基于機場項目BIM綜合應用

文｜貴州省住房和城鄉建設廳信息中心 李雯娟

1 引言

建筑業是我國國民經濟的支柱產業，國家統計局數據顯示，2020年建筑業增加值占國內生產總值的比例達到了7.2%。但是建筑業依舊面臨著發展質量效益低下、生產組織方式落后、建筑工人隊伍老齡化嚴重、技術創新滯后、發展新動能不足等壓力，嚴重阻滯了建筑業的健康發展。在數字化變革的大趨勢下，通過數字技術賦能建筑產業已變得迫在眉睫。BIM 技術已成為工程建造、城市建設與管理相關的核心技術，以BIM 為基礎并融合新技術的信息技術集成應用能力，將使建筑業數字化、網絡化、智能化取得突破性進展。然而在當前復雜的國際環境下，只有掌握自主可控的BIM 核心技術，解決關鍵技術的“卡脖子”問題，保障行業發展的可持續性與數據安全，實現建筑行業的數字化轉型。

BIM（Building InformationModeling）是“建筑信息建模”的簡稱，由美國Chuck Eastman，Ph.D.）上世紀70年代提出。2014年斯坦福大學對32 個項目調研發現，應用BIM 可以減少預算外變更40%、控制造價估算準確率在3%、節省投資估算工作時間80%、沖突檢查可節省合同額的10%、節省項目時間7%。

BIM 技術在機場這種大型項目中可在設計階段提前發現問題、提高設計效率、減少設計變更，在施工階段提高施工管理效率、優化施工方案、降低施工返工率、節約建設成本，在機場運維管理階段可提高運維效率、優化決策方案、提高應急響應速度等優點。

2 項目概述

2.1 工程概況

建設內容及規模：在現有跑道旁新建1 條跑道，主降方向設置Ⅲ類精密進近系統，次降方向設置Ⅰ類精密進近系統；將現有跑道延長；新建航站樓，多機位的站坪，貨運站以及機務維修、航空食品、消防救援等生產設施及其他配套輔助設施。

2.2 工程特點難點

機場工程涉及專業包括：建筑、結構、鋼結構、幕墻、屋面、綜合安裝、消防、機電、弱電、行李系統、機場信息管理系統等。由于其建筑的重要性和特殊性，與其他一般的工程項目相比具有自己的特點，主要體現在幾個方面：

2.2.1 工程規模廣、施工環境條件復雜。

工程占地面積大，環境復雜，緊鄰工程施工影響大，管理要求高。

2.2.2 工程質量要求高，工程安全風險點眾多。

機場工程建設標準高，要求嚴，對質量要求也高，風險大，管控不便。

2.2.3 時間緊、任務重。

工程規模大，技術難度突出，工期對全線施工進度具有決定性影響。

2.2.4 參建單位多，協同管理難。

信息的傳遞難；多方的參與；增加協調難度，增大了管理難度。

2.2.5 智能建筑工程與民航弱電信息系統，智能、信息、集成化程度高。

2.2.6 機電設備安裝相互關系復雜，動態控制和聯動調試要求高。

機電設備安裝要求及相應的運維要求高。

2.2.7 專業工程難特點眾多，工程技術管理難度大。

3 總體設計

3.1 BIM 應用目標

深化設計，落實BIM 在機場項目中的應用，以機場項目作為示范來推動全省BIM 和大數據應用。

（1）設計施工一體化：設計階段的BIM 應用充分考慮施工階段的BIM 需求，深化設計、碰撞檢查、流水段劃分。

（2）使用BIM 進行施工深化：機電綜合協調圖紙、機電土建綜合圖紙。

（3）全過程動態造價管理：利用模型深化設計與施工情況進行算量。

（4）加強施工過程動態控制：模擬施工工藝、進度、現場布置。

（5）數據的收集與集成：過程中各專業數據收集、集成。

（6）BIM 信息共享：提高各參與方信息溝通效率。

（7）后期運營維護管理、成果維護。

圖1 應用目標

3.2 總體任務

（1）實現BIM 在機場項目中的應用。

（2）基于BIM 對大數據應用探索、實現大數據積累與管理。

（3）形成面向BIM 和大數據應用的示范項目。

3.3 前瞻性分析

（1）打造國內首個全生命期BIM 咨詢服務，構建國內一流全生命期BIM 應用標準體系。

（2）成為機場工程BIM 應用的典型案例；引領機場工程BIM 應用的潮流方向。

圖2 設計建模工作流程

圖3 各專業單位BIM 技術要求

（3）前瞻性BIM 平臺與大數據分析結合應用；破界、融合、重構、賦能實現動態編碼關聯智能化數據的組織；前瞻性進行BIM 與GIS 結合實現多層次管理。

（4）創新性進行施工方案預演，設計施工一體化；創新性施工形象進度的展現與實時進度分析；創新性打造智慧化工地物聯網與BIM 的結合。

（5）全過程檔案協同管理多終端瀏覽與模型關聯；全過程數據動態管理過程屬性數據實時查詢；全過程質量安全問題的全面應用與實時處理；全過程大數據展現與多維度大數據分析。

