要统筹兼顾。

综上所述，本研究课题技术路线如图1.1所示：

图1.1 技术路线图

第2章 船闸工程的模型建立

BIM模型建立是是整个BIM设计项目的最重要的环节，它贯穿整个项目始终，联系着BIM前期准备工作和后期的相关处理，它的完成满意程度直接影响项目最终效益。在充分学习了Autodesk公司的Inventor软件和Revit软件，并查阅项目相关资料与工程图纸后，我将该项目的模型建立分为以下几个步骤：闸室的主体设计、上下闸首设计、上下游引航道设计以及其他附属建筑的设计。

2.1 Revit软件与Inventor软件概述

2.1.1 Autodesk Inventor Professional软件

Inventor软件是隶属于Autodesk公司的进行3D建模的软件，它能够直接读写DWG格式文件，而又相较于传统二维设计，它有着直观性、统一性和高效性等优势，并且能使工程设计变得简单，节省施工成本。

2.1.2 Revit软件

Revit软件同样是隶属于Autodesk公司的3D模型设计软件，但与Inventor软件不同的是，该系列软件有很强的BIM专业性。它的门、窗、楼板等建筑方面的功能能够极大帮助设计师进行模型的设计和建立。另一方面，它还能将模型导出成各个格式的文件与Autodesk公司其他软件进行对接，提高了项目协同工作的效率。

2.1.3 Inventor软件与Revit软件对接

Inventor软件虽然是功能强大的建模软件，但其专业性却不如Revit软件。因此为了方便于协同调查与管理，有必要将Inventor建成的模型载入到Revit软件中。载入方式为：

1. 打开Inventor内建立的模型，点击“文件”并“导出”为DWG格式的文件；
2. 打开当前使用的Revit项目，并新建一个“族（Family）文件”；
3. 在新建的族文件中选中“链接CAD文件”功能，并找到之前的DWG格式文件，链接；
4. 链接完成后，选择“载入到项目中”，即可将Inventor建立的模型载入至Revit项目之中。

2.2 模型建立方法

2.2.1 Inventor模型建立

Inventor软件与市场上其他3D建模软件的建模方式大同小异，一般为：

1. 选中一个工作平面：
2. 在工作平面上画出零件某截面轮廓；
3. 通过使用“拉伸”、“旋转”等工具，将画的二维平面模型制成三维模型，从而可以完成一个个零件模型的建立；
4. 运用“配合”工具，将一个个制成的零件模型组装成“部件”，在此过程中需要运用“约束”等工具。

2.2.2 Revit模型建立

Revit软件作为专业性极强的建模软件，它和一般的建模软件的建模方式有很大区别。在建立模型之前，首先应该对整个项目绘制“标高”和“轴网”。“标高”即是各个与水平面相平行的平面，“轴网”是东西和南北向的垂直于水平面的各个平面。如此，“标高”和“轴网”可以把整个空间分割成一个个独立的区域，以方便之后的模型建立、查看和修改。同时，“轴网”和“标高”平面均可作为2维试图进行查看，以方便设计人员进行剖面观察。

在建立模型时可以充分利用Revit软甲中的“门”、“窗”、“墙”等工具以达到快速建模的目的；对于结构较为复杂的常规模型，可以在项目中运用“内建模型”工具进行单独设计。

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