基于Bentley平臺(tái)的機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)模型創(chuàng)建與應(yīng)用淺析

李強(qiáng)， 王錦騰

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 引言

隨著B(niǎo)IM 技術(shù)在工程行業(yè)的不斷成熟和完善，其應(yīng)用價(jià)值逐漸得到各行業(yè)的普遍認(rèn)可，BIM 已成為工程建設(shè)過(guò)程中不可或缺的元素。近年來(lái)，為響應(yīng)國(guó)家信息化發(fā)展戰(zhàn)略、落實(shí)中國(guó)民航“四型機(jī)場(chǎng)”建設(shè)行動(dòng)綱要、實(shí)現(xiàn)“智慧機(jī)場(chǎng)”目標(biāo)，民航局出臺(tái)了相關(guān)政策及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，積極推動(dòng)BIM 技術(shù)在機(jī)場(chǎng)工程中的推廣應(yīng)用[1]。

民用機(jī)場(chǎng)是大型綜合性工程，項(xiàng)目建設(shè)存在參與主體多、涉及專業(yè)多、涵蓋系統(tǒng)多、建設(shè)周期長(zhǎng)、不確定因素多等特點(diǎn)，同時(shí)也是BIM 技術(shù)在機(jī)場(chǎng)工程項(xiàng)目建設(shè)中所要面臨和解決的問(wèn)題[2]?；谏鲜鎏攸c(diǎn)，現(xiàn)階段市場(chǎng)上暫時(shí)沒(méi)有一款軟件能滿足機(jī)場(chǎng)工程全專業(yè)模型的創(chuàng)建要求，在建模和深化的過(guò)程中通常采用幾款軟件進(jìn)行配合，最后匯總整合到一個(gè)平臺(tái)上[3]。目前，機(jī)場(chǎng)航站區(qū)模型的創(chuàng)建通常主要采用Revit 軟件[4]，鋼結(jié)構(gòu)采用Tekla 創(chuàng)建模型，幕墻金屬屋面采用Rhino 創(chuàng)建模型。機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)目前則通常采用Civil3D或是Bentley進(jìn)行模型創(chuàng)建[5]，這些軟件針對(duì)不同業(yè)務(wù)和專業(yè)，在相應(yīng)專業(yè)模型的創(chuàng)建上能夠提供更好的解決方案。因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，模型創(chuàng)建人員往往會(huì)依據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)和應(yīng)用目標(biāo)選擇相應(yīng)的建模軟件進(jìn)行配合。由于BIM技術(shù)在民航業(yè)的應(yīng)用仍處于起步階段，市場(chǎng)上的主流建模平臺(tái)也未針對(duì)機(jī)場(chǎng)工程進(jìn)行專門的開(kāi)發(fā)及優(yōu)化，因此在模型的創(chuàng)建和應(yīng)用過(guò)程中，仍有許多問(wèn)題需要去探討和解決。本文依托國(guó)內(nèi)某民用機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程，對(duì)采用Bentley 平臺(tái)進(jìn)行飛行區(qū)模型的創(chuàng)建及應(yīng)用進(jìn)行探討，為后續(xù)大型民用機(jī)場(chǎng)建設(shè)數(shù)字化項(xiàng)目提供思路和參考。

2 模型創(chuàng)建研究

2.1 飛行區(qū)工程簡(jiǎn)述

飛行區(qū)是供飛機(jī)起飛、著陸、滑行和停放使用的場(chǎng)地，一般包括跑道、滑行道、機(jī)坪、升降帶、跑道端安全區(qū)以及儀表著陸系統(tǒng)、進(jìn)近燈光系統(tǒng)等所在的區(qū)域，通常由隔離設(shè)施和建筑物所圍合[6]。機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)工程主要包含場(chǎng)道工程（含場(chǎng)道、基礎(chǔ)、道面、排水、橋梁及附屬設(shè)施）、助航燈光工程、站坪照明及機(jī)務(wù)用電工程及其他配套系統(tǒng)設(shè)施工程（給水、消防、通信、安防等）。其中，場(chǎng)道工程在飛行區(qū)工程中體量占比最大，在選擇建模軟件時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮該軟件能否為場(chǎng)道工程建模提供較好的解決方案。

2.2 建模解決方案

Bentley 平臺(tái)系列設(shè)計(jì)軟件擁有二百多項(xiàng)面向基礎(chǔ)設(shè)施專業(yè)人員的軟件，主要在土木（Civil）、工廠（Plant）、建筑（Building）、地理（Geospatial）四個(gè)縱向市場(chǎng)為用戶提供服務(wù)，應(yīng)用專業(yè)豐富，能夠滿足公路、橋梁、隧道、電力、水利設(shè)計(jì)等多專業(yè)的需求。該平臺(tái)軟件均在Microstation的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)，文件采用統(tǒng)一的DGN格式，因此任何一款軟件的文件都可以被該平臺(tái)的其他軟件打開(kāi)。