4 實施路線

參數化設計(Parametric Design)的BIM核心思想，是把建筑設計的全要素都變成某個函數的變量，通過改變函數，或者說改變算法，能夠獲得不同的建筑設計方案。根據策劃階段擬定的全過程BIM 模型標準，可以建立全專業模型，以保障項目各階段模型的逐步細化和有效傳遞，滿足各階段項目需求，直至竣工模型。三維狀態模式下進行日照模擬分析、視線模擬分析、節能(綠色建筑)模擬分析、通風、緊急疏散模擬、碳排放等建筑性能分析。

4.1 模型實施路線

為保證模型創建的準確性，滿足施工方、造價方的模型應用需求，同時保證模型和設計的準確性，制定設計施工一體化實施流程。

各專業單位BIM 技術要求：完成整個項目招標標段BIM 技術應用的招標技術要求，落實整個項目的BIM 實施方案；做好包括土建、鋼結構、幕墻、屋面、機電、行李系統、高架橋、裝飾裝修、標識系統等專業分包的招標工作，明確招標標段中的BIM 工作要求。

（1）設計校審

傳統的圖紙會審都是在二維圖紙中進行圖紙審查，難以發現空間上的問題，基于BIM 的設計校審是在三維模型中進行的，各工程構件之間的空間關系一目了然，通過軟件的碰撞檢查功能進行檢查，可以很直觀地發現圖紙不合理的地方。其次，基于BIM 的設計校審通過在三維模型中進行漫游審查，以第三人的視角對模型內部進行查看，發現凈空設置等問題以及設備、管道、管配件的安裝、操作、維修所必需空間的預留問題。利用BIM 模型檢查預留孔洞的準確性，及時發現預留偏差問題，有效避免結構施工的返工。

（2）標準建模

以JGJ/T488-2019 建筑工程設計信息模型制圖標準（2019）為指導，細化并擴展其他應用標準，使模型的建立以標準為綱，保證其各階段的應用。

（3）優化協作

對以往的建模方式作了新的調整，協作模式在設計建模階段與施工方BIM 團隊密切協作，制定統一的建模框架和接口標準，使設計階段的模型可以最大程度的流轉到施工甚至是運維階段，也可以最大程度的支持各專業的工作。

（4）模型拆分

模型橫向拆分-便于后期施工BIM 運用；模型縱向拆分-便于模型復用及造價支持。模型的橫向拆分是指按區域對模型進行拆分，在建模開始，就以施工團隊的工作面分區為依據，將模型拆分為若干區域，這樣有利于施工的BIM 團隊直接利用設計模型進行后期的施工模擬。

模型的縱向拆分是指模型建模深度的拆分，在模型深度的拆分中，制定了統一的接口標準及命名規則，其命名方式，表達方式，模型建立規范等都進行了詳細的規定。其模型表達規范以住房和城鄉建設部312 號文中確定頒布實施的《JGJ/T488-2019 建筑工程設計信息模型制圖標準（2019）》為綱，對項目進行了符合其標準的細化和展開。統一接口標準及模型制圖標準可以保證模型縱向拆分的可用性和可行性，同時也為造價BIM 應用預留了接口。

（5）協調統一工作

統一建模框架，便于多方協作；統一接口標準，保證模型流轉；統一表達規范，保證模型一致性；統一模型的使用，保證設計到施工信息的完整傳遞，更加便利及時的技術交底等。

（6）輕量化瀏覽

選用可讀轉換數據格式的數據管理中臺，實時的視點對視點溝通和交底，為項目推進做出有力支持.

