劉華杰
(北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司廣東分院,廣東 廣州510000)
鄂州花湖機(jī)場(chǎng)是全球第四個(gè)、亞洲第一個(gè)專(zhuān)業(yè)性貨運(yùn)機(jī)場(chǎng),也是我國(guó)第一個(gè)獲批建設(shè)的貨運(yùn)樞紐機(jī)場(chǎng),見(jiàn)圖1。市政基礎(chǔ)配套工程作為該項(xiàng)目建設(shè)的重要組成部分,其建設(shè)質(zhì)量成為提升機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行效率、安全管理以及服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)保障。工程項(xiàng)目的質(zhì)量目標(biāo)與水平往往取決于前期設(shè)計(jì)質(zhì)量以及后期的施工水平,所以本項(xiàng)目對(duì)設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量提出了更高的要求。根據(jù)本項(xiàng)目的特性以及發(fā)展要求,引入”數(shù)字孿生”理念,借助BIM 這種新型的技術(shù)手段作為支撐技術(shù),為項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段植入數(shù)字基因,打造數(shù)字底盤(pán),實(shí)現(xiàn)數(shù)字化正向設(shè)計(jì)以及數(shù)字化智能施工,同時(shí)也為機(jī)場(chǎng)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)智慧賦能,大大發(fā)揮BIM 技術(shù)優(yōu)勢(shì)[3]。
圖1 鄂州花湖機(jī)場(chǎng)
鄂州花湖機(jī)場(chǎng)市政配套工程主要建設(shè)內(nèi)容包括:場(chǎng)內(nèi)市政道路工程(含市政管線)、中心110 kV變電站工程、10 kV 配電工程、綜合管廊工程、1# 能源站工程、給水泵站、垃圾收集站以及污水泵站等。
本項(xiàng)目要求實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化設(shè)計(jì)(BIM)的管理工作范圍包括:
(1)全階段:本項(xiàng)目所有階段,包括但不限于實(shí)施準(zhǔn)備階段、策劃與規(guī)劃階段、勘察測(cè)量階段、設(shè)計(jì)階段、施工建造階段、其它過(guò)程伴隨階段(例如:采購(gòu)招標(biāo)、工程過(guò)程監(jiān)理、進(jìn)度計(jì)量支付、竣工驗(yàn)收交付、結(jié)算審計(jì)等)等;
(2)全專(zhuān)業(yè):本項(xiàng)目各單項(xiàng)工程中的所有相關(guān)專(zhuān)業(yè),包括但不限于測(cè)量、三維地質(zhì)、三維地理、巖土、場(chǎng)道、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、消防、暖通空調(diào)、電氣照明、智能建筑、油氣水電管路、信息弱電、動(dòng)力能源、建筑節(jié)能、專(zhuān)用設(shè)備、市政公用、交通路網(wǎng)、電訊通信等;
(3)全業(yè)務(wù):本項(xiàng)目建設(shè)審批流程上的全部業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn),包括但不限于方案規(guī)劃、勘察測(cè)量、計(jì)量造價(jià)、報(bào)建手續(xù)、招標(biāo)、設(shè)計(jì)管理、施工項(xiàng)目管理、工程資料管理,工程過(guò)渡期管理等;
(4)全參與:本項(xiàng)目建設(shè)的各參建單位即是各BIM實(shí)施關(guān)聯(lián)方,包括但不限于:發(fā)包人、BIM 咨詢顧問(wèn)、監(jiān)理單位、分揀設(shè)備供應(yīng)商、民航/ 物流專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)供應(yīng)商、土建施工承包商、專(zhuān)用設(shè)備安裝承包商等。
本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)實(shí)施階段存在專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)眾多、需多地多專(zhuān)業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、地下環(huán)境復(fù)雜、交通組織復(fù)雜、工程實(shí)施組織協(xié)調(diào)難度大、需要將設(shè)計(jì)模型及屬性向施工和運(yùn)維階段傳遞等問(wèn)題,采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)以及實(shí)施各階段信息的實(shí)時(shí)有效共享[3]。為了有效解決綜上所述的問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)異地協(xié)同設(shè)計(jì)管理,確保設(shè)計(jì)精細(xì)、進(jìn)度可控、數(shù)據(jù)完整、流程規(guī)范就必須引入新技術(shù)與新理念。BIM 這項(xiàng)新技術(shù)的理念就是將信息化、數(shù)字化融入項(xiàng)目全生命期管理中,因此將BIM 技術(shù)引入到項(xiàng)目中,可有效的解決項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的信息斷層、設(shè)計(jì)方案優(yōu)化、協(xié)同管理等一系列問(wèn)題[4]。
