“中國智造”助力馬爾代夫機(jī)場“換新顏”

文/本刊記者 楚峰

圖／竇碩

2022年10月6日，馬爾代夫維拉納國際機(jī)場新跑道正式投運(yùn)，迎來了第一架商業(yè)航班。

維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目是2014年9月習(xí)近平主席對馬爾代夫進(jìn)行國事訪問期間兩國領(lǐng)導(dǎo)人見證簽約的共建“一帶一路”重要合作項目之一，對促進(jìn)馬爾代夫經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展和兩國友誼都具有重大意義。北京城建集團(tuán)充分發(fā)揮國匠實力，承建了馬爾代夫維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目，改擴(kuò)建后的維拉納國際機(jī)場將有力促進(jìn)馬爾代夫旅游業(yè)跨越式發(fā)展，也將成為中馬友誼的又一標(biāo)志性項目。

11月5日，第六屆“一帶一路”青少年創(chuàng)客營與教師研討活動期間開展了線上云游之馬爾代夫維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目，北京城建集團(tuán)馬爾代夫維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目副總工程師竇碩相約云端，帶領(lǐng)著各國青少年沿著馬爾代夫維拉納國際機(jī)場的海岸線云端漫步，在領(lǐng)略機(jī)場的絕美風(fēng)光的同時，詳解擴(kuò)改建項目的歷史由來、沿革以及工程的技術(shù)難點與創(chuàng)新點。

馬爾代夫維拉納國際機(jī)場航拍圖

項目建設(shè)重難點

維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目位于馬爾代夫Huhule 島，改擴(kuò)建內(nèi)容包括填海護(hù)岸工程、飛行區(qū)場道工程、助航燈光及導(dǎo)航工程、新建貨運(yùn)站工程、油庫及機(jī)坪加油管線工程等。

“維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目是‘一帶一路’重點工程，具有重要的意義?！备]碩介紹了該項目的由來以及項目進(jìn)展過程中的重要工程節(jié)點，并總結(jié)了項目開展中存在的重難點：

一是EPC 工程總承包模式，總承包單位責(zé)任大、風(fēng)險高。該項目為EPC工程總承包模式，需統(tǒng)籌協(xié)調(diào)設(shè)計、采購、施工及業(yè)主方、監(jiān)理方、融資方等多方關(guān)系，總承包單位責(zé)任大、風(fēng)險高。

二是設(shè)計復(fù)雜，審核進(jìn)度緩慢。該項目機(jī)場飛行區(qū)按照國際民航組織（ICAO）的規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、建造與驗收，建構(gòu)筑物按照中國有關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計、建造和驗收。

三是材料/設(shè)備采購周期長。幾乎所有的建筑材料、設(shè)備均依賴進(jìn)口，很多大宗材料（包括水泥、砂、石子、瀝青等）、長周期設(shè)備都至少需要提前6個月進(jìn)行預(yù)訂，采購、運(yùn)輸周期長。

四是機(jī)場島面積狹小，材料存放區(qū)域有限。維拉納國際機(jī)場島面積狹小，材料存放區(qū)域有限，高效有序組織進(jìn)行物資的采購、運(yùn)輸，動態(tài)管理材料存放情況是該工程一大關(guān)鍵點。

五是項目涉及專業(yè)多，組織管理難度大。該項目涉及填海、護(hù)岸、場道、助航燈光、導(dǎo)航、通信、供油工藝、建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電等專業(yè)，專業(yè)技術(shù)強(qiáng)、交叉作業(yè)面多，組織管理難度大。

六是不停航施工時間有限，安全風(fēng)險高。該項目是在其現(xiàn)有機(jī)場的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造及擴(kuò)建，在施工期間不能影響機(jī)場的日常運(yùn)營，跑道限制工作面區(qū)域每天僅有凌晨0:00—5:30 可以開展施工作業(yè)，有效施工時間不足5 個小時。施工中既要保證機(jī)場正常運(yùn)營，避免破壞現(xiàn)有管線，又要保質(zhì)保量完成施工任務(wù)，安全風(fēng)險高。

越是困難，越要創(chuàng)新。北京城建集團(tuán)項目團(tuán)隊努力克服重重困難，大膽創(chuàng)新，引入高科技和新技術(shù)，高質(zhì)量地完成了維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目的相關(guān)工程建設(shè)。

關(guān)鍵技術(shù)大顯身手

通過一系列的技術(shù)創(chuàng)新及綜合應(yīng)用，使得改擴(kuò)建后的維拉納國際機(jī)場運(yùn)力翻倍，極大促進(jìn)當(dāng)?shù)芈糜螛I(yè)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇。對此，竇碩就機(jī)場建設(shè)過程中的幾項關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)解析。

