(1.山東慧建天寶建筑工程科技有限公司,青島 266071; 2.青島國際機(jī)場集團(tuán)有限公司,青島 266108;3.中建八局第四建設(shè)有限公司,青島 266061)
青島新機(jī)場項(xiàng)目“海星”造型優(yōu)美而獨(dú)特,突出了青島的海洋優(yōu)勢。新機(jī)場運(yùn)行等級為 4F,主跑道長 3 600 m,次跑道長 3 200 m。機(jī)場位于膠州市中心東北11km,大沽河以西、東外環(huán)以東、膠濟(jì)鐵路和膠濟(jì)客運(yùn)專線之間,距青島市中心約39km。效果圖如圖1所示。
圖1 項(xiàng)目整體規(guī)劃效果圖
青島新機(jī)場處在青島市“三帶一軸、三灣三城、組團(tuán)式”灣區(qū)都市建設(shè)空間布局的核心區(qū)域,支撐京滬兩大國際樞紐,服務(wù)山東半島藍(lán)色經(jīng)濟(jì)帶,助力青島東、西、北岸協(xié)同發(fā)展。
作為世界首個(gè)集中式單體五指廊航站樓,青島新機(jī)場是國內(nèi)首家“立體化、零換乘、全通型”綜合交通機(jī)場,高地鐵穿越航站樓并設(shè)站,并已列入全國五大綜合客運(yùn)樞紐建設(shè)示范工程之一。項(xiàng)目綜合管廊建設(shè)總長度約19km,入選住建部國家級試點(diǎn)項(xiàng)目。
1.2.1 工程兼具“公”“大”“難”特點(diǎn)[1]
(1)“公”:政府公建項(xiàng)目
青島新機(jī)場工程項(xiàng)目作為典型的政府工程和區(qū)域地標(biāo)項(xiàng)目,承載著多項(xiàng)智能系統(tǒng)和最新科技的應(yīng)用與推廣,擔(dān)負(fù)著將建筑信息納入城市基礎(chǔ)信息的典型試點(diǎn)和引導(dǎo)作用,將為打造數(shù)字化城市、 建設(shè)智慧青島奠定基礎(chǔ)。
(2)“大”:項(xiàng)目規(guī)模巨大
項(xiàng)目屬于大型工程項(xiàng)目。項(xiàng)目將建設(shè)2條獨(dú)立運(yùn)行的平行遠(yuǎn)距跑道,建設(shè)航站樓面積為45萬m2;遠(yuǎn)期規(guī)劃建設(shè) 2條近距跑道,再建航站樓面積為60 萬m2。
(3)“難”
1)項(xiàng)目建設(shè)難度大
青島新機(jī)場項(xiàng)目兼具高大特難尖的建筑工程項(xiàng)目特點(diǎn)與廣域復(fù)雜綜合的園區(qū)建設(shè)特點(diǎn)。
2)建設(shè)目標(biāo)要求等級高
· 質(zhì)量管理目標(biāo):“魯班獎(jiǎng)”、“詹天佑獎(jiǎng)”、綠色建筑三星評價(jià)標(biāo)準(zhǔn);
· 安全管理目標(biāo):AAA級安全文明標(biāo)準(zhǔn)化工程;
· 綠色施工目標(biāo):全國建筑業(yè)綠色施工示范工程;
· 進(jìn)度管理目標(biāo):2019年投入使用 。
1.2.2 參與方眾多,協(xié)調(diào)管理冗雜
青島新機(jī)場項(xiàng)目總參與方眾多。其中,僅航站區(qū)范圍內(nèi)設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位、施工總包單位、甲指專業(yè)分包單位等累計(jì)近百家。各參與單位技術(shù)實(shí)力、業(yè)務(wù)范圍類型均存在諸多差異,且參建任務(wù)與界面多有交叉。以綜合交通換乘中心為例,僅高地鐵穿插區(qū)域施工期間穿插總包單位達(dá)十余家[2-5]。
為協(xié)助指揮部項(xiàng)目建設(shè)的管控與優(yōu)化,保證BIM技術(shù)的整體把控與有效落地,建設(shè)單位(青島國際機(jī)場集團(tuán)有限公司)以指揮部作為主控,指定獨(dú)立于參建單位的專業(yè)BIM咨詢方(山東慧建天寶建筑工程科技有限公司)為主導(dǎo),進(jìn)行數(shù)字化項(xiàng)目管理體系組建,著眼于頂層調(diào)控與系統(tǒng)管理[6]。