根據(jù)項(xiàng)目的需求和特點(diǎn),制定BIM 實(shí)施技術(shù)路線,見(jiàn)圖2。
圖2 技術(shù)路線圖
(1)組織措施
根據(jù)建設(shè)單位的要求,開(kāi)展建設(shè)全階段BIM 運(yùn)用實(shí)施,針對(duì)設(shè)計(jì)階段制定了明確的BIM 實(shí)施內(nèi)容見(jiàn)表1。更好發(fā)揮設(shè)計(jì)單位在BIM 應(yīng)用策劃、標(biāo)準(zhǔn)制定、過(guò)程管理、成果審核方面的優(yōu)勢(shì),輔助業(yè)主單位開(kāi)展分階段、分步驟的BIM 應(yīng)用實(shí)施。
表1 設(shè)計(jì)階段BIM 實(shí)施內(nèi)容
項(xiàng)目開(kāi)展初期,組建項(xiàng)目機(jī)構(gòu),配備足夠的BIM專(zhuān)業(yè)工程師,劃分各自專(zhuān)業(yè)職責(zé),確保責(zé)任落實(shí)到人,保障項(xiàng)目順利進(jìn)行。
制定詳細(xì)的工作計(jì)劃,在計(jì)劃時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)督促檢查各專(zhuān)業(yè)BIM 設(shè)計(jì)工作完成情況。
(2)質(zhì)量控制措施
以BIM 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為組長(zhǎng),與各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人組成質(zhì)量領(lǐng)導(dǎo)小組,全面負(fù)責(zé)質(zhì)量保障工作。BIM團(tuán)隊(duì)根據(jù)職責(zé)劃分,由BIM 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人每周對(duì)BIM人員進(jìn)行考察。
協(xié)調(diào)各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員的溝通、配合,反饋各專(zhuān)業(yè)存在的問(wèn)題,再對(duì)BIM 模型進(jìn)行修改,減少設(shè)計(jì)的錯(cuò)、漏、碰、缺問(wèn)題,提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。
(3)進(jìn)度控制措施
為了科學(xué)、合理地提高工作效率,保障本項(xiàng)目BIM 工作順利進(jìn)行,應(yīng)采用以下控制措施:
在項(xiàng)目開(kāi)始之后,在合同約定時(shí)間內(nèi),應(yīng)保證各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員基于設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)同步開(kāi)展工作。
劃分階段工作界面,分解工作任務(wù),在各階段時(shí)間節(jié)點(diǎn)檢查工作完成情況,按時(shí)提交合格的BIM 設(shè)計(jì)成果,滿足進(jìn)度計(jì)劃要求。
對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)采取措施,BIM 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人每周召開(kāi)項(xiàng)目進(jìn)展情況(內(nèi)部)審核會(huì)議。審查進(jìn)度執(zhí)行效果及分析資料,找出偏差的部位和原因,決定糾正偏差措施,使項(xiàng)目恢復(fù)正常運(yùn)行。
將BIM 技術(shù)深度應(yīng)用于鄂州花湖機(jī)場(chǎng)市政配套工程設(shè)計(jì)過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)基于BIM 的三維正向設(shè)計(jì)、建造可視化呈現(xiàn)、施工信息化管控和運(yùn)營(yíng)精細(xì)化服務(wù)[5],見(jiàn)圖3。
圖3 項(xiàng)目應(yīng)用目標(biāo)
設(shè)計(jì)階段旨在借助BIM 技術(shù)手段,基于BIM 模型的可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)[6],促進(jìn)建設(shè)單位、各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)等各參與方的溝通與協(xié)作,輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,減少設(shè)計(jì)錯(cuò)漏,從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工管理水平,保障項(xiàng)目的順利完成,并為后續(xù)的項(xiàng)目運(yùn)維管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
