張述濤 洪班兒

(民航中南機(jī)場設(shè)計研究院(廣州)有限公司，廣州 510405)

引言

BIM及數(shù)字化技術(shù)通過采集、處理、貯存、傳輸、分析和應(yīng)用等環(huán)節(jié)[1]，將傳統(tǒng)施工管理過渡到以“智慧化、精益化”管理為核心的基礎(chǔ)平臺，并提供多種現(xiàn)場的應(yīng)用場景[2]，最大程度提升施工過程信息的利用價值和使效率最大化[3]，有效保障工程質(zhì)量與安全，推進(jìn)參建各方協(xié)同管理。目前，BIM及數(shù)字化技術(shù)在國防、交通、城市管理、工程建設(shè)等領(lǐng)域已有了較為成熟的應(yīng)用[4]。工程建設(shè)領(lǐng)域，房屋、市政、水利、鐵路等行業(yè)起步較早，相關(guān)技術(shù)發(fā)展已較為成熟，民航行業(yè)尤其是民航專業(yè)工程則起步較晚，目前仍處在探索的階段。

近些年民航局大力倡導(dǎo)“四型機(jī)場”的建設(shè)，機(jī)場建設(shè)領(lǐng)域也隨之積極響應(yīng)，在“智慧機(jī)場”方面，BIM及數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用最為廣泛，如深圳機(jī)場、鄂州機(jī)場等建設(shè)項目均入選了近兩年民航局四型機(jī)場示范項目名單，主要應(yīng)用點集中在智慧工地、BIM三維模型建造、施工質(zhì)量控制等方面，相關(guān)應(yīng)用也逐漸發(fā)展、成熟[5]。

機(jī)場不停航施工，在機(jī)場不關(guān)閉或者部分時段關(guān)閉并按照航班計劃接收和放行航空器的情況下，在飛行區(qū)內(nèi)實施工程施工，短平快的施工組織是重中之重。不停航施工是機(jī)場改擴(kuò)建工程有別于其它建設(shè)工程的特點之一，也是改擴(kuò)建工程的重點和難點。BIM及數(shù)字化技術(shù)在這方面則體現(xiàn)出它獨特的優(yōu)勢[6]?？v觀目前在各機(jī)場建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用，在機(jī)場不停航施工方面目前還鮮有應(yīng)用。

隨著國家在建設(shè)領(lǐng)域加大力度推廣工程總承包(EPC)模式，民航局在2020年4月份發(fā)行了民航專業(yè)工程項目的工程總承包管理辦法征求意見稿，標(biāo)志著民航機(jī)場建設(shè)領(lǐng)域在未來也將大力發(fā)展工程總承包(EPC)，尤其是以設(shè)計企業(yè)為牽頭單位的聯(lián)合體形式，將會是未來民航專業(yè)工程總承包模式的主要形式，如何發(fā)揮工程總承包(EPC)模式下設(shè)計、采購、施工的一體化優(yōu)勢，如何讓傳統(tǒng)設(shè)計企業(yè)轉(zhuǎn)型進(jìn)行施工現(xiàn)場管理，BIM及數(shù)字化施工技術(shù)的應(yīng)用將是一個較優(yōu)的選擇，目前BIM及數(shù)字化施工技術(shù)在機(jī)場工程總承包管理方面的應(yīng)用也仍處于空白狀態(tài)。

本文重點介紹BIM及數(shù)字化施工技術(shù)在民航局首個工程總承包試點項目——北海機(jī)場站坪擴(kuò)建工程設(shè)計施工總承包項目中的具體應(yīng)用。該項目將BIM及數(shù)字化施工技術(shù)應(yīng)用于工程總承包的所有管理要素，目的在于幫助設(shè)計企業(yè)牽頭工程總承包項目具體實施，以促進(jìn)設(shè)計施工有效融合、保障不停航施工安全、提高工程總承包管理效率、確保工程質(zhì)量和安全。實踐證明，BIM及數(shù)字化施工技術(shù)的應(yīng)用也為該項目的順利完成作出了貢獻(xiàn)，并入選“2020年度民航局四型機(jī)場示范項目”名單，可做為類似機(jī)場工程項目提供借鑒和參考。

1 項目背景

北海機(jī)場站坪擴(kuò)建工程設(shè)計施工總承包項目，建設(shè)內(nèi)容為現(xiàn)狀站坪擴(kuò)建9.6萬m2，新增14個機(jī)位，配套相應(yīng)的助航燈光、供配電及飛行區(qū)消防等設(shè)施，項目投資金額約1.6億元人民幣。

