BIM及數字化技術在機場改擴建EPC工程中的應用

張述濤 洪班兒

(民航中南機場設計研究院(廣州)有限公司，廣州 510405)

引言

BIM及數字化技術通過采集、處理、貯存、傳輸、分析和應用等環節[1]，將傳統施工管理過渡到以“智慧化、精益化”管理為核心的基礎平臺，并提供多種現場的應用場景[2]，最大程度提升施工過程信息的利用價值和使效率最大化[3]，有效保障工程質量與安全，推進參建各方協同管理。目前，BIM及數字化技術在國防、交通、城市管理、工程建設等領域已有了較為成熟的應用[4]。工程建設領域，房屋、市政、水利、鐵路等行業起步較早，相關技術發展已較為成熟，民航行業尤其是民航專業工程則起步較晚，目前仍處在探索的階段。

近些年民航局大力倡導“四型機場”的建設，機場建設領域也隨之積極響應，在“智慧機場”方面，BIM及數字化技術的應用最為廣泛，如深圳機場、鄂州機場等建設項目均入選了近兩年民航局四型機場示范項目名單，主要應用點集中在智慧工地、BIM三維模型建造、施工質量控制等方面，相關應用也逐漸發展、成熟[5]。

機場不停航施工，在機場不關閉或者部分時段關閉并按照航班計劃接收和放行航空器的情況下，在飛行區內實施工程施工，短平快的施工組織是重中之重。不停航施工是機場改擴建工程有別于其它建設工程的特點之一，也是改擴建工程的重點和難點。BIM及數字化技術在這方面則體現出它獨特的優勢[6]。縱觀目前在各機場建設領域的應用，在機場不停航施工方面目前還鮮有應用。

隨著國家在建設領域加大力度推廣工程總承包(EPC)模式，民航局在2020年4月份發行了民航專業工程項目的工程總承包管理辦法征求意見稿，標志著民航機場建設領域在未來也將大力發展工程總承包(EPC)，尤其是以設計企業為牽頭單位的聯合體形式，將會是未來民航專業工程總承包模式的主要形式，如何發揮工程總承包(EPC)模式下設計、采購、施工的一體化優勢，如何讓傳統設計企業轉型進行施工現場管理，BIM及數字化施工技術的應用將是一個較優的選擇，目前BIM及數字化施工技術在機場工程總承包管理方面的應用也仍處于空白狀態。

本文重點介紹BIM及數字化施工技術在民航局首個工程總承包試點項目——北海機場站坪擴建工程設計施工總承包項目中的具體應用。該項目將BIM及數字化施工技術應用于工程總承包的所有管理要素，目的在于幫助設計企業牽頭工程總承包項目具體實施，以促進設計施工有效融合、保障不停航施工安全、提高工程總承包管理效率、確保工程質量和安全。實踐證明，BIM及數字化施工技術的應用也為該項目的順利完成作出了貢獻，并入選“2020年度民航局四型機場示范項目”名單，可做為類似機場工程項目提供借鑒和參考。

1 項目背景

北海機場站坪擴建工程設計施工總承包項目，建設內容為現狀站坪擴建9.6萬m2，新增14個機位，配套相應的助航燈光、供配電及飛行區消防等設施，項目投資金額約1.6億元人民幣。

項目建設規模不大，卻是全國首個在民航局備案招標的工程總承包試點項目，也是第一個由設計單位牽頭實施的民航專業工程總承包項目。同時，項目作為一個典型的機場不停航施工項目，施工效率影響因素多，施工安全要求高，因此對施工管理水平的要求較高。

為響應《中國民航四型機場建設行動綱要》的相關要求，項目引進和開發了各項適用于設計牽頭的工程總承包管理的信息化管理平臺。

2 具體實施技術思路

據有關文獻資料介紹，在大型建設工程項目中，信息交流的問題導致工程變更和工程實施的錯誤約占工程總成本的3%～5%，搭建統一的信息平臺，提供有效的信息化解決方案，有利于實現規范管理與流程再造，采用即時信息、資源共享等方法來實現管理效率的提高[7]。