該體系以BIM技術(shù)的仿真模擬[7-8]和可視化特點(diǎn)[9-10]為基礎(chǔ)進(jìn)行搭建。體系通過利用數(shù)字化施工管理協(xié)同平臺(tái)與BIM技術(shù)輔助智能設(shè)備(三維激光掃描儀、放樣機(jī)器人、無人機(jī)、VR、MR設(shè)備等)等工具,解決工程建設(shè)過程中的重難點(diǎn)問題,將傳統(tǒng)的工程建設(shè)進(jìn)行數(shù)字化、標(biāo)準(zhǔn)化管理,將線下的工程管理工作轉(zhuǎn)移到線上,將現(xiàn)場的實(shí)際情況反映到屏幕上,將參與單位協(xié)同到同一平臺(tái)。
BIM咨詢方基于國家標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)項(xiàng)目管理經(jīng)驗(yàn)、“BIM+”綜合技術(shù)能力及新機(jī)場項(xiàng)目建設(shè)需求,先后編制《青島新機(jī)場BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施管理辦法》、《青島新機(jī)場BIM技術(shù)應(yīng)用實(shí)施管理辦法》等在內(nèi)的15項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)制度,進(jìn)行培訓(xùn)交底累計(jì)超過3 000人次。基于參建單位性質(zhì)、參建規(guī)模及參建角色,對27個(gè)標(biāo)段內(nèi)設(shè)計(jì)、監(jiān)理、勘測、咨詢、施工、設(shè)備供應(yīng)商等近百家單位,進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)引導(dǎo)、分檔考核,使各家的BIM技術(shù)應(yīng)用得以有序?qū)嵤?/p>
體系整體實(shí)施架構(gòu)圖參見圖2。
圖2 BIM數(shù)字化項(xiàng)目管理體系架構(gòu)圖
以解決傳統(tǒng)的沖突協(xié)調(diào)與BIM新模式下產(chǎn)生的交接傳遞問題為主。從可視化角度,項(xiàng)目要求設(shè)計(jì)單位將民航眾多專業(yè)存在的沖突問題進(jìn)行完整提報(bào)、過審。較常規(guī)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)BIM沖突協(xié)調(diào)[11],機(jī)場項(xiàng)目量多、專業(yè)復(fù)雜,安排類別、子項(xiàng)和具體問題,進(jìn)行條理化逐項(xiàng)消除比對的模式。
同時(shí),在BIM咨詢管理方的協(xié)調(diào)與審核下,消除設(shè)計(jì)BIM圖審及交接施工單位所帶來的BIM“真空”區(qū)域,推進(jìn)BIM的細(xì)節(jié)審核與成果交接流程。
3.1.1 解決沖突與管綜的BIM形式圖審
設(shè)計(jì)圖紙階段,設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)從三維模型優(yōu)化出發(fā),解決了凈高不足、空間不足、綜合專業(yè)沖突、結(jié)構(gòu)留洞、圖紙錯(cuò)漏及平立(剖)詳圖不匹配 在內(nèi)7大類(合計(jì)30余小類)的設(shè)計(jì)沖突問題430多項(xiàng)。
施工圖紙階段,僅航站樓指廊部位,解決主體結(jié)構(gòu)有效沖突156處 ,航站樓大廳部位解決主體結(jié)構(gòu)有效沖突不少于500處。尤其航站樓、換乘中心與高地鐵站房交叉施工部位,預(yù)判識別關(guān)鍵沖突100余項(xiàng)。
