交通运输部北海航海保障中心天津航标处
摘要：天津航标处所属灯塔、码头等水工构筑物使用多年，且未经大规模修缮，现阶段定期要委托检测单位进行检测以了解构筑物当前安全性、稳定性、耐久性信息。通过BIM软件，可以最大程度还原水工建筑物的实际情况，包括结构、设施、设备的情况。通过构建实施检测系统，可以实时监控水工建筑的技术状态及船舶停靠情况，进一步监测码头、灯塔等安全性、使用性、耐久性，技术做出应对措施，很大程度上提升了检测效率，节省检测费用。
关键词：实时监测；检测；水工构筑物；码头；灯塔；BIM
一、天津航标处水工构筑物使用概况
天津航标处负责从河北省乐亭县捞鱼尖至山东省东营黄河口沿海水域的航标管理工作，辖区主要水工构筑物主要是码头及后方建筑、灯塔等，其中码头共2处，海河工作船码头建成于1978年，南疆航标工作船码头建成于1996年；灯塔2处，分别是大沽灯塔和曹妃甸灯塔，大沽灯塔建成于1977年，是中国第一座水上灯塔，具有重要的使用和历史价值。上述水工构筑物已经建成并投入使用多年，多年来均未有大型维修及加固项目，码头等建成以来多年未进行相关检测工作，出于对构筑物的安全性、使用性、耐久性考虑，掌握上述水工构筑物的使用状态势在必行。
二、建筑信息模型技术在结构检测方面的应用
由于天津航标处处于北方海区，项目建设地相关水文、天气、波浪等自然环境恶劣，因此相关码头、灯塔等水工设施常需要进行检查评估工作以保障航标作业安全，确保船舶导助航效果。现阶段水工结构检测评估工作有许多不足之处，比如科技信息程度低、存在大量重复劳动、难以充分利用建筑全生命周期信息、相关成果利用率低以及单次检测费用较高等。建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术的出现，管理海量数据并且保持数据的全面性、唯一性、联动性，为解决建筑物全寿命周期内各阶段的信息“断层”提供了有效的途径和方法，也为克服检测评估工作的不足之处提供了新的工具。BIM的概念是由美国Autodesk公司首次提出的，根据美国国家BIM标准（NBIMS）对BIM的定义，定义由三部分组成：
（一）BIM是一个设施（建设项目）物理和功能特性的数字表达；
（二）BIM是一个共享的知识资源，是一个分享有关这个设施的信息，为该设施从建设到拆除的全生命周期中的所有决策提供可靠依据的过程；
（三）在项目的不同阶段，不同利益相关方通过在BIM中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映其各自职责的协同作业。
通过BIM三维仿真建模，可以最大程度还原水工建筑物的实际情况，包括结构、设施、设备的情况。通过在水工构筑物布设应力应变传感器、摄像头、距离传感器、高音扬声器等一系列传感器与设施，可以实时监控水工建筑的技术状态及船舶停靠情况，技术做出应对措施。
三、BIM在国内外研究现状
国外关于BIM开展的研究和应用较多。BIM起源于美国，1975年美国乔治亚大学的Chuck Eastman教授首次提出，从2007年开始，美国政府规定所有重要项目必须应用BIM，该技术广泛用于空间验证、人流模拟、安全评估和可持续发展等方面。美国多个政府部门也为BIM的发展做出很多工作，例如美国总务管理局（GSA）正在探索BIM技术在项目全寿命周期的应用；美国陆军工程兵团（USACE）早在2006年就制定了一个为期15年的BIM发展大纲，拟在军事建筑项目上应用BIM技术。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆USACE也在2011年1月公布了某军事建筑项目的BIM实施计划，计划利用BIM减低建筑的全生命周期成本、改善交付时间、提高工程质量；美国国家建筑科学研究院制定了美国国家BIM标准。
英国、澳大利亚、欧洲、日本、韩国、新加坡等国家应用BIM技术较早，将BIM技术视为行业必须使用的技术，普及率已经超过50%。
