北京新機(jī)場(chǎng)工作區(qū)工程002標(biāo)段施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用

(中國(guó)建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

北京新機(jī)場(chǎng)是建設(shè)在永定河北岸，北京市大興區(qū)榆垡鎮(zhèn)、禮賢鎮(zhèn)和河北省廊坊市廣陽(yáng)區(qū)之間的超大型國(guó)際航空綜合交通樞紐，旨在破解北京地區(qū)航空能力飽和，推進(jìn)京津冀一體化發(fā)展，引領(lǐng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，是打造中國(guó)經(jīng)濟(jì)升級(jí)版的重要基礎(chǔ)設(shè)施。北京新機(jī)場(chǎng)工作區(qū)工程(市政交通)-道橋及管網(wǎng)工程GZQ-DQJGW-002標(biāo)段(以下簡(jiǎn)稱“本工程”)，屬于市政公用工程，是新機(jī)場(chǎng)工作區(qū)工程的一部分。工程內(nèi)容主要包含主進(jìn)場(chǎng)路高架橋、地下綜合管廊、專業(yè)管線(入廊及直埋管線)、道路工程、地面停車場(chǎng)、管理用房以及部分配套設(shè)施等工程，工程總占地面積約20.5萬(wàn)，工期874天，總投資4.25億元，工程總承包單位為中國(guó)建筑第二工程局有限公司。

本工程施工內(nèi)容包含主進(jìn)場(chǎng)路高架橋，為2km雙曲線全現(xiàn)澆箱梁高架橋，共12聯(lián)主線橋和10聯(lián)匝道橋，北起連接機(jī)場(chǎng)高速，南至機(jī)場(chǎng)航站樓，分別連接3層、4層離港橋，是機(jī)場(chǎng)航站區(qū)與外部交通銜接的主要通道；981m三艙全現(xiàn)澆地下綜合管廊，分為電力艙、水+電信艙和熱力艙，電氣、給水、通信、熱力管線分部其中。4.75km市政道路，7萬(wàn)地面停車場(chǎng)。本工程效果圖如圖1、圖2所示。

圖1 項(xiàng)目整體效果圖

圖2 地下綜合管廊及管線

1.2 工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

本工程為國(guó)家重點(diǎn)工程，施工技術(shù)要求高，施工難度大。橋梁造型較為獨(dú)特，墩柱采用花瓶型墩柱，箱梁為雙曲線變截面曲線梁，墩柱最高達(dá)21m，管廊基坑最深處達(dá)10m，施工難度大。增加了項(xiàng)目模型創(chuàng)建的難度，由于工程結(jié)構(gòu)曲線要素多，很難用Revit常規(guī)手段創(chuàng)建出符合項(xiàng)目需求的參數(shù)化模型。

本工程時(shí)間緊，任務(wù)重，為了加快施工進(jìn)度，現(xiàn)場(chǎng)施工采取多區(qū)同時(shí)作業(yè)的方式進(jìn)行。綜合管廊與高架橋同步施工，機(jī)電工程隨機(jī)穿插，且周邊施工單位眾多，環(huán)境復(fù)雜，均為在建構(gòu)筑物，項(xiàng)目占地面積雖大，但現(xiàn)場(chǎng)可供利用的空間并不樂(lè)觀，增加了施工現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置的難度。

新機(jī)場(chǎng)工程整個(gè)場(chǎng)區(qū)內(nèi)施工單位眾多，各單位之間的施工作業(yè)內(nèi)容彼此交叉，各個(gè)標(biāo)段、各個(gè)單位之間需要協(xié)調(diào)配合的工作多，協(xié)同管理難度大[1]。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標(biāo)及策劃

針對(duì)本工程建設(shè)的特點(diǎn)，首先要通過(guò)BIM技術(shù)提高圖紙二次深化設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，減少圖紙中錯(cuò)漏碰缺[2]，優(yōu)化施工工藝[3]，輔助施工管理[4]，提高施工質(zhì)量[5]，達(dá)到管理升級(jí)、降本增效、節(jié)約工期的目的[6]。其次，運(yùn)用BIM平臺(tái)協(xié)調(diào)管理各方參建單位，提高項(xiàng)目部信息化管理水平，提高管理工作效率。同時(shí)，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中全面推進(jìn)BIM技術(shù)應(yīng)用，將BIM技術(shù)細(xì)化滲透到各個(gè)部門，杜絕BIM工作與現(xiàn)場(chǎng)工作脫節(jié)的現(xiàn)象發(fā)生，培養(yǎng)出一批基礎(chǔ)設(shè)施BIM專業(yè)人才[7-9]。

