BIM 技術(shù)在機(jī)場市政配套工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉華杰

（北京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司廣東分院，廣東 廣州510000）

0 引 言

鄂州花湖機(jī)場是全球第四個(gè)、亞洲第一個(gè)專業(yè)性貨運(yùn)機(jī)場，也是我國第一個(gè)獲批建設(shè)的貨運(yùn)樞紐機(jī)場，見圖1。市政基礎(chǔ)配套工程作為該項(xiàng)目建設(shè)的重要組成部分，其建設(shè)質(zhì)量成為提升機(jī)場的運(yùn)行效率、安全管理以及服務(wù)質(zhì)量的基礎(chǔ)保障。工程項(xiàng)目的質(zhì)量目標(biāo)與水平往往取決于前期設(shè)計(jì)質(zhì)量以及后期的施工水平，所以本項(xiàng)目對設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量提出了更高的要求。根據(jù)本項(xiàng)目的特性以及發(fā)展要求，引入”數(shù)字孿生”理念，借助BIM 這種新型的技術(shù)手段作為支撐技術(shù)，為項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段植入數(shù)字基因，打造數(shù)字底盤，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化正向設(shè)計(jì)以及數(shù)字化智能施工，同時(shí)也為機(jī)場的建設(shè)實(shí)現(xiàn)智慧賦能，大大發(fā)揮BIM 技術(shù)優(yōu)勢[3]。

圖1 鄂州花湖機(jī)場

1 項(xiàng)目概況

鄂州花湖機(jī)場市政配套工程主要建設(shè)內(nèi)容包括：場內(nèi)市政道路工程（含市政管線）、中心110 kV變電站工程、10 kV 配電工程、綜合管廊工程、1# 能源站工程、給水泵站、垃圾收集站以及污水泵站等。

本項(xiàng)目要求實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化設(shè)計(jì)（BIM）的管理工作范圍包括：

（1）全階段：本項(xiàng)目所有階段，包括但不限于實(shí)施準(zhǔn)備階段、策劃與規(guī)劃階段、勘察測量階段、設(shè)計(jì)階段、施工建造階段、其它過程伴隨階段（例如：采購招標(biāo)、工程過程監(jiān)理、進(jìn)度計(jì)量支付、竣工驗(yàn)收交付、結(jié)算審計(jì)等）等；

（2）全專業(yè)：本項(xiàng)目各單項(xiàng)工程中的所有相關(guān)專業(yè)，包括但不限于測量、三維地質(zhì)、三維地理、巖土、場道、建筑、結(jié)構(gòu)、給排水、消防、暖通空調(diào)、電氣照明、智能建筑、油氣水電管路、信息弱電、動力能源、建筑節(jié)能、專用設(shè)備、市政公用、交通路網(wǎng)、電訊通信等；

（3）全業(yè)務(wù)：本項(xiàng)目建設(shè)審批流程上的全部業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，包括但不限于方案規(guī)劃、勘察測量、計(jì)量造價(jià)、報(bào)建手續(xù)、招標(biāo)、設(shè)計(jì)管理、施工項(xiàng)目管理、工程資料管理，工程過渡期管理等；

（4）全參與：本項(xiàng)目建設(shè)的各參建單位即是各BIM實(shí)施關(guān)聯(lián)方，包括但不限于：發(fā)包人、BIM 咨詢顧問、監(jiān)理單位、分揀設(shè)備供應(yīng)商、民航/ 物流專業(yè)系統(tǒng)供應(yīng)商、土建施工承包商、專用設(shè)備安裝承包商等。

2 BIM 應(yīng)用技術(shù)路線

2.1 項(xiàng)目重難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目在設(shè)計(jì)實(shí)施階段存在專業(yè)系統(tǒng)眾多、需多地多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、地下環(huán)境復(fù)雜、交通組織復(fù)雜、工程實(shí)施組織協(xié)調(diào)難度大、需要將設(shè)計(jì)模型及屬性向施工和運(yùn)維階段傳遞等問題，采用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式無法實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)各專業(yè)以及實(shí)施各階段信息的實(shí)時(shí)有效共享[3]。為了有效解決綜上所述的問題，實(shí)現(xiàn)異地協(xié)同設(shè)計(jì)管理，確保設(shè)計(jì)精細(xì)、進(jìn)度可控、數(shù)據(jù)完整、流程規(guī)范就必須引入新技術(shù)與新理念。BIM 這項(xiàng)新技術(shù)的理念就是將信息化、數(shù)字化融入項(xiàng)目全生命期管理中，因此將BIM 技術(shù)引入到項(xiàng)目中，可有效的解決項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的信息斷層、設(shè)計(jì)方案優(yōu)化、協(xié)同管理等一系列問題[4]。

