科威特國(guó)際機(jī)場(chǎng)新航站樓EPC項(xiàng)目BIM應(yīng)用體系

饒 洋 趙成宇2 周宏韜 程 霄 李鵬程 胡慶立

(1.林同棪國(guó)際工程咨詢(中國(guó))有限公司，重慶 401120； 2.中國(guó)電建集團(tuán)貴州工程有限公司，貴陽(yáng) 550003)

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

科威特國(guó)際機(jī)場(chǎng)新航站樓，是服務(wù)于2022年卡塔爾世界杯的重要中轉(zhuǎn)航空樞紐，預(yù)計(jì)建成后年旅客吞吐量達(dá)1 300萬(wàn)人次。新航站樓由三個(gè)對(duì)稱的翅膀形候機(jī)廊道組成，每一邊長(zhǎng)度為1.2 km，總建筑面積超過(guò)70萬(wàn)m2(圖1)。新航站樓采用照明、空調(diào)分時(shí)控制等先進(jìn)的機(jī)電系統(tǒng)，大面積太陽(yáng)能光伏發(fā)電屋面，目標(biāo)要達(dá)到“LEED綠色認(rèn)證金獎(jiǎng)”級(jí)別。

本項(xiàng)目為EPC工程，合同包含新航站樓東區(qū)、14變電站和2個(gè)開(kāi)關(guān)站、中央電池系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、燈控系統(tǒng)、屋面光伏系統(tǒng)等內(nèi)容。

項(xiàng)目要求采用BS、PAS、COBie等國(guó)際BIM標(biāo)準(zhǔn)，完全正向設(shè)計(jì)，要求全生命周期BIM信息傳遞，提交LOD400施工模型，LOD500竣工模型，最終形成資產(chǎn)信息模型用于運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

圖1 科威特國(guó)際機(jī)場(chǎng)新航站樓整體效果圖

1.2 項(xiàng)目重難點(diǎn)

1.2.1 BIM設(shè)計(jì)要求高

項(xiàng)目要求正向設(shè)計(jì)和出圖，出圖要依據(jù)國(guó)際出圖規(guī)范； 要求建立符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的LOD400施工模型和LOD500竣工模型，滿足PAS1192-2，BS1192：2007，CObie等國(guó)際BIM標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)和設(shè)備選型需要進(jìn)行性能化分析以滿足LEED認(rèn)證需求； 而且根據(jù)合同要求，需要按照BOQ清單精準(zhǔn)設(shè)計(jì)和施工。因此該項(xiàng)目需要對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)非常熟悉，參與人員需要具有很高的BIM設(shè)計(jì)和分析能力。

1.2.2 BIM數(shù)據(jù)管理難度大

項(xiàng)目要求全生命周期信息傳遞，最終形成資產(chǎn)信息模型。模型專業(yè)多，精度高； 各專業(yè)之間模型數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)管理難度大； 過(guò)程中需要提取BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，指導(dǎo)模型更正。

1.2.3 項(xiàng)目EPC管理難度大

該項(xiàng)目設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工都基于BIM，但是模型數(shù)據(jù)如何應(yīng)用于招標(biāo)、采購(gòu)、倉(cāng)儲(chǔ)存在諸多難題。另外模型應(yīng)用于施工存在協(xié)調(diào)和技術(shù)方面的細(xì)節(jié)問(wèn)題。

1.2.4 施工和協(xié)調(diào)困難

該項(xiàng)目全球分包參與，分包單位眾多，設(shè)計(jì)和施工協(xié)調(diào)難度大。需要建立良好的協(xié)調(diào)機(jī)制提高工作效率。

針對(duì)以上重難點(diǎn)，駐場(chǎng)BIM團(tuán)隊(duì)和國(guó)內(nèi)支持團(tuán)隊(duì)配合，在正向設(shè)計(jì)體系、協(xié)同工作機(jī)制、BIM技術(shù)在采購(gòu)和施工中的應(yīng)用、以及BIM技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用方面開(kāi)展技術(shù)攻關(guān)。下面分別進(jìn)行各階段BIM應(yīng)用體系和技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)的介紹。