為響應(yīng)公司BIM技術(shù)推廣應(yīng)用相關(guān)要求，保證本工程BIM技術(shù)應(yīng)用順利開展，我項(xiàng)目在成立之初就編制了《北京新機(jī)場(chǎng)工作區(qū)工程002標(biāo)段BIM應(yīng)用創(chuàng)優(yōu)策劃書》，按照項(xiàng)目BIM應(yīng)用目標(biāo)，明確BIM工作實(shí)施路線。創(chuàng)優(yōu)策劃書明確闡述了BIM工作總體實(shí)施方案，對(duì)團(tuán)隊(duì)建設(shè)、工作制度、建模標(biāo)準(zhǔn)、模型維護(hù)、關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用、協(xié)同工作流程等做了詳細(xì)規(guī)定[10]。

2.2 團(tuán)隊(duì)組織及軟硬件環(huán)境

項(xiàng)目部成立BIM工作組，由項(xiàng)目總工程師對(duì)BIM工作整體把關(guān)，工作組組長(zhǎng)負(fù)責(zé)日常工作。BIM工作組下設(shè)路橋結(jié)構(gòu)、管廊結(jié)構(gòu)、機(jī)電管綜小組，保證項(xiàng)目模型的創(chuàng)建及后期的模型應(yīng)用。項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用的開展以BIM工作組為中心，但不僅僅局限于BIM工作組。利用廣聯(lián)達(dá)BIM 5D平臺(tái)，使項(xiàng)目部所有人員都參與到BIM工作中來(lái)，從而將項(xiàng)目信息有效傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)部的高效協(xié)同工作[11]。

模型創(chuàng)建以Revit為主，以鴻業(yè)管廊、Dynamo等插件為輔的形式，解決橋梁和管廊異形構(gòu)件模型創(chuàng)建問(wèn)題，保證創(chuàng)建出達(dá)到施工BIM應(yīng)用及后期竣工交付精度的參數(shù)化模型。項(xiàng)目同時(shí)采用Navisworks、Civil 3D、Lumion、廣聯(lián)達(dá)BIM 5D、P6、Synchro等多種軟件實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)應(yīng)用及協(xié)同工作，并配備使用移動(dòng)工作站、高性能臺(tái)式電腦、手持移動(dòng)終端、無(wú)人機(jī)、三維激光掃描儀(租用)等硬件設(shè)備，輔助配合本項(xiàng)目BIM技術(shù)應(yīng)用的開展[12-14]。

3 BIM技術(shù)應(yīng)用

3.1 BIM模型創(chuàng)建

本工程BIM模型創(chuàng)建難點(diǎn)在于橋梁花瓶型墩柱、變截面雙曲線帶腔室箱梁、匝道擋土墻等異性構(gòu)件。針對(duì)曲線元素的建模特點(diǎn)，橋梁工程使用Revit與Dynamo相結(jié)合的方式進(jìn)行參數(shù)化建模。管廊結(jié)構(gòu)模型創(chuàng)建難度不大，結(jié)合其具有標(biāo)準(zhǔn)斷面、縱向坡度統(tǒng)一等特點(diǎn)，為提高模型創(chuàng)建效率及整體統(tǒng)一性，管廊模型使用Revit與鴻業(yè)管廊插件相結(jié)合的方式進(jìn)行參數(shù)化建模。同時(shí)，參照現(xiàn)行BIM應(yīng)用規(guī)范及建模標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合市政工程特殊性，模型命名滿足算量、軟件間匹配兼容的要求，模型精度達(dá)到LOD400，滿足施工階段BIM技術(shù)應(yīng)用及后期竣工交付要求[15-16]。本工程部分BIM模型如圖3、圖4所示。