2.2 技術(shù)路線圖

根據(jù)項(xiàng)目的需求和特點(diǎn)，制定BIM 實(shí)施技術(shù)路線，見圖2。

圖2 技術(shù)路線圖

2.3 技術(shù)保障措施

（1）組織措施

根據(jù)建設(shè)單位的要求，開展建設(shè)全階段BIM 運(yùn)用實(shí)施，針對設(shè)計(jì)階段制定了明確的BIM 實(shí)施內(nèi)容見表1。更好發(fā)揮設(shè)計(jì)單位在BIM 應(yīng)用策劃、標(biāo)準(zhǔn)制定、過程管理、成果審核方面的優(yōu)勢，輔助業(yè)主單位開展分階段、分步驟的BIM 應(yīng)用實(shí)施。

表1 設(shè)計(jì)階段BIM 實(shí)施內(nèi)容

項(xiàng)目開展初期，組建項(xiàng)目機(jī)構(gòu)，配備足夠的BIM專業(yè)工程師，劃分各自專業(yè)職責(zé)，確保責(zé)任落實(shí)到人，保障項(xiàng)目順利進(jìn)行。

制定詳細(xì)的工作計(jì)劃，在計(jì)劃時(shí)間節(jié)點(diǎn)內(nèi)督促檢查各專業(yè)BIM 設(shè)計(jì)工作完成情況。

（2）質(zhì)量控制措施

以BIM 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為組長，與各專業(yè)設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人組成質(zhì)量領(lǐng)導(dǎo)小組，全面負(fù)責(zé)質(zhì)量保障工作。BIM團(tuán)隊(duì)根據(jù)職責(zé)劃分，由BIM 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人每周對BIM人員進(jìn)行考察。

協(xié)調(diào)各專業(yè)設(shè)計(jì)人員的溝通、配合，反饋各專業(yè)存在的問題，再對BIM 模型進(jìn)行修改，減少設(shè)計(jì)的錯(cuò)、漏、碰、缺問題，提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

（3）進(jìn)度控制措施

為了科學(xué)、合理地提高工作效率，保障本項(xiàng)目BIM 工作順利進(jìn)行，應(yīng)采用以下控制措施：

在項(xiàng)目開始之后，在合同約定時(shí)間內(nèi)，應(yīng)保證各專業(yè)設(shè)計(jì)人員基于設(shè)計(jì)協(xié)同平臺同步開展工作。

劃分階段工作界面，分解工作任務(wù)，在各階段時(shí)間節(jié)點(diǎn)檢查工作完成情況，按時(shí)提交合格的BIM 設(shè)計(jì)成果，滿足進(jìn)度計(jì)劃要求。

對發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)采取措施，BIM 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人每周召開項(xiàng)目進(jìn)展情況(內(nèi)部)審核會議。審查進(jìn)度執(zhí)行效果及分析資料，找出偏差的部位和原因，決定糾正偏差措施，使項(xiàng)目恢復(fù)正常運(yùn)行。

3 BIM 技術(shù)在市政工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目應(yīng)用目標(biāo)

將BIM 技術(shù)深度應(yīng)用于鄂州花湖機(jī)場市政配套工程設(shè)計(jì)過程中，實(shí)現(xiàn)基于BIM 的三維正向設(shè)計(jì)、建造可視化呈現(xiàn)、施工信息化管控和運(yùn)營精細(xì)化服務(wù)[5]，見圖3。

圖3 項(xiàng)目應(yīng)用目標(biāo)

設(shè)計(jì)階段旨在借助BIM 技術(shù)手段，基于BIM 模型的可視化、模擬性、協(xié)調(diào)性等特點(diǎn)[6]，促進(jìn)建設(shè)單位、各專業(yè)設(shè)計(jì)等各參與方的溝通與協(xié)作，輔助優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)漏，從而提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工管理水平，保障項(xiàng)目的順利完成，并為后續(xù)的項(xiàng)目運(yùn)維管理提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