3.1.2 BIM深化設(shè)計(jì)出圖標(biāo)準(zhǔn)化
在圖紙深化(尤其施工深化)階段,BIM咨詢方關(guān)注傳統(tǒng)圖紙深化過程繁瑣或?qū)I(yè)牽連性強(qiáng)等位置,制定明確的流程標(biāo)準(zhǔn),以提升深化成果的“可用率”。
BIM咨詢方通過協(xié)調(diào)指揮部與施工總包方,確定統(tǒng)一了“模型創(chuàng)建→沖突分析→專業(yè)深化(見圖3)→逐級審核→三維交底→打印出圖(見圖4)→圖紙確認(rèn)”的流程化實(shí)施,實(shí)現(xiàn)BIM成果由數(shù)字科技模型到現(xiàn)場工人手持圖紙的“科普”。
圖3 BIM機(jī)電專業(yè)深化
圖4 打印出圖
經(jīng)由以上流程,施工班組對重點(diǎn)部位BIM深化成果的接收程度達(dá)到100%?;谏罨瘓D紙,主要班組施工效率提升30%~50%,且?guī)缀趿闩鲎?見圖5),機(jī)電、鋼結(jié)構(gòu)等專業(yè)返工率均降低80%以上。
圖5 深化后的施工
3.1.3 從運(yùn)營角度逆向分析和指導(dǎo)前期建設(shè)
旅客行李處理系統(tǒng)(以下簡稱“行李系統(tǒng)”)為民航機(jī)場尤其重要和復(fù)雜的系統(tǒng)之一,需13家單位穿插施工,其各專業(yè)相互影響。為解決其他系統(tǒng)干涉影響,項(xiàng)目組織包含建筑設(shè)計(jì)單位、行李系統(tǒng)設(shè)計(jì)安裝運(yùn)行一體化單位、施工單位等,基于模型可視化完成前期預(yù)判。通過利用BIM手段進(jìn)行可視交流與模擬分析,項(xiàng)目在設(shè)計(jì)前期,便已解決行李系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)部件(見圖6)及行李系統(tǒng)與其他系統(tǒng)專業(yè)之間(見圖7)的碰撞沖突,并對多類內(nèi)部空間和部件布置予以優(yōu)化。
現(xiàn)階段,BIM的工期、質(zhì)量、安全等專項(xiàng)應(yīng)用在建設(shè)行業(yè)內(nèi)均具有了較為成型的實(shí)施方向,包括工期進(jìn)度管理、質(zhì)量資料歸檔(關(guān)聯(lián)模型)管理、安全防范仿真分析及虛擬可視化管理等。
青島新機(jī)場項(xiàng)目在管理階段,針對項(xiàng)目的實(shí)際管理需求與特點(diǎn),將BIM技術(shù)中涉及的模型、設(shè)備、工具及“BIM+”等進(jìn)行了綜合整合與梳理,并從中按需制定和選用對現(xiàn)場管理較為有指導(dǎo)意義的幾種方案執(zhí)行,包括如下:
3.2.1 重大難特區(qū)域的方案深化研討
在施工前及施工中,通過多款BIM軟件與平臺(tái),將過程中具有技術(shù)攻關(guān)性的方案難題進(jìn)行優(yōu)先模擬(見圖8與圖9),可完成跨空間、時(shí)間的方案研討,將項(xiàng)目參建單位(尤其特、一級資質(zhì)企業(yè))的企業(yè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行集成。
圖6 行李系統(tǒng)模型內(nèi)部深化
圖7 行李系統(tǒng)與其他專業(yè)沖突識別
圖8 基于BIM可視化的現(xiàn)場交底
圖9 模型校核現(xiàn)場施工狀況
3.2.2 實(shí)現(xiàn)常規(guī)BIM成果的標(biāo)準(zhǔn)性與可復(fù)制性