BIM 及數(shù)字化施工技術(shù)

維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目在工程建設(shè)全生命周期中應(yīng)用BIM 及數(shù)字化施工技術(shù)，基于三維模型實現(xiàn)跨越時空、語言、專業(yè)的協(xié)同管理模式。竇碩為青少年介紹了BIM 和數(shù)字化施工的概念，并以案例的形式進(jìn)行了詳解。

第一步是模型建立。為了打造可供運(yùn)維的BIM 模型，維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目按區(qū)域、針對不同用途建立BIM模型，供機(jī)場建設(shè)過程使用，并進(jìn)一步整合成整個維拉納機(jī)場島的BIM 模型。

通 過Business Center-HCE/Sketchup 軟件建立了整個飛行區(qū)的三維表面模型，并應(yīng)用于其后的填海工程和場道工程全過程數(shù)字化施工。該數(shù)字化施工軟件針對土方工程快速建模并可以根據(jù)預(yù)定義區(qū)域、時間段同時出具工程量報告，填海工程過程中每月均進(jìn)行實時工程量統(tǒng)計。

竇碩列舉了油庫區(qū)域的BIM 模型建立，分為兩部分：一個是10 余棟單體建筑的建筑/結(jié)構(gòu)/機(jī)電BIM 模型；另一個是供油系統(tǒng)的工藝模型。這兩部分在Sketchup 軟件內(nèi)完成整合，作為油庫區(qū)域的模型主體“鑲嵌”進(jìn)機(jī)場島模型中。

第二步是設(shè)計。由于該項目的設(shè)計工作者來自不同的國家和地區(qū)，傳統(tǒng)溝通方式受語言和時差的影響較多，工作效率受限。Trimble Connect 協(xié)同管理平臺在整合設(shè)計資源、同步設(shè)計工作方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。該平臺支持各主流模型的輕量化上傳以及整合、碰撞、標(biāo)注與量取功能，結(jié)合手機(jī)版APP實現(xiàn)移動端同步查看。

該項目涵蓋專業(yè)多，圖紙版本更迭頻繁，在設(shè)計階段各專業(yè)工程師運(yùn)用VICO office 軟件對圖紙進(jìn)行審查與校核，并進(jìn)行歸檔，保證圖紙與模型工作統(tǒng)一。

此外，在油庫區(qū)建筑深化設(shè)計過程中共查驗到78 處設(shè)計問題，其中涉及保護(hù)層厚度不足、鋼筋尺寸不合理等，并及時進(jìn)行設(shè)計糾正。在設(shè)計階段，通過BIM 模型發(fā)現(xiàn)并解決了油庫區(qū)域及貨運(yùn)航站樓的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電、工藝專業(yè)內(nèi)及專業(yè)之間的碰撞問題，共784 處。

第三步是采購。該項目空間狹小，依靠數(shù)字化施工BIM 模型對飛行區(qū)原材料采購進(jìn)行整體把控，以此制定采購計劃，并配合三維激光掃描儀進(jìn)行快速測量，以實現(xiàn)原材料的動態(tài)監(jiān)測。

其中，利用三維激光掃描技術(shù)對現(xiàn)場料堆進(jìn)行三維重構(gòu)，快速掌握用料情況，對于現(xiàn)場堆料的監(jiān)測與采購計劃進(jìn)行了修正。運(yùn)用三維激光掃描對項目上的原料進(jìn)行統(tǒng)計，從技術(shù)上來看沒有很復(fù)雜，可以非接觸快速獲取料堆的實時用量。但由于機(jī)場島空間有限，運(yùn)用新技術(shù)在傳統(tǒng)方式難以施展的地方不失為一種創(chuàng)新和突破。

第四步是施工。通過BIM 模型的可視化特性，對飛行區(qū)、油庫區(qū)、貨運(yùn)站各區(qū)域的重難點建造工藝流程進(jìn)行展示，提升交底的準(zhǔn)確性。

通過三維激光掃描采集生成的機(jī)坪管線點云模型與設(shè)計模型在三維環(huán)境下進(jìn)行對比，及時反饋施工質(zhì)量。其中，在基地運(yùn)用RTK+三維激光掃描技術(shù)，對機(jī)坪加油管線實施質(zhì)量檢查，既方便快捷又全面細(xì)致，針對每一處視野盲區(qū)做到精確把握，針對于深埋地下的管線做到施工內(nèi)容可追溯，除此之外采集的點云數(shù)據(jù)對填挖方計算也有很大幫助。