圖3 整體模型

圖4 細(xì)部構(gòu)造模型

3.2 BIM應(yīng)用情況

3.2.1 BIM審圖與深化

傳統(tǒng)的圖紙會(huì)審，由于技術(shù)人員素質(zhì)、圖紙數(shù)量、時(shí)間因素等的影響，勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致圖紙審查不全、圖紙問(wèn)題遺漏多等問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致在施工過(guò)程中的大量設(shè)計(jì)變更，影響工程進(jìn)展。BIM審圖是指在BIM的建模過(guò)程中，對(duì)施工圖紙進(jìn)行一次全方位審查。因?yàn)槟Ｐ偷膭?chuàng)建是將二維圖紙百分之百地轉(zhuǎn)化為三維，不會(huì)存在圖紙審查不全的問(wèn)題。所以，這個(gè)過(guò)程基本能將所有的圖紙問(wèn)題提前暴露出來(lái)，進(jìn)而加以解決，避免返工，節(jié)省工期。如圖5、圖6所示兩個(gè)典型圖紙錯(cuò)誤之處，如果單純依靠審閱二維圖紙，此類錯(cuò)誤很難被發(fā)現(xiàn)，待現(xiàn)場(chǎng)施工完成，勢(shì)必造成返工，導(dǎo)致資源浪費(fèi)，工期滯后。因此，這就體現(xiàn)出了BIM審圖的優(yōu)勢(shì)與必要性。

圖5 橋梁墩柱圖紙錯(cuò)誤

圖6 橋臺(tái)圖紙錯(cuò)誤

3.2.2 基于BIM的施工場(chǎng)地布置

本工程施工作業(yè)面廣，交叉施工多，周邊影響環(huán)境復(fù)雜，因此施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地布置錯(cuò)綜復(fù)雜、千頭萬(wàn)緒。如何規(guī)劃好現(xiàn)場(chǎng)的平面布置，使之更好地服務(wù)于工程生產(chǎn)，成為項(xiàng)目開工之初的頭號(hào)難題。項(xiàng)目充分利用BIM模式場(chǎng)地布置的可視性與動(dòng)態(tài)性，結(jié)合紅線范圍內(nèi)原有道路，利用BIM模型劃分各施工區(qū)域，合理優(yōu)化臨時(shí)建筑、臨時(shí)道路、材料堆場(chǎng)、加工廠、施工機(jī)械、臨水臨電等布置，同時(shí)結(jié)合工程4D施工模擬，動(dòng)態(tài)調(diào)整各施工階段的平面布置，做到有的放矢，按照重復(fù)利用的原則，最大限度地避免臨建設(shè)施的反復(fù)搭建與拆除，杜絕資源浪費(fèi)[17-18]。如圖7所示。

圖7 現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地布置

3.2.3 BIM模式墩柱鋼模板配套優(yōu)化

本項(xiàng)目在實(shí)施BIM技術(shù)過(guò)程當(dāng)中，積極探索新應(yīng)用。本工程橋梁花瓶型墩柱屬于異性結(jié)構(gòu)，墩柱模板采用定型化鋼模板。根據(jù)圖紙，按照不同墩柱類型，原計(jì)劃需定制12套鋼模，BIM小組成員認(rèn)為此處模板配置具有優(yōu)化的余地和價(jià)值。首先，BIM組成員采用Oracle P6與Sychro的軟件組合，對(duì)墩柱施工編制二級(jí)進(jìn)度計(jì)劃，結(jié)合人員配置，通過(guò)多次進(jìn)度演示與調(diào)整，對(duì)比同類型鋼模板在各時(shí)間段內(nèi)的周轉(zhuǎn)使用情況，在不影響后期施工的前提下，最終發(fā)現(xiàn)墩柱模板可減少到10套，即可完成既定施工任務(wù)，比原計(jì)劃節(jié)省2套。

在利用4D施工模擬優(yōu)化墩柱模板的過(guò)程中，需要反復(fù)不斷地調(diào)整進(jìn)度以達(dá)到最優(yōu)計(jì)劃的目的，因此就需要進(jìn)度計(jì)劃與模型的反復(fù)關(guān)聯(lián)操作，重復(fù)工作量大。本項(xiàng)目采用P6與Sychro的軟件組合進(jìn)行墩柱的4D施工模擬與進(jìn)度計(jì)劃的調(diào)整優(yōu)化工作，相對(duì)于本項(xiàng)目采用的其他4D軟件如Navisworks、廣聯(lián)達(dá)BIM 5D，這兩者結(jié)合的優(yōu)勢(shì)在于可以直觀進(jìn)行進(jìn)度編制與調(diào)整，且軟件間互通兼容性高，關(guān)聯(lián)操作方便，盡管進(jìn)度計(jì)劃不斷變化，在與模型匹配關(guān)聯(lián)時(shí)，只需要對(duì)變化的部分重新操作，之前操作過(guò)得能過(guò)自動(dòng)匹配，大大提高工作效率。如圖8、圖9所示。