項目建設(shè)規(guī)模不大，卻是全國首個在民航局備案招標(biāo)的工程總承包試點項目，也是第一個由設(shè)計單位牽頭實施的民航專業(yè)工程總承包項目。同時，項目作為一個典型的機(jī)場不停航施工項目，施工效率影響因素多，施工安全要求高，因此對施工管理水平的要求較高。

為響應(yīng)《中國民航四型機(jī)場建設(shè)行動綱要》的相關(guān)要求，項目引進(jìn)和開發(fā)了各項適用于設(shè)計牽頭的工程總承包管理的信息化管理平臺。

2 具體實施技術(shù)思路

據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)資料介紹，在大型建設(shè)工程項目中，信息交流的問題導(dǎo)致工程變更和工程實施的錯誤約占工程總成本的3%～5%，搭建統(tǒng)一的信息平臺，提供有效的信息化解決方案，有利于實現(xiàn)規(guī)范管理與流程再造，采用即時信息、資源共享等方法來實現(xiàn)管理效率的提高[7]。

項目具體的技術(shù)思路可歸納為“1+3+8+13”：

“1”代表一站式管理，項目部專門設(shè)置數(shù)字化信息管理中心，采用系統(tǒng)集成管理所有信息化平臺，用一塊大屏同時展示所有平臺的工作信息；

“3”代表三種信息化技術(shù)；

“8”代表應(yīng)用范圍涵蓋工程總承包管理的8大要素；

“13”代表13個具體信息化技術(shù)應(yīng)用點，穿插應(yīng)用于總承包管理要素中。如圖1所示。

圖1 項目實施技術(shù)思路

3 應(yīng)用點在管理要素中的應(yīng)用

本項目應(yīng)用BIM及數(shù)字化技術(shù)，13個應(yīng)用點貫穿于工程總承包管理的8大核心要素中。

3.1 設(shè)計管理

(1)設(shè)計階段三維建模

本項目三維模型僅作為現(xiàn)場施工協(xié)同管理的載體，模型精度介于LOD300～LOD400即可。

(2)BIM模型碰撞檢查

模擬工程建造過程，提前發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化和修改設(shè)計方案，保證設(shè)計方案的準(zhǔn)確性和可實施性。

(3)基于BIM協(xié)同管理平臺的設(shè)計管理

模型審核無誤后，輕量化上傳平臺，保證平臺運行順暢。設(shè)計階段成果線上共享，各方線上會審、論證； 施工階段發(fā)現(xiàn)的設(shè)計問題，基于三維模型準(zhǔn)確定位，發(fā)起事件，設(shè)計項目組及時調(diào)整方案； 設(shè)計成果、校審記錄、會審記錄、聯(lián)系單、變更單等文件全程線上歸檔。通過平臺，可做到對設(shè)計方案的調(diào)整全過程留痕，實現(xiàn)設(shè)計管理可追溯，確保設(shè)計階段的設(shè)計施工有效融合。如圖2所示。

圖2 基于BIM協(xié)同管理平臺的設(shè)計管理

3.2 進(jìn)度管理

(1)離散化三維設(shè)計模型

根據(jù)設(shè)計方案和施工組織設(shè)計，將三維設(shè)計模型離散化成若干構(gòu)件。以道面工程為例，根據(jù)道面分塊圖及現(xiàn)場施工工序，將混凝土道面按板塊劃分成若干單構(gòu)件并進(jìn)行編號。

(2)模型構(gòu)件綁定產(chǎn)值與工期信息

信息化管理中心提前根據(jù)聯(lián)合體編制的進(jìn)度計劃對每個構(gòu)件綁定產(chǎn)值信息和工期信息，平臺自動統(tǒng)計項目的產(chǎn)值完成情況和工期進(jìn)展情況。

(3)BIM協(xié)同管理平臺實時更新形象進(jìn)度、產(chǎn)值統(tǒng)計

圖3 BIM協(xié)同管理平臺實時更新形象進(jìn)度、產(chǎn)值統(tǒng)計

根據(jù)每日施工完成情況綁定相應(yīng)模型構(gòu)件，BIM協(xié)同管理平臺實時自動更新形象進(jìn)度和產(chǎn)值，實現(xiàn)項目進(jìn)度的可視化管理，為項目過程中的進(jìn)度管控和及時糾偏打下基礎(chǔ)。如圖3所示。