圖2 制定BIM執(zhí)行計(jì)劃

2 設(shè)計(jì)階段BIM應(yīng)用

2.1 BIM執(zhí)行計(jì)劃

首先BIM工作開(kāi)展前，依據(jù)項(xiàng)目要求，對(duì)國(guó)際BIM標(biāo)準(zhǔn)、項(xiàng)目合同和項(xiàng)目技術(shù)條款進(jìn)行分析總結(jié)，制定了全過(guò)程BIM執(zhí)行計(jì)劃(BIM Execution Plan)， 詳細(xì)規(guī)定了各階段的BIM實(shí)施方面的細(xì)節(jié)、流程、方法等內(nèi)容，如圖2所示，例如信息傳遞計(jì)劃、模型清單、模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)、協(xié)同機(jī)制、碰撞檢測(cè)流程、BIM能力評(píng)測(cè)、正向出圖、BIM交付等內(nèi)容。

2.2 正向設(shè)計(jì)體系

本項(xiàng)目的正向設(shè)計(jì)體系包括數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、屬性信息表、族庫(kù)、模型創(chuàng)建環(huán)境、正向出圖等環(huán)節(jié)。

(1)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備：建模開(kāi)始前，BIM團(tuán)隊(duì)跟機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)準(zhǔn)備與交付(ORAT)經(jīng)理溝通運(yùn)維階段需要的BIM參數(shù)，例如構(gòu)件名稱、保質(zhì)期、電氣參數(shù)、生產(chǎn)日期、供應(yīng)商名稱、產(chǎn)品維保手冊(cè)等等。并依此創(chuàng)建Revit和IFC格式信息傳遞計(jì)劃，詳細(xì)規(guī)定了設(shè)計(jì)、施工、竣工各階段需要在模型中錄入的參數(shù)內(nèi)容。同時(shí)，在各個(gè)族中設(shè)置與信息傳遞對(duì)應(yīng)的模型參數(shù)，包含共享參數(shù)和非共享參數(shù)。并完成主要參數(shù)和Omniclass構(gòu)件編碼的錄入，形成標(biāo)準(zhǔn)族，如圖3所示。

由此，標(biāo)準(zhǔn)族包含了項(xiàng)目全周期的參數(shù)，以及構(gòu)件編碼，為接下來(lái)的正向設(shè)計(jì)、模型數(shù)據(jù)管理和項(xiàng)目管理奠定了基礎(chǔ)。

圖3 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作流程

圖4 族庫(kù)&屬性信息表

(2)屬性信息表&族庫(kù)：由標(biāo)準(zhǔn)族形成族庫(kù)，分發(fā)給設(shè)計(jì)人員使用； 為了滿足電子表格化的BIM信息管理，根據(jù)信息傳遞計(jì)劃創(chuàng)建了屬性信息表，其中包含了構(gòu)件編碼、采購(gòu)相關(guān)編碼、位置參數(shù)等關(guān)鍵參數(shù)用于模型數(shù)據(jù)管理。項(xiàng)目BIM管理過(guò)程中，族庫(kù)、模型、屬性信息表三者參數(shù)始終需要保持一致，如圖4所示。

(3)模型創(chuàng)建環(huán)境：為了便于各專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間的工作協(xié)同，創(chuàng)建了責(zé)任清單、模型范圍框、基點(diǎn)-測(cè)量點(diǎn)模型、共享場(chǎng)地、標(biāo)準(zhǔn)圖紙模型，同時(shí)制定了模型、族、工作集等命名和編碼方式，如圖5所示。

(4)建模及出圖：項(xiàng)目應(yīng)用多種軟件進(jìn)行參數(shù)化建模，例如運(yùn)用Magicad設(shè)計(jì)機(jī)電系統(tǒng)和支吊架復(fù)核； 使用Tekla參數(shù)化建立鋼網(wǎng)架模型； Rhino建立曲面屋頂裝飾片模型。航站樓主要建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電模型都是用Revit建立，施工模型精度達(dá)到LOD400，由此完全可以達(dá)到正向出圖的要求。