以油儲罐為例，結(jié)合點云模型對每帶壁板周長、橢圓度、垂直度和凹凸度進(jìn)行分析，將細(xì)小差距顯著化處理后的結(jié)果將作為控制施工質(zhì)量的重要依據(jù)。作為重難點的儲量15000m3的航空煤油儲罐，在馬爾代夫的地質(zhì)環(huán)境中施工尚屬中國人的首次，因此進(jìn)行施工就需要采用更加全面的檢查手段。項目組以三維激光掃描為核心緊跟不斷變化的施工進(jìn)度，總結(jié)了一整套行之有效測量方法，對每一塊弧形壁板進(jìn)行動態(tài)的、反復(fù)的觀察和跟進(jìn)手段，讓施工重難點得到最大幅度的保障。

油庫區(qū)域的BIM 模型

與此同時，油庫區(qū)域、貨運(yùn)航站樓區(qū)域通過將現(xiàn)場采集到的點云數(shù)據(jù)在Trimble Connect 平臺上與設(shè)計模型整合，再通過網(wǎng)頁或APP 端與現(xiàn)場施工管理人員共享。

分布在新填海陸域的6 座GNSS 沉降觀測站以每秒觀測一次的速率進(jìn)行不間斷的沉降觀測，經(jīng)Trimble 4D 沉降預(yù)警軟件對17168 個小時的采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后獲得沉降曲線。沉降曲線綜合反映了整個陸域的沉降狀態(tài)，提供了準(zhǔn)確可靠的機(jī)場島改擴(kuò)建區(qū)域的沉降動態(tài)預(yù)警。

工作面不再有大量的人員，取而代之的是數(shù)字化設(shè)備

此外，數(shù)字化施工系統(tǒng)是飛行區(qū)獨有的施工控制系統(tǒng)?；陲w行區(qū)數(shù)字化施工BIM 模型，將模型中的設(shè)計信息通過工地GNSS 基站系統(tǒng)發(fā)布到裝有智能控制系統(tǒng)和高精度測量設(shè)備的施工機(jī)械和車輛中，再通過數(shù)據(jù)管理平臺Vision Link 與分包單位協(xié)同管理整個施工過程，實現(xiàn)智能化施工和施工全過程監(jiān)測。

遠(yuǎn)洋島礁無圍堰開敞式珊瑚砂吹填技術(shù)

遠(yuǎn)洋島礁無圍堰開敞式珊瑚砂吹填技術(shù)

現(xiàn)有機(jī)場為約3.6km×0.6km 陸域，無法滿足機(jī)場改擴(kuò)建所需的面積，為解決機(jī)場擴(kuò)建土地短缺問題需填海造陸擴(kuò)大至4.8km×0.96km。在這個過程中，遠(yuǎn)洋島礁無圍堰開敞式珊瑚砂吹填技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

竇碩詳細(xì)介紹，在滿足吹填條件的基礎(chǔ)上，通過輸砂管將珊瑚砂吹填至指定的施工區(qū)域，利用珊瑚砂吹填材料的運(yùn)移特性，合理排除細(xì)顆粒，保證填料合理級配，減小排水路徑，填至水面上后，經(jīng)整平、壓實，形成吹填陸域。

“吹填材料要滿足咬合力大、摩擦角大、含泥量低、滲透性好的性能條件，吹填區(qū)域水文要滿足波浪相對較小，洋流速度小，泥沙運(yùn)動程度低的條件?！备]碩進(jìn)一步分析，珊瑚砂吹填運(yùn)移特性滿足無圍堰開敞式吹填技術(shù)條件；珊瑚環(huán)礁內(nèi)海波浪、潮流動力相對較弱，利于吹填堆積，水文和水動力環(huán)境滿足無圍堰開敞式吹填技術(shù)條件。

在整個過程中，涉及取砂區(qū)質(zhì)量控制技術(shù)、吹填功效控制技術(shù)、吹填珊瑚砂損失控制技術(shù)、吹填地層初步找平碾壓處理技術(shù)、吹填區(qū)沉降監(jiān)控技術(shù)。通過吹填程序控制，分區(qū)分層吹填，地層成型均勻、級配合理；采用阻泥幕布，阻擋吹填水泡沫影響周邊海域觀感；對挖泥船鉸刀頭、鉸刀齒、輸砂管線進(jìn)行實時檢查，及時維修更換；布置沉降觀測點，對吹填材質(zhì)的均勻性及沉降情況進(jìn)行監(jiān)控。

機(jī)場跑道吹填珊瑚砂地基處理及變形控制技術(shù)

