BIM技術在大型貨運機場轉(zhuǎn)運中心全專業(yè)深化設計中的應用*

龔旭峰，郭曉豹，王鳴翔，楊利劍，王露倩，李 聰

(1.中天建設集團有限公司， 浙江 杭州 310020； 2.浙江中天方圓幕墻有限公司杭州分公司，浙江 杭州 310000)

0 引言

目前Revit，Tekla，Bentley等三維設計軟件促使建筑業(yè)從二維圖紙到三維圖紙乃至數(shù)字建造轉(zhuǎn)型發(fā)展，第2次建筑信息化革命已經(jīng)到來。施工單位利用BIM技術整合與利用多專業(yè)間的信息，有效解決了專業(yè)間的碰撞問題，同時對復雜節(jié)點的三維展示及施工模擬也有良好的應用效果。基于BIM技術的深化設計模型，不僅包含可視化的三維尺寸數(shù)據(jù)，更含有構(gòu)件多維度的屬性信息(如材質(zhì)、體積，甚至設計、施工單位等)，信息全面且準確，同時根據(jù)現(xiàn)場需要可剖切三維模型中的任意截面，每張三維深化圖紙均可實現(xiàn)二維圖紙功能。

在鄂州花湖機場轉(zhuǎn)運中心主樓項目中，將BIM技術應用于全專業(yè)深化設計、數(shù)字化施工、數(shù)字化驗收中，從而解決大型貨運機場轉(zhuǎn)運中心項目在各階段實施中的問題。

1 工程概況

鄂州花湖機場位于湖北省鄂州市鄂城區(qū)燕磯鎮(zhèn)附近，不僅為4E級國際機場、航空物流國際口岸，還是亞洲首座專業(yè)性貨運樞紐機場，航站樓面積1.5萬m2，航空貨站面積2.3萬m2。轉(zhuǎn)運中心主樓為機場中體量最大的項目，建筑面積達54萬m2，地坪板及以下為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，以上為鋼框架及鋼筋桁架樓承板結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)運中心不僅有分揀轉(zhuǎn)運系統(tǒng)設備，同時含海關、安檢、順豐公司辦公業(yè)務及配套設施設備在內(nèi)的用房。鄂州花湖機場建設效果如圖1所示。

圖1 鄂州花湖機場建設效果

2 基于BIM技術的深化重難點

2.1 各專業(yè)深化體量大、協(xié)同要求高

本項目建筑面積達54萬m2，進行全方位、全專業(yè)的深化設計工作，除傳統(tǒng)建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻、機電安裝等專業(yè)外，還包含智能化控制、分揀設備系統(tǒng)在內(nèi)的十余項專業(yè)。其中，地坪板結(jié)構(gòu)(含鋼筋模型)深化面積16萬m2，樓承板結(jié)構(gòu)(含鋼筋模型)深化面積49萬m2，幕墻深化面積10萬m2，鋼結(jié)構(gòu)、建筑內(nèi)裝、機電(含屋面)深化面積均為65萬m2，各專業(yè)深化模型總構(gòu)件超1 300萬個，深化體量巨大。

此外，為實現(xiàn)各專業(yè)、標段間的高效協(xié)同工作，執(zhí)行三級審核制，即Ⅰ級審核由標段總承包負責人負責，完成內(nèi)部專業(yè)邊界確認及模型整合工作；Ⅱ級審核由審核牽頭單位負責，完成相鄰標段間的邊界確認及模型整合工作；Ⅲ級審核由審核牽頭單位負責，完成全場邊界確認及模型整合工作。

