BIM 技術在機場市政配套工程設計中的應用

劉華杰

（北京市市政工程設計研究總院有限公司廣東分院，廣東 廣州510000）

0 引 言

鄂州花湖機場是全球第四個、亞洲第一個專業(yè)性貨運機場，也是我國第一個獲批建設的貨運樞紐機場，見圖1。市政基礎配套工程作為該項目建設的重要組成部分，其建設質量成為提升機場的運行效率、安全管理以及服務質量的基礎保障。工程項目的質量目標與水平往往取決于前期設計質量以及后期的施工水平，所以本項目對設計階段的質量提出了更高的要求。根據(jù)本項目的特性以及發(fā)展要求，引入”數(shù)字孿生”理念，借助BIM 這種新型的技術手段作為支撐技術，為項目設計階段植入數(shù)字基因，打造數(shù)字底盤，實現(xiàn)數(shù)字化正向設計以及數(shù)字化智能施工，同時也為機場的建設實現(xiàn)智慧賦能，大大發(fā)揮BIM 技術優(yōu)勢[3]。

圖1 鄂州花湖機場

1 項目概況

鄂州花湖機場市政配套工程主要建設內容包括：場內市政道路工程（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。

本項目要求實現(xiàn)全面數(shù)字化設計（BIM）的管理工作范圍包括：

（1）全階段：本項目所有階段，包括但不限于實施準備階段、策劃與規(guī)劃階段、勘察測量階段、設計階段、施工建造階段、其它過程伴隨階段（例如：采購招標、工程過程監(jiān)理、進度計量支付、竣工驗收交付、結算審計等）等；

（2）全專業(yè)：本項目各單項工程中的所有相關專業(yè)，包括但不限于測量、三維地質、三維地理、巖土、場道、建筑、結構、給排水、消防、暖通空調、電氣照明、智能建筑、油氣水電管路、信息弱電、動力能源、建筑節(jié)能、專用設備、市政公用、交通路網(wǎng)、電訊通信等；

（3）全業(yè)務：本項目建設審批流程上的全部業(yè)務節(jié)點，包括但不限于方案規(guī)劃、勘察測量、計量造價、報建手續(xù)、招標、設計管理、施工項目管理、工程資料管理，工程過渡期管理等；

（4）全參與：本項目建設的各參建單位即是各BIM實施關聯(lián)方，包括但不限于：發(fā)包人、BIM 咨詢顧問、監(jiān)理單位、分揀設備供應商、民航/ 物流專業(yè)系統(tǒng)供應商、土建施工承包商、專用設備安裝承包商等。

2 BIM 應用技術路線

2.1 項目重難點分析

本項目在設計實施階段存在專業(yè)系統(tǒng)眾多、需多地多專業(yè)協(xié)同設計、地下環(huán)境復雜、交通組織復雜、工程實施組織協(xié)調難度大、需要將設計模型及屬性向施工和運維階段傳遞等問題，采用傳統(tǒng)的設計方式無法實現(xiàn)設計各專業(yè)以及實施各階段信息的實時有效共享[3]。為了有效解決綜上所述的問題，實現(xiàn)異地協(xié)同設計管理，確保設計精細、進度可控、數(shù)據(jù)完整、流程規(guī)范就必須引入新技術與新理念。BIM 這項新技術的理念就是將信息化、數(shù)字化融入項目全生命期管理中，因此將BIM 技術引入到項目中，可有效的解決項目設計階段的信息斷層、設計方案優(yōu)化、協(xié)同管理等一系列問題[4]。

2.2 技術路線圖

根據(jù)項目的需求和特點，制定BIM 實施技術路線，見圖2。

圖2 技術路線圖

2.3 技術保障措施

（1）組織措施

根據(jù)建設單位的要求，開展建設全階段BIM 運用實施，針對設計階段制定了明確的BIM 實施內容見表1。更好發(fā)揮設計單位在BIM 應用策劃、標準制定、過程管理、成果審核方面的優(yōu)勢，輔助業(yè)主單位開展分階段、分步驟的BIM 應用實施。

表1 設計階段BIM 實施內容

項目開展初期，組建項目機構，配備足夠的BIM專業(yè)工程師，劃分各自專業(yè)職責，確保責任落實到人，保障項目順利進行。

制定詳細的工作計劃，在計劃時間節(jié)點內督促檢查各專業(yè)BIM 設計工作完成情況。

（2）質量控制措施

以BIM 項目負責人為組長，與各專業(yè)設計負責人組成質量領導小組，全面負責質量保障工作。BIM團隊根據(jù)職責劃分，由BIM 項目負責人每周對BIM人員進行考察。

協(xié)調各專業(yè)設計人員的溝通、配合，反饋各專業(yè)存在的問題，再對BIM 模型進行修改，減少設計的錯、漏、碰、缺問題，提升設計質量。

（3）進度控制措施

為了科學、合理地提高工作效率，保障本項目BIM 工作順利進行，應采用以下控制措施：

在項目開始之后，在合同約定時間內，應保證各專業(yè)設計人員基于設計協(xié)同平臺同步開展工作。

劃分階段工作界面，分解工作任務，在各階段時間節(jié)點檢查工作完成情況，按時提交合格的BIM 設計成果，滿足進度計劃要求。

對發(fā)現(xiàn)的問題及時采取措施，BIM 項目負責人每周召開項目進展情況(內部)審核會議。審查進度執(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，使項目恢復正常運行。