項目具體的技術思路可歸納為“1+3+8+13”：

“1”代表一站式管理，項目部專門設置數字化信息管理中心，采用系統集成管理所有信息化平臺，用一塊大屏同時展示所有平臺的工作信息；

“3”代表三種信息化技術；

“8”代表應用范圍涵蓋工程總承包管理的8大要素；

“13”代表13個具體信息化技術應用點，穿插應用于總承包管理要素中。如圖1所示。

圖1 項目實施技術思路

3 應用點在管理要素中的應用

本項目應用BIM及數字化技術，13個應用點貫穿于工程總承包管理的8大核心要素中。

3.1 設計管理

(1)設計階段三維建模

本項目三維模型僅作為現場施工協同管理的載體，模型精度介于LOD300～LOD400即可。

(2)BIM模型碰撞檢查

模擬工程建造過程，提前發現問題，優化和修改設計方案，保證設計方案的準確性和可實施性。

(3)基于BIM協同管理平臺的設計管理

模型審核無誤后，輕量化上傳平臺，保證平臺運行順暢。設計階段成果線上共享，各方線上會審、論證； 施工階段發現的設計問題，基于三維模型準確定位，發起事件，設計項目組及時調整方案； 設計成果、校審記錄、會審記錄、聯系單、變更單等文件全程線上歸檔。通過平臺，可做到對設計方案的調整全過程留痕，實現設計管理可追溯，確保設計階段的設計施工有效融合。如圖2所示。

圖2 基于BIM協同管理平臺的設計管理

3.2 進度管理

(1)離散化三維設計模型

根據設計方案和施工組織設計，將三維設計模型離散化成若干構件。以道面工程為例，根據道面分塊圖及現場施工工序，將混凝土道面按板塊劃分成若干單構件并進行編號。

(2)模型構件綁定產值與工期信息

信息化管理中心提前根據聯合體編制的進度計劃對每個構件綁定產值信息和工期信息，平臺自動統計項目的產值完成情況和工期進展情況。

(3)BIM協同管理平臺實時更新形象進度、產值統計

圖3 BIM協同管理平臺實時更新形象進度、產值統計

根據每日施工完成情況綁定相應模型構件，BIM協同管理平臺實時自動更新形象進度和產值，實現項目進度的可視化管理，為項目過程中的進度管控和及時糾偏打下基礎。如圖3所示。

3.3 安全文明施工管理

在安全教育方面，除了傳統的授課方式外，引進了VR安全體驗艙，讓管理人員和勞務人員身臨其境地體驗安全事故，提高全體人員的安全意識。

不停航施工管理，是本項目安全文明施工管理的重點，為保障不停航施工安全，解決傳統不停航施工區域人員、機械管控難度大、管控范圍不全面、機械超高判斷難度大、現場安全文明施工管理效率低等問題，本項目結合物聯網、GIS、北斗高精度定位等技術，開發了不停航施工人員安全管控平臺、不停航施工機械安全及超高管控平臺，對人員、機械軌跡進行管控。結合全場的高清視頻監控和BIM協同管理平臺的事件管理功能，確保設計牽頭有效落實，保證設計施工有效融合。

(1)不停航施工人員安全管控系統

通過在智能前端設備安全帽上安裝定位裝置和聲音報警裝置，實時了解人員運動軌跡，當人員跨越預先設置的電子圍欄時，安全帽自動發出告警，移動端APP及時通知管理人員進行處理。

當施工臨近區域有航空器滑行需停止作業時，信息化管理中心向安全帽發送語音信息，通知現場人員停止施工作業、注意避讓。采用人臉識別閘機對施工道口進行“人證合一”嚴格管控。如圖4所示。

(2)不停航施工機械安全及限高管控系統

與人員管理相似，進行施工機械的防越界管控。根據飛行區限高相關規定，提前設置施工區域的限制高度。實時監控機械在不停航施工區域內的高度，當機械自身高度超過限高時發出告警，及時告示其停止作業，確保飛行區的運行安全。如圖5所示。

(3)基于BIM協同平臺的安全文明事件管理

圖5 基于物聯網技術不停航施工機械安全及限高管控平臺

圖6 安全文明施工事件管理流程

提前制定安全文明施工檢查表，管理人員對照檢查表，通過視頻監控、各數字化管控平臺或現場巡察發現問題時，在BIM協同管理平臺上發起整改事件。基于三維模型，迅速定位事件發生地點，及時整改，經審核驗收合格后形成閉環，實現總承包聯合體內部協同管理。如圖6所示。

3.4 質量管理

采用碾壓質量管控平臺對碾壓工藝進行全過程監控； 采用三維激光掃描技術輔助道面工程內部驗收和地下管線等隱蔽工程三維重構； 對拌合站及實驗室數據進行監控和平臺展示，從施工原材料、檢測過程方面管控工程質量； 結合以上監控手段和BIM協同管理平臺的事件管理功能，確保設計牽頭有效落實，保證設計施工有效融合。

