利用BIM技術(shù)打造的客貨滾裝智慧港口是什么樣？

針對現(xiàn)有客貨滾裝在生產(chǎn)效率、客戶體驗、監(jiān)控監(jiān)管、信息業(yè)務(wù)融合等方面存在的缺點，依托湛江港徐聞港區(qū)客貨滾裝工程，通過“智能、高效、便捷、安全、互通”示范主題，結(jié)合BIM技術(shù)，打造湛江港徐聞港區(qū)客貨滾裝智慧港口，推動“互聯(lián)網(wǎng)+票務(wù)”、港口作業(yè)無紙化、渡海車票電子化、閘口作業(yè)智能化、安全監(jiān)管智能化等數(shù)字化、智能化應(yīng)用，創(chuàng)新客貨滾裝物流運作新模式，提高客貨滾裝港口物流運作效率和客戶服務(wù)水平。

1、客貨滾裝港口現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程

1.1　現(xiàn)有業(yè)務(wù)流程

（1）旅客工藝流程：購票—安檢—檢票—待渡場—登船。

（2）小車工藝流程：購票—安檢—待渡場—檢票—登船。

（3）客車工藝流程：購票—安檢—待渡場—檢票—登船。

（4）貨車工藝流程：安檢—計重購票—待渡場—檢票—登船。

（5）危險品車輛工藝流程：預(yù)約購票—待渡場—登船（危險品有專用通道）。

1.2　現(xiàn)有工藝流程存在的問題

（1）人工查驗效率低。多采用全程人工查驗，查驗時間長，環(huán)節(jié)不流暢，導(dǎo)致生產(chǎn)運作效率下降，港口資源也無法做到有效利用。

（2）互聯(lián)網(wǎng)售票模式不夠完善。購票方式基本采用人工窗口售票、微信平臺購票和自動售取票機(jī)購票，互聯(lián)網(wǎng)售票系統(tǒng)不完善，難以滿足發(fā)展需求。

（3）傳統(tǒng)工藝技術(shù)落后，生產(chǎn)效率不高，無法實現(xiàn)快速、高效、無障礙的工藝流程，不能達(dá)到生產(chǎn)的智能和高效。

（4）生產(chǎn)安全存在死角。危險品車輛和普通車輛多從同一閘口進(jìn)出，具有較大的安全隱患，需要添加防護(hù)隔離，同時危險品泊位與普通泊位間距較小，需要進(jìn)行改進(jìn)。

因此，通過對原有的工藝方案進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行新的功能布局和工藝方案設(shè)計，實現(xiàn)車輛全程無障礙快速高效通行，實現(xiàn)客貨滾裝生產(chǎn)作業(yè)的智能高效，從而將湛江港徐聞港區(qū)打造為新型智慧港口。

2、客貨滾裝智慧港口“三位一體”方案設(shè)計

2.1　客貨滾裝港口渡海車輛預(yù)約機(jī)制

以渡海貨車為例，可以提前在網(wǎng)上或手機(jī)App預(yù)約購票，也可以在現(xiàn)場購票，預(yù)約購票到港后首先經(jīng)過自動安檢閘口進(jìn)行自動安檢，隨后到達(dá)自動收費閘口進(jìn)行核算收費，進(jìn)行船舶配載后再到達(dá)待渡區(qū)等待檢票登船。若沒有在網(wǎng)上預(yù)約購票，則先到達(dá)安檢閘口進(jìn)行安檢，安檢結(jié)束后進(jìn)行核算收費購票，拿到票后到達(dá)指定待渡場等待檢票登船。

2.2　客貨滾裝港口“三位一體”集成機(jī)制

通過物聯(lián)網(wǎng)和智能決策技術(shù)，將渡海車輛的安檢、計費稱重、渡海車輛在船上的配載等3個環(huán)節(jié)進(jìn)行整合，結(jié)合RFID制定客貨滾裝港口“三位一體”決策方案，實現(xiàn)安檢、計重、售取票、船舶配載的智能協(xié)同決策。客貨滾裝港口“三位一體”決策方案見圖1。

2.3　客貨滾裝港口智能化待渡場方案

由于待渡場為16個且發(fā)船頻次由2 h縮短為0.5 h，若渡海車輛誤入其他待渡場，極有可能導(dǎo)致港口待渡場交通流出現(xiàn)混亂，且渡海車輛容易誤上船舶，不利于港口生產(chǎn)組織調(diào)度。因此，通過圖像識別車牌或讀取車輛上的RFID卡，并在港區(qū)內(nèi)通過LED屏幕進(jìn)行引導(dǎo)，將避免渡海車輛誤入其他待渡場。智能化待渡場示意圖見圖2。此外，通過GIS+BIM的方式設(shè)置電子圍欄，若渡海車輛即將誤入其他待渡場，LED及其音控設(shè)備提示司機(jī)。