“在該工程中，還采用了機(jī)場跑道吹填珊瑚砂地基處理及變形控制技術(shù)?！备]碩進(jìn)一步分析，該技術(shù)有三大創(chuàng)新點：

一是系統(tǒng)揭示了吹填珊瑚砂的顆粒結(jié)構(gòu)和變形性質(zhì)等巖土工程特性。吹填珊瑚砂含有粒徑較大的珊瑚碎石、珊瑚枝，顆粒級配分布不均勻；珊瑚砂顆粒有棱角、具有內(nèi)孔隙，為單粒支撐結(jié)構(gòu)；珊瑚砂具有類蠕變特性，初期變形?。簧汉魃盁o最大干密度及最優(yōu)含水率；珊瑚砂地層滲透系數(shù)較大。

二是開發(fā)了機(jī)場跑道吹填珊瑚砂地基處理的振動碾壓方法和質(zhì)量檢測方法。基于飛行區(qū)跑道地基受力特征及其性能要求和珊瑚砂的顆粒結(jié)構(gòu)特點，分析了振動碾壓、沖擊碾壓、振沖法和強(qiáng)夯法四種常用的地基處理方法的特點，開發(fā)了振動碾壓地基處理方法。

三是提出了珊瑚砂工后沉降計算方法，形成了機(jī)場跑道吹填珊瑚砂地基變形控制技術(shù)。

機(jī)場跑道水泥穩(wěn)定基層珊瑚砂礫應(yīng)用技術(shù)

該技術(shù)有兩個創(chuàng)新點，分別是：開發(fā)了水泥穩(wěn)定珊瑚砂礫，提出了水泥穩(wěn)定珊瑚砂礫基層工藝控制技術(shù)。

竇碩介紹，研制水泥穩(wěn)定珊瑚砂礫底基層配合比，對珊瑚砂進(jìn)行初篩，控制最大粒徑不超過50mm，進(jìn)行顆粒分析，開展室內(nèi)CBR、不均勻系數(shù)及曲率系數(shù)檢測，按照不同水泥劑量及不同含水率開展擊實試驗，得出混合料不同水泥劑量的最大干密度和最佳含水率，并進(jìn)行無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測（設(shè)計7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于2.5MPa）。研制水泥穩(wěn)定碎石、珊瑚砂基層配合比，對常規(guī)設(shè)計的水泥穩(wěn)定碎石（4.0MPa）中摻加部分經(jīng)初篩最大粒徑不超過5mm的珊瑚砂進(jìn)行配合比試驗，依據(jù)民航規(guī)范混合料級配要求，摻配比例(16～31.5)∶(9.5～16)∶(4.75～9.5)∶(0～4.75)∶珊瑚砂=40∶15∶17∶14∶14，進(jìn)行7d 無側(cè)限抗壓強(qiáng)度檢測。

而水泥穩(wěn)定珊瑚砂礫基層工藝控制重點包括拌和、攤鋪、碾壓、養(yǎng)生等環(huán)節(jié)。拌和時，珊瑚砂礫最佳含水量偏大，混合料含水量按高于最佳含水量2%～3%控制；攤鋪時，15cm 厚松鋪系數(shù)按1.15 ～1.20 控制，實際應(yīng)根據(jù)不同厚度開展試驗段取得控制參數(shù)；碾壓時，15cm 水泥穩(wěn)定珊瑚砂礫經(jīng)13t 雙鋼輪壓路機(jī)初壓后，采用22t 單鋼輪振壓2 遍后壓實度即可滿足要求，增加膠輪壓路機(jī)碾壓2 遍以消除表面細(xì)裂紋，碾壓段長度宜按為30 ～50m；養(yǎng)生時，考慮到島礁環(huán)境的高溫、大風(fēng)特點，建議水穩(wěn)珊瑚砂礫碾壓完畢后，先鋪設(shè)塑料薄膜，再在其上部覆蓋土工布進(jìn)行養(yǎng)生。

維拉納國際機(jī)場改擴(kuò)建項目的新跑道是馬爾代夫第一條4F 級跑道，投運(yùn)后，可滿足空客A380 等大型飛機(jī)的起降要求，將成倍增加維拉納國際機(jī)場運(yùn)力，每小時飛機(jī)起落架次將從8 架次增加到21 架次，年客流量將從430 萬人次增加到857 萬人次，年貨物吞吐量將從6.5 萬t 增加到12.1 萬t?！霸擁椖繉Υ龠M(jìn)馬爾代夫旅游業(yè)發(fā)展和疫后經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇將發(fā)揮重要作用?！备]碩最后總結(jié)道，“該項目的技術(shù)創(chuàng)新成果已在馬爾代夫瑪?shù)赝蒴敊C(jī)場建設(shè)中推廣應(yīng)用，對海上絲綢之路沿線珊瑚砂地質(zhì)條件下的國家和地區(qū)的機(jī)場工程建設(shè)具有廣泛的應(yīng)用前景?！?/p>

機(jī)場跑道水泥穩(wěn)定基層珊瑚砂礫應(yīng)用技術(shù)