Bentley 平臺(tái)的OpenRoads Designer（下文簡(jiǎn)稱ORD），是一款應(yīng)用于交通運(yùn)輸和土木工程設(shè)計(jì)的軟件，支持勘察、地形、場(chǎng)地、路線、路基、管線、隧道等三維設(shè)計(jì)建模，相比于其他建模軟件，該軟件能夠?yàn)闄C(jī)場(chǎng)飛行區(qū)工程模型創(chuàng)建提供較好的支撐。

如表1 所示，本文采用ORD 軟件對(duì)機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)工程進(jìn)行建模，研究確定了該軟件能夠?qū)Ρ碇酗w行區(qū)各項(xiàng)工程的建模提供較好的解決方案，并在下文中對(duì)模型創(chuàng)建的解決方案做簡(jiǎn)單的闡述。

表1 機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)工程建模解決方案

2.3 模型創(chuàng)建

模型的創(chuàng)建是BIM技術(shù)在項(xiàng)目全過(guò)程開(kāi)展應(yīng)用的基礎(chǔ)。為了達(dá)到模型的完整性和準(zhǔn)確性，便于信息在不同階段的傳遞，需要制定項(xiàng)目BIM 的建模和交付標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)模型的創(chuàng)建有明確的組織和規(guī)劃，在建模前確定模型的拆分原則和方式、模型文件命名、項(xiàng)目工作文件（環(huán)境文件、模板庫(kù)、構(gòu)件庫(kù)等）準(zhǔn)備等，并統(tǒng)一建模方法、建模要求、操作流程、技術(shù)措施等。BIM建模標(biāo)準(zhǔn)需根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況和需求進(jìn)行編寫，本文在此不做贅述，主要對(duì)應(yīng)用ORD 軟件創(chuàng)建飛行區(qū)模型的主要解決方案進(jìn)行闡述。

2.3.1 三維地形模型創(chuàng)建

ORD 中的地形創(chuàng)建功能可以根據(jù)等高線、高程點(diǎn)快速生成地勢(shì)面。通過(guò)工程項(xiàng)目的測(cè)繪數(shù)據(jù)和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)項(xiàng)目范圍內(nèi)的高程數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)全和修正，創(chuàng)建生成項(xiàng)目范圍的自然地形曲面和設(shè)計(jì)地形曲面。如圖1 所示，其中設(shè)計(jì)曲面模型是其他模型創(chuàng)建的基礎(chǔ)，飛行區(qū)其他專業(yè)的模型都需依據(jù)地勢(shì)面模型進(jìn)行創(chuàng)建。

圖1 飛行區(qū)地勢(shì)設(shè)計(jì)曲面

2.3.2 項(xiàng)目模板庫(kù)創(chuàng)建

對(duì)于機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的場(chǎng)道工程、道橋工程及排水工程等以面狀結(jié)構(gòu)和線性結(jié)構(gòu)為主的工程，通過(guò)ORD 的surface template（面模板）和linear template（線模板）功能，能夠準(zhǔn)確快速實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)建。建模過(guò)程中，工程中的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)均通過(guò)面模板和線模板中進(jìn)行定義，實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的效果，當(dāng)面臨方案修改時(shí)，能通過(guò)調(diào)整參數(shù)，快速完成模型修改，避免重復(fù)建模。

面模板功能建模。以飛行區(qū)道面工程為例，不同的道面功能分區(qū)具有不同的道面結(jié)構(gòu)?；趧?chuàng)建的設(shè)計(jì)地形曲面，切分不同的道面區(qū)域。如圖2，ORD 的面模板功能可以定義道面結(jié)構(gòu)沿深度方向不同厚度的各結(jié)構(gòu)層，通過(guò)創(chuàng)建各類道面結(jié)構(gòu)的面模板，再在不同的道面結(jié)構(gòu)區(qū)域放置相應(yīng)的面模板，即可快速完成道面結(jié)構(gòu)模型的創(chuàng)建。

圖2 道面結(jié)構(gòu)建模

線模板功能建模。線模板功能主要是對(duì)線性結(jié)構(gòu)的橫斷面進(jìn)行設(shè)計(jì)。以飛行區(qū)排水工程為例，基于設(shè)計(jì)地形曲面，先根據(jù)設(shè)計(jì)文件參數(shù)定義排水溝的平縱曲線。再通過(guò)線模板功能定義排水工程橫斷面，如圖3 所示，在不同區(qū)段放置相應(yīng)的線模板，完成排水工程模型的創(chuàng)建。