3、客貨滾裝智慧港口功能架構(gòu)

客貨滾裝智慧港口是面向客貨滾裝港口數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求，構(gòu)建安檢、計重、售取票、配載、驗票等多位一體的智能感知體系，支撐港口資源的廣泛連接、彈性供給和高效配置，實現(xiàn)港口客貨滾裝服務(wù)和監(jiān)管的全流程自動化和智能化。客貨滾裝智慧港口的本質(zhì)是通過構(gòu)建客貨滾裝港口精準(zhǔn)、實時、高效的數(shù)據(jù)采集互聯(lián)體系，建立客貨滾裝生產(chǎn)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲、集成、訪問、分析、管理的應(yīng)用環(huán)境，實現(xiàn)港口業(yè)務(wù)、經(jīng)驗、知識、服務(wù)、應(yīng)用的模型化、標(biāo)準(zhǔn)化、軟件化、復(fù)用化，不斷優(yōu)化客貨滾裝港口的業(yè)務(wù)流程、生產(chǎn)組織和上下游生態(tài)鏈，形成資源豐富、信息共享、多方參與、合作共贏、協(xié)同推進(jìn)的港口物流新生態(tài)。

建設(shè)客貨滾裝智慧港口是一項大型的、復(fù)雜的、長期的系統(tǒng)工程，它主要包括總體規(guī)劃設(shè)計、感知層和傳感網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、云計算（網(wǎng)絡(luò)）數(shù)據(jù)中心建設(shè)、信息安全體系建設(shè)、應(yīng)用服務(wù)平臺建設(shè)、指揮中心建設(shè)、統(tǒng)一門戶平臺建設(shè)、可持續(xù)發(fā)展保障體系建設(shè)等8項內(nèi)容。客貨滾裝智慧港口功能架構(gòu)見圖3。客貨滾裝智慧港口的核心應(yīng)用是生產(chǎn)運營、安全監(jiān)管和客戶服務(wù)，基礎(chǔ)是感知體系和數(shù)據(jù)中心的搭建。

4、客貨滾裝港口數(shù)字化、智能化構(gòu)建技術(shù)

4.1　客貨滾裝港口 “三位一體”智能化方案

結(jié)合IOT、BIM和智能決策等技術(shù)，實現(xiàn)客貨滾裝港口安檢、售票、配載等環(huán)節(jié)的“三位一體”深度融合。在“三位一體”智能化方案及其工藝和業(yè)務(wù)流程優(yōu)化基礎(chǔ)上，基于移動互聯(lián)和IOT技術(shù)，提出渡海車輛的預(yù)約機(jī)制和智能化待渡方案。“三位一體”智能化方案可實現(xiàn)渡海車輛的安檢、售票、待渡場等待、船舶配載等全過程的自動化和數(shù)字化，并能夠解決客貨滾裝港口信息流轉(zhuǎn)不暢、生產(chǎn)智能運作協(xié)同難等問題。

4.2　基于BIM的客貨滾裝港口數(shù)字化技術(shù)

結(jié)合數(shù)字孿生理念，提出一種基于BIM的客貨滾裝港口數(shù)字孿生架構(gòu)，通過IOT、通信和控制等技術(shù)構(gòu)建客貨滾裝港口物理空間，利用BIM模型數(shù)據(jù)化優(yōu)勢構(gòu)建客貨滾裝港口虛擬空間，實現(xiàn)客貨滾裝港口數(shù)字化、智能化驅(qū)動。同時，使用Bentley、Revit、Catia等BIM設(shè)計軟件，構(gòu)建客貨滾裝港口BIM數(shù)字化模型，利用BIM模型標(biāo)準(zhǔn)格式IFC轉(zhuǎn)化到三維GIS標(biāo)準(zhǔn)格式CityGML，將轉(zhuǎn)化后的信息存儲在Firebird中，利用PROJ4對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后加載到三維地理信息平臺CityMaker中進(jìn)行精確定位，實現(xiàn)客貨滾裝港口BIM與GIS的深度融合。

