大型機(jī)場(chǎng)航站樓裝飾工程的數(shù)字化建造技術(shù)應(yīng)用

連 珍

上海市建筑裝飾工程集團(tuán)有限公司 上海 200072

1 航站樓裝飾工程數(shù)字化建造技術(shù)應(yīng)用

2019年6月30日，“鳳凰”造型的北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓成功建立于北京南部46 km外的大興區(qū)，其中航站樓總建筑面積1 430 000 m2，是目前世界上單體最大的機(jī)場(chǎng)航站樓。建筑整體為花形空間體，分十二瓣，塔冠部分呈鳳尾造型，采用雙曲面鋁板安裝，建成后宛如在空中綻放的蓮花。140 000塊漫反射裝飾板按照最完美的曲線形式被安裝在了世界最大的自由曲面屋頂內(nèi)，其裝飾工程工期緊、板塊造型多變、交叉作業(yè)突出、安裝高度高，對(duì)裝飾工程而言是一個(gè)艱巨的挑戰(zhàn)。為解決上述問(wèn)題，在建造全過(guò)程采用了數(shù)字化建造技術(shù)輔助裝飾工程的順利實(shí)施，以提升項(xiàng)目重難點(diǎn)區(qū)域的設(shè)計(jì)與施工水平，最終實(shí)現(xiàn)高質(zhì)、高效、可控的整體施工目標(biāo)。

1.1 常規(guī)裝飾施工技術(shù)與數(shù)字化建造技術(shù)對(duì)比

有別于傳統(tǒng)裝飾項(xiàng)目，采用全過(guò)程數(shù)字化建造的項(xiàng)目，在管理構(gòu)架、管理人員、機(jī)械設(shè)備、專業(yè)單位、深加工單位、工藝工序、項(xiàng)目管理內(nèi)容等方面都有很大程度的區(qū)別。

1.1.1 技術(shù)管理構(gòu)架差異

傳統(tǒng)項(xiàng)目技術(shù)管理構(gòu)架通常是技術(shù)總工管理下的直線型構(gòu)架，技術(shù)管理工作集中由技術(shù)總工及其項(xiàng)目技術(shù)輔助崗位人員消化完成，測(cè)量放樣、加工生產(chǎn)等工作通常集中由深加工單位消化完成。在北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目技術(shù)工作實(shí)施中，技術(shù)總工下設(shè)方案管理、設(shè)計(jì)管理、測(cè)量管理、BIM管理四大部門(mén)，分別對(duì)口深加工單位、深化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)、測(cè)量團(tuán)隊(duì)及BIM團(tuán)隊(duì)，技術(shù)工作分工更為細(xì)化，技術(shù)工作重點(diǎn)掌控更為全面。

1.1.2 工藝工序差異

常規(guī)工藝，如吊頂施工，通常是測(cè)量、深化、加工、安裝、驗(yàn)收的工藝順序。北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)裝飾工程大吊頂?shù)难b飾數(shù)字化建造，基于三維掃描數(shù)據(jù)的逆向建模，為后續(xù)的三維深化數(shù)字化加工安裝以及最終的驗(yàn)收提供了坐標(biāo)依據(jù)（圖1）。

1.1.3 施工周期差異

圖1 北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)大吊頂系統(tǒng)數(shù)字化建造技術(shù)路線

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)旅客航站樓及綜合換乘中心精裝修工程施工時(shí)間為2018年4月—2019年6月，其中各標(biāo)段大吊頂施工絕對(duì)工期約為3個(gè)月。每個(gè)標(biāo)段平均每個(gè)月要完成10 000 m2的雙曲面異形鋁板的加工、安裝工作。傳統(tǒng)的 裝飾施工，異形復(fù)雜飾面的測(cè)量放線通常采取吊線垂、制作翻樣模板等方式，在北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)精裝修工程項(xiàng)目中，雙曲面異形吊頂高度達(dá)15～20 m，最高區(qū)域有40 m，這樣的一個(gè)裝飾空間極大地挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)裝飾工藝，更別說(shuō)要在3個(gè)月內(nèi)完成加工生產(chǎn)及安裝內(nèi)容。

