青島新機場項目深度數字化項目管理

(1.山東慧建天寶建筑工程科技有限公司，青島 266071； 2.青島國際機場集團有限公司，青島 266108；3.中建八局第四建設有限公司,青島 266061)

1 工程概況

1.1 項目簡介

青島新機場項目“海星”造型優美而獨特，突出了青島的海洋優勢。新機場運行等級為 4F，主跑道長 3 600 m，次跑道長 3 200 m。機場位于膠州市中心東北11km，大沽河以西、東外環以東、膠濟鐵路和膠濟客運專線之間，距青島市中心約39km。效果圖如圖1所示。

圖1 項目整體規劃效果圖

青島新機場處在青島市“三帶一軸、三灣三城、組團式”灣區都市建設空間布局的核心區域，支撐京滬兩大國際樞紐，服務山東半島藍色經濟帶，助力青島東、西、北岸協同發展。

作為世界首個集中式單體五指廊航站樓，青島新機場是國內首家“立體化、零換乘、全通型”綜合交通機場，高地鐵穿越航站樓并設站，并已列入全國五大綜合客運樞紐建設示范工程之一。項目綜合管廊建設總長度約19km，入選住建部國家級試點項目。

1.2 工程難點與關注點

1.2.1 工程兼具“公”“大”“難”特點[1]

(1)“公”：政府公建項目

青島新機場工程項目作為典型的政府工程和區域地標項目，承載著多項智能系統和最新科技的應用與推廣，擔負著將建筑信息納入城市基礎信息的典型試點和引導作用，將為打造數字化城市、 建設智慧青島奠定基礎。

(2)“大”：項目規模巨大

項目屬于大型工程項目。項目將建設2條獨立運行的平行遠距跑道，建設航站樓面積為45萬m2；遠期規劃建設 2條近距跑道，再建航站樓面積為60 萬m2。

(3)“難”

1)項目建設難度大

青島新機場項目兼具高大特難尖的建筑工程項目特點與廣域復雜綜合的園區建設特點。

2)建設目標要求等級高

· 質量管理目標：“魯班獎”、“詹天佑獎”、綠色建筑三星評價標準；

· 安全管理目標：AAA級安全文明標準化工程；

· 綠色施工目標：全國建筑業綠色施工示范工程；

· 進度管理目標：2019年投入使用 。

1.2.2 參與方眾多，協調管理冗雜

青島新機場項目總參與方眾多。其中，僅航站區范圍內設計單位、監理單位、施工總包單位、甲指專業分包單位等累計近百家。各參與單位技術實力、業務范圍類型均存在諸多差異，且參建任務與界面多有交叉。以綜合交通換乘中心為例，僅高地鐵穿插區域施工期間穿插總包單位達十余家[2-5]。

2 數字化項目管理體系概述

2.1 實施概述

為協助指揮部項目建設的管控與優化，保證BIM技術的整體把控與有效落地，建設單位(青島國際機場集團有限公司)以指揮部作為主控，指定獨立于參建單位的專業BIM咨詢方(山東慧建天寶建筑工程科技有限公司)為主導，進行數字化項目管理體系組建，著眼于頂層調控與系統管理[6]。

該體系以BIM技術的仿真模擬[7-8]和可視化特點[9-10]為基礎進行搭建。體系通過利用數字化施工管理協同平臺與BIM技術輔助智能設備(三維激光掃描儀、放樣機器人、無人機、VR、MR設備等)等工具，解決工程建設過程中的重難點問題，將傳統的工程建設進行數字化、標準化管理，將線下的工程管理工作轉移到線上，將現場的實際情況反映到屏幕上，將參與單位協同到同一平臺。

2.2 BIM作業方式

BIM咨詢方基于國家標準、企業項目管理經驗、“BIM+”綜合技術能力及新機場項目建設需求，先后編制《青島新機場BIM技術應用實施管理辦法》、《青島新機場BIM技術應用實施管理辦法》等在內的15項標準制度，進行培訓交底累計超過3 000人次。基于參建單位性質、參建規模及參建角色，對27個標段內設計、監理、勘測、咨詢、施工、設備供應商等近百家單位，進行統一標準、技術引導、分檔考核，使各家的BIM技術應用得以有序實施。