圖8 墩柱施工二級(jí)進(jìn)度計(jì)劃

圖9 Sychro 4D施工進(jìn)度模擬界面

3.2.4 BIM模式預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理[19]

本工程橋梁包含3座匝道橋，匝道橋與地面道路連接部分的擋土墻采用預(yù)制化吊裝的形式施工。每塊擋土墻板寬度為2m，本工程共計(jì)擋土墻板315塊，每塊墻板除寬度一致外，其余尺寸、形式等均不相同，現(xiàn)場(chǎng)吊裝必須一對(duì)一，不能混用。利用廣聯(lián)達(dá)BIM 5D云平臺(tái)，在預(yù)制擋土墻工廠加工-出廠運(yùn)輸-進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收-現(xiàn)場(chǎng)吊裝-質(zhì)檢驗(yàn)收等重點(diǎn)過(guò)程中，通過(guò)手機(jī)掃描二維碼的方式將施工過(guò)程信息自動(dòng)集成到BIM平臺(tái)，利用電腦端或手機(jī)端隨時(shí)隨地了解需用構(gòu)件相關(guān)信息及施工狀態(tài)，提升管理效率，有力地把控了項(xiàng)目整體進(jìn)度。

首先，將模型導(dǎo)入到BIM 5D平臺(tái)后，進(jìn)行需用計(jì)劃的錄入。根據(jù)擋土墻施工工藝設(shè)置不同的跟蹤階段，按照擋土墻施工進(jìn)度計(jì)劃設(shè)置好跟蹤人、計(jì)劃完成時(shí)間、預(yù)警信息等。之后，廠家將BIM組導(dǎo)出的構(gòu)件二維碼張貼在擋土墻板上，現(xiàn)場(chǎng)利用手機(jī)掃描二維碼，實(shí)時(shí)跟蹤構(gòu)件的施工狀態(tài)。相關(guān)人員利用手機(jī)端或電腦端進(jìn)行構(gòu)件狀態(tài)查詢和工程量統(tǒng)計(jì)，并可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工存在的質(zhì)量問(wèn)題在線進(jìn)行通報(bào)、整改回復(fù)等操作，大大縮短施工時(shí)間，提高溝通效率。應(yīng)用流程如圖10、圖11、圖12所示。

圖10 BIM 5D構(gòu)件跟蹤界面

圖11 現(xiàn)場(chǎng)掃描及手機(jī)端狀態(tài)跟蹤

圖12 預(yù)制構(gòu)件狀態(tài)查詢

3.2.5 BIM 5D施工管理[3,20]

本項(xiàng)目使用廣聯(lián)達(dá)BIM 5D平臺(tái)統(tǒng)一對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、成本、資料等進(jìn)行綜合管理。利用BIM 5D平臺(tái)，將模型與進(jìn)度、造價(jià)等信息相關(guān)聯(lián)，結(jié)合“三端一云”，進(jìn)行可視化進(jìn)度跟蹤、工程量統(tǒng)計(jì)、造價(jià)分析、物資需求分析等。使用BIM 5D手機(jī)APP，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量安全問(wèn)題跟蹤管理。根據(jù)項(xiàng)目組織架構(gòu)特點(diǎn)，將各參與方、項(xiàng)目各部門添加到云平臺(tái)，形成項(xiàng)目云平臺(tái)組織架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)各方的協(xié)同工作。

(1)資料文檔協(xié)同

在施工建設(shè)過(guò)程當(dāng)中，項(xiàng)目相關(guān)的資料種類繁多，在傳統(tǒng)的工程管理中，文檔的分類、保存、查閱容易混淆不清，信息無(wú)法延續(xù)?；贐IM 5D的資料協(xié)同管理，通過(guò)設(shè)置不同的權(quán)限，將項(xiàng)目進(jìn)行上傳并按照不同專業(yè)、不同施工階段進(jìn)行分類，實(shí)現(xiàn)資料信息交流的高效、透明。如圖13所示。

圖13 資料文檔管理

(2)施工進(jìn)度協(xié)同

利用BIM5D平臺(tái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的協(xié)調(diào)管理,及時(shí)反饋現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度偏差，分析原因并及時(shí)加以修正。項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)人員每日上傳現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，通過(guò)BIM 5D的施工模擬板塊，直觀進(jìn)行實(shí)際進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度的對(duì)比。如圖14、圖15所示。