1.2 數(shù)字化建造技術(shù)應(yīng)用內(nèi)容

以BIM模型為基礎(chǔ)的數(shù)字化建造技術(shù)已廣泛應(yīng)用于裝飾工程大型異形飾面建造中，通過(guò)深化、技術(shù)交底、下單加工、現(xiàn)場(chǎng)定位、安裝、跟蹤檢測(cè)等達(dá)到交付目標(biāo)[1-3]。從簡(jiǎn)單的建模到裝飾異形飾面建造，裝飾施工數(shù)字化已能夠?qū)崿F(xiàn)建造全過(guò)程的數(shù)字化。

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓的裝飾工程項(xiàng)目工期緊、管理要求嚴(yán)、建設(shè)難度高，且受到社會(huì)各界的高度關(guān)注。因此，在北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)裝飾工程建造過(guò)程中，從測(cè)量到驗(yàn)收等工作，大吊頂系統(tǒng)的雙曲面吊頂鋁飾面、采光天窗以及C形柱等數(shù)字化建造技術(shù)均得到了廣泛應(yīng)用。

1.2.1 三維掃描技術(shù)

在室內(nèi)裝飾工程中，傳統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量作業(yè)以經(jīng)緯儀、鉛錘儀、測(cè)距儀、標(biāo)線儀等二維人工測(cè)量手段為主，對(duì)測(cè)量人員的技術(shù)水平及專業(yè)素養(yǎng)有較大的依賴性，人為因素導(dǎo)致的精度誤差不可避免，效率低下且無(wú)法對(duì)既往數(shù)據(jù)進(jìn)行校核追溯。同時(shí)，施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境也經(jīng)常會(huì)限制傳統(tǒng)的工程測(cè)量手段，影響測(cè)量精度，特別是機(jī)場(chǎng)雙曲面吊頂?shù)那捌跍y(cè)量工作。在工程開(kāi)展前期，運(yùn)用整體式三維激光掃描儀，對(duì)整個(gè)空間進(jìn)行全方位掃描，通過(guò)靶球點(diǎn)拼接成一個(gè)整體的點(diǎn)云模型，設(shè)定統(tǒng)一的坐標(biāo)系，將點(diǎn)云模型與原始模型進(jìn)行對(duì)比，得出現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的偏差；點(diǎn)云模型處理好的數(shù)據(jù)可以生成CAD的線條，方便后期處理。如同常規(guī)裝飾施工的現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，三維掃描生成的點(diǎn)云模型為后續(xù)模型建立、深化、調(diào)整提供了重要依據(jù)。

1.2.2 三維深化技術(shù)

航站樓大吊頂鋁板表皮模型在進(jìn)行深化分塊前是一個(gè)整體，根據(jù)設(shè)計(jì)院給出的統(tǒng)一分割線，對(duì)BIM模型進(jìn)行深化，將分割線投影到表皮模型進(jìn)行板塊分割。深化過(guò)程中，對(duì)鋁板的表皮進(jìn)行調(diào)整，規(guī)整合并大吊頂邊上尖角條，避免因尖角條規(guī)格過(guò)小產(chǎn)生的加工及安裝問(wèn)題。同時(shí)各標(biāo)段鋁板表皮模型深化完畢后，統(tǒng)一合模，統(tǒng)一調(diào)整各標(biāo)段模型間的誤差，保證施工效果。

