劉天宇 王 靜 張志華 萬文杰 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

青島新機場工程，是國家“十二五”重點規(guī)劃建設(shè)的區(qū)域性樞紐機場，是輻射東北亞地區(qū)的門戶機場。為中國在建的12個4F級機場之一，是國內(nèi)首個采用集中式單體五指廊造型的航站樓，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。目前國內(nèi)在建的4F機場越來越多，對施工單位的要求也在不斷增加，采用傳統(tǒng)模式已經(jīng)無法滿足體量越來越大的機場建設(shè)要求，而BIM技術(shù)在應(yīng)對這種大型項目上有得天獨厚的優(yōu)勢。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用重點

2.1 單體五指廊造型

作為全球首個單體五指廊造型航站樓，采用“海星”狀布局，實現(xiàn)大集中與單元式的合理平衡。通過合理布局，青島新機場達到近機位73個，旅客步行距離短，但也因此造成機電管線密集、多系統(tǒng)干涉、排布空間不足的問題。

2.2 多專業(yè)交叉施工的行李系統(tǒng)

青島新機場采用了全球識別率最高的全自動行李分揀系統(tǒng)，不僅差錯率低，還可以按航班或按小時把行李自動分揀到一定區(qū)域，顯著降低了運營成本。

行李系統(tǒng)為機場最復(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)留足夠時間。

2.3 高地鐵不減速下穿航站樓

作為國內(nèi)首個高鐵、地鐵下穿航站樓且高鐵不減速穿越項目，青島新機場須打造全通型、立體化、零換乘的綜合交通中心。

為實現(xiàn)機場內(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110 000 m2，并將整個航站樓分為東西2個半?yún)^(qū)（圖1），對整體航站樓施工組織設(shè)計影響較大。

3 項目BIM應(yīng)用體系

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

作為國內(nèi)首個全專業(yè)、全過程應(yīng)用BIM技術(shù)的4F級機場，BIM技術(shù)貫穿整個施工管理流程，這對整體模型精度提出了更高的要求，為實現(xiàn)項目整體BIM規(guī)劃，青島新機場模型細度達到整體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

青島新機場高鐵、地鐵同時下穿機場航站樓，影響區(qū)域的施工受高鐵、地鐵進度制約很大，整體計劃控制難度高，且國內(nèi)尚無類似施工經(jīng)驗可供參考[4-7]。

項目以高鐵、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BIM技術(shù)進行施工模擬，最終形成了優(yōu)先施工最上層主體結(jié)構(gòu)，鋼網(wǎng)架與正負零結(jié)構(gòu)同時施工的倒序施工方案（圖3）。

圖3 倒序施工示意

通過無人機對地形、地貌進行高精度測繪，并應(yīng)用無人機對整個高鐵、地鐵影響區(qū)進行實時監(jiān)控。同時，結(jié)合GIS數(shù)據(jù)指導(dǎo)場地平面布置，并對主體結(jié)構(gòu)倒序施工方案、流水節(jié)拍進行全程動態(tài)優(yōu)化。

基于高精度傳感器，通過模型與監(jiān)測數(shù)據(jù)的整合，對結(jié)構(gòu)應(yīng)變數(shù)據(jù)進行動態(tài)累積監(jiān)測?；诒O(jiān)測結(jié)果，通過“樁基共享”的理念克服設(shè)計樁基重疊、交叉設(shè)計的影響，避免樁基施工不同步帶來的安全隱患（圖4、圖5）。本技術(shù)經(jīng)山東省住建廳鑒定委員會鑒定，整體水平達到國際先進水平，累計節(jié)約費用44.59萬元。

圖4 高地鐵施工作為圍護樁

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)是整個機場旅客服務(wù)系統(tǒng)中最復(fù)雜、最重要的部分。青島新機場行李系統(tǒng)總占地面積逾20 000 m2，總長度達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)計空間，行李分揀和提取大廳未單獨設(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)、自動噴淋滅火系統(tǒng)、消火栓系統(tǒng)、強電系統(tǒng)、弱電系統(tǒng)）采用棋盤式布局，綜合管線設(shè)計空間斷面占據(jù)面積高達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)避開劃界模型進行建模，部分復(fù)雜區(qū)域進行專項調(diào)整以滿足整體需求（圖8）。

通過采用“一整合、六拆分”的出圖方式指導(dǎo)現(xiàn)場施工，各系統(tǒng)整合進行碰撞調(diào)整，再分別單獨出圖進行施工，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，機電管線及精裝修吊頂無法穿過格柵板在結(jié)構(gòu)板下生根。

項目部為此設(shè)計了鋼結(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，通過鋼結(jié)構(gòu)吊架層輔助機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，項目全程采用BIM技術(shù)解決各體系碰撞問題（圖12）。

圖11 鋼結(jié)構(gòu)吊架層構(gòu)造設(shè)計

圖12 東區(qū)吊架層整體結(jié)構(gòu)設(shè)計

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)方無結(jié)構(gòu)梁的通過添加型鋼轉(zhuǎn)換梁進行吊柱固定，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，對鋼梁及吊柱Revit建模后與行李系統(tǒng)模型進行碰撞檢測，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)管無法進行施工。為此，將吊架層模型與風(fēng)管模型整合后進行碰撞調(diào)整，在考慮施工空間的基礎(chǔ)上對吊架層及風(fēng)管進行綜合調(diào)整，保證現(xiàn)場施工方便（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，對吊架層整體采用Tekla進行建模并出圖，最終形成施工級下料圖紙。