圖15 計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度對(duì)比

(3)施工成本協(xié)同

集成了工程量清單及相關(guān)預(yù)算合同價(jià)格，通過(guò)模型的集成可以方便地完成工程量清單審核、過(guò)程報(bào)量、實(shí)際工程量提取等精細(xì)化管理。如圖16、圖17所示。

圖16 模型清單關(guān)聯(lián)

圖17 工程量提取

(4)質(zhì)量安全協(xié)同

通過(guò)BIM 5D電腦端與手機(jī)端APP的結(jié)合，記錄現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量問(wèn)題和安全問(wèn)題，通過(guò)云技術(shù)實(shí)現(xiàn)協(xié)同，并統(tǒng)一管理，在質(zhì)量安全例會(huì)上，跟蹤問(wèn)題的完成情況。問(wèn)題跟蹤清晰明了，大大減少了漏項(xiàng)。如圖18所示。

圖18 BIM 5D質(zhì)量安全管理

3.2.6 BIM交付

將工程所有專業(yè)的工程圖紙信息、施工過(guò)程信息、設(shè)備信息等錄入數(shù)據(jù)平臺(tái)，并與BIM竣工交付模型相關(guān)聯(lián)，形成工程數(shù)字化資產(chǎn)交付業(yè)主。同時(shí)，以二維碼的方式進(jìn)行信息集成，張貼在對(duì)應(yīng)工程內(nèi)容處，輔助業(yè)主進(jìn)行運(yùn)維管理。交付內(nèi)容主要為管廊結(jié)構(gòu)及管線。如圖19、圖20所示。

圖19 管廊交付細(xì)部剖面

圖20 現(xiàn)場(chǎng)張貼二維碼

4 項(xiàng)目應(yīng)用效果

通過(guò)BIM技術(shù)在本項(xiàng)目施工階段的應(yīng)用，在工期、成本、質(zhì)量以及項(xiàng)目各參與方協(xié)調(diào)溝通方面都取得了良好的效果?；贐IM模型優(yōu)化施工圖紙及施工工藝，節(jié)省了大量圖紙審查的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)并提前解決各類圖紙錯(cuò)漏碰缺問(wèn)題，提高了與設(shè)計(jì)單位的溝通效率，減少大量溝通時(shí)間,大大減少了施工過(guò)程當(dāng)中由于設(shè)計(jì)變更而帶來(lái)的工期延誤?；贐IM模式的施工管理，保證了項(xiàng)目的順利進(jìn)行，使得本項(xiàng)目成為多次登上央視新聞的市政項(xiàng)目。BIM技術(shù)在該項(xiàng)目的運(yùn)用理念、管理方法以及思維模式等方面深入實(shí)踐，為下一個(gè)市政項(xiàng)目積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

5 總結(jié)

在本項(xiàng)目中，BIM模式的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)管理、P6與Sychro軟件結(jié)合實(shí)現(xiàn)4D施工模擬的探索實(shí)踐、模板優(yōu)化、管廊模型竣工交付等都屬于市政項(xiàng)目獨(dú)有的創(chuàng)新應(yīng)用，應(yīng)用效果良好。另外，對(duì)本項(xiàng)目中BIM技術(shù)實(shí)施存在的問(wèn)題進(jìn)行分析并逐步提出解決方案。如廣聯(lián)達(dá)BIM 5D施工管理軟件對(duì)市政項(xiàng)目模型匹配度差；Revit常規(guī)手段建立雙曲線箱梁模型效率低、精度差；現(xiàn)場(chǎng)張貼的紙質(zhì)二維碼容易受雨雪、剮蹭等環(huán)境因素的影響而損壞等問(wèn)題。

目前，BIM技術(shù)在國(guó)內(nèi)正處于快速發(fā)展階段，推廣程度也是逐年提高，但BIM應(yīng)用軟件不統(tǒng)一、項(xiàng)目BIM管理制度不完善、各參建方對(duì)BIM認(rèn)知程度落后的問(wèn)題仍普遍存在。從本項(xiàng)目BIM技術(shù)的實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，只有從頂層統(tǒng)一認(rèn)識(shí)，制定相關(guān)制度，BIM小組與項(xiàng)目全體成員統(tǒng)一思想，才能保證BIM技術(shù)在施工項(xiàng)目的真正落地，取得預(yù)期的應(yīng)用效果。