(1)碾壓質量管控系統

通過安裝北斗導航裝置，對碾壓機械的碾壓軌跡、行駛速度、碾壓范圍和碾壓遍數等進行實時監控，保證土方和道面基層的碾壓質量。如圖7所示。

(2)三維激光掃描測量技術

三維激光掃描技術可在短時間內獲取高密度點高程數據，在公路、市政等行業已有較多應用，在機場項目鮮有應用。本項目主要應用于道面工程內部驗收(道面高程、相鄰板塊高差、道面厚度的合格評定)和地下管線等隱蔽工程三維重構方面。有效提高道面工程質量驗收的檢測頻率和檢測效率，精準反映地下工程的實際位置，全面掌控工程施工質量。如圖8～9所示。

圖7 碾壓質量管控系統

圖8 三維激光掃描在道面工程內部驗收的應用

(3)拌合站和實驗室數據監控平臺

通過拌合站和實驗室數據監控平臺，對水泥混凝土拌合站的配合比、工地實驗室數據進行監控，實時統計數據合格率，及時發現和解決過程中的質量問題，實現過程管控。實施過程中共發現23組異常數據，管理人員及時結合試驗報告進行調整，避免了工程質量問題的發生。如圖10～11所示。

圖9 三維激光掃描反映管線埋設情況及埋設位置

圖11 實驗室數據監控系統

(4)基于BIM協同管理平臺的質量事件管理

提前將行業驗收評定標準錄入BIM協同管理平臺質量問題庫，管理人員參照問題庫對每道工序進行檢查，發現問題時在BIM協同管理平臺上發起整改事件，基于三維模型迅速定位事件發生地點，及時整改，經驗收合格后形成閉環，實現總承包聯合體內部協同管理。具體工作流程與安全文明施工事件管理類似。

3.5 人員、物料、機械管理

人員、物料、機械相關報審資料、證書、進場信息等，實時錄入平臺，實現管理可溯源。使用二維碼技術，在設備、機械上粘貼二維碼，現場可實時掌握設備、機械的相關信息。如圖12所示。

圖12 二維碼集成展示機械信息

3.6 資料管理

按照民航行業竣工要求，在BIM協同管理平臺上提前錄入資料目錄，施工過程中按目錄及時歸檔工程資料，保證日常資料歸檔的及時性和完整性。施工日志的線上報送，直接導出符合民航專業驗收要求的紙質版施工日志存檔備查，減少了資料管理人員的日常工作量。

4 應用效果

項目BIM及數字化技術的應用，實現了施工過程的智能化管理，提升了施工管理水平，有效保證了不停航施工安全，項目進度、工程質量等方面得到了有效控制，促進了項目設計與施工的有效融合，設計施工總承包的優勢得以發揮。

(1)設計施工有效融合，充分發揮工程總承包模式的優勢。BIM協同管理平臺實現了設計施工的協同管理，提高了設計與施工之間的溝通效率。工程未發生設計變更，也未發生過任何一起因設計回復不及時而影響施工的事件。

(2)不停航施工安全問題得到了有效的保障，不停航施工效率明顯提升，工程進度得到了有效管控。直至項目結束，未發生對機場運行產生影響的安全問題，項目合同工期300天，實際工期僅為196天，工期較計劃提前近35%。

(3)提高了現場管理人員的工作效率。牽頭單位在項目部每個部門僅派駐1～2名管理人員，就能有效監督和把控部門的日常工作。

(4)實現了項目實施全過程質量和安全的控制。BIM協同管理平臺發起的各類安全、文明、質量事件超過了600條，并均已落實整改到位，真正落實了設計單位牽頭工程總承包的職責。

(5)聯合體項目部統一信息交換格式標準，施工過程事件、工程資料管理過程留痕，提高項目資料歸檔效率，實現聯合體內部數據資源共享。

5 結論與建議

(1)北海機場站坪擴建工程設計施工總承包項目將BIM及數字化技術應用于工程總承包管理各要素中，有效促進了設計施工的融合，發揮工程總承包(EPC)模式的優勢，真正落實了設計牽頭的職責，并取得了顯著的效果。

(2)針對本項目的特點，將BIM及數字化的重點應用于機場不停航施工方面，在行業內率先開發了適用于機場不停航施工特性的安全、質量管控系統，有效保障了不停航施工的安全，提升了施工效率。

(3)由于本項目工期緊張，開發周期短，BIM協同管理平臺及各數字化技術的應用還有進一步改進和完善的空間。