結(jié)構(gòu)工程、腳手架工程、基坑方案、安全防護(hù)交底等常規(guī)方案及交底方面,項(xiàng)目強(qiáng)制重點(diǎn)標(biāo)段、鼓勵(lì)一般標(biāo)段進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化仿真模擬演示模型及動(dòng)畫視頻的制作(見圖10)。該部分內(nèi)容在不同區(qū)域、標(biāo)段、樓層具有可推廣價(jià)值和樣板性質(zhì),具備制作周期短、內(nèi)容簡潔、實(shí)施過程可復(fù)制等特點(diǎn),且在本項(xiàng)目結(jié)束后仍可用于其他企業(yè)或企業(yè)其他項(xiàng)目。
圖10 BIM可視化交底二維碼(批量標(biāo)準(zhǔn)化)
3.2.3 縮短BIM成果與工程實(shí)體的距離
通過交底卡(見圖11)、二維碼等形式,將設(shè)計(jì)-施工后的成果“轉(zhuǎn)化”,由“多經(jīng)驗(yàn)技術(shù)人員-技術(shù)管理人員-施工管理人員-施工班組-施工工人-工程實(shí)體”的模式進(jìn)入現(xiàn)場及一線[12]。
圖11 BIM可視化交底卡
針對項(xiàng)目建設(shè)質(zhì)量管理中存在的檢查粗漏問題及檢查結(jié)果少、假、丟問題,建設(shè)方進(jìn)行指令委派,BIM咨詢方從BIM專業(yè)技術(shù)角度,基于此前的項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn),創(chuàng)新性地引入BIM智能設(shè)備進(jìn)行專項(xiàng)技術(shù)協(xié)助。BIM咨詢方將各方提報(bào)合格的模型及處理后的數(shù)據(jù)文件進(jìn)行整合,借助設(shè)備協(xié)助建設(shè)方施工管理部門、質(zhì)量管理部門及監(jiān)理單位(包括面對甲方指定分包的施工總包單位)等進(jìn)行質(zhì)量管理工作。
3.3.1 模型轉(zhuǎn)入設(shè)備的數(shù)字化測設(shè)
BIM咨詢方(山東慧建天寶)利用放樣機(jī)器人引導(dǎo)“mm”級放樣、單人級復(fù)核,在樁基、土方大開挖、網(wǎng)架等超大量定位階段,較傳統(tǒng)測設(shè)方式(經(jīng)緯儀等)精度提高且效率提升7~8倍;在機(jī)電管線、高架橋面、鋼構(gòu)件等高空曲面定位復(fù)核階段,通過免棱鏡等智能測設(shè)方式,解決該類型施工粗測估量的傳統(tǒng)弊端(實(shí)施方式對比參見圖12 )。
圖12 BIM放樣機(jī)器人與傳統(tǒng)測設(shè)比對
3.3.2 實(shí)體轉(zhuǎn)入線上的數(shù)據(jù)模型管理
項(xiàng)目利用三維掃描儀進(jìn)行實(shí)體數(shù)據(jù)采集并轉(zhuǎn)入線上。該方式得到的實(shí)體點(diǎn)云模型數(shù)據(jù)精準(zhǔn),且與實(shí)體一致。在解決樁孔底部、批量網(wǎng)架等看不了、看不到、看不對的質(zhì)量項(xiàng)方面(見圖13),成效顯著。
3.3.3 實(shí)體數(shù)據(jù)模型信息的存儲(chǔ)意義
通過三維掃描得到的實(shí)體模型在記錄節(jié)點(diǎn)形象進(jìn)度方面,可用以提供工期審核依據(jù)(見圖14);后期實(shí)時(shí)可查可測,為質(zhì)量管理方面存在的數(shù)據(jù)人為篡改、抽查疏漏、歸檔造假等問題提供解決思路。
圖13 三維激光掃描儀作業(yè)及成果
圖14 形象進(jìn)度記錄的傳統(tǒng)與掃描方式比對
“四統(tǒng)一概念”是在前期既有模型、成果應(yīng)用及實(shí)體掃描的基礎(chǔ)上,與常規(guī)竣工驗(yàn)收流程結(jié)合的一種輔助驗(yàn)收方式。項(xiàng)目基于BIM的數(shù)字化項(xiàng)目管理模式,制定“多比合一”樣板概念:圖紙、模型、施工、實(shí)體四者統(tǒng)一(見圖15),完成建設(shè)階段在BIM指導(dǎo)與輔助作用下的驗(yàn)收過程。
圖15 “四統(tǒng)一概念”實(shí)施過程