3.3 安全文明施工管理

在安全教育方面，除了傳統(tǒng)的授課方式外，引進(jìn)了VR安全體驗艙，讓管理人員和勞務(wù)人員身臨其境地體驗安全事故，提高全體人員的安全意識。

不停航施工管理，是本項目安全文明施工管理的重點，為保障不停航施工安全，解決傳統(tǒng)不停航施工區(qū)域人員、機(jī)械管控難度大、管控范圍不全面、機(jī)械超高判斷難度大、現(xiàn)場安全文明施工管理效率低等問題，本項目結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、GIS、北斗高精度定位等技術(shù)，開發(fā)了不停航施工人員安全管控平臺、不停航施工機(jī)械安全及超高管控平臺，對人員、機(jī)械軌跡進(jìn)行管控。結(jié)合全場的高清視頻監(jiān)控和BIM協(xié)同管理平臺的事件管理功能，確保設(shè)計牽頭有效落實，保證設(shè)計施工有效融合。

(1)不停航施工人員安全管控系統(tǒng)

通過在智能前端設(shè)備安全帽上安裝定位裝置和聲音報警裝置，實時了解人員運動軌跡，當(dāng)人員跨越預(yù)先設(shè)置的電子圍欄時，安全帽自動發(fā)出告警，移動端APP及時通知管理人員進(jìn)行處理。

當(dāng)施工臨近區(qū)域有航空器滑行需停止作業(yè)時，信息化管理中心向安全帽發(fā)送語音信息，通知現(xiàn)場人員停止施工作業(yè)、注意避讓。采用人臉識別閘機(jī)對施工道口進(jìn)行“人證合一”嚴(yán)格管控。如圖4所示。

(2)不停航施工機(jī)械安全及限高管控系統(tǒng)

與人員管理相似，進(jìn)行施工機(jī)械的防越界管控。根據(jù)飛行區(qū)限高相關(guān)規(guī)定，提前設(shè)置施工區(qū)域的限制高度。實時監(jiān)控機(jī)械在不停航施工區(qū)域內(nèi)的高度，當(dāng)機(jī)械自身高度超過限高時發(fā)出告警，及時告示其停止作業(yè)，確保飛行區(qū)的運行安全。如圖5所示。

(3)基于BIM協(xié)同平臺的安全文明事件管理

圖5 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)不停航施工機(jī)械安全及限高管控平臺

圖6 安全文明施工事件管理流程

提前制定安全文明施工檢查表，管理人員對照檢查表，通過視頻監(jiān)控、各數(shù)字化管控平臺或現(xiàn)場巡察發(fā)現(xiàn)問題時，在BIM協(xié)同管理平臺上發(fā)起整改事件?；谌S模型，迅速定位事件發(fā)生地點，及時整改，經(jīng)審核驗收合格后形成閉環(huán)，實現(xiàn)總承包聯(lián)合體內(nèi)部協(xié)同管理。如圖6所示。

3.4 質(zhì)量管理

采用碾壓質(zhì)量管控平臺對碾壓工藝進(jìn)行全過程監(jiān)控； 采用三維激光掃描技術(shù)輔助道面工程內(nèi)部驗收和地下管線等隱蔽工程三維重構(gòu)； 對拌合站及實驗室數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控和平臺展示，從施工原材料、檢測過程方面管控工程質(zhì)量； 結(jié)合以上監(jiān)控手段和BIM協(xié)同管理平臺的事件管理功能，確保設(shè)計牽頭有效落實，保證設(shè)計施工有效融合。

(1)碾壓質(zhì)量管控系統(tǒng)

通過安裝北斗導(dǎo)航裝置，對碾壓機(jī)械的碾壓軌跡、行駛速度、碾壓范圍和碾壓遍數(shù)等進(jìn)行實時監(jiān)控，保證土方和道面基層的碾壓質(zhì)量。如圖7所示。

(2)三維激光掃描測量技術(shù)

三維激光掃描技術(shù)可在短時間內(nèi)獲取高密度點高程數(shù)據(jù)，在公路、市政等行業(yè)已有較多應(yīng)用，在機(jī)場項目鮮有應(yīng)用。本項目主要應(yīng)用于道面工程內(nèi)部驗收(道面高程、相鄰板塊高差、道面厚度的合格評定)和地下管線等隱蔽工程三維重構(gòu)方面。有效提高道面工程質(zhì)量驗收的檢測頻率和檢測效率，精準(zhǔn)反映地下工程的實際位置，全面掌控工程施工質(zhì)量。如圖8～9所示。

圖7 碾壓質(zhì)量管控系統(tǒng)

圖8 三維激光掃描在道面工程內(nèi)部驗收的應(yīng)用

(3)拌合站和實驗室數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺

通過拌合站和實驗室數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺，對水泥混凝土拌合站的配合比、工地實驗室數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控，實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)合格率，及時發(fā)現(xiàn)和解決過程中的質(zhì)量問題，實現(xiàn)過程管控。實施過程中共發(fā)現(xiàn)23組異常數(shù)據(jù)，管理人員及時結(jié)合試驗報告進(jìn)行調(diào)整，避免了工程質(zhì)量問題的發(fā)生。如圖10～11所示。