施工階段：基于施工圖設(shè)計(jì)模型開展深化設(shè)計(jì)，創(chuàng)建深化設(shè)計(jì)模型。應(yīng)用工程項(xiàng)目管理平臺開展包括（不限于）進(jìn)度管理、質(zhì)量驗(yàn)評、計(jì)量支付、變更管理、安全管理、施工信息管理等的工程項(xiàng)目管理工作。

竣工階段：在施工深化模型基礎(chǔ)上，根據(jù)工程項(xiàng)目竣工驗(yàn)收要求和交付要求，基于工程項(xiàng)目管理平臺實(shí)現(xiàn)基于工程信息模型的數(shù)字化移交。

3.2 BIM 實(shí)施體系建設(shè)

3.2.1 BIM 實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)制定

通過對國家BIM 標(biāo)準(zhǔn)研究，結(jié)合市政配套工程設(shè)計(jì)階段的獨(dú)特性，針對軟件選用標(biāo)準(zhǔn)、模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)[7]、數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)、模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[8]及交換標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)方面制定實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，見圖4，為規(guī)范BIM 技術(shù)在鄂州花湖機(jī)場工程建設(shè)全生命期的應(yīng)用，充分發(fā)揮BIM 優(yōu)勢，確保BIM 實(shí)施效果，提升工程質(zhì)量和投資效益提供規(guī)范和指導(dǎo)。

圖4 項(xiàng)目實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)

（1）軟件選用標(biāo)準(zhǔn)：統(tǒng)一項(xiàng)目BIM 軟件選用標(biāo)準(zhǔn)以及各式標(biāo)準(zhǔn)，確保BIM 模型能夠在各實(shí)施階段以及各參與方能夠共享協(xié)同，制定了機(jī)場工程BIM 軟件選用標(biāo)準(zhǔn)[7]；

（2）模型創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)范模型創(chuàng)建方法、創(chuàng)建流程、模型校驗(yàn)等環(huán)節(jié)，以保證模型數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、規(guī)范性和統(tǒng)一性，制定機(jī)場工程BIM 模型結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)；

（3）數(shù)據(jù)接口標(biāo)準(zhǔn)：明確不同平臺軟件之間數(shù)據(jù)交換規(guī)則、數(shù)據(jù)交換類型等內(nèi)容，以確保數(shù)據(jù)在項(xiàng)目各階段、不同平臺間的無損傳遞，制定機(jī)場工程BIM數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以及模型管理標(biāo)準(zhǔn)等；

（4）模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)：明確項(xiàng)目BIM 應(yīng)用實(shí)施組織形式、應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)、應(yīng)用流程及應(yīng)用成果要求等，并規(guī)范各階段BIM 模型應(yīng)用的廣度與深度，以滿足機(jī)場工程全生命期BIM 應(yīng)用與管理的需求，制定了機(jī)場工程BIM 應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)[8]；

（5）模型交付標(biāo)準(zhǔn)：建立模型分類編碼體系，規(guī)范設(shè)施設(shè)備的組成架構(gòu)，規(guī)定模型交付范圍、交付形式及其屬性信息，明確模型數(shù)據(jù)的交付深度，以滿足機(jī)場工程全生命期的管理需求，制定了機(jī)場工程模型分類編碼標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)施精度標(biāo)準(zhǔn)等[9]。

3.2.2 軟件硬件的配置

項(xiàng)目采用Bentley 技術(shù)解決方案，軟件配置方案見表2。

表2 軟件配置方案

項(xiàng)目需搭建設(shè)計(jì)協(xié)同平臺以及Bentley 軟件自身對電腦性能要求較高，制定了相應(yīng)的硬件配置方案見表3。

表3 硬件配置方案

3.2.3 BIM 實(shí)施人員部署

本項(xiàng)目中設(shè)計(jì)階段要求實(shí)現(xiàn)全面數(shù)字化設(shè)計(jì)管理，設(shè)計(jì)單位需開展相應(yīng)的BIM 模型創(chuàng)建以及BIM應(yīng)用，同時(shí)需配合施工單位完成施工階段模型深化工作，審查BIM 模型。因此為保障本項(xiàng)目各項(xiàng)工作的順利推進(jìn)，進(jìn)一步明確項(xiàng)目BIM 實(shí)施各參與方核心團(tuán)隊(duì)成員及分工，組建由中國勘察設(shè)計(jì)大師李藝領(lǐng)銜、數(shù)十名技術(shù)精良的設(shè)計(jì)人員參與的BIM 團(tuán)隊(duì)見表4，基于Bentley 平臺，開展全專業(yè)、多階段、跨地域的協(xié)同設(shè)計(jì)工作。