施工階段:基于施工圖設(shè)計(jì)模型開(kāi)展深化設(shè)計(jì),創(chuàng)建深化設(shè)計(jì)模型。應(yīng)用工程項(xiàng)目管理平臺(tái)開(kāi)展包括(不限于)進(jìn)度管理、質(zhì)量驗(yàn)評(píng)、計(jì)量支付、變更管理、安全管理、施工信息管理等的工程項(xiàng)目管理工作。
竣工階段:在施工深化模型基礎(chǔ)上,根據(jù)工程項(xiàng)目竣工驗(yàn)收要求和交付要求,基于工程項(xiàng)目管理平臺(tái)實(shí)現(xiàn)基于工程信息模型的數(shù)字化移交。
3.2.1 BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)制定
通過(guò)對(duì)國(guó)家BIM 標(biāo)準(zhǔn)研究,結(jié)合市政配套工程設(shè)計(jì)階段的獨(dú)特性,針對(duì)軟件選用標(biāo)準(zhǔn)、模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)[7]、數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)、模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[8]及交換標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)方面制定實(shí)施標(biāo)準(zhǔn),見(jiàn)圖4,為規(guī)范BIM 技術(shù)在鄂州花湖機(jī)場(chǎng)工程建設(shè)全生命期的應(yīng)用,充分發(fā)揮BIM 優(yōu)勢(shì),確保BIM 實(shí)施效果,提升工程質(zhì)量和投資效益提供規(guī)范和指導(dǎo)。
圖4 項(xiàng)目實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)
(1)軟件選用標(biāo)準(zhǔn):統(tǒng)一項(xiàng)目BIM 軟件選用標(biāo)準(zhǔn)以及各式標(biāo)準(zhǔn),確保BIM 模型能夠在各實(shí)施階段以及各參與方能夠共享協(xié)同,制定了機(jī)場(chǎng)工程BIM 軟件選用標(biāo)準(zhǔn)[7];
(2)模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn):規(guī)范模型創(chuàng)建方法、創(chuàng)建流程、模型校驗(yàn)等環(huán)節(jié),以保證模型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、規(guī)范性和統(tǒng)一性,制定機(jī)場(chǎng)工程BIM 模型結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn);
(3)數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn):明確不同平臺(tái)軟件之間數(shù)據(jù)交換規(guī)則、數(shù)據(jù)交換類(lèi)型等內(nèi)容,以確保數(shù)據(jù)在項(xiàng)目各階段、不同平臺(tái)間的無(wú)損傳遞,制定機(jī)場(chǎng)工程BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以及模型管理標(biāo)準(zhǔn)等;
(4)模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn):明確項(xiàng)目BIM 應(yīng)用實(shí)施組織形式、應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)、應(yīng)用流程及應(yīng)用成果要求等,并規(guī)范各階段BIM 模型應(yīng)用的廣度與深度,以滿足機(jī)場(chǎng)工程全生命期BIM 應(yīng)用與管理的需求,制定了機(jī)場(chǎng)工程BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[8];
(5)模型交付標(biāo)準(zhǔn):建立模型分類(lèi)編碼體系,規(guī)范設(shè)施設(shè)備的組成架構(gòu),規(guī)定模型交付范圍、交付形式及其屬性信息,明確模型數(shù)據(jù)的交付深度,以滿足機(jī)場(chǎng)工程全生命期的管理需求,制定了機(jī)場(chǎng)工程模型分類(lèi)編碼標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)施精度標(biāo)準(zhǔn)等[9]。
3.2.2 軟件硬件的配置
項(xiàng)目采用Bentley 技術(shù)解決方案,軟件配置方案見(jiàn)表2。