（7）疏散模擬

圖4 疏散模擬

圖5 碰撞檢測

圖6 洞口預留

圖7 安全管理

人員疏散模擬是BIM 的一個重要應用，主要作用是對建筑的人流疏散進行評估，根據人員密度云圖、熱力圖找出疏散風險區域。進行基于BIM 的疏散模擬，將疏散方案高效化，降低疏散時間，對標現實疏散場景，達到及時、高效。同時，除了應急疏散以外，合理設置計算方式，還可以模擬人流動線的合理性和效率，優化設計。

（8）綜合管線

將不同專業的BIM 管線模型集成到一起，進行碰撞檢查，BIM 碰撞檢查相較于人工疊圖進行管線碰撞檢查，效率極大提升，杜絕人工排查中的遺漏問題，經碰撞檢查、管線優化，對管線進行模擬測試及優化。

經過碰撞發現問題后進行管綜優化，能夠在設計階段就避免管線的碰撞問題，讓管線更加合理的布置，便于后期施工。

（9）行李系統管理

將行李系統高精度BIM 模型導入模擬軟件，設置行李系統各個模塊的參數、邏輯和動作仿真情況，在仿真模擬軟件中就形成一套虛擬的三維行李處理系統，對行李的運輸路線、運輸速度等與實際情況完全一致，驗證當前設計的系統能否滿足處理能力需求。

（10）洞口預留

對設備管線復雜的區域建模并進行模擬預留洞口的BIM 應用，可在設計階段由BIM 方出具補充的預留洞口圖紙，在土建施工過程中即進行洞口的預留，避免了后期的現場打孔，極大的節約了時間，避免了不必要的浪費。

該項目管線穿墻點在一千個以上，使用BIM 技術對預留洞口進行優化可以極大的提升效率并降低成本。

4.2 協同平臺實施路線

4.2.1 施工階段應用路線

（1）機場BIM 系統項目配置管理

系統管理員用戶通過項目配置管理工具輸入遠程數據庫的用戶名和密碼，連接到遠程數據庫的系統數據庫，對用戶、工程、權限等信息進行配置和管理。

系統管理員通過該工具添加、修改、刪除用戶信息，并可根據需要配置用戶角色。每個用戶角色可以賦予不同的操作權限。系統管理員可通過該工具編輯、創建相應的工程項目數據庫，并可配置不同用戶及角色在當前項目應具有的權限。

（2）創建現場WBS 和進度

在Microsoft Project 中建立WBS，編制進度計劃，通過系統的進度同步功能，自動將進度信息導入BIM 系統中，生成形成WBS。

（3）創建BIM 模型及管理

設計BIM 建模及信息集成；工程構件樹的創建；工程構件屬性設置與編輯。

（4）創建施工BIM 模型

系統可將3D 工程構件與相應的WBS節點相關聯，完成4D 模型的創建，用戶可通過簡單的拖動構件組到相應的WBS 節點。

（5）施工信息可視化查詢

施工對象選取和查看；多條件工程構件查詢；施工對象信息查詢。

（6）施工進度管控

基于創建的BIM 模型，項目各參與方可進行包括實施方案比選、施工進度的4D顯示、施工進度控制、進度追蹤分析、關鍵線路分析、前置任務分析、進度滯后分析、進度沖突分析等重要功能模塊日常的進度動態管理和實時控制。

（7）施工過程及工藝模擬

BIM 項目協同與管理平臺能夠有效鏈接建筑物以及施工場地的3D 模型與施工進度計劃，以及人力、經費設備需求等相關資源的信息集成，從而確立施工進度計劃中各工序及時間與3D 施工對象、各種資源需求之間的諸多關系，并且以立體形式形象地展示出來，實現整個施工過程的可視化模擬。

（8）質量安全管理

針對項目質量安全管理需求，建立BIM 工程構件、質量和安全信息的關聯集成機制，采取“圖釘”等方式錄入各類工程、任意WBS 節點、3D 施工段或構件的各種質量安全檢查信息，實時查詢、統計、分析這些工程質量安全信息，自動生成整改通知單。附加在各類施工BIM 對象上的質檢信息可以是數據、圖形、圖片和視頻。

（9）預制件管理

實現多層級、多種方式協同鋼梁管理，構件在生產、發貨、到貨、組拼時分別進行掃碼記錄其生產過程與拼裝詳情，實時觀測預制件的生產、運輸、安裝等信息，從而達到數字化管理的目的。

（10）檔案資料管理

BIM 平臺檔案資料管理實現文件及文件夾管理（新建、刪除、復制、剪貼、粘貼、上傳、下載），關鍵字搜索，基于構件關聯關系的搜索等功能。

（11）動態現場檢測

將現場監測點與三維模型做關聯，所有監測點的位置在模型上一目了然，同時將監測數據接入BIM 平臺中，并進行動態分析。進行數據的實時監測和反饋，若超出閾值BIM 平臺可以向相關負責人發送預警短信。