表4 核心成員組成與職責(zé)分工

3.2.4 BIM 實(shí)施平臺搭建

依托基于BIM 設(shè)計(jì)管理平臺，可實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)階段的全部信息無損傳遞，對本項(xiàng)目設(shè)計(jì)過程中的海量數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)信息化高效管理，為項(xiàng)目各參與方（建設(shè)單位、設(shè)計(jì)各專業(yè)人員、施工單位等）提供可視化的數(shù)據(jù)共享平臺，有效控制項(xiàng)目實(shí)施全過程的進(jìn)度和質(zhì)量，加強(qiáng)設(shè)計(jì)階段全過程的精細(xì)化管理，有助于保障項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)能夠保質(zhì)保量按時(shí)完成。

基于ProjectWise 協(xié)同設(shè)計(jì)平臺搭建協(xié)同設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)平臺，規(guī)劃項(xiàng)目工作目錄、定制工作空間及種子文件、確定人員訪問權(quán)限、制定設(shè)校審流程等，見圖5。

圖5 項(xiàng)目實(shí)施平臺

3.3 BIM 應(yīng)用內(nèi)容

（1）全專業(yè)BIM 正向設(shè)計(jì)：在協(xié)同工作環(huán)境中，依據(jù)項(xiàng)目BIM 應(yīng)用實(shí)施策劃要求，搭建項(xiàng)目各專業(yè)BIM 設(shè)計(jì)模型，見圖6，項(xiàng)目引入?yún)f(xié)同設(shè)計(jì)模式，借助協(xié)同管理平臺，打通了設(shè)計(jì)、施工過程中數(shù)據(jù)協(xié)同共享的流程，有效減少項(xiàng)目各參與方溝通時(shí)間約10%，減少線下設(shè)計(jì)例會、交底約20 次，減少圖紙、模型審核時(shí)間約20%。

圖6 BIM 模型可視化展示

（2）基于模型出圖：本項(xiàng)目專業(yè)覆蓋面廣，各專業(yè)間聯(lián)系非常緊密，在完成各專業(yè)信息化模型搭建后，利用BIM 軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)二維圖紙的自動輸出，例如基于道路軟件輸出機(jī)場北區(qū)道路平面設(shè)計(jì)圖，見圖7，同時(shí)還可以對特定剖面、視角進(jìn)行截取保存，可有效解決CAD 二維繪圖的局限性同時(shí)也為行業(yè)總結(jié)一套完善的機(jī)場數(shù)字設(shè)計(jì)解決方案，形成可復(fù)制、可推廣的技術(shù)應(yīng)用成果。

圖7 BIM 模型出圖

（3）設(shè)計(jì)方案可視化效果表現(xiàn)：在設(shè)計(jì)方案中，根據(jù)不同設(shè)計(jì)方案要求，創(chuàng)建相應(yīng)的信息化模型，見圖8，以三維可視化的形式表現(xiàn)多方案中各方案設(shè)計(jì)理念、設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)控制因素等設(shè)計(jì)內(nèi)容，輔助設(shè)計(jì)單位、業(yè)主、政府等相關(guān)部門進(jìn)行溝通和匯報(bào)，便于進(jìn)行設(shè)計(jì)方案比選和快速決策。

圖8 設(shè)計(jì)方案可視化效果表現(xiàn)

（4）工程設(shè)計(jì)方案漫游：以BIM 模型為基礎(chǔ)，結(jié)合周邊環(huán)境模型、市政管線模型及地下建構(gòu)筑物模型，直觀展示工程整體設(shè)計(jì)方案成果，見圖9，進(jìn)行仿真漫游，虛擬展示工程建成實(shí)景并判斷周邊環(huán)境的影響。