結(jié)合點(diǎn)云模型與表皮模型深化，綜合考慮現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)屋架形式及最終裝飾飾面造型，最終采用轉(zhuǎn)換原盤(pán)這樣一個(gè)創(chuàng)新的轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)。有別于常規(guī)鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層固定或有向轉(zhuǎn)換節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)，新機(jī)場(chǎng)大吊頂鋼結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層采用轉(zhuǎn)換圓盤(pán)，具有更好的方向性，轉(zhuǎn)換層框架可以任意轉(zhuǎn)向并固定在轉(zhuǎn)換圓盤(pán)上，滿足新機(jī)場(chǎng)吊頂鋁板“飄帶”造型走向不一的要求。轉(zhuǎn)換層框下層，通過(guò)掛件連接與鋁板“飄帶”走向一致的副龍骨，用于安裝鋁板單元。

1.2.3 數(shù)字化安裝技術(shù)

機(jī)場(chǎng)外輪廓類似于“米”字形狀，無(wú)論是指廊還是中心區(qū)都有中軸線，這個(gè)中軸線就是測(cè)量控制網(wǎng)的基準(zhǔn)線。

在安裝過(guò)程中，項(xiàng)目投入自動(dòng)導(dǎo)向全站儀進(jìn)行全過(guò)程的測(cè)量、放線與安裝施工，根據(jù)總包統(tǒng)一布設(shè)的控制網(wǎng)增加精裝控制線，加密控制網(wǎng)，在整個(gè)施工過(guò)程中，控制網(wǎng)是統(tǒng)一的，坐標(biāo)也是統(tǒng)一的?；鶞?zhǔn)點(diǎn)都布置在地面易查找、易架設(shè)對(duì)中桿的部位，標(biāo)高基準(zhǔn)點(diǎn)一般布置在柱子上。施工過(guò)程中采用全站儀打點(diǎn)、焊接角鋼放樣點(diǎn)的方式進(jìn)行控制線放樣。鋁板安裝定位，也是采用點(diǎn)放樣定位安裝與線放樣定位安裝相結(jié)合的方式。數(shù)字化安裝技術(shù)實(shí)現(xiàn)大吊頂從轉(zhuǎn)換層到面層的精確定位與安裝。

2 建筑裝飾行業(yè)數(shù)字化建造發(fā)展展望

北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓裝飾工程全過(guò)程數(shù)字化建造技術(shù)的應(yīng)用與管理模式，體現(xiàn)了由勞動(dòng)力密集型向技術(shù)密集型的轉(zhuǎn)化，從而實(shí)現(xiàn)了更優(yōu)秀的建造質(zhì)量與更短的交付時(shí)間。數(shù)字化的應(yīng)用與管理已成為了當(dāng)前建筑裝飾行業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)。通過(guò)北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)航站樓的裝飾建造過(guò)程，從以下三點(diǎn)簡(jiǎn)述數(shù)字化建造在建筑裝飾領(lǐng)域的發(fā)展展望。

1）以提高建筑裝飾行業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)水平為目標(biāo)，加速推進(jìn)裝飾行業(yè)機(jī)械化、智能化的生產(chǎn)方式。當(dāng)前階段裝飾行業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)要求是以綠色、智慧為特征，更好地實(shí)現(xiàn)建筑生命周期的品質(zhì)提升、安全保障、高效節(jié)能的工程建造方式，其主要體現(xiàn)在綠色建造和智慧建造。裝飾行業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)水平是技術(shù)裝備與建筑裝飾工程要求相匹配的過(guò)程，是一個(gè)企業(yè)自主創(chuàng)新的過(guò)程。傳統(tǒng)工業(yè)生產(chǎn)制造技術(shù)裝備是用于工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)加工的，與建筑裝飾工程中應(yīng)用的部品、部件、配件、構(gòu)件存在著一定的差異，這就需要裝飾企業(yè)進(jìn)行研發(fā)與創(chuàng)新，才能真正發(fā)揮技術(shù)裝備的效能。要依據(jù)《中國(guó)制造2025》發(fā)展戰(zhàn)略重點(diǎn)突破的基本原則，重點(diǎn)研究工業(yè)化裝備對(duì)建筑業(yè)及建筑裝飾業(yè)的適用技術(shù)。這種集成與整合技術(shù)研發(fā)包括2個(gè)方面：一是對(duì)技術(shù)裝備進(jìn)行測(cè)試、改造，使其形成符合建筑裝飾工程要求的技術(shù)裝備；二是對(duì)裝飾部件、構(gòu)件進(jìn)行構(gòu)造，形態(tài)的創(chuàng)新，使其適應(yīng)工業(yè)化生產(chǎn)加工作業(yè)。