2.3 架構一覽

體系整體實施架構圖參見圖2。

圖2 BIM數字化項目管理體系架構圖

3 體系應用核心點例舉分析

3.1 解決規劃設計階段的傳統過渡方式

以解決傳統的沖突協調與BIM新模式下產生的交接傳遞問題為主。從可視化角度，項目要求設計單位將民航眾多專業存在的沖突問題進行完整提報、過審。較常規項目的設計BIM沖突協調[11]，機場項目量多、專業復雜，安排類別、子項和具體問題，進行條理化逐項消除比對的模式。

同時，在BIM咨詢管理方的協調與審核下，消除設計BIM圖審及交接施工單位所帶來的BIM“真空”區域，推進BIM的細節審核與成果交接流程。

3.1.1 解決沖突與管綜的BIM形式圖審

設計圖紙階段，設計團隊從三維模型優化出發，解決了凈高不足、空間不足、綜合專業沖突、結構留洞、圖紙錯漏及平立(剖)詳圖不匹配 在內7大類(合計30余小類)的設計沖突問題430多項。

施工圖紙階段，僅航站樓指廊部位，解決主體結構有效沖突156處 ，航站樓大廳部位解決主體結構有效沖突不少于500處。尤其航站樓、換乘中心與高地鐵站房交叉施工部位，預判識別關鍵沖突100余項。

3.1.2 BIM深化設計出圖標準化

在圖紙深化(尤其施工深化)階段，BIM咨詢方關注傳統圖紙深化過程繁瑣或專業牽連性強等位置，制定明確的流程標準，以提升深化成果的“可用率”。

BIM咨詢方通過協調指揮部與施工總包方，確定統一了“模型創建→沖突分析→專業深化(見圖3)→逐級審核→三維交底→打印出圖(見圖4)→圖紙確認”的流程化實施，實現BIM成果由數字科技模型到現場工人手持圖紙的“科普”。

圖3 BIM機電專業深化

圖4 打印出圖

經由以上流程，施工班組對重點部位BIM深化成果的接收程度達到100%。基于深化圖紙，主要班組施工效率提升30%～50%，且幾乎零碰撞(見圖5)，機電、鋼結構等專業返工率均降低80%以上。

圖5 深化后的施工

3.1.3 從運營角度逆向分析和指導前期建設

旅客行李處理系統(以下簡稱“行李系統”)為民航機場尤其重要和復雜的系統之一，需13家單位穿插施工，其各專業相互影響。為解決其他系統干涉影響，項目組織包含建筑設計單位、行李系統設計安裝運行一體化單位、施工單位等，基于模型可視化完成前期預判。通過利用BIM手段進行可視交流與模擬分析，項目在設計前期，便已解決行李系統內部各個部件(見圖6)及行李系統與其他系統專業之間(見圖7)的碰撞沖突，并對多類內部空間和部件布置予以優化。

3.2 強調針對性與可行性的施工實施階段

現階段，BIM的工期、質量、安全等專項應用在建設行業內均具有了較為成型的實施方向，包括工期進度管理、質量資料歸檔(關聯模型)管理、安全防范仿真分析及虛擬可視化管理等。

青島新機場項目在管理階段，針對項目的實際管理需求與特點，將BIM技術中涉及的模型、設備、工具及“BIM+”等進行了綜合整合與梳理，并從中按需制定和選用對現場管理較為有指導意義的幾種方案執行，包括如下：

3.2.1 重大難特區域的方案深化研討

在施工前及施工中，通過多款BIM軟件與平臺，將過程中具有技術攻關性的方案難題進行優先模擬(見圖8與圖9)，可完成跨空間、時間的方案研討，將項目參建單位(尤其特、一級資質企業)的企業技術經驗進行集成。

圖6 行李系統模型內部深化

圖7 行李系統與其他專業沖突識別

圖8 基于BIM可視化的現場交底

圖9 模型校核現場施工狀況

3.2.2 實現常規BIM成果的標準性與可復制性

結構工程、腳手架工程、基坑方案、安全防護交底等常規方案及交底方面，項目強制重點標段、鼓勵一般標段進行標準化仿真模擬演示模型及動畫視頻的制作(見圖10)。該部分內容在不同區域、標段、樓層具有可推廣價值和樣板性質，具備制作周期短、內容簡潔、實施過程可復制等特點，且在本項目結束后仍可用于其他企業或企業其他項目。