3 BIM 技術在市政工程設計中的應用

3.1 項目應用目標

將BIM 技術深度應用于鄂州花湖機場市政配套工程設計過程中，實現(xiàn)基于BIM 的三維正向設計、建造可視化呈現(xiàn)、施工信息化管控和運營精細化服務[5]，見圖3。

圖3 項目應用目標

設計階段旨在借助BIM 技術手段，基于BIM 模型的可視化、模擬性、協(xié)調性等特點[6]，促進建設單位、各專業(yè)設計等各參與方的溝通與協(xié)作，輔助優(yōu)化設計方案，減少設計錯漏，從而提高設計質量和施工管理水平，保障項目的順利完成，并為后續(xù)的項目運維管理提供數(shù)據(jù)基礎。

施工階段：基于施工圖設計模型開展深化設計，創(chuàng)建深化設計模型。應用工程項目管理平臺開展包括（不限于）進度管理、質量驗評、計量支付、變更管理、安全管理、施工信息管理等的工程項目管理工作。

竣工階段：在施工深化模型基礎上，根據(jù)工程項目竣工驗收要求和交付要求，基于工程項目管理平臺實現(xiàn)基于工程信息模型的數(shù)字化移交。

3.2 BIM 實施體系建設

3.2.1 BIM 實施標準制定

通過對國家BIM 標準研究，結合市政配套工程設計階段的獨特性，針對軟件選用標準、模型創(chuàng)建標準[7]、數(shù)據(jù)接口標準、模型應用標準[8]及交換標準等多個方面制定實施標準，見圖4，為規(guī)范BIM 技術在鄂州花湖機場工程建設全生命期的應用，充分發(fā)揮BIM 優(yōu)勢，確保BIM 實施效果，提升工程質量和投資效益提供規(guī)范和指導。

圖4 項目實施標準

（1）軟件選用標準：統(tǒng)一項目BIM 軟件選用標準以及各式標準，確保BIM 模型能夠在各實施階段以及各參與方能夠共享協(xié)同，制定了機場工程BIM 軟件選用標準[7]；

（2）模型創(chuàng)建標準：規(guī)范模型創(chuàng)建方法、創(chuàng)建流程、模型校驗等環(huán)節(jié)，以保證模型數(shù)據(jù)的準確性、規(guī)范性和統(tǒng)一性，制定機場工程BIM 模型結構標準；

（3）數(shù)據(jù)接口標準：明確不同平臺軟件之間數(shù)據(jù)交換規(guī)則、數(shù)據(jù)交換類型等內容，以確保數(shù)據(jù)在項目各階段、不同平臺間的無損傳遞，制定機場工程BIM數(shù)據(jù)標準以及模型管理標準等；

（4）模型應用標準：明確項目BIM 應用實施組織形式、應用價值點、應用流程及應用成果要求等，并規(guī)范各階段BIM 模型應用的廣度與深度，以滿足機場工程全生命期BIM 應用與管理的需求，制定了機場工程BIM 應用標準[8]；

（5）模型交付標準：建立模型分類編碼體系，規(guī)范設施設備的組成架構，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，以滿足機場工程全生命期的管理需求，制定了機場工程模型分類編碼標準以及實施精度標準等[9]。

3.2.2 軟件硬件的配置

項目采用Bentley 技術解決方案，軟件配置方案見表2。

表2 軟件配置方案

項目需搭建設計協(xié)同平臺以及Bentley 軟件自身對電腦性能要求較高，制定了相應的硬件配置方案見表3。

表3 硬件配置方案

3.2.3 BIM 實施人員部署

本項目中設計階段要求實現(xiàn)全面數(shù)字化設計管理，設計單位需開展相應的BIM 模型創(chuàng)建以及BIM應用，同時需配合施工單位完成施工階段模型深化工作，審查BIM 模型。因此為保障本項目各項工作的順利推進，進一步明確項目BIM 實施各參與方核心團隊成員及分工，組建由中國勘察設計大師李藝領銜、數(shù)十名技術精良的設計人員參與的BIM 團隊見表4，基于Bentley 平臺，開展全專業(yè)、多階段、跨地域的協(xié)同設計工作。

表4 核心成員組成與職責分工

3.2.4 BIM 實施平臺搭建

依托基于BIM 設計管理平臺，可實現(xiàn)從設計階段的全部信息無損傳遞，對本項目設計過程中的海量數(shù)據(jù)實現(xiàn)信息化高效管理，為項目各參與方（建設單位、設計各專業(yè)人員、施工單位等）提供可視化的數(shù)據(jù)共享平臺，有效控制項目實施全過程的進度和質量，加強設計階段全過程的精細化管理，有助于保障項目建設目標能夠保質保量按時完成。

