BIM技術(shù)在某國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程中的應(yīng)用研究

張 挺 蘇 楠

1. 西部機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710075 2. 中國(guó)建筑西北設(shè)計(jì)研究院 陜西 西安 710000

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)越來(lái)越多地應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域，該技術(shù)具有可視性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等特點(diǎn)，能夠以三維可視化的形式表現(xiàn)出建筑物的形狀并模擬工程建設(shè)的技術(shù)方案，可以為工程提供信息化支撐平臺(tái)，從而優(yōu)化建筑施工管理，減少因設(shè)計(jì)或施工錯(cuò)誤所造成的返工，節(jié)約工期和施工成本，為建筑工程的各個(gè)參與方帶來(lái)良好的效益[1]。

西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程（以下簡(jiǎn)稱(chēng)：西安機(jī)場(chǎng)三期工程），建設(shè)規(guī)模宏大，施工技術(shù)復(fù)雜，須協(xié)調(diào)問(wèn)題繁雜。本文以西安機(jī)場(chǎng)三期工程飛行區(qū)工程為背景，介紹了BIM技術(shù)在該工程建設(shè)過(guò)程中的具體應(yīng)用，主要包括：管線碰撞、高差分析、BIM+GIS應(yīng)用、3D工藝動(dòng)畫(huà)等方面。BIM技術(shù)在該項(xiàng)目上的應(yīng)用極大地提高了施工效率，節(jié)約了工程工期，保障了施工安全和質(zhì)量，為工程的各個(gè)參與方帶來(lái)良好的效益。

1 BIM簡(jiǎn)介

BIM是源自于“Building Information Modeling”的縮寫(xiě)，中文譯為“建筑信息模型”。該技術(shù)通過(guò)數(shù)字化手段，在計(jì)算機(jī)中建立出一個(gè)虛擬建筑，該虛擬建筑會(huì)提供一個(gè)單一、完整、包含邏輯關(guān)系的建筑信息庫(kù)。并通過(guò)真實(shí)性模擬和建筑可視化來(lái)更好地溝通，以便讓項(xiàng)目各方了解工期、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)情況、成本和環(huán)境影響等項(xiàng)目基本信息。BIM技術(shù)也是一種應(yīng)用于工程設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過(guò)對(duì)建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項(xiàng)目策劃、運(yùn)行和維護(hù)的全生命周期過(guò)程中進(jìn)行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對(duì)各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對(duì)，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮著重要作用[2]。

1.1 可視化

BIM的可視化特點(diǎn)，即“所見(jiàn)即所得”的形式，對(duì)于建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)，可視化真正運(yùn)用在建筑業(yè)的作用非常大。傳統(tǒng)的二維圖紙只能以線條進(jìn)行表達(dá)，建筑構(gòu)造形式則需要施工技術(shù)人員自行想象。BIM的可視化從二維升級(jí)為三維立體實(shí)物場(chǎng)景，將建筑結(jié)構(gòu)以更加形象的形式展現(xiàn)在人們的面前，同時(shí)各方還能通過(guò)模型可視化形成有效的互動(dòng)，使各方信息得到有效溝通[3]。

1.2 協(xié)調(diào)性

BIM的協(xié)調(diào)性是指工程項(xiàng)目的參建單位基于BIM的協(xié)同平臺(tái)進(jìn)行橫向和縱向的信息交流，減少信息的失真。建筑工程涉及的參加者眾多，基于傳統(tǒng)的藍(lán)圖無(wú)法實(shí)現(xiàn)建筑信息的無(wú)縫傳遞，而基于BIM的協(xié)同平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)橫向和縱向的協(xié)同管理[4]。

1.3 優(yōu)化性

在設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，地下復(fù)雜的管綜、異形建筑結(jié)構(gòu)等區(qū)域通常是施工難度較大和問(wèn)題較多的地方，利用BIM對(duì)存在的問(wèn)題預(yù)先進(jìn)行分析，得出相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)文件，提前對(duì)設(shè)計(jì)、施工方案進(jìn)行優(yōu)化處理，以達(dá)到縮短項(xiàng)目工期、減少項(xiàng)目成本投入的目的[5]。