項(xiàng)目正向出圖均采用專門的出圖模型(Sheet Model)，圖紙內(nèi)容均通過(guò)鏈接關(guān)聯(lián)其他專業(yè)的設(shè)計(jì)模型，便于設(shè)計(jì)審查和修改，如圖6所示。

圖5 族庫(kù)&屬性信息表

圖6 正向出圖

2.3 BIM協(xié)同工作機(jī)制

(1)CDE共同數(shù)據(jù)環(huán)境：BIM數(shù)據(jù)在項(xiàng)目管理云盤中進(jìn)行協(xié)同。按照LOD劃分為多個(gè)文件夾，制定模型階段。其中又分為工作中-共享-發(fā)布-交付四個(gè)階段，現(xiàn)場(chǎng)約定每周四所有分包負(fù)責(zé)更新自身責(zé)任范圍內(nèi)的模型。模型協(xié)調(diào)和送審?fù)ㄟ^(guò)之后，由項(xiàng)目管理軟件Aconex正式提交給業(yè)主，如圖7所示。

(2)碰撞報(bào)告與質(zhì)量報(bào)告：每周從共同數(shù)據(jù)環(huán)境中提取最新的模型創(chuàng)建碰撞報(bào)告，每月創(chuàng)建QAQC質(zhì)量報(bào)告，對(duì)模型內(nèi)容、參數(shù)等進(jìn)行分析，指導(dǎo)模型修正。

(3)模型協(xié)調(diào)及送審出圖：出圖流程包括專業(yè)內(nèi)、專業(yè)間碰撞檢查、零碰撞模型送審、導(dǎo)出圖紙并送審、圖紙上需要注明其對(duì)應(yīng)零碰撞模型的地址和送審?fù)ㄟ^(guò)日期，從而保證完全正向出圖，如圖7所示。

圖7 BIM協(xié)同工作機(jī)制

3 采購(gòu)和施工階段BIM應(yīng)用

本項(xiàng)目EPC合同為固定總價(jià)，合同中規(guī)定了詳細(xì)的BOQ清單的量，清單編碼采用的是Omnicalss體系。因此設(shè)計(jì)、采購(gòu)、施工都需要嚴(yán)格依據(jù)合同清單進(jìn)行控制。

為此，在采購(gòu)階段，BIM應(yīng)用于模型QTO(工料概算)提取，工料概算來(lái)自于模型導(dǎo)出的設(shè)備、材料清單，由于模型構(gòu)件同樣采用BOQ清單中的編碼，因此提取的工料概算實(shí)際可用。結(jié)合施工預(yù)算價(jià)格，得出采購(gòu)預(yù)算價(jià)； 材料相關(guān)的存儲(chǔ)費(fèi)、運(yùn)輸費(fèi)、保險(xiǎn)費(fèi)等等可通過(guò)基于模型提取的清單，給予一定比例，進(jìn)行人工計(jì)算。除此之外，人工費(fèi)、材料費(fèi)、措施費(fèi)、管理費(fèi)、稅等費(fèi)用非模型相關(guān)，需要經(jīng)營(yíng)部門單獨(dú)核算。三者累加，最終得到項(xiàng)目總預(yù)算，由于模型在設(shè)計(jì)階段已經(jīng)就BOQ清單方面與合同進(jìn)行過(guò)對(duì)比和調(diào)整，因此采購(gòu)、施工所用材料量能夠較為精確，從而最大程度降低合同履約風(fēng)險(xiǎn)。

模型QTO清單可以用于采購(gòu)計(jì)劃和倉(cāng)儲(chǔ)管理，從而降低倉(cāng)儲(chǔ)成本，提高材料周轉(zhuǎn)。同時(shí)，施工預(yù)算可以作為項(xiàng)目經(jīng)營(yíng)的重要基礎(chǔ)，提前安排資金計(jì)劃，調(diào)整資金投入的“香蕉圖”曲線。