為滿足智慧機(jī)場的整體運(yùn)維需求,前期統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化管理的BIM數(shù)據(jù),需滿足后續(xù)融入GIS,進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存檔案及整體輸出[13]。在GIS輕量化的過程中,我們要求保留相應(yīng)BIM屬性字段,并同時(shí)在GIS中根據(jù)需求進(jìn)行虛擬逼真效果制作,最終將工程建筑階段的模型處理至滿足用戶運(yùn)維階段的三維需求。
為滿足將上述各項(xiàng)功能進(jìn)行全員全流程化的集成協(xié)同應(yīng)用,項(xiàng)目建設(shè)方及BIM咨詢方聯(lián)合完成定制化BIM(集成)協(xié)同管理平臺(tái)——慧建數(shù)字化項(xiàng)目管理平臺(tái)的引入[14]。作為管理體系的核心載體,新機(jī)場進(jìn)行流程管理的該線上平臺(tái),滿足以下基礎(chǔ)性能(功能模塊按需轉(zhuǎn)入,此處不做贅述):
保密性:重點(diǎn)公建項(xiàng)目,滿足信息不上傳第三方(尤其國外)處理中心的要求;
超大承載量:模型文件預(yù)計(jì)超過200G(實(shí)際已完成集成約合80G文件);
定制化:包容所有主流建模軟件,輸出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù),功能基于項(xiàng)目管理需求制定(見圖16);
流暢性:兼具三維視圖瀏覽、構(gòu)件屬性查詢、管理信息查詢、在線協(xié)同、視圖工具等功能內(nèi)容,包括文檔、模型、多媒體等在內(nèi)的工程資料分類別、分架構(gòu)權(quán)限、分版本管理等(見圖17)。
圖16 慧建數(shù)字化項(xiàng)目管理平臺(tái)功能模塊
圖17 慧建數(shù)字化項(xiàng)目管理平臺(tái)協(xié)同性能
數(shù)據(jù)無損傳遞:在平臺(tái)搭建及使用過程中,引入“重量化”管理,避免信息輕量帶來的數(shù)據(jù)缺失,保證了后期對數(shù)據(jù)的精細(xì)化、準(zhǔn)確性需求(見圖18)[15]。
技術(shù)效益:軟件、設(shè)備、平臺(tái)的數(shù)字化集成應(yīng)用,使新技術(shù)的多元搭配嘗試為項(xiàng)目帶來工作效率的提升與管理的科學(xué)化。 圖19所示為傳統(tǒng)測設(shè)方式與點(diǎn)云模型測量方式對比。
管理效益:45萬工程施工屬性信息、構(gòu)件數(shù)量達(dá)500萬級別 、圖形達(dá)到數(shù)億面等,為智慧機(jī)場、智慧城市提供底層基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
成本效益:相比同類傳統(tǒng)項(xiàng)目工程(機(jī)場工程),在行李系統(tǒng)、機(jī)電工程、弱電智能化系統(tǒng)等方面得到千萬級成本優(yōu)化。
資產(chǎn)效益:基于BIM的項(xiàng)目管理平臺(tái)及運(yùn)維平臺(tái),對創(chuàng)建企業(yè)數(shù)字資產(chǎn),尤其對“百年工程”數(shù)字資產(chǎn)歸檔具有現(xiàn)實(shí)參考價(jià)值。
圖18 慧建數(shù)字化項(xiàng)目管理平臺(tái)數(shù)據(jù)管理
圖19 BIM數(shù)字化設(shè)備測設(shè)優(yōu)勢比對
從整體管理與實(shí)施來講,青島新機(jī)場項(xiàng)目將影響投入運(yùn)行時(shí)間的工期管理和影響公建工程的質(zhì)量管理作為BIM新技術(shù)指導(dǎo)輔助的優(yōu)選項(xiàng),而成本管理流程冗雜且敏感,暫不列入此次BIM實(shí)施范圍?!癇IM+”基礎(chǔ)上實(shí)施的數(shù)字化管理流程,在解決相關(guān)問題時(shí),雖存在嘗試與磨合階段,但整體而言,技術(shù)成熟部分為項(xiàng)目帶來了可觀效益。技術(shù)創(chuàng)新部分也為項(xiàng)目建設(shè)管理的流程和管理優(yōu)化提供了思路。