2.2 模型精度要求高、屬性信息多

施工準備階段的BIM模型基于設計階段模型深化而成，模型元素包括尺寸、定位、空間拓撲關系等幾何信息，名稱、規(guī)格型號、材料和材質(zhì)、功能與性能技術參數(shù)，系統(tǒng)類型、安裝部位、工程邏輯關系、施工方式及模型構(gòu)件編碼等非幾何信息。為實現(xiàn)轉(zhuǎn)運中心分揀設備的精準定位及安裝，各階段模型精度應滿足施工準備階段模型精度，且不宜低于LOD350，施工實施階段模型精度不宜低于LOD400，竣工階段模型精度不宜低于LOD500。此外，深化模型精度及全部屬性信息應滿足自動出量及計量支付要求，深化出圖完全代替二維設計圖紙，滿足施工要求。

2.3 深化時間緊張、軟件優(yōu)化不佳

項目實行先深化設計模型、后開工原則，總承包單位根據(jù)施工節(jié)點，同時考慮單位內(nèi)部自審時間，建設單位、設計單位、監(jiān)理單位、造價咨詢和BIM總咨詢的外部審核時間，倒排確定各批次深化成果審核時間節(jié)點，并報審深化工作計劃時間表。若無法按期完成深化節(jié)點，則根據(jù)合同執(zhí)行相應措施。此外，項目主要為鋼筋混凝土及鋼框架結(jié)構(gòu)，要求提交基于Revit 2018的深化模型。由于軟件優(yōu)化不佳，存在大體量鋼筋模型搭建卡頓及鋼結(jié)構(gòu)Tekla與Revit模型間的無損轉(zhuǎn)換等問題，進一步加大了按期完成深化節(jié)點的難度。

3 基于BIM技術的深化設計實施應用

3.1 深化設計實施流程

基于BIM技術的項目深化設計實施流程主要分為深化準備、深化設計及施工應用階段(見圖2)。深化準備階段包含施工圖設計交底、設計成果(含設計圖紙與設計模型)審查、深化內(nèi)容策劃、深化信息確認；深化設計階段主要是創(chuàng)建和自審總包單位的深化設計模型及深化圖紙，設計、咨詢、監(jiān)理和造價單位綜合會審深化成果，并進行成果會簽；施工應用階段則為施工單位依據(jù)深化成果進行施工交底、數(shù)字化施工及數(shù)字化驗收。

圖2 深化設計實施流程

3.2 基于BIM的深化設計

3.2.1模型拆分

為保證現(xiàn)場施工如期進行，專業(yè)間工作信息順利傳遞，在深化準備階段，施工單位根據(jù)設計成果交底及現(xiàn)場情況拆分整合轉(zhuǎn)運中心主樓深化模型，使各專業(yè)子模型滿足施工和計算機的性能要求。將主樓模型拆分為地坪板及以下模型和地坪板以上模型，其次根據(jù)專業(yè)及部位進一步拆分兩部分模型，確定子模型深化內(nèi)容。轉(zhuǎn)運中心主樓模型拆分如圖3所示。

圖3 轉(zhuǎn)運中心主樓模型拆分示意

3.2.2深化內(nèi)容

轉(zhuǎn)運中心主樓實行全專業(yè)深化，總承包單位根據(jù)施工需求及既定的深化標準，深化建筑、結(jié)構(gòu)、機電等多專業(yè)內(nèi)容及精度，以下就主要專業(yè)深化內(nèi)容及典型模型做重點介紹。

1)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)深化 基于設計模型和施工圖，采用Revit軟件進行二次結(jié)構(gòu)、預留預埋、復雜節(jié)點及鋼筋的深化設計，主要難點為搭建鋼筋深化模型復雜節(jié)點。現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)對全部鋼筋進行建模，不僅需要表示形狀、占位，賦予可識別的材質(zhì)，還應表示彎鉤尺寸、錨固搭接長度等信息。

2)鋼結(jié)構(gòu)深化 采用Tekla軟件創(chuàng)建深化設計模型，同時基于鋼結(jié)構(gòu)施工圖創(chuàng)建所有詳細節(jié)點的深化圖紙，并驗算焊縫、螺栓連接及與其他專業(yè)的協(xié)調(diào)內(nèi)容。其中鋼梁、鋼柱均應創(chuàng)建附屬零件模型，如加勁板、預埋件、螺栓、孔洞等。由于Tekla模型無法完成Revit標準的屬性字段賦值工作，集團研發(fā)TTR二次開發(fā)插件不僅能實現(xiàn)Tekla模型至Revit模型的無損轉(zhuǎn)換，還能對鋼筋桁架樓承板進行快速建模。