因此，項(xiàng)目的采購(gòu)、財(cái)務(wù)、倉(cāng)儲(chǔ)管理都基于模型，若模型在設(shè)計(jì)階段能夠包含充分的的參數(shù)信息，同時(shí)完成基于合同清單的調(diào)整，就能夠較好的應(yīng)用于采購(gòu)階段，為采購(gòu)階段提供精確的信息。

在施工中，根據(jù)項(xiàng)目要求結(jié)合P6進(jìn)度計(jì)劃和Navisworks模型進(jìn)行進(jìn)度模擬，在可視化的效果下進(jìn)行進(jìn)度調(diào)整和進(jìn)度管理。

為了能夠更好的讓模型輔助施工，我們?cè)谑┕つＰ椭刑砑邮┕ぽo助參數(shù)，例如：點(diǎn)擊任一弱電模型橋架，通過(guò)cable_tray_from參數(shù)就可以知道橋架來(lái)自于哪個(gè)設(shè)備間，從cable_tray_to參數(shù)就可知道其終點(diǎn)設(shè)備間，從而便于材料調(diào)度和現(xiàn)場(chǎng)查看模型輔助安裝。

對(duì)于LOD500模型，我們依據(jù)實(shí)際施工內(nèi)容、過(guò)程變更等修改模型，使模型與實(shí)際施工內(nèi)容完全一致，為完成竣工圖奠定基礎(chǔ)。

4 BIM技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用

針對(duì)本項(xiàng)目的重難點(diǎn)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)綜合運(yùn)用了CFD分析、BIM數(shù)據(jù)分析、二次開(kāi)發(fā)等技術(shù)，產(chǎn)生了多項(xiàng)創(chuàng)新點(diǎn)。

4.1 BIM模型鏈接編碼的設(shè)置

圖8 模型鏈接編碼的設(shè)置

圖9 性能化分析

該項(xiàng)目技術(shù)條款、BOQ清單都使用了Omnicalss編碼，但是如何將編碼應(yīng)用于模型和BIM數(shù)據(jù)管理是個(gè)難題，因此我們創(chuàng)建了Typekey鏈接編碼，它包含三部分，分別是Omniclass編碼、專業(yè)代碼和流水號(hào)，使每一個(gè)模型構(gòu)件都有一個(gè)唯一的鏈接編碼。使得模型、族庫(kù)和屬性信息表的一一對(duì)應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)了編碼一體化管理，為BIM數(shù)據(jù)分析和管理打下基礎(chǔ)，如圖8所示。

4.2 IFC數(shù)據(jù)交換

為了打通Reivt及其他建模軟件的數(shù)據(jù)交換， 單獨(dú)設(shè)置了MVD IFC 2×3格式的IFC的文件和屬性信息表，且與Revit模型使用相同的鏈接編碼，由此打通了Revit和IFC模型數(shù)據(jù)對(duì)接，也便于模型數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。

4.3 性能化分析

為了滿足項(xiàng)目LEED綠色認(rèn)證的需求，我們將模型導(dǎo)入Carrier HAP進(jìn)行通風(fēng)空調(diào)性能分析，發(fā)現(xiàn)航站樓內(nèi)水平溫度相對(duì)恒定，垂直溫度變化較大，為此針對(duì)性的進(jìn)行了系統(tǒng)優(yōu)化，為設(shè)備選型和節(jié)能優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，如圖9所示。

4.4 點(diǎn)云掃描

我們對(duì)已施工內(nèi)容進(jìn)行點(diǎn)云掃描，使用Quick Surface進(jìn)行逆向建模，并與施工模型對(duì)比，驗(yàn)算實(shí)際施工內(nèi)容是否與施工模型一致，如圖10所示。通過(guò)分析我們發(fā)現(xiàn)板厚在某些區(qū)域存在一定程度偏差，為此我們針對(duì)性的調(diào)整了機(jī)電管線，為機(jī)電施工做好準(zhǔn)備。