將模型及坐標(biāo)信息導(dǎo)入放樣機器人中進行吊柱吊點放樣并根據(jù)信息統(tǒng)計表標(biāo)出埋件位置，部分吊柱穿過行李系統(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）。對吊架層劃分若干施工段，根據(jù)模型信息采用在現(xiàn)場對鋼梁進行預(yù)拼裝后提升的施工方式以節(jié)約工期（圖16）。

圖15 吊柱穿過格柵板位置

圖16 鋼梁預(yù)拼裝提升

4.3 三維掃描助力機場BIM總承包管理

機場專業(yè)分包眾多，項目部通過與硬件廠商合作，開發(fā)了結(jié)合三維激光掃描的項目質(zhì)量管理平臺，從選定分包單位開始即可對其進行管理，極大地提升了項目總承包管理能力。

1）現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。主體結(jié)構(gòu)施工完成后，項目部即對其進行三維掃描，并上傳至三維掃描平臺中，通過分配權(quán)限賬號，分包進場前即可通過平臺進行實際數(shù)據(jù)測量。

2）工序交接。在工序隱蔽前進行三維掃描，全過程記錄現(xiàn)場施工數(shù)據(jù)，可有效避免后期各單位互相扯皮的問題。同時，將三維掃描數(shù)據(jù)逆向建模，及時對模型進行糾偏，保證重要區(qū)域模型與現(xiàn)場相一致。

3）專業(yè)分包驗收。項目部將部分復(fù)雜節(jié)點三維掃描后與模型進行對比，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)化的對比分析文件，成為項目總承包管理的有效手段（圖17）。

圖17 鋼網(wǎng)架快速識別位置偏差構(gòu)件

4.4 四方協(xié)同平臺

為打破各管理體系之間的藩籬，項目部與業(yè)主聯(lián)合開發(fā)了四方協(xié)同BIM管理平臺，統(tǒng)籌業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計及施工對建造全過程的管理。

1）模型集成。通過模型輕量化將整個機場近200 G模型集成至協(xié)同平臺中，通過權(quán)限賬號即可查看已相關(guān)的模型數(shù)據(jù)，通過視圖管理、工具菜單、三維顯示、信息管理及協(xié)同管理等多個模塊對模型進行瀏覽、標(biāo)注及控件操作。

2）計劃管控。將工期計劃導(dǎo)入平臺并關(guān)聯(lián)模型進行計劃模擬與預(yù)判，由傳統(tǒng)文檔表格形式升級為可視化模型，通過填報現(xiàn)場實際進度，可快速對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，通過在平臺中調(diào)取電子沙盤，可實時了解現(xiàn)場實際施工進度。

3）移動辦公。通過手機、Ipad等移動端對模型進行手持瀏覽，可將圖紙、表格、交底、方案、動畫及相關(guān)資料上傳至平臺并關(guān)聯(lián)模型，現(xiàn)場管理人員可隨時對其進行查看，完成構(gòu)件屬性查詢及文檔審閱相關(guān)工作。

4）項目圈協(xié)同管理。各項目部通過平臺創(chuàng)建項目圈，通過項目圈可對施工現(xiàn)場安全質(zhì)量問題發(fā)起討論并設(shè)定責(zé)任人，相關(guān)人員即可收到定期問題提醒，完成整改后可進行照片回復(fù)，通過后臺數(shù)據(jù)對項目工程問題分類統(tǒng)計，作為項目管理依據(jù)。

4.5 后期運維系統(tǒng)

目前，項目部正在與物業(yè)單位進行ITC三維可視化運維交付數(shù)據(jù)端口的研究與開發(fā)，為后期的孿生式數(shù)字交付夯實基礎(chǔ)。

項目部與業(yè)主單位聯(lián)合，創(chuàng)建基于BIM的GIS系統(tǒng)后期運維平臺，將BIM模型導(dǎo)入SuperMap中形成機場底層數(shù)據(jù)庫，同時將模型與GIS地圖關(guān)聯(lián)后即可形成機場內(nèi)部三維GIS地圖（圖18、圖19）。

圖18 基于GIS系統(tǒng)的運維平臺

圖19 GIS空間地圖生成

通過平臺可實現(xiàn)機場航站樓與市政道路、綠化、景觀系統(tǒng)的有機融合，并輔助業(yè)主方完成空間模擬、交通分析等功能，通過運維平臺，旅客可進行包括路線推送、定點模擬、地圖查詢等多種功能。

5 結(jié)語

目前，青島新機場已被評為山東省BIM示范工程，獲得國內(nèi)BIM大賽數(shù)項大獎。同時，以本工程為載體，主持編制BIM行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1部并成功獲批國家“十三五”重點研發(fā)計劃項目《綠色施工與智慧建造關(guān)鍵技術(shù)》首批示范工程。

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