BIM技術(shù)在青島新機(jī)場(chǎng)航站樓施工中的應(yīng)用研究

劉天宇 王 靜 張志華 萬(wàn)文杰 丁黨盛

中建八局第四建設(shè)有限公司 山東 青島 266000

1 工程概況

青島新機(jī)場(chǎng)工程，是國(guó)家“十二五”重點(diǎn)規(guī)劃建設(shè)的區(qū)域性樞紐機(jī)場(chǎng)，是輻射東北亞地區(qū)的門戶機(jī)場(chǎng)。為中國(guó)在建的12個(gè)4F級(jí)機(jī)場(chǎng)之一，是國(guó)內(nèi)首個(gè)采用集中式單體五指廊造型的航站樓，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目前國(guó)內(nèi)在建的4F機(jī)場(chǎng)越來(lái)越多，對(duì)施工單位的要求也在不斷增加，采用傳統(tǒng)模式已經(jīng)無(wú)法滿足體量越來(lái)越大的機(jī)場(chǎng)建設(shè)要求，而B(niǎo)IM技術(shù)在應(yīng)對(duì)這種大型項(xiàng)目上有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用重點(diǎn)

2.1 單體五指廊造型

作為全球首個(gè)單體五指廊造型航站樓，采用“海星”狀布局，實(shí)現(xiàn)大集中與單元式的合理平衡。通過(guò)合理布局，青島新機(jī)場(chǎng)達(dá)到近機(jī)位73個(gè)，旅客步行距離短，但也因此造成機(jī)電管線密集、多系統(tǒng)干涉、排布空間不足的問(wèn)題。

2.2 多專業(yè)交叉施工的行李系統(tǒng)

青島新機(jī)場(chǎng)采用了全球識(shí)別率最高的全自動(dòng)行李分揀系統(tǒng)，不僅差錯(cuò)率低，還可以按航班或按小時(shí)把行李自動(dòng)分揀到一定區(qū)域，顯著降低了運(yùn)營(yíng)成本。

行李系統(tǒng)為機(jī)場(chǎng)最復(fù)雜的系統(tǒng)，各專業(yè)相互影響，共13家單位穿插施工，工期要求緊，需為行李系統(tǒng)后期調(diào)試預(yù)留足夠時(shí)間。

2.3 高地鐵不減速下穿航站樓

作為國(guó)內(nèi)首個(gè)高鐵、地鐵下穿航站樓且高鐵不減速穿越項(xiàng)目，青島新機(jī)場(chǎng)須打造全通型、立體化、零換乘的綜合交通中心。

為實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)內(nèi)的綜合交通換乘，需將高地鐵下穿至航站樓內(nèi)部，高地鐵影響區(qū)域面積達(dá)110 000 m2，并將整個(gè)航站樓分為東西2個(gè)半?yún)^(qū)（圖1），對(duì)整體航站樓施工組織設(shè)計(jì)影響較大。

3 項(xiàng)目BIM應(yīng)用體系

作為體現(xiàn)新發(fā)展理念的標(biāo)志性工程，青島新機(jī)場(chǎng)對(duì)BIM技術(shù)提出了全新的需求，新機(jī)場(chǎng)的BIM工作采用“總包牽頭、分包協(xié)作、統(tǒng)籌管理”的聯(lián)合工作室模式進(jìn)行實(shí)施[1-3]。

作為國(guó)內(nèi)首個(gè)全專業(yè)、全過(guò)程應(yīng)用BIM技術(shù)的4F級(jí)機(jī)場(chǎng)，BIM技術(shù)貫穿整個(gè)施工管理流程，這對(duì)整體模型精度提出了更高的要求，為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目整體BIM規(guī)劃，青島新機(jī)場(chǎng)模型細(xì)度達(dá)到整體LOD400，局部LOD500（圖2）。

圖2 各階段LOD400模型匯總

4 BIM創(chuàng)新應(yīng)用

4.1 BIM技術(shù)在高地鐵影響區(qū)中的應(yīng)用

青島新機(jī)場(chǎng)高鐵、地鐵同時(shí)下穿機(jī)場(chǎng)航站樓，影響區(qū)域的施工受高鐵、地鐵進(jìn)度制約很大，整體計(jì)劃控制難度高，且國(guó)內(nèi)尚無(wú)類似施工經(jīng)驗(yàn)可供參考[4-7]。