圖10 點(diǎn)云掃描

圖11 光伏面板設(shè)計(jì)

4.5 光伏面板設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目航站樓屋面為異形曲面模型，有兩種光伏面板布置方案，方案一為光伏面板隨曲面布置，方案二為光伏面板與屋面平行。傳統(tǒng)方法難以對(duì)比兩種方案哪個(gè)放電量大，為此我們將兩種屋面光伏面板布置模型導(dǎo)入PVsyst進(jìn)行發(fā)電量精確分析，發(fā)現(xiàn)方案一發(fā)電量更大，如圖11所示。

圖12 BIM數(shù)據(jù)分析

4.5 BIM數(shù)據(jù)分析

為了分析數(shù)據(jù)傳遞的準(zhǔn)確性，并輔助QAQC模型質(zhì)量檢查，我們對(duì)BIM數(shù)據(jù)進(jìn)行收集、編輯、分析，并導(dǎo)出分析成果。分析過(guò)程為：首先將模型導(dǎo)出為ODBC數(shù)據(jù)文件，再導(dǎo)出為可編輯的ACCESS數(shù)據(jù)文件，從中篩選出需要分析的數(shù)據(jù)，之后使用POWER BI數(shù)據(jù)分析軟件，設(shè)置分析條件，例如錯(cuò)誤嚴(yán)重程度、錯(cuò)誤類型、參數(shù)類型等，完成分析后將成果輸出為POWER BI數(shù)據(jù)庫(kù)文件，各分包單位可在此文件中搜索查閱自身負(fù)責(zé)進(jìn)行更正和修改的錯(cuò)誤信息，如圖12所示，從其中的Revit ID可定位到模型中的構(gòu)件，從而精確指導(dǎo)數(shù)據(jù)更正。

我們每月創(chuàng)建基于BIM數(shù)據(jù)分析的模型質(zhì)量報(bào)告，共發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤數(shù)據(jù)約15萬(wàn)條，各分包單位平均得分79.5分。我們針對(duì)性的提出了模型質(zhì)量提高策略，以滿足模型階段性的交付要求。

4.6 跨平臺(tái)協(xié)同軟件

該項(xiàng)目使用了Rhino、Tekla、Revit等多種BIM軟件。為此，我們使用BCF跨平臺(tái)協(xié)同軟件進(jìn)行各BIM軟件之間的工作銜接，進(jìn)行碰撞和技術(shù)問(wèn)題的協(xié)同處理。并使用BIMCollab云端協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行碰撞和技術(shù)問(wèn)題的責(zé)任制定、在線追蹤和處理，打破了地理和時(shí)間的限制，國(guó)內(nèi)團(tuán)隊(duì)可以參與進(jìn)來(lái)。

5 總結(jié)

科威特國(guó)際機(jī)場(chǎng)作為“一帶一路”重點(diǎn)項(xiàng)目，由于EPC全過(guò)程都基于BIM，形成了完善的EPC管理模式。因此在設(shè)計(jì)、施工、采購(gòu)方面是一個(gè)具有典型示范意義的項(xiàng)目。

針對(duì)項(xiàng)目要求，項(xiàng)目BIM團(tuán)隊(duì)進(jìn)行研究分析，創(chuàng)建了全過(guò)程BIM執(zhí)行計(jì)劃，搭建了正向設(shè)計(jì)體系和協(xié)同工作機(jī)制，并將模型應(yīng)用招標(biāo)采購(gòu)階段，采用了多項(xiàng)BIM技術(shù)創(chuàng)新，使得項(xiàng)目的數(shù)字化管理水平顯著提高，并在成本、工期、信息傳遞等方面實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)價(jià)值。由此中國(guó)企業(yè)在本項(xiàng)目中實(shí)現(xiàn)了良好履約。本項(xiàng)目對(duì)于國(guó)內(nèi)外BIM標(biāo)準(zhǔn)、BIM管理融合以及中國(guó)企業(yè)“走出去”都具有良好的借鑒價(jià)值。