圖3 排水工程建模

2.3.3 項(xiàng)目構(gòu)件庫(kù)創(chuàng)建

對(duì)于機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)中的一些構(gòu)件，主要以站坪照明及機(jī)務(wù)用電工程、助航燈光工程等工程中的機(jī)電、設(shè)備構(gòu)件為主，例如燈具、滑行引導(dǎo)標(biāo)記牌、高桿燈、圍界、地錨等，需要?jiǎng)?chuàng)建整理Cell（單元）文件，創(chuàng)建項(xiàng)目構(gòu)件庫(kù)。對(duì)于這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)較為統(tǒng)一的構(gòu)件，通過(guò)預(yù)先創(chuàng)建好的項(xiàng)目構(gòu)件庫(kù)，能夠在建模過(guò)程中快速、批量進(jìn)行放置，有助于提升建模效率，并可以應(yīng)用于后續(xù)的其他項(xiàng)目（見(jiàn)圖4）。

圖4 飛行區(qū)各專業(yè)構(gòu)件

2.3.4 地下管網(wǎng)模型創(chuàng)建

ORD 中專門為地下管網(wǎng)建模提供了解決方案，其自身的資料庫(kù)里就提供了各專業(yè)的管線和節(jié)點(diǎn)可供選擇，包含了雨水、污水、給水、消防、通信、電力、通用形式等。在布置飛行區(qū)管網(wǎng)時(shí)，管線與節(jié)點(diǎn)必須為同一類型才可連接[7]。由于軟件自身提供的資料庫(kù)有限，其提供了開(kāi)放性的接口，用戶可以根據(jù)需求設(shè)計(jì)增加不同類型的節(jié)點(diǎn)和管線。同時(shí)，根據(jù)設(shè)計(jì)文件提供的參數(shù)，在繪制管線線形后，可以選擇依據(jù)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)標(biāo)高、管道內(nèi)底標(biāo)高、坡度等參數(shù)生成管線模型，也可以參考設(shè)計(jì)地形模型，根據(jù)管線的埋深進(jìn)行快速建模（見(jiàn)圖5）。

圖5 飛行區(qū)給水及消防管線模型

3 模型應(yīng)用研究

3.1 項(xiàng)目概況

國(guó)內(nèi)某民用機(jī)場(chǎng)建設(shè)工程為擴(kuò)建工程，本期擴(kuò)建工程建設(shè)3600m 跑道，25.5 萬(wàn)m2航站樓以及其他配套設(shè)施。本次建模工作范圍為新建飛行區(qū)，旨在通過(guò)BIM模型的創(chuàng)建和應(yīng)用，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，指導(dǎo)參建方開(kāi)展多樣化BIM應(yīng)用，提高建設(shè)效率，為智慧機(jī)場(chǎng)建設(shè)提供支撐?；趧?chuàng)建的機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)模型，可以開(kāi)展以下主要應(yīng)用（見(jiàn)圖6）。

圖6 某機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)模型

3.2 土方計(jì)算

針對(duì)工程實(shí)施過(guò)程中的土石方的開(kāi)挖與回填，利用創(chuàng)建的原始地勢(shì)面與設(shè)計(jì)地勢(shì)面進(jìn)行土石填挖方量的計(jì)算。從而更直觀有效地開(kāi)展土石方的挖運(yùn)分析與計(jì)算，施工過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況動(dòng)態(tài)優(yōu)化土方平衡方案及后期施工銜接（見(jiàn)圖7）。

圖7 飛行區(qū)土石方填挖分析

3.3 工程算量

通過(guò)工程量清單的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)，可快速統(tǒng)計(jì)出準(zhǔn)確的工程量，輸出工程量清單，當(dāng)修改模型后工程量清單將自動(dòng)更新，實(shí)時(shí)計(jì)算工程實(shí)物量，有效提升工程造價(jià)的準(zhǔn)確性與效率（見(jiàn)圖8）。

圖8 飛行區(qū)道面工程算量

3.4 碰撞檢查

機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的碰撞沖突主要集中在地下管網(wǎng)工程中，利用BIM 模型三維可視化的特點(diǎn)，通過(guò)ORD軟件的碰撞檢測(cè)功能，可以發(fā)現(xiàn)一些在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作較難發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和碰撞沖突，及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)文件進(jìn)行調(diào)整，從而有效避免因設(shè)計(jì)變更導(dǎo)致的工程成本增加及工程周期延長(zhǎng)風(fēng)險(xiǎn)（見(jiàn)圖9）。

圖9 飛行區(qū)地下管網(wǎng)碰撞檢測(cè)

4 結(jié)語(yǔ)

本文以國(guó)內(nèi)某民航機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)BIM模型的創(chuàng)建和應(yīng)用為例，探討了基于Bentley平臺(tái)的機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)BIM模型創(chuàng)建及應(yīng)用的解決方案，認(rèn)為Bentley平臺(tái)能夠?qū)C(jī)場(chǎng)飛行區(qū)的BIM 技術(shù)應(yīng)用提供較好的支撐，總結(jié)了采用ORD軟件創(chuàng)建機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)模型的建模方法，為BIM 技術(shù)在機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)建設(shè)工程的應(yīng)用和推廣提供借鑒與參考。