2 綜碰撞檢查應(yīng)用

西安機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程包括機(jī)場(chǎng)、空管、航油等工程，涉及不同的建設(shè)單位、設(shè)計(jì)院及施工單位，涉及給排水、電氣、消防、燃?xì)狻⑷蹼姷缺姸鄬?zhuān)業(yè)，造成飛行區(qū)附屬用房室外施工管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，彼此之間存在較多的碰撞問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)協(xié)調(diào)難度很大。因此必須對(duì)各專(zhuān)業(yè)之間的BIM模型進(jìn)行整合審查，在施工之前解決掉各類(lèi)碰撞問(wèn)題，使現(xiàn)場(chǎng)施工能夠順利進(jìn)行，減少變更及協(xié)調(diào)工作量，飛行區(qū)附屬用房管綜碰撞檢查流程如圖1所示。

圖1 管綜碰撞檢查流程圖

2.1 模型搭建

根據(jù)最新的設(shè)計(jì)圖紙，對(duì)各專(zhuān)業(yè)管線進(jìn)行三維模型搭建，統(tǒng)一標(biāo)高及基點(diǎn)的位置，使得整體模型達(dá)到位置關(guān)系統(tǒng)一?？紤]到本工程中消防、給水等管線和管井圖紙只標(biāo)明了埋深無(wú)絕對(duì)標(biāo)高，因此首先創(chuàng)建管綜區(qū)域設(shè)計(jì)地形模型，通過(guò)地形模型對(duì)消防、給水等專(zhuān)業(yè)的管線和管井的標(biāo)高進(jìn)行調(diào)整，確定其豎向位置關(guān)系；各專(zhuān)業(yè)的管線及管井模型的尺寸及管徑大小的數(shù)據(jù)需按照大樣圖進(jìn)行1：1的比例創(chuàng)建，使得管綜碰撞檢查更加地嚴(yán)謹(jǐn)，管綜之間的平面與豎向位置調(diào)整更加合理、準(zhǔn)確。

2.2 模型碰撞檢查

各專(zhuān)業(yè)模型搭建完成后進(jìn)行模型整合，進(jìn)而進(jìn)行碰撞檢查，飛行區(qū)附屬用房室外各專(zhuān)業(yè)整合模型如圖2所示。管綜碰撞審查過(guò)程中主要分為兩類(lèi)碰撞問(wèn)題，一是硬碰撞，主要為井與井之間的碰撞、重力流管線與井、排水溝之間的碰撞，此類(lèi)碰撞問(wèn)題只能通過(guò)平面位置調(diào)整進(jìn)行解決；二是軟碰撞，主要為管線與管線、管線與井之間的碰撞，此類(lèi)碰撞問(wèn)題一般通過(guò)增加管線埋深或者對(duì)管線進(jìn)行翻彎處理進(jìn)行解決。模型碰撞檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的所有管綜碰撞問(wèn)題須形成圖文文檔資料，反饋至各建設(shè)單位及設(shè)計(jì)、施工單位。