項(xiàng)目以高鐵、地鐵頂部航站樓主體結(jié)構(gòu)倒序施工作為總體施工組織思路，通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行施工模擬，最終形成了優(yōu)先施工最上層主體結(jié)構(gòu)，鋼網(wǎng)架與正負(fù)零結(jié)構(gòu)同時(shí)施工的倒序施工方案（圖3）。

圖3 倒序施工示意

通過(guò)無(wú)人機(jī)對(duì)地形、地貌進(jìn)行高精度測(cè)繪，并應(yīng)用無(wú)人機(jī)對(duì)整個(gè)高鐵、地鐵影響區(qū)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，結(jié)合GIS數(shù)據(jù)指導(dǎo)場(chǎng)地平面布置，并對(duì)主體結(jié)構(gòu)倒序施工方案、流水節(jié)拍進(jìn)行全程動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

基于高精度傳感器，通過(guò)模型與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整合，對(duì)結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)累積監(jiān)測(cè)?；诒O(jiān)測(cè)結(jié)果，通過(guò)“樁基共享”的理念克服設(shè)計(jì)樁基重疊、交叉設(shè)計(jì)的影響，避免樁基施工不同步帶來(lái)的安全隱患（圖4、圖5）。本技術(shù)經(jīng)山東省住建廳鑒定委員會(huì)鑒定，整體水平達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，累計(jì)節(jié)約費(fèi)用44.59萬(wàn)元。

圖4 高地鐵施工作為圍護(hù)樁

圖5 航站樓施工作為樁基

4.2 BIM技術(shù)在行李系統(tǒng)中的應(yīng)用

行李系統(tǒng)是整個(gè)機(jī)場(chǎng)旅客服務(wù)系統(tǒng)中最復(fù)雜、最重要的部分。青島新機(jī)場(chǎng)行李系統(tǒng)總占地面積逾20 000 m2，總長(zhǎng)度達(dá)16 km（圖6）。

圖6 行李系統(tǒng)模型

4.2.1 行李系統(tǒng)與其他系統(tǒng)干涉調(diào)整

為了節(jié)約設(shè)計(jì)空間，行李分揀和提取大廳未單獨(dú)設(shè)置轉(zhuǎn)換層，行李分揀系統(tǒng)與六大系統(tǒng)（給排水系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、自動(dòng)噴淋滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、強(qiáng)電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)）采用棋盤式布局，綜合管線設(shè)計(jì)空間斷面占據(jù)面積高達(dá)75.2%（圖7）。

圖7 棋盤式布局及其空間斷面

在如此狹小的空間中須確保各體系之間無(wú)碰撞且預(yù)留足夠的檢修空間，因行李系統(tǒng)功能性要求，鋼結(jié)構(gòu)走道根據(jù)疏散要求需1.8 m凈高，部分雙層行李傳送帶需2.7 m凈高。

為此，BIM工作室創(chuàng)建了劃界模型，其他系統(tǒng)避開(kāi)劃界模型進(jìn)行建模，部分復(fù)雜區(qū)域進(jìn)行專項(xiàng)調(diào)整以滿足整體需求（圖8）。

通過(guò)采用“一整合、六拆分”的出圖方式指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，各系統(tǒng)整合進(jìn)行碰撞調(diào)整，再分別單獨(dú)出圖進(jìn)行施工，確保在主體施工前完成全專業(yè)BIM模型的深化和整合。

圖8 行李系統(tǒng)標(biāo)高要求及劃界模型

4.2.2 行李提取大廳鋼結(jié)構(gòu)吊架層設(shè)計(jì)施工一體化

行李提取大廳位于航站樓南側(cè)＋0 m層（圖9），凈高13.0 m，吊頂高度8.0 m，在吊頂至板底5 m的空間中需依次容納行李系統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)吊柱、設(shè)備傳送帶、格柵板、機(jī)電安裝及消防弱電系統(tǒng)，大量管線交叉施工（圖10）。

圖9 行李系統(tǒng)提取大廳位置

圖10 提取大廳上部結(jié)構(gòu)

因行李系統(tǒng)格柵板阻擋，機(jī)電管線及精裝修吊頂無(wú)法穿過(guò)格柵板在結(jié)構(gòu)板下生根。

項(xiàng)目部為此設(shè)計(jì)了鋼結(jié)構(gòu)吊架層（圖11），吊架層構(gòu)造包括埋件、型鋼轉(zhuǎn)換梁、吊柱、鋼梁及斜撐，通過(guò)鋼結(jié)構(gòu)吊架層輔助機(jī)電管線及精裝修吊頂生根，因行李提取大廳空間結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響因素較多，項(xiàng)目全程采用BIM技術(shù)解決各體系碰撞問(wèn)題（圖12）。