2）以支撐裝飾工程的新型建造方式為目標(biāo)，加速推進(jìn)本行業(yè)的信息化、數(shù)字化、綠色化發(fā)展。在新時(shí)代，以信息化、新材料、新裝備等為代表的科技創(chuàng)新技術(shù)在快速推進(jìn)，為裝飾行業(yè)以智慧建造為核心的新型建造方式提供了技術(shù)基礎(chǔ)。發(fā)展新型的建造方式應(yīng)該是深化建筑業(yè)供給側(cè)改革的根本路徑。對(duì)傳統(tǒng)的裝飾建造模式而言，發(fā)展新型建造方式的關(guān)鍵在于推動(dòng)工程建造模式的新技術(shù)、新應(yīng)用的發(fā)展研究，即發(fā)展目標(biāo)的綠色化、技術(shù)手段的智慧化、生產(chǎn)方式的工業(yè)化、組織管理的科學(xué)化?？梢?jiàn)，智慧建造是新型建造方式的技術(shù)內(nèi)核，影響和滲透到了工程建造的各個(gè)領(lǐng)域，是建筑業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要技術(shù)支撐。

3）在裝飾各階段以重點(diǎn)區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)，打造行業(yè)的優(yōu)勢(shì)。一是推動(dòng)智慧建造的發(fā)展，探索新型的建造模式流程和管理模式、建立智慧建造工作平臺(tái)，開(kāi)發(fā)基于BIM模型的公有云/私有云協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)。二是推動(dòng)智慧工地應(yīng)用，加強(qiáng)互聯(lián)網(wǎng)＋環(huán)境下的新型施工組織方式、流程和管理模式的探索，研究基于智慧工地的基礎(chǔ)平臺(tái)和集成系統(tǒng)，進(jìn)一步普及智能建造終端的應(yīng)用。三是推動(dòng)社會(huì)企業(yè)的發(fā)展，以服務(wù)性產(chǎn)業(yè)為發(fā)展導(dǎo)向，開(kāi)發(fā)互聯(lián)網(wǎng)＋行業(yè)下的裝飾工程應(yīng)用體系，打通裝飾工程建造全生命周期與全產(chǎn)業(yè)鏈服務(wù)，開(kāi)拓平臺(tái)＋服務(wù)的工程建造新模式。

3 結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化建造技術(shù)的應(yīng)用是裝飾行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在具有堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)展現(xiàn)出了廣闊的行業(yè)前景。當(dāng)前我國(guó)的經(jīng)濟(jì)已經(jīng)轉(zhuǎn)向高質(zhì)量發(fā)展的階段，傳統(tǒng)的建筑裝飾建造方式面臨資源、環(huán)境、人力等制約，難以滿足新時(shí)代發(fā)展的要求。

裝飾工程的數(shù)字化建造采用現(xiàn)代的技術(shù)手段，能夠顯著提高建造和運(yùn)維過(guò)程中資源的利用率，減少對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保、效率提高、品質(zhì)提升以及安全保障，是行業(yè)可持續(xù)發(fā)展、邁向更高端水平的必然選擇?？偟膩?lái)看，推進(jìn)智慧建造是國(guó)家和行業(yè)發(fā)展的大勢(shì)所趨。目前，政策、市場(chǎng)、技術(shù)等條件已經(jīng)基本具備，我們應(yīng)把握機(jī)遇，擔(dān)當(dāng)使命，努力做出貢獻(xiàn)。