基于ProjectWise 協(xié)同設計平臺搭建協(xié)同設計網(wǎng)絡平臺，規(guī)劃項目工作目錄、定制工作空間及種子文件、確定人員訪問權限、制定設校審流程等，見圖5。

圖5 項目實施平臺

3.3 BIM 應用內容

（1）全專業(yè)BIM 正向設計：在協(xié)同工作環(huán)境中，依據(jù)項目BIM 應用實施策劃要求，搭建項目各專業(yè)BIM 設計模型，見圖6，項目引入?yún)f(xié)同設計模式，借助協(xié)同管理平臺，打通了設計、施工過程中數(shù)據(jù)協(xié)同共享的流程，有效減少項目各參與方溝通時間約10%，減少線下設計例會、交底約20 次，減少圖紙、模型審核時間約20%。

圖6 BIM 模型可視化展示

（2）基于模型出圖：本項目專業(yè)覆蓋面廣，各專業(yè)間聯(lián)系非常緊密，在完成各專業(yè)信息化模型搭建后，利用BIM 軟件實現(xiàn)設計二維圖紙的自動輸出，例如基于道路軟件輸出機場北區(qū)道路平面設計圖，見圖7，同時還可以對特定剖面、視角進行截取保存，可有效解決CAD 二維繪圖的局限性同時也為行業(yè)總結一套完善的機場數(shù)字設計解決方案，形成可復制、可推廣的技術應用成果。

圖7 BIM 模型出圖

（3）設計方案可視化效果表現(xiàn)：在設計方案中，根據(jù)不同設計方案要求，創(chuàng)建相應的信息化模型，見圖8，以三維可視化的形式表現(xiàn)多方案中各方案設計理念、設計思路和設計控制因素等設計內容，輔助設計單位、業(yè)主、政府等相關部門進行溝通和匯報，便于進行設計方案比選和快速決策。

圖8 設計方案可視化效果表現(xiàn)

（4）工程設計方案漫游：以BIM 模型為基礎，結合周邊環(huán)境模型、市政管線模型及地下建構筑物模型，直觀展示工程整體設計方案成果，見圖9，進行仿真漫游，虛擬展示工程建成實景并判斷周邊環(huán)境的影響。

圖9 工程設計方案漫游

（5）交通仿真模擬：通過BIM 軟件進行方案比選、可視化分析，與專業(yè)分析軟件進行數(shù)據(jù)互通，進行交通模擬分析并導出到可視化軟件中進行展示，見圖10。本項目作為亞洲第一個專業(yè)性貨運機場，飛機群起群落，對于路網(wǎng)設計要求非常高，項目設計階段根據(jù)車輛流速、道路設計時速等參數(shù)，動態(tài)模擬不同道路方案交通情況，其中包括機場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：通過BIM 軟件建立BIM模型，直觀展示各專業(yè)管線的三維關系、暖通機電與管網(wǎng)的三維關系、地下管網(wǎng)和綜合管廊的關系、新建構筑物與內部附屬設施的關系、通信電力電纜與建筑物的對接位置，見圖11，本項目通過對7 個管網(wǎng)專業(yè)進行碰撞檢查，查出108 處碰撞問題并對圖紙進行精確調整，輔助設計優(yōu)化。

圖11 管線綜合與碰撞檢

（7）工程量復核：根據(jù)設計清單工程量統(tǒng)計要求，基于信息化模型，實現(xiàn)能源站、變電站、市政管網(wǎng)等復雜工程工程量的自動匯總統(tǒng)計，生成工程量清單，見圖12；基于BIM 模型調整計量計價規(guī)則，提高工程量計算準確性，比傳統(tǒng)工程造價編制模式下效率提高50%。

圖12 工程量復核

（8）BIM+VR 沉浸式體驗：利用VR 技術，以虛擬漫游沉浸式體驗方式，優(yōu)化建筑、景觀綠化、道路設計等方案，見圖13，給項目業(yè)主、管理方等其他相關方帶來沉浸式的體驗，為設計方案的表達、設計方案的比選以及方案決策提供了新方法，本項目針對項目關鍵節(jié)點搭建了多個VR 可視化場景，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

（9）向施工管理平臺信息傳遞：通過IFC 格式模型解析和非IFC 格式建筑信息轉化，將設計模型、屬性信息、構件編碼，輕量化至施工管理平臺，見圖14，施工方基于設計模型、設計編碼進行分部分項拆分、深化設計，與WBS 進行綁定，進行人機料控制，完成進度、質量、安全管理。

圖14 BIM 實施管理平臺

4 總結與展望

鄂州民用機場市政工程設計標準高，專業(yè)覆蓋面廣，設計周期短。開展數(shù)字化正向設計，通過方案模擬、深化設計、管線綜合、工程算量、模型出圖、數(shù)字化交付等創(chuàng)新應用，研究和探索市政行業(yè)全專業(yè)BIM 解決方案關鍵問題，大幅提高設計進度和精細度，推動了設計思維、工作流程、協(xié)同方式乃至建設模式的深刻變化，使BIM 模型的全生命周期應用得以實現(xiàn)，展現(xiàn)了BIM 技術優(yōu)良的市場應用前景。