圖11 鋼結(jié)構(gòu)吊架層構(gòu)造設(shè)計(jì)

圖12 東區(qū)吊架層整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)結(jié)構(gòu)梁模型確定吊柱及預(yù)埋板位置，部分吊柱側(cè)方無(wú)結(jié)構(gòu)梁的通過(guò)添加型鋼轉(zhuǎn)換梁進(jìn)行吊柱固定，預(yù)埋板垂直標(biāo)高需考慮預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)梁線形，保證預(yù)埋板避開(kāi)預(yù)應(yīng)力鋼絞線，吊架層鋼梁標(biāo)高根據(jù)行李系統(tǒng)格柵板標(biāo)高確定分為9.70 m及8.90 m這2部分，對(duì)鋼梁及吊柱Revit建模后與行李系統(tǒng)模型進(jìn)行碰撞檢測(cè)，調(diào)整部分構(gòu)件位置。

暖通系統(tǒng)風(fēng)管橫截面較大，受吊架層吊柱影響，部分風(fēng)管無(wú)法進(jìn)行施工。為此，將吊架層模型與風(fēng)管模型整合后進(jìn)行碰撞調(diào)整，在考慮施工空間的基礎(chǔ)上對(duì)吊架層及風(fēng)管進(jìn)行綜合調(diào)整，保證現(xiàn)場(chǎng)施工方便（圖13、圖14）。

圖13 行李系統(tǒng)與吊架層干涉調(diào)整

圖14 風(fēng)管與吊架層干涉調(diào)整

完成全部干涉調(diào)整后，對(duì)吊架層整體采用Tekla進(jìn)行建模并出圖，最終形成施工級(jí)下料圖紙。

將模型及坐標(biāo)信息導(dǎo)入放樣機(jī)器人中進(jìn)行吊柱吊點(diǎn)放樣并根據(jù)信息統(tǒng)計(jì)表標(biāo)出埋件位置，部分吊柱穿過(guò)行李系統(tǒng)格柵板的，應(yīng)在施工前根據(jù)模型信息在行李系統(tǒng)格柵板上打孔（圖15）。對(duì)吊架層劃分若干施工段，根據(jù)模型信息采用在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼梁進(jìn)行預(yù)拼裝后提升的施工方式以節(jié)約工期（圖16）。

圖15 吊柱穿過(guò)格柵板位置

圖16 鋼梁預(yù)拼裝提升

4.3 三維掃描助力機(jī)場(chǎng)BIM總承包管理

機(jī)場(chǎng)專業(yè)分包眾多，項(xiàng)目部通過(guò)與硬件廠商合作，開(kāi)發(fā)了結(jié)合三維激光掃描的項(xiàng)目質(zhì)量管理平臺(tái)，從選定分包單位開(kāi)始即可對(duì)其進(jìn)行管理，極大地提升了項(xiàng)目總承包管理能力。

1）現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集。主體結(jié)構(gòu)施工完成后，項(xiàng)目部即對(duì)其進(jìn)行三維掃描，并上傳至三維掃描平臺(tái)中，通過(guò)分配權(quán)限賬號(hào)，分包進(jìn)場(chǎng)前即可通過(guò)平臺(tái)進(jìn)行實(shí)際數(shù)據(jù)測(cè)量。

2）工序交接。在工序隱蔽前進(jìn)行三維掃描，全過(guò)程記錄現(xiàn)場(chǎng)施工數(shù)據(jù)，可有效避免后期各單位互相扯皮的問(wèn)題。同時(shí)，將三維掃描數(shù)據(jù)逆向建模，及時(shí)對(duì)模型進(jìn)行糾偏，保證重要區(qū)域模型與現(xiàn)場(chǎng)相一致。

3）專業(yè)分包驗(yàn)收。項(xiàng)目部將部分復(fù)雜節(jié)點(diǎn)三維掃描后與模型進(jìn)行對(duì)比，可有效分析其施工偏差、平整度、垂直度等，并形成可視化、數(shù)據(jù)化的對(duì)比分析文件，成為項(xiàng)目總承包管理的有效手段（圖17）。

圖17 鋼網(wǎng)架快速識(shí)別位置偏差構(gòu)件

4.4 四方協(xié)同平臺(tái)