圖10 BIM可視化交底二維碼(批量標準化)

3.2.3 縮短BIM成果與工程實體的距離

通過交底卡(見圖11)、二維碼等形式，將設計-施工后的成果“轉化”，由“多經驗技術人員-技術管理人員-施工管理人員-施工班組-施工工人-工程實體”的模式進入現場及一線[12]。

圖11 BIM可視化交底卡

3.3 核心管控與創新技術積極引入的建設管理階段

針對項目建設質量管理中存在的檢查粗漏問題及檢查結果少、假、丟問題，建設方進行指令委派，BIM咨詢方從BIM專業技術角度，基于此前的項目實施經驗，創新性地引入BIM智能設備進行專項技術協助。BIM咨詢方將各方提報合格的模型及處理后的數據文件進行整合，借助設備協助建設方施工管理部門、質量管理部門及監理單位(包括面對甲方指定分包的施工總包單位)等進行質量管理工作。

3.3.1 模型轉入設備的數字化測設

BIM咨詢方(山東慧建天寶)利用放樣機器人引導“mm”級放樣、單人級復核，在樁基、土方大開挖、網架等超大量定位階段，較傳統測設方式(經緯儀等)精度提高且效率提升7～8倍；在機電管線、高架橋面、鋼構件等高空曲面定位復核階段，通過免棱鏡等智能測設方式，解決該類型施工粗測估量的傳統弊端(實施方式對比參見圖12 )。

圖12 BIM放樣機器人與傳統測設比對

3.3.2 實體轉入線上的數據模型管理

項目利用三維掃描儀進行實體數據采集并轉入線上。該方式得到的實體點云模型數據精準，且與實體一致。在解決樁孔底部、批量網架等看不了、看不到、看不對的質量項方面(見圖13)，成效顯著。

3.3.3 實體數據模型信息的存儲意義

通過三維掃描得到的實體模型在記錄節點形象進度方面，可用以提供工期審核依據(見圖14)；后期實時可查可測，為質量管理方面存在的數據人為篡改、抽查疏漏、歸檔造假等問題提供解決思路。

圖13 三維激光掃描儀作業及成果

圖14 形象進度記錄的傳統與掃描方式比對

3.4 BIM數字化項目管理模式下的“四統一概念”竣工驗收

“四統一概念”是在前期既有模型、成果應用及實體掃描的基礎上，與常規竣工驗收流程結合的一種輔助驗收方式。項目基于BIM的數字化項目管理模式，制定“多比合一”樣板概念：圖紙、模型、施工、實體四者統一(見圖15)，完成建設階段在BIM指導與輔助作用下的驗收過程。

圖15 “四統一概念”實施過程

3.5 智慧機場理念下的運維階段

為滿足智慧機場的整體運維需求，前期統一標準化管理的BIM數據，需滿足后續融入GIS，進行數據轉存檔案及整體輸出[13]。在GIS輕量化的過程中，我們要求保留相應BIM屬性字段，并同時在GIS中根據需求進行虛擬逼真效果制作，最終將工程建筑階段的模型處理至滿足用戶運維階段的三維需求。

4 數字化項目管理載體說明

為滿足將上述各項功能進行全員全流程化的集成協同應用，項目建設方及BIM咨詢方聯合完成定制化BIM(集成)協同管理平臺——慧建數字化項目管理平臺的引入[14]。作為管理體系的核心載體，新機場進行流程管理的該線上平臺，滿足以下基礎性能(功能模塊按需轉入，此處不做贅述)：

保密性：重點公建項目，滿足信息不上傳第三方(尤其國外)處理中心的要求；

超大承載量：模型文件預計超過200G(實際已完成集成約合80G文件)；

定制化：包容所有主流建模軟件，輸出標準數據，功能基于項目管理需求制定(見圖16)；

流暢性：兼具三維視圖瀏覽、構件屬性查詢、管理信息查詢、在線協同、視圖工具等功能內容，包括文檔、模型、多媒體等在內的工程資料分類別、分架構權限、分版本管理等(見圖17)。