圖2 飛行區(qū)附屬用房室外各專(zhuān)業(yè)整合模型

2.3 模型及圖紙優(yōu)化

建設(shè)單位組織各施工和設(shè)計(jì)單位對(duì)初版報(bào)告中的各項(xiàng)問(wèn)題逐一討論并分析，確定相應(yīng)的解決方案，并對(duì)報(bào)告中的問(wèn)題進(jìn)行責(zé)任劃分；對(duì)應(yīng)相關(guān)問(wèn)題的各設(shè)計(jì)單位對(duì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化完成后，BIM單位根據(jù)優(yōu)化后的圖紙對(duì)模型進(jìn)行更新整合，對(duì)初版報(bào)告中的問(wèn)題進(jìn)行復(fù)核確認(rèn)，形成新版的管綜碰撞檢查報(bào)告。模型審查過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)新的碰撞問(wèn)題，因此，此項(xiàng)工作流程會(huì)多次重復(fù)進(jìn)行，最終使得管綜碰撞問(wèn)題得到整體解決。以飛行區(qū)附屬用房項(xiàng)目2號(hào)小區(qū)為例，經(jīng)過(guò)4輪BIM碰撞檢查分析和設(shè)計(jì)單位對(duì)圖紙進(jìn)行優(yōu)化，最終基本解決了室外管線碰撞問(wèn)題，使得現(xiàn)場(chǎng)施工協(xié)調(diào)量大大降低，現(xiàn)場(chǎng)施工較為順利。

傳統(tǒng)的施工只能依賴于二維圖紙上面的內(nèi)容，無(wú)法完整的表達(dá)出管綜整體的平面和豎向信息，對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)造成一定的難度，不僅會(huì)影響工期，還會(huì)增加相應(yīng)的協(xié)調(diào)和變更成本。BIM的三維立體模型則有效地避免了此類(lèi)問(wèn)題的產(chǎn)生，運(yùn)用三維立體模型，通過(guò)具有互動(dòng)性和反饋性的BIM三維可視化分析，能提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的各項(xiàng)碰撞點(diǎn)，及時(shí)給出相應(yīng)解決方案及建議，減少后期施工的返工率，縮短項(xiàng)目工期并節(jié)約相應(yīng)成本。

表1 飛行區(qū)2號(hào)小區(qū)室外管綜碰撞統(tǒng)計(jì)表

3 道路交界面高差分析應(yīng)用

西安機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程進(jìn)出場(chǎng)道路與周邊現(xiàn)狀道路及市政規(guī)劃道路屬于不同設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)、權(quán)屬單位各不相同，道路交界區(qū)域可能存在高差，后期存在影響正常通行的隱患。

為解決上述問(wèn)題，首先根據(jù)機(jī)場(chǎng)總平面圖排查確定道路交界區(qū)域，收集相關(guān)市政規(guī)劃道路圖紙；利用專(zhuān)業(yè)軟件，對(duì)市政規(guī)劃道路及現(xiàn)狀道路地形數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，完成市政規(guī)劃道路模型搭建；將市政規(guī)劃道路與機(jī)場(chǎng)道路模型進(jìn)行合并，逐個(gè)區(qū)域進(jìn)行核查分析，利用BIM三維模型可視化特點(diǎn)，復(fù)核機(jī)場(chǎng)出入道路與市政規(guī)劃道路交界面高程，提取相關(guān)數(shù)據(jù)及圖形后形成分析報(bào)告，反饋至設(shè)計(jì)院及時(shí)進(jìn)行調(diào)整有效地，解決了機(jī)場(chǎng)出入道路和市政道路交接處標(biāo)高誤差問(wèn)題。

4 BIM +GIS技術(shù)應(yīng)用

西安機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程在建設(shè)的過(guò)程中須保證西安機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此在施工過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制各類(lèi)機(jī)械及塔吊的高度不超過(guò)凈空限制的要求，同時(shí)保證施工過(guò)程中不損傷既有地下管網(wǎng)，是保障機(jī)場(chǎng)正常運(yùn)行及航空器飛行安全的最基本要求。西安機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程飛行區(qū)工程施工區(qū)域面積近萬(wàn)畝，如何實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)快速定位，快速判斷所處區(qū)域的凈空限制要求以及該區(qū)域地下管線的分布情況具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