為打破各管理體系之間的藩籬，項(xiàng)目部與業(yè)主聯(lián)合開(kāi)發(fā)了四方協(xié)同BIM管理平臺(tái)，統(tǒng)籌業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)及施工對(duì)建造全過(guò)程的管理。

1）模型集成。通過(guò)模型輕量化將整個(gè)機(jī)場(chǎng)近200 G模型集成至協(xié)同平臺(tái)中，通過(guò)權(quán)限賬號(hào)即可查看已相關(guān)的模型數(shù)據(jù)，通過(guò)視圖管理、工具菜單、三維顯示、信息管理及協(xié)同管理等多個(gè)模塊對(duì)模型進(jìn)行瀏覽、標(biāo)注及控件操作。

2）計(jì)劃管控。將工期計(jì)劃導(dǎo)入平臺(tái)并關(guān)聯(lián)模型進(jìn)行計(jì)劃模擬與預(yù)判，由傳統(tǒng)文檔表格形式升級(jí)為可視化模型，通過(guò)填報(bào)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)度，可快速對(duì)比顯示工期提前或滯后區(qū)域，部門單位間分工明確，顯示一致，通過(guò)在平臺(tái)中調(diào)取電子沙盤，可實(shí)時(shí)了解現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工進(jìn)度。

3）移動(dòng)辦公。通過(guò)手機(jī)、Ipad等移動(dòng)端對(duì)模型進(jìn)行手持瀏覽，可將圖紙、表格、交底、方案、動(dòng)畫(huà)及相關(guān)資料上傳至平臺(tái)并關(guān)聯(lián)模型，現(xiàn)場(chǎng)管理人員可隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行查看，完成構(gòu)件屬性查詢及文檔審閱相關(guān)工作。

4）項(xiàng)目圈協(xié)同管理。各項(xiàng)目部通過(guò)平臺(tái)創(chuàng)建項(xiàng)目圈，通過(guò)項(xiàng)目圈可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)安全質(zhì)量問(wèn)題發(fā)起討論并設(shè)定責(zé)任人，相關(guān)人員即可收到定期問(wèn)題提醒，完成整改后可進(jìn)行照片回復(fù)，通過(guò)后臺(tái)數(shù)據(jù)對(duì)項(xiàng)目工程問(wèn)題分類統(tǒng)計(jì)，作為項(xiàng)目管理依據(jù)。

4.5 后期運(yùn)維系統(tǒng)

目前，項(xiàng)目部正在與物業(yè)單位進(jìn)行ITC三維可視化運(yùn)維交付數(shù)據(jù)端口的研究與開(kāi)發(fā)，為后期的孿生式數(shù)字交付夯實(shí)基礎(chǔ)。

項(xiàng)目部與業(yè)主單位聯(lián)合，創(chuàng)建基于BIM的GIS系統(tǒng)后期運(yùn)維平臺(tái)，將BIM模型導(dǎo)入SuperMap中形成機(jī)場(chǎng)底層數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)將模型與GIS地圖關(guān)聯(lián)后即可形成機(jī)場(chǎng)內(nèi)部三維GIS地圖（圖18、圖19）。

圖18 基于GIS系統(tǒng)的運(yùn)維平臺(tái)

圖19 GIS空間地圖生成

通過(guò)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)機(jī)場(chǎng)航站樓與市政道路、綠化、景觀系統(tǒng)的有機(jī)融合，并輔助業(yè)主方完成空間模擬、交通分析等功能，通過(guò)運(yùn)維平臺(tái)，旅客可進(jìn)行包括路線推送、定點(diǎn)模擬、地圖查詢等多種功能。

5 結(jié)語(yǔ)

目前，青島新機(jī)場(chǎng)已被評(píng)為山東省BIM示范工程，獲得國(guó)內(nèi)BIM大賽數(shù)項(xiàng)大獎(jiǎng)。同時(shí)，以本工程為載體，主持編制BIM行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1部并成功獲批國(guó)家“十三五”重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目《綠色施工與智慧建造關(guān)鍵技術(shù)》首批示范工程。

青島新機(jī)場(chǎng)將以“綠色機(jī)場(chǎng)、人文機(jī)場(chǎng)、智慧機(jī)場(chǎng)”為建設(shè)目標(biāo)，努力將其打造成為引領(lǐng)BIM創(chuàng)新應(yīng)用的國(guó)內(nèi)機(jī)場(chǎng)行業(yè)標(biāo)桿。