表2 軟件配置方案
項(xiàng)目需搭建設(shè)計(jì)協(xié)同平臺(tái)以及Bentley 軟件自身對(duì)電腦性能要求較高,制定了相應(yīng)的硬件配置方案見(jiàn)表3。
表3 硬件配置方案
3.2.3 BIM 實(shí)施人員部署
本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)階段要求實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化設(shè)計(jì)管理,設(shè)計(jì)單位需開(kāi)展相應(yīng)的BIM 模型創(chuàng)建以及BIM應(yīng)用,同時(shí)需配合施工單位完成施工階段模型深化工作,審查BIM 模型。因此為保障本項(xiàng)目各項(xiàng)工作的順利推進(jìn),進(jìn)一步明確項(xiàng)目BIM 實(shí)施各參與方核心團(tuán)隊(duì)成員及分工,組建由中國(guó)勘察設(shè)計(jì)大師李藝領(lǐng)銜、數(shù)十名技術(shù)精良的設(shè)計(jì)人員參與的BIM 團(tuán)隊(duì)見(jiàn)表4,基于Bentley 平臺(tái),開(kāi)展全專(zhuān)業(yè)、多階段、跨地域的協(xié)同設(shè)計(jì)工作。
表4 核心成員組成與職責(zé)分工
3.2.4 BIM 實(shí)施平臺(tái)搭建
依托基于BIM 設(shè)計(jì)管理平臺(tái),可實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)階段的全部信息無(wú)損傳遞,對(duì)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中的海量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)信息化高效管理,為項(xiàng)目各參與方(建設(shè)單位、設(shè)計(jì)各專(zhuān)業(yè)人員、施工單位等)提供可視化的數(shù)據(jù)共享平臺(tái),有效控制項(xiàng)目實(shí)施全過(guò)程的進(jìn)度和質(zhì)量,加強(qiáng)設(shè)計(jì)階段全過(guò)程的精細(xì)化管理,有助于保障項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)能夠保質(zhì)保量按時(shí)完成。
基于ProjectWise 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)搭建協(xié)同設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),規(guī)劃項(xiàng)目工作目錄、定制工作空間及種子文件、確定人員訪問(wèn)權(quán)限、制定設(shè)校審流程等,見(jiàn)圖5。
圖5 項(xiàng)目實(shí)施平臺(tái)
(1)全專(zhuān)業(yè)BIM 正向設(shè)計(jì):在協(xié)同工作環(huán)境中,依據(jù)項(xiàng)目BIM 應(yīng)用實(shí)施策劃要求,搭建項(xiàng)目各專(zhuān)業(yè)BIM 設(shè)計(jì)模型,見(jiàn)圖6,項(xiàng)目引入?yún)f(xié)同設(shè)計(jì)模式,借助協(xié)同管理平臺(tái),打通了設(shè)計(jì)、施工過(guò)程中數(shù)據(jù)協(xié)同共享的流程,有效減少項(xiàng)目各參與方溝通時(shí)間約10%,減少線下設(shè)計(jì)例會(huì)、交底約20 次,減少圖紙、模型審核時(shí)間約20%。
圖6 BIM 模型可視化展示
(2)基于模型出圖:本項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)覆蓋面廣,各專(zhuān)業(yè)間聯(lián)系非常緊密,在完成各專(zhuān)業(yè)信息化模型搭建后,利用BIM 軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)二維圖紙的自動(dòng)輸出,例如基于道路軟件輸出機(jī)場(chǎng)北區(qū)道路平面設(shè)計(jì)圖,見(jiàn)圖7,同時(shí)還可以對(duì)特定剖面、視角進(jìn)行截取保存,可有效解決CAD 二維繪圖的局限性同時(shí)也為行業(yè)總結(jié)一套完善的機(jī)場(chǎng)數(shù)字設(shè)計(jì)解決方案,形成可復(fù)制、可推廣的技術(shù)應(yīng)用成果。
圖7 BIM 模型出圖
(3)設(shè)計(jì)方案可視化效果表現(xiàn):在設(shè)計(jì)方案中,根據(jù)不同設(shè)計(jì)方案要求,創(chuàng)建相應(yīng)的信息化模型,見(jiàn)圖8,以三維可視化的形式表現(xiàn)多方案中各方案設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)控制因素等設(shè)計(jì)內(nèi)容,輔助設(shè)計(jì)單位、業(yè)主、政府等相關(guān)部門(mén)進(jìn)行溝通和匯報(bào),便于進(jìn)行設(shè)計(jì)方案比選和快速?zèng)Q策。