圖9 工程設(shè)計(jì)方案漫游

（5）交通仿真模擬：通過BIM 軟件進(jìn)行方案比選、可視化分析，與專業(yè)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)互通，進(jìn)行交通模擬分析并導(dǎo)出到可視化軟件中進(jìn)行展示，見圖10。本項(xiàng)目作為亞洲第一個(gè)專業(yè)性貨運(yùn)機(jī)場，飛機(jī)群起群落，對于路網(wǎng)設(shè)計(jì)要求非常高，項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段根據(jù)車輛流速、道路設(shè)計(jì)時(shí)速等參數(shù)，動態(tài)模擬不同道路方案交通情況，其中包括機(jī)場大道立交方案以及平角方案等，確保道路通行流量滿足要求，驗(yàn)證交通的合理性、可操作性等。

圖10 交通仿真模擬

（6）管線綜合與碰撞檢測：通過BIM 軟件建立BIM模型，直觀展示各專業(yè)管線的三維關(guān)系、暖通機(jī)電與管網(wǎng)的三維關(guān)系、地下管網(wǎng)和綜合管廊的關(guān)系、新建構(gòu)筑物與內(nèi)部附屬設(shè)施的關(guān)系、通信電力電纜與建筑物的對接位置，見圖11，本項(xiàng)目通過對7 個(gè)管網(wǎng)專業(yè)進(jìn)行碰撞檢查，查出108 處碰撞問題并對圖紙進(jìn)行精確調(diào)整，輔助設(shè)計(jì)優(yōu)化。

圖11 管線綜合與碰撞檢

（7）工程量復(fù)核：根據(jù)設(shè)計(jì)清單工程量統(tǒng)計(jì)要求，基于信息化模型，實(shí)現(xiàn)能源站、變電站、市政管網(wǎng)等復(fù)雜工程工程量的自動匯總統(tǒng)計(jì)，生成工程量清單，見圖12；基于BIM 模型調(diào)整計(jì)量計(jì)價(jià)規(guī)則，提高工程量計(jì)算準(zhǔn)確性，比傳統(tǒng)工程造價(jià)編制模式下效率提高50%。

圖12 工程量復(fù)核

（8）BIM+VR 沉浸式體驗(yàn)：利用VR 技術(shù)，以虛擬漫游沉浸式體驗(yàn)方式，優(yōu)化建筑、景觀綠化、道路設(shè)計(jì)等方案，見圖13，給項(xiàng)目業(yè)主、管理方等其他相關(guān)方帶來沉浸式的體驗(yàn)，為設(shè)計(jì)方案的表達(dá)、設(shè)計(jì)方案的比選以及方案決策提供了新方法，本項(xiàng)目針對項(xiàng)目關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)搭建了多個(gè)VR 可視化場景，其中包括航空大道道路模型、110 kv 變電站工程、給水泵站、綜合管廊工程、1#能源站工程等。

圖13 BIM+VR 沉浸式體驗(yàn)

（9）向施工管理平臺信息傳遞：通過IFC 格式模型解析和非IFC 格式建筑信息轉(zhuǎn)化，將設(shè)計(jì)模型、屬性信息、構(gòu)件編碼，輕量化至施工管理平臺，見圖14，施工方基于設(shè)計(jì)模型、設(shè)計(jì)編碼進(jìn)行分部分項(xiàng)拆分、深化設(shè)計(jì)，與WBS 進(jìn)行綁定，進(jìn)行人機(jī)料控制，完成進(jìn)度、質(zhì)量、安全管理。

圖14 BIM 實(shí)施管理平臺

4 總結(jié)與展望

鄂州民用機(jī)場市政工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)高，專業(yè)覆蓋面廣，設(shè)計(jì)周期短。開展數(shù)字化正向設(shè)計(jì)，通過方案模擬、深化設(shè)計(jì)、管線綜合、工程算量、模型出圖、數(shù)字化交付等創(chuàng)新應(yīng)用，研究和探索市政行業(yè)全專業(yè)BIM 解決方案關(guān)鍵問題，大幅提高設(shè)計(jì)進(jìn)度和精細(xì)度，推動了設(shè)計(jì)思維、工作流程、協(xié)同方式乃至建設(shè)模式的深刻變化，使BIM 模型的全生命周期應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)，展現(xiàn)了BIM 技術(shù)優(yōu)良的市場應(yīng)用前景。