前期頂層設(shè)計(jì)與整體架構(gòu)的搭建應(yīng)及早進(jìn)行。新機(jī)場項(xiàng)目在建設(shè)初期便已設(shè)定BIM技術(shù)應(yīng)用的整體目標(biāo),并在設(shè)計(jì)階段明確BIM技術(shù)使用要求,指定BIM總協(xié)調(diào)方(咨詢方)進(jìn)行統(tǒng)籌,使得后續(xù)的BIM技術(shù)得以延續(xù)、拓展和執(zhí)行。
規(guī)章標(biāo)準(zhǔn)制定完整且專業(yè)水平均較為合格。由于進(jìn)場單位水平參差,且“體系”在實(shí)施過程中在不同區(qū)域、標(biāo)段、單位、工序均存在不同層次的落地差異,因此標(biāo)準(zhǔn)制度的制定前期出現(xiàn)調(diào)整過程。在此期間,項(xiàng)目“體系”出現(xiàn)執(zhí)行不力情況,使得主要精力用以進(jìn)行過程的協(xié)調(diào)和管理實(shí)施,對解決問題的技術(shù)攻克精力投入不足,影響了部分內(nèi)容的實(shí)施成效。
青島新機(jī)場指揮部從指揮部層面確立了各個(gè)參與部門、人員等的職責(zé)和配合。新機(jī)場項(xiàng)目的主要參建單位在“體系”實(shí)施過程中,為實(shí)現(xiàn)指揮部BIM規(guī)章的執(zhí)行,“犧牲”了部分企業(yè)短時(shí)效益,對傳統(tǒng)的管理模式和作業(yè)方式都進(jìn)行了努力突破。其中,尤其以中建八局、中建三局、中鐵建工、青島市政、青島城建、中國二十冶等,在新技術(shù)的推廣中給與了積極的配合和實(shí)施。事實(shí)證明,其此后均也取得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和尤其技術(shù)和管理方面的創(chuàng)新突破。
(1)適配公建項(xiàng)目的技術(shù)委托模式
指揮部在確定BIM技術(shù)應(yīng)用后,在進(jìn)行多方調(diào)研考察對比后,選用適宜項(xiàng)目的專業(yè)BIM咨詢第三方,并進(jìn)行大力啟用。將BIM咨詢方設(shè)置于技術(shù)總協(xié)調(diào)的總工辦管轄內(nèi),便于管理的協(xié)調(diào)與新技術(shù)的落地引入??偣まk設(shè)置專門領(lǐng)導(dǎo)專項(xiàng)崗位對接,BIM咨詢單位提供全程專業(yè)技術(shù)支持,共同成為體系實(shí)施的核心基礎(chǔ)。
(2)成熟模式的推廣,沖破傳統(tǒng)管理的既有壁壘
在設(shè)計(jì)可視化圖審、機(jī)電管綜深化、施工可視化交底等BIM技術(shù)應(yīng)用相對成熟情況下,項(xiàng)目在各個(gè)層面、各個(gè)標(biāo)段力推嚴(yán)查,使得相關(guān)技術(shù)應(yīng)用推廣普及(尤其對BIM技術(shù)弱勢的參建單位)取得了極大成效。
(3)新工具新模式的大膽引入
在機(jī)場專項(xiàng)課題組的推動(dòng)下,三維激光掃描儀、BIM放樣機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)設(shè)備等新型設(shè)備的引入,實(shí)現(xiàn)了優(yōu)質(zhì)點(diǎn)的推廣與課題點(diǎn)的嘗試,在解決諸如大體量網(wǎng)架復(fù)查記錄、隱蔽工程實(shí)體模型可視化等“疑難雜癥”方面的突破,為相關(guān)民航、大型公建項(xiàng)目提供了有力且合理的參照。