（12）動態視頻監控

通過設定虛擬攝像頭，將現實監控畫面與虛擬攝像頭拍攝到的BIM 模型一一對應，在BIM 平臺中控制攝像頭的視角和畫面時，虛擬攝像頭會實時同步，實現虛擬模型與現實施工情況的對比。

4.2.2 運維階段應用思路

（1）航站樓運維信息共享

項目運維期需要大量信息，包括設計、施工過程中的建筑BIM 模型、機電設備BIM 模型、傳感器監測數據、自動控制系統監測數據以及其它圖紙、文檔等非結構化信息。通過分布式文件存儲和分布式關系數據庫兩種技術途徑，建立基于云的BIM 數據庫，實現基于云計算技術的運維信息管理，便于項目運維期數據的共享、集成與提取，為運維期的邏輯、維護、維修、巡檢、能耗、安全、應急、逃生等管理提供支持。

（2）BIM 竣工信息交付

以數據庫、IFC 文件等形式，將設計、施工信息進行有效的管理，形成完整的竣工模型并交付使用。

（3）運維知識庫管理

對圖紙、設備操作文件、培訓資料等進行管理，形成知識庫，為工作人員在操作設備時遇到的問題提供支持，也為新人的培訓提供了幫助。

圖8 竣工模型的交付

（4）設備管理

a.設備識別

移動設備掃描貼在設備上的二維碼，讀取二維碼中信息，根據二維碼的信息獲取遠程數據庫中該設備相關信息，為運維人員提供支持。

b.設備報修

可對設備保修單進行統計分析，點選時間范圍，選擇統計時間類型，統計圖表根據不同的統計類型統計在這個時間段內的報修單情況。

圖9 設備管理

圖10 監測管理

圖11 應急管理

（5）監測管理

監測系統及監測數據與BIM 集成：將建筑設備自動化系統（BAS）與BIM 系統集成；監測數據與BIM 模型集成，實現監測數據的三維可視化。實時監測顯示：進入實時監測狀態，系統通過數據接口，定時刷新監測數據。對于連續量，用不同顏色代表不同的數據大小，并在界面右側通過顏色條給出各種顏色代表的監測值。對于開關量，黃色為關閉，綠色為打開紅色為故障，灰色為未采集到數據。歷史信息查詢：三維模型中選中設備后，可查看該設備對應的歷史監測信息；歷史監測數據能以折線圖、直方圖等多種形式的圖給出，同時將該時間段內的監測數據列表顯示。監測信息管理：系統提供了監測信息管理工具，可對監測點、監測設備信息進行添加、修改等操作。

（6）維修管理

維護維修管理包括設備識別與定位、維護計劃、維護日志、巡檢維護、備品管理等。在基于BIM 的運維管理體系中，實現通過移動終端掃描二維碼，對設備進行識別與定位，獲取遠程數據庫中的與該設備相關的信息，能夠為構件添加維護計劃，定時提醒維護人員進行構件維護，進行維護后，添加維護日志，便于追蹤與管理。可根據項目需求，增加巡檢維護和備品管理等功能，實現對備品庫中機電設備構件的備品數量和使用情況進行追蹤，制定采購計劃。

（7）應急預案管理

遇到緊急情況時，可通過移動設備接收RFID 信號或掃描二維碼獲取出現問題構件的信息及其上下游信息，或者通過計算機進行模型定位，從而輔助現場操作人員更加便捷、準確的處理緊急事件。

5 結語

本研究針對機場擴建項目研究，根據其特點研究基于BIM 的機場項目全生命周期應用，在不同階段，利用BIM 協同平臺探索各階段對建筑大數據的應用路線，BIM與大數據的結合，還處于探索階段，但是面對今后信息化、數據化的發展趨勢，大量工程數據、維護數據的積累，大數據在機場建設項目BIM 全生命周期的應用還需要更多的深入探索和嘗試。

通過設計施工一體化，將施工階段不必要的重復建模工作大大減少，切實地提高了施工企業對BIM 的應用效率，通過設計造價一體化，將BIM 模型應用于項目全過程的造價管理中，減少了造價方的重復建模工作。

探索BIM 在機場運維管理階段的應用，將運維管理工作通過協同平臺與BIM 技術相結合，探索機場運維的新模式，將管理數據與BIM 數據相結合，提高運維管理效率，提高決策水平。