圖9 三維激光掃描反映管線埋設(shè)情況及埋設(shè)位置

圖11 實驗室數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)

(4)基于BIM協(xié)同管理平臺的質(zhì)量事件管理

提前將行業(yè)驗收評定標(biāo)準(zhǔn)錄入BIM協(xié)同管理平臺質(zhì)量問題庫，管理人員參照問題庫對每道工序進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題時在BIM協(xié)同管理平臺上發(fā)起整改事件，基于三維模型迅速定位事件發(fā)生地點，及時整改，經(jīng)驗收合格后形成閉環(huán)，實現(xiàn)總承包聯(lián)合體內(nèi)部協(xié)同管理。具體工作流程與安全文明施工事件管理類似。

3.5 人員、物料、機(jī)械管理

人員、物料、機(jī)械相關(guān)報審資料、證書、進(jìn)場信息等，實時錄入平臺，實現(xiàn)管理可溯源。使用二維碼技術(shù)，在設(shè)備、機(jī)械上粘貼二維碼，現(xiàn)場可實時掌握設(shè)備、機(jī)械的相關(guān)信息。如圖12所示。

圖12 二維碼集成展示機(jī)械信息

3.6 資料管理

按照民航行業(yè)竣工要求，在BIM協(xié)同管理平臺上提前錄入資料目錄，施工過程中按目錄及時歸檔工程資料，保證日常資料歸檔的及時性和完整性。施工日志的線上報送，直接導(dǎo)出符合民航專業(yè)驗收要求的紙質(zhì)版施工日志存檔備查，減少了資料管理人員的日常工作量。

4 應(yīng)用效果

項目BIM及數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了施工過程的智能化管理，提升了施工管理水平，有效保證了不停航施工安全，項目進(jìn)度、工程質(zhì)量等方面得到了有效控制，促進(jìn)了項目設(shè)計與施工的有效融合，設(shè)計施工總承包的優(yōu)勢得以發(fā)揮。

(1)設(shè)計施工有效融合，充分發(fā)揮工程總承包模式的優(yōu)勢。BIM協(xié)同管理平臺實現(xiàn)了設(shè)計施工的協(xié)同管理，提高了設(shè)計與施工之間的溝通效率。工程未發(fā)生設(shè)計變更，也未發(fā)生過任何一起因設(shè)計回復(fù)不及時而影響施工的事件。

(2)不停航施工安全問題得到了有效的保障，不停航施工效率明顯提升，工程進(jìn)度得到了有效管控。直至項目結(jié)束，未發(fā)生對機(jī)場運行產(chǎn)生影響的安全問題，項目合同工期300天，實際工期僅為196天，工期較計劃提前近35%。

(3)提高了現(xiàn)場管理人員的工作效率。牽頭單位在項目部每個部門僅派駐1～2名管理人員，就能有效監(jiān)督和把控部門的日常工作。

(4)實現(xiàn)了項目實施全過程質(zhì)量和安全的控制。BIM協(xié)同管理平臺發(fā)起的各類安全、文明、質(zhì)量事件超過了600條，并均已落實整改到位，真正落實了設(shè)計單位牽頭工程總承包的職責(zé)。

(5)聯(lián)合體項目部統(tǒng)一信息交換格式標(biāo)準(zhǔn)，施工過程事件、工程資料管理過程留痕，提高項目資料歸檔效率，實現(xiàn)聯(lián)合體內(nèi)部數(shù)據(jù)資源共享。

5 結(jié)論與建議

(1)北海機(jī)場站坪擴(kuò)建工程設(shè)計施工總承包項目將BIM及數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于工程總承包管理各要素中，有效促進(jìn)了設(shè)計施工的融合，發(fā)揮工程總承包(EPC)模式的優(yōu)勢，真正落實了設(shè)計牽頭的職責(zé)，并取得了顯著的效果。

(2)針對本項目的特點，將BIM及數(shù)字化的重點應(yīng)用于機(jī)場不停航施工方面，在行業(yè)內(nèi)率先開發(fā)了適用于機(jī)場不停航施工特性的安全、質(zhì)量管控系統(tǒng)，有效保障了不停航施工的安全，提升了施工效率。

(3)由于本項目工期緊張，開發(fā)周期短，BIM協(xié)同管理平臺及各數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用還有進(jìn)一步改進(jìn)和完善的空間。