4.3　帶二維裝箱約束的2階段客貨滾裝船舶配載決策方法

客貨滾裝船舶配載需要綜合考慮貨車、小車、客車在船艙內(nèi)的具體位置，并滿足船舶穩(wěn)性要求。現(xiàn)有研究主要針對商品車，現(xiàn)實中依靠人工經(jīng)驗，不利于客貨滾裝港口船舶配載的智能化。本項目提出一種帶二維裝箱約束的客貨滾裝船配載決策方法，以船艙面積利用率最大為目標(biāo)，構(gòu)建客貨滾裝船配載決策模型，設(shè)計偏隨機(jī)密鑰混合遺傳算法進(jìn)行求解，并將2階段啟發(fā)式嵌入到偏隨機(jī)密鑰遺傳算法中，實現(xiàn)客貨滾裝船的智能化配載，保障客貨滾裝船航行安全。

5、客貨滾裝智慧港口BIM綜合應(yīng)用

5.1　協(xié)同設(shè)計

利用設(shè)計管理平臺進(jìn)行多專業(yè)協(xié)同設(shè)計。總圖專業(yè)初步確定平面布置，建立總圖中心文件。工藝、管線、電氣、消防等專業(yè)在總體中心文件上進(jìn)行港區(qū)的各專業(yè)設(shè)計，生成總圖設(shè)計模型。各單體建筑建立單體的中心文件，最后在設(shè)計管理平臺上集成。

5.2　精細(xì)建模

根據(jù)企業(yè)建模標(biāo)準(zhǔn)要求，搭建工程各部件精細(xì)模型，主要包括建筑、結(jié)構(gòu)、水工、機(jī)電等專業(yè)。BIM協(xié)同設(shè)計及其建模界面截圖見圖4。通過模型的構(gòu)件尺寸、材質(zhì)、名稱等信息，提取各構(gòu)件工程量，獲取成本控制的主要信息，反饋至項目部，節(jié)省造價約500余萬元。

5.3　碰撞檢查

對項目進(jìn)行全專業(yè)分析，生成并導(dǎo)出各專業(yè)類型子系統(tǒng)模型，通過專業(yè)內(nèi)碰撞檢測和專業(yè)間碰撞檢測，檢查設(shè)計疏漏和施工缺失，并將各類型碰撞生成碰撞報告，反饋至項目部和設(shè)計人員。本項目共發(fā)現(xiàn)碰撞3 000余處，節(jié)省施工返工成本約300余萬元，節(jié)省施工工期約1.5個月。

5.4　空間優(yōu)化

本項目主要建構(gòu)筑物為樞紐大樓，建筑面積約8萬m2。建筑物內(nèi)含生活給水管道、生活排水管道、消防給水管道、新風(fēng)管道、空調(diào)冷凝水管道等，種類眾多，鋪設(shè)復(fù)雜，為充分利用和節(jié)省室內(nèi)空間，通過對室內(nèi)機(jī)電管道進(jìn)行碰撞檢測并調(diào)整，實現(xiàn)空間優(yōu)化。

5.5　綠建分析

本項目通過BIM技術(shù)對樞紐大樓進(jìn)行綠建分析，主要包括通風(fēng)、光照等，實現(xiàn)樞紐中心建造的合理化和科學(xué)化。

5.6   BIM+VR虛擬漫游

本項目工程量大、子項目多、工藝復(fù)雜，存在較多的特殊施工點，施工難度大。利用BIM軟件，模擬建筑物的三維空間，通過漫游動畫的形式，虛擬仿真漫游，查找不易察覺的設(shè)計缺陷和施工問題，在BIM模型的基礎(chǔ)上附加標(biāo)準(zhǔn)化的施工方法、施工工藝和施工順序等信息，進(jìn)行施工方案的可視化模擬，幫助技術(shù)和管理人員掌握施工工藝和質(zhì)量控制要點，強(qiáng)化施工標(biāo)準(zhǔn)化意識，實現(xiàn)施工方案的可視化交底。

5.7　方案優(yōu)化比選

BIM+UNITY漫游展示技術(shù)，對樞紐大樓屋面蓋板形式進(jìn)行多方案對比，可對不同角度、不同方位、不同材質(zhì)、不同形式的方案進(jìn)行實時切換，對比效果更加機(jī)動靈活。此外，對交通流進(jìn)行優(yōu)化，改善部分交叉口的堵車情況。交通流優(yōu)化對比見圖5。

5.8　進(jìn)度模擬

通過將BIM與施工進(jìn)度計劃相連接，將空間信息與時間信息整合在同一個可視的4D模型中，可以精確、直觀地反映整個建筑的施工過程。4D施工模擬技術(shù)可以在項目建造過程中合理制定施工計劃、精確掌握施工進(jìn)度，優(yōu)化使用施工資源、科學(xué)進(jìn)行場地布置，對工程的整體施工進(jìn)度、資源和質(zhì)量進(jìn)行統(tǒng)一管理和控制，以縮短工期，降低成本，提高質(zhì)量。

（編輯：奚雅青）