圖16 慧建數字化項目管理平臺功能模塊

圖17 慧建數字化項目管理平臺協同性能

數據無損傳遞：在平臺搭建及使用過程中，引入“重量化”管理，避免信息輕量帶來的數據缺失，保證了后期對數據的精細化、準確性需求(見圖18)[15]。

5 項目應用效果分享

技術效益：軟件、設備、平臺的數字化集成應用，使新技術的多元搭配嘗試為項目帶來工作效率的提升與管理的科學化。 圖19所示為傳統測設方式與點云模型測量方式對比。

管理效益：45萬工程施工屬性信息、構件數量達500萬級別 、圖形達到數億面等，為智慧機場、智慧城市提供底層基礎數據。

成本效益：相比同類傳統項目工程(機場工程)，在行李系統、機電工程、弱電智能化系統等方面得到千萬級成本優化。

資產效益：基于BIM的項目管理平臺及運維平臺，對創建企業數字資產，尤其對“百年工程”數字資產歸檔具有現實參考價值。

圖18 慧建數字化項目管理平臺數據管理

圖19 BIM數字化設備測設優勢比對

6 階段經驗與總結

從整體管理與實施來講，青島新機場項目將影響投入運行時間的工期管理和影響公建工程的質量管理作為BIM新技術指導輔助的優選項，而成本管理流程冗雜且敏感，暫不列入此次BIM實施范圍。“BIM+”基礎上實施的數字化管理流程，在解決相關問題時，雖存在嘗試與磨合階段，但整體而言，技術成熟部分為項目帶來了可觀效益。技術創新部分也為項目建設管理的流程和管理優化提供了思路。

6.1 先入為主

前期頂層設計與整體架構的搭建應及早進行。新機場項目在建設初期便已設定BIM技術應用的整體目標，并在設計階段明確BIM技術使用要求，指定BIM總協調方(咨詢方)進行統籌，使得后續的BIM技術得以延續、拓展和執行。

6.2 有章可依

規章標準制定完整且專業水平均較為合格。由于進場單位水平參差，且“體系”在實施過程中在不同區域、標段、單位、工序均存在不同層次的落地差異，因此標準制度的制定前期出現調整過程。在此期間，項目“體系”出現執行不力情況，使得主要精力用以進行過程的協調和管理實施，對解決問題的技術攻克精力投入不足，影響了部分內容的實施成效。

6.3 大局效益

青島新機場指揮部從指揮部層面確立了各個參與部門、人員等的職責和配合。新機場項目的主要參建單位在“體系”實施過程中，為實現指揮部BIM規章的執行，“犧牲”了部分企業短時效益，對傳統的管理模式和作業方式都進行了努力突破。其中，尤其以中建八局、中建三局、中鐵建工、青島市政、青島城建、中國二十冶等，在新技術的推廣中給與了積極的配合和實施。事實證明，其此后均也取得了可觀的經濟效益和尤其技術和管理方面的創新突破。

6.4 技術為先

(1)適配公建項目的技術委托模式

指揮部在確定BIM技術應用后，在進行多方調研考察對比后，選用適宜項目的專業BIM咨詢第三方，并進行大力啟用。將BIM咨詢方設置于技術總協調的總工辦管轄內，便于管理的協調與新技術的落地引入。總工辦設置專門領導專項崗位對接，BIM咨詢單位提供全程專業技術支持，共同成為體系實施的核心基礎。

(2)成熟模式的推廣，沖破傳統管理的既有壁壘

在設計可視化圖審、機電管綜深化、施工可視化交底等BIM技術應用相對成熟情況下，項目在各個層面、各個標段力推嚴查，使得相關技術應用推廣普及(尤其對BIM技術弱勢的參建單位)取得了極大成效。

(3)新工具新模式的大膽引入

在機場專項課題組的推動下，三維激光掃描儀、BIM放樣機器人、虛擬現實技術設備等新型設備的引入，實現了優質點的推廣與課題點的嘗試，在解決諸如大體量網架復查記錄、隱蔽工程實體模型可視化等“疑難雜癥”方面的突破，為相關民航、大型公建項目提供了有力且合理的參照。