目前国内对BIM技术和BLM理念的研究和应用处于起步阶段，且多集中于工业与民用建筑领域。国内部分高校开展了相关的研究，哈尔滨工业大学、清华大学、同济大学、华南理工大学、华中科技大学先后成立了BIM实验室；在国家的重大工程项目上，国家牵头并引导企业应用BIM技术。如北京奥运会国家游泳中心的建筑设计方案，北京奥运会“奥运村空间规划及物资治理信息系统”的实施，上海世博会“项目群数字可视化管理”系统的实施。2011年，住建部印发“十二五”建筑业信息化发展纲要，总体目标为：“十二五”期间，基本实现建筑企业信息系统的普及应用，加快建筑信息模型（BIM）推动信息化标准建设。
在当前建筑及水工结构项目管理生命周期内，BIM技术已经广泛应用，目前该技术已经日臻成熟，运用于项目检测中从技术上是可行的。
四、主要研究内容-以大沽灯塔为例
（一）BIM数据集成与服务平台（BIMDISP）开发
基于通用的IFC标准，进行BIM数据集成与服务平台架构设计，该平台架构主要包括数据层、模型层、应用层三部分。基于该平台，不同利益相关均可在权限范围内向BIM模型录入信息、调用信息，进行后续分析应用，实现信息管理集成化。
（二）大沽灯塔结构及设备BIM模型开发
对大沽灯塔内部详细的水工结构部分、设备部分、设施部分进行详细的调研分析，建立完善的BIM模型，集成各部分全生命周期信息。最大程度上还原大沽灯塔真实情况。
（三）基于BIM+物联网的监测系统开发
在大沽灯塔上布设高清摄像头、距离传感器、高音扩音器等设施，实时监控大沽灯塔的技术状态和现场状况，并设立报警阈值，如出现安全隐患，及时发出预警。综合考虑全寿命周期内各等因素，建立大沽灯塔检测评估模型，实现对大沽灯塔的耐久性评估（远期可实现使用性、安全性评估）。
（四）三维可视化技术
基于通用BIM软件进行二次开发，调用传感器信息结果，并在建成的建筑物信息模型上实现成果的远端实时可视化。
五、拟解决的主要问题
（一）建成已久的水工构筑物检测问题
天津航标处所属水工构筑物由于建成时间较长，部分损坏程度比较严重，因此需要定期进行检测和维护。通过本系统的建设，可以有效掌握当前构筑物现状情况，对于出现的问题可以及时报警，定期收集数据形成报告，指导维修及改造工作。
（二）可以提升检测效率、节省检测费用
当前，水工建筑物的检测工作重要是委托检测单位，安排检测人员、检测仪器进行检测，租用相关船舶及设施，视天气情况安排检测事宜，效率较差，且费用花费较高。通过本项目的实施，可以有效提升检测效率，节省检测费用。
（三）可以对推进灯塔无人化值守提供一定的硬件基础
通过项目的建设，可以及时掌握大沽灯塔的稳定性，通过平台建设，可以纳入部分柴油发电机、灯器等运转现状，及时安排应急维修等任务，可以有效减少灯塔值守人员数量。
（四）建立健全构筑物信息库
基于IFC的BIM数据集成与服务平台和BIM数据库应有完善的数据保存、跟踪和扩充机制，需有效解决海量数据的存储和分布异构数据的一致和共享问题，以实现码头、灯塔等水工构筑物全生命周期信息的集成、传递和共享。
（五）监测信息的实时三维可视化
实现基于Web的远程访问三维显示功能，对不同的构件、不同分类等级的构件进行差异化显示，使管理者能够直观的了解码头结构的现状。此外，通过高清摄像头等，也可以实时对码头等构筑物运转及船舶停靠进行可视化监测。
六、项目预期成果
通过建立天津航标处水工构筑物检测与耐久性评估平台，可以实现码头、灯塔检测数据的集成管理，并基于该平台实现水工构筑物耐久性评估；可以通过电子终端实现检测评估成果的三维显示。
七、结语
开展水工构筑物检测系统的研究，可以实时监控天津航标处水工构筑物实时情况，进一步监测码头、灯塔等安全性、使用性、耐久性，同时也很大程度上提升了检测效率，节省检测费用。
论文作者:肖璇
论文发表刊物:《防护工程》2019年15期
论文发表时间:2019/12/3
标签：灯塔论文; 水工论文; 构筑物论文; 航标论文; 码头论文; 技术论文; 天津论文; 《防护工程》2019年15期论文;