為解決以上問(wèn)題，將已有的各類(lèi)BIM模型數(shù)據(jù)（凈空模型、綜合管網(wǎng)模型等）和各種CAD線面對(duì)象數(shù)據(jù)處理并匹配地理坐標(biāo)后導(dǎo)入GIS客戶端，并把數(shù)據(jù)發(fā)布至用戶移動(dòng)端供各類(lèi)用戶開(kāi)展業(yè)務(wù)，進(jìn)行快速定位，獲得所處位置的凈空限制高度及地下管網(wǎng)情況，以此來(lái)幫助現(xiàn)場(chǎng)管理人員日常開(kāi)展，從而節(jié)省了現(xiàn)場(chǎng)放線定位及查閱資料的時(shí)間，大大提高了工作效率，其應(yīng)用過(guò)程如圖3所示。

圖3 BIM +GIS技術(shù)應(yīng)用示意圖

5 3D工藝動(dòng)畫(huà)技術(shù)交底應(yīng)用

飛行區(qū)場(chǎng)道工程所使用的混凝土為干硬性混凝土，與普通混凝土的施工工藝存在較大差別，因此利用BIM制作3D施工工藝動(dòng)畫(huà)進(jìn)行技術(shù)交底，直觀地展示飛行區(qū)場(chǎng)道工程的施工工藝，能夠更好地把控施工細(xì)節(jié)，提高現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。

飛行區(qū)道面結(jié)構(gòu)層施工主要分為基層和面層施工，基層施工工序：下承層準(zhǔn)備（下承層高程、平整度、寬度等驗(yàn)收合格）→測(cè)量放樣（放出基層邊線和攤鋪引導(dǎo)線；按間距打下基準(zhǔn)桿；架設(shè)基準(zhǔn)鋼絲，調(diào)整好虛鋪厚度及平面位置）→拌合及運(yùn)輸作業(yè)→攤鋪?zhàn)鳂I(yè)→碾壓作業(yè)→接縫處理。水泥混凝土面層施工工藝：測(cè)量放樣及模板安設(shè)→攤鋪振搗→整平拉毛→第一倉(cāng)施工完成進(jìn)行下一獨(dú)立倉(cāng)施工→兩側(cè)混凝土達(dá)到規(guī)定時(shí)間后進(jìn)行填倉(cāng)施工→獨(dú)立倉(cāng)、填倉(cāng)作業(yè)完成后進(jìn)行擴(kuò)縫灌縫施工。飛行區(qū)場(chǎng)道工程道面3D工藝動(dòng)畫(huà)如圖4所示。

圖4 飛行區(qū)場(chǎng)道工程3D工藝動(dòng)畫(huà)圖

3D動(dòng)畫(huà)工藝可有效避免在施工過(guò)程出現(xiàn)的錯(cuò)誤，提前修改及調(diào)整，保證工程施工質(zhì)量，促進(jìn)了施工技術(shù)和管理水平的提高，直觀形象逼真地展示建筑施工部署、施工方案、施工進(jìn)度、資源管理，運(yùn)輸、安裝和拆除等內(nèi)容，提前展示施工后的面貌成果，幫助生產(chǎn)者動(dòng)態(tài)直觀地了解建筑施工工藝、施工流程。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于大型復(fù)雜的工程項(xiàng)目，利用BIM技術(shù)進(jìn)行三維模擬有著明顯的優(yōu)勢(shì)及現(xiàn)實(shí)意義。BIM模型是對(duì)整個(gè)建筑設(shè)計(jì)的一次“預(yù)演”，建模的過(guò)程同時(shí)也是一次全面的“三維校審”過(guò)程，在此過(guò)程中可發(fā)現(xiàn)大量隱藏在設(shè)計(jì)中的問(wèn)題，這些問(wèn)題往往不涉及規(guī)范，但跟專(zhuān)業(yè)配合緊密相關(guān)，或者屬于空間高度上的沖突，在傳統(tǒng)的單專(zhuān)業(yè)校審過(guò)程中很難被發(fā)現(xiàn)，同時(shí)利用GIS+BIM的技術(shù)融合能夠大大提高發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題的效率。BIM技術(shù)在西安咸陽(yáng)國(guó)際機(jī)場(chǎng)三期擴(kuò)建工程飛行區(qū)工程中的應(yīng)用，取得良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。