3)建筑內(nèi)裝深化 建筑內(nèi)裝深化包含內(nèi)裝節(jié)點設計、構(gòu)件細部設計、機電末端設備選型等，具體包括樓地面、踢腳線、樓梯、臺階裝飾、墻飾面、隔斷、擋煙垂壁、潔具、便器、無障礙衛(wèi)浴、家具、廚具等內(nèi)容。內(nèi)裝模型深化構(gòu)件不僅包含材質(zhì)、厚度、規(guī)格、型號等屬性信息，還應明確說明具體的構(gòu)造做法，以滿足施工需求。樓梯間深化如圖4所示。

圖4 樓梯間深化示意

4)機電深化 機電深化模型基于自身設計模型、建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾等專業(yè)深化模型進行創(chuàng)建，不僅需要保證施工過程中的可落地性，還要充分考慮施工工序、操作空間、維護及檢修空間等因素，同時需預留一定施工空間以調(diào)整誤差。深化過程中，深化人員根據(jù)現(xiàn)場施工及功能需求補充或完善設計階段未確定的設備、附件、末端等模型構(gòu)件。當管線綜合布置完成后，應復核水泵揚程及流量、風機風壓及風量、冷熱負荷、電氣負荷、燈光照度、管線截面尺寸、支架受力等系統(tǒng)參數(shù)。

3.2.3圖紙審查

圖紙會審作為施工質(zhì)量管理的有效手段，結(jié)合BIM技術，可將抽象的二維圖紙轉(zhuǎn)換為可視化的三維信息模型，解決自身圖紙錯誤及專業(yè)間乃至標段間的碰撞問題。以下就圖紙會審過程中利用BIM技術解決的部分典型問題做說明。

1)單專業(yè)設計圖紙復核

2)多專業(yè)圖紙復核

3)標段間合模圖審

轉(zhuǎn)運中心主樓總承包項目與指廊、分揀、燈光、場道等多個標段接壤，通過合模可有效避免施工過程中的標段間問題，并減少返工。在進行主樓A3區(qū)地坪板與場道標段間合模工作時，基于施工圖深化模型，發(fā)現(xiàn)雨水井和雨水口連接管段與消能井沖突，經(jīng)標段建設單位、施工單位及設計單位統(tǒng)一協(xié)調(diào)溝通后，通過調(diào)整雨水井位置避免碰撞，如圖5所示。

圖5 標段合模模型

3.2.4深化出圖

傳統(tǒng)深化設計往往需要豐富的專業(yè)知識和工程經(jīng)驗，難以保證深化效率與質(zhì)量。應用BIM技術進行深化設計，可充分利用可視化、優(yōu)化性及出圖性的特點，任意剖切數(shù)字孿生模型，快速得到二維圖紙難以充分表明的復雜節(jié)點深化圖紙，可有效加深施工人員對設計圖紙的理解，有利于提升工程質(zhì)量。

3.3 成果會審

施工單位完成深化設計模型及圖紙創(chuàng)建工作后，應自審深化成果并完成質(zhì)量校審，在自審合格的基礎上發(fā)起深化設計報審流程至設計、BIM總咨詢、監(jiān)理及造價咨詢單位，由4方綜合會審深化設計模型及圖紙。

其中，設計單位主要審查模型設計屬性、圖模一致性、是否符合設計規(guī)范、標準性等方面。BIM總咨詢單位審查模型標準、族類型、構(gòu)件編碼、視圖規(guī)范性、通用屬性等內(nèi)容。監(jiān)理單位主要審查模型邊界、構(gòu)件拆分是否符合檢驗批要求，施工屬性、碰撞檢測及質(zhì)量驗收評價指標要求。造價咨詢單位主要審查造價屬性、構(gòu)件扣減關系及模型是否符合計量計價規(guī)則等內(nèi)容。施工單位根據(jù)4方審查問題報告整改深化成果，并重新發(fā)起深化設計報審流程，直至成果審核無誤，才能完成深化設計成果會簽。