圖8 設(shè)計(jì)方案可視化效果表現(xiàn)
(4)工程設(shè)計(jì)方案漫游:以BIM 模型為基礎(chǔ),結(jié)合周邊環(huán)境模型、市政管線模型及地下建構(gòu)筑物模型,直觀展示工程整體設(shè)計(jì)方案成果,見(jiàn)圖9,進(jìn)行仿真漫游,虛擬展示工程建成實(shí)景并判斷周邊環(huán)境的影響。
圖9 工程設(shè)計(jì)方案漫游
(5)交通仿真模擬:通過(guò)BIM 軟件進(jìn)行方案比選、可視化分析,與專(zhuān)業(yè)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)互通,進(jìn)行交通模擬分析并導(dǎo)出到可視化軟件中進(jìn)行展示,見(jiàn)圖10。本項(xiàng)目作為亞洲第一個(gè)專(zhuān)業(yè)性貨運(yùn)機(jī)場(chǎng),飛機(jī)群起群落,對(duì)于路網(wǎng)設(shè)計(jì)要求非常高,項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段根據(jù)車(chē)輛流速、道路設(shè)計(jì)時(shí)速等參數(shù),動(dòng)態(tài)模擬不同道路方案交通情況,其中包括機(jī)場(chǎng)大道立交方案以及平角方案等,確保道路通行流量滿足要求,驗(yàn)證交通的合理性、可操作性等。
圖10 交通仿真模擬
(6)管線綜合與碰撞檢測(cè):通過(guò)BIM 軟件建立BIM模型,直觀展示各專(zhuān)業(yè)管線的三維關(guān)系、暖通機(jī)電與管網(wǎng)的三維關(guān)系、地下管網(wǎng)和綜合管廊的關(guān)系、新建構(gòu)筑物與內(nèi)部附屬設(shè)施的關(guān)系、通信電力電纜與建筑物的對(duì)接位置,見(jiàn)圖11,本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)7 個(gè)管網(wǎng)專(zhuān)業(yè)進(jìn)行碰撞檢查,查出108 處碰撞問(wèn)題并對(duì)圖紙進(jìn)行精確調(diào)整,輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化。
圖11 管線綜合與碰撞檢
(7)工程量復(fù)核:根據(jù)設(shè)計(jì)清單工程量統(tǒng)計(jì)要求,基于信息化模型,實(shí)現(xiàn)能源站、變電站、市政管網(wǎng)等復(fù)雜工程工程量的自動(dòng)匯總統(tǒng)計(jì),生成工程量清單,見(jiàn)圖12;基于BIM 模型調(diào)整計(jì)量計(jì)價(jià)規(guī)則,提高工程量計(jì)算準(zhǔn)確性,比傳統(tǒng)工程造價(jià)編制模式下效率提高50%。
圖12 工程量復(fù)核
(8)BIM+VR 沉浸式體驗(yàn):利用VR 技術(shù),以虛擬漫游沉浸式體驗(yàn)方式,優(yōu)化建筑、景觀綠化、道路設(shè)計(jì)等方案,見(jiàn)圖13,給項(xiàng)目業(yè)主、管理方等其他相關(guān)方帶來(lái)沉浸式的體驗(yàn),為設(shè)計(jì)方案的表達(dá)、設(shè)計(jì)方案的比選以及方案決策提供了新方法,本項(xiàng)目針對(duì)項(xiàng)目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)搭建了多個(gè)VR 可視化場(chǎng)景,其中包括航空大道道路模型、110 kv 變電站工程、給水泵站、綜合管廊工程、1#能源站工程等。
圖13 BIM+VR 沉浸式體驗(yàn)
(9)向施工管理平臺(tái)信息傳遞:通過(guò)IFC 格式模型解析和非IFC 格式建筑信息轉(zhuǎn)化,將設(shè)計(jì)模型、屬性信息、構(gòu)件編碼,輕量化至施工管理平臺(tái),見(jiàn)圖14,施工方基于設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)編碼進(jìn)行分部分項(xiàng)拆分、深化設(shè)計(jì),與WBS 進(jìn)行綁定,進(jìn)行人機(jī)料控制,完成進(jìn)度、質(zhì)量、安全管理。
圖14 BIM 實(shí)施管理平臺(tái)
鄂州民用機(jī)場(chǎng)市政工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高,專(zhuān)業(yè)覆蓋面廣,設(shè)計(jì)周期短。開(kāi)展數(shù)字化正向設(shè)計(jì),通過(guò)方案模擬、深化設(shè)計(jì)、管線綜合、工程算量、模型出圖、數(shù)字化交付等創(chuàng)新應(yīng)用,研究和探索市政行業(yè)全專(zhuān)業(yè)BIM 解決方案關(guān)鍵問(wèn)題,大幅提高設(shè)計(jì)進(jìn)度和精細(xì)度,推動(dòng)了設(shè)計(jì)思維、工作流程、協(xié)同方式乃至建設(shè)模式的深刻變化,使BIM 模型的全生命周期應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn),展現(xiàn)了BIM 技術(shù)優(yōu)良的市場(chǎng)應(yīng)用前景。