截至2022年2月份，轉(zhuǎn)運中心主樓項目已審查全專業(yè)200余批次深化成果，每批次深化成果自開始創(chuàng)建至4方審查完成平均耗時10d，其中每批次模型審查2～3輪，深化成果質(zhì)量及效率在機場各標段均屬前列。

3.4 實施應用

項目基于移動端輕量化平臺開展數(shù)字化施工，為此配備專屬移動端設備。現(xiàn)場施工人員可通過輕量化平臺對模型進行屬性查看、視圖剖切、問題標注等操作，同時可關聯(lián)檢查的問題照片與模型構(gòu)件，提醒責任人進行整改。

數(shù)字化施工交底采用三級交底制度，第一級為BIM負責人給專項負責人交底，第二級為專項負責人給現(xiàn)場施工管理人員交底，第三級為施工管理人員給工人交底。其中各級交底每周進行3次以上，需確保所有相關專項負責人、管理人員參加。

鋼結(jié)構(gòu)模型深化完成后，鋼構(gòu)件生產(chǎn)廠家根據(jù)BIM模型明細表生成的材料清單采購材料，將所有零件按材料板厚、材質(zhì)等屬性進行分類，形成可下料切割的數(shù)控數(shù)據(jù)，同時應用BIM模型測量預先拼裝的構(gòu)件接口控制點位數(shù)據(jù)，實現(xiàn)構(gòu)件加工的信息化模擬預拼裝。

3.5 數(shù)字化驗收

三維激光掃描是利用激光測距原理，通過記錄被測物體表面大量密集點的三維坐標、反射率和紋理等信息，快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等圖件數(shù)據(jù)，精度可達毫米級。本項目對驗收部位進行全方位激光掃描，根據(jù)掃描的點云數(shù)據(jù)合成受檢區(qū)點云模型，應用數(shù)字化工具進一步保證施工質(zhì)量。如在A4區(qū)部分鋼框架結(jié)構(gòu)BIM模型及激光掃描模型中，對點云模型與深化模型進行疊加分析，若偏差值在3mm內(nèi)，則分析模型為黃色，證明驗收部位誤差極小。

4 效益分析

1)深化成果可充分展示構(gòu)件的三維幾何信息及材料信息，三維可視化交底可使作業(yè)人員準確理解設計意圖，降低施工錯誤率，提升工程質(zhì)量。

2)應用BIM技術進行建模圖審，可有效解決圖紙錯誤、圖紙含義表達不清、多專業(yè)間碰撞等問題，減少工程返工，縮短工期，節(jié)約成本。

3)通過深化模型導出構(gòu)件明細表，準確輸出構(gòu)件的施工、造價管理屬性，實現(xiàn)工程量自動統(tǒng)計，減少人為誤差，有效控制材料使用量。

4)建立全專業(yè)高精度深化模型，可實現(xiàn)各類構(gòu)件精準定位，使二次結(jié)構(gòu)準確預留洞口，滿足分揀設備安裝需求。

5 結(jié)語

隨著數(shù)字化技術與建筑領域的不斷融合，越來越多的建筑企業(yè)開始深入應用BIM技術。基于BIM技術深化設計，有效提升建筑設計圖紙的信息表達效率，實現(xiàn)設計與施工的無縫對接。本文結(jié)合鄂州花湖機場轉(zhuǎn)運中心主樓工程，針對BIM技術在全專業(yè)、高精度深化設計中面臨的重難點展開研究，闡述基于BIM技術的深化設計實施應用流程，著重分析BIM技術在項目深化設計中的應用成效，表明BIM技術在大型工程深化設計中的應用價值，有利于施工管理協(xié)調(diào)。