BIM技術(shù)在某國際機場擴建工程中的應(yīng)用研究

張 挺 蘇 楠

1. 西部機場集團有限公司 陜西 西安 710075 2. 中國建筑西北設(shè)計研究院 陜西 西安 710000

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，BIM技術(shù)越來越多地應(yīng)用于工程建設(shè)領(lǐng)域，該技術(shù)具有可視性、協(xié)調(diào)性、優(yōu)化性等特點，能夠以三維可視化的形式表現(xiàn)出建筑物的形狀并模擬工程建設(shè)的技術(shù)方案，可以為工程提供信息化支撐平臺，從而優(yōu)化建筑施工管理，減少因設(shè)計或施工錯誤所造成的返工，節(jié)約工期和施工成本，為建筑工程的各個參與方帶來良好的效益[1]。

西安咸陽國際機場三期擴建工程（以下簡稱：西安機場三期工程），建設(shè)規(guī)模宏大，施工技術(shù)復(fù)雜，須協(xié)調(diào)問題繁雜。本文以西安機場三期工程飛行區(qū)工程為背景，介紹了BIM技術(shù)在該工程建設(shè)過程中的具體應(yīng)用，主要包括：管線碰撞、高差分析、BIM+GIS應(yīng)用、3D工藝動畫等方面。BIM技術(shù)在該項目上的應(yīng)用極大地提高了施工效率，節(jié)約了工程工期，保障了施工安全和質(zhì)量，為工程的各個參與方帶來良好的效益。

1 BIM簡介

BIM是源自于“Building Information Modeling”的縮寫，中文譯為“建筑信息模型”。該技術(shù)通過數(shù)字化手段，在計算機中建立出一個虛擬建筑，該虛擬建筑會提供一個單一、完整、包含邏輯關(guān)系的建筑信息庫。并通過真實性模擬和建筑可視化來更好地溝通，以便讓項目各方了解工期、現(xiàn)場實時情況、成本和環(huán)境影響等項目基本信息。BIM技術(shù)也是一種應(yīng)用于工程設(shè)計、建造、管理的數(shù)據(jù)化工具，通過對建筑的數(shù)據(jù)化、信息化模型整合，在項目策劃、運行和維護的全生命周期過程中進行共享和傳遞，使工程技術(shù)人員對各種建筑信息作出正確理解和高效應(yīng)對，在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本和縮短工期方面發(fā)揮著重要作用[2]。

1.1 可視化

BIM的可視化特點，即“所見即所得”的形式，對于建筑行業(yè)來說，可視化真正運用在建筑業(yè)的作用非常大。傳統(tǒng)的二維圖紙只能以線條進行表達，建筑構(gòu)造形式則需要施工技術(shù)人員自行想象。BIM的可視化從二維升級為三維立體實物場景，將建筑結(jié)構(gòu)以更加形象的形式展現(xiàn)在人們的面前，同時各方還能通過模型可視化形成有效的互動，使各方信息得到有效溝通[3]。

1.2 協(xié)調(diào)性

BIM的協(xié)調(diào)性是指工程項目的參建單位基于BIM的協(xié)同平臺進行橫向和縱向的信息交流，減少信息的失真。建筑工程涉及的參加者眾多，基于傳統(tǒng)的藍圖無法實現(xiàn)建筑信息的無縫傳遞，而基于BIM的協(xié)同平臺可以實現(xiàn)橫向和縱向的協(xié)同管理[4]。

1.3 優(yōu)化性

在設(shè)計施工過程中，地下復(fù)雜的管綜、異形建筑結(jié)構(gòu)等區(qū)域通常是施工難度較大和問題較多的地方，利用BIM對存在的問題預(yù)先進行分析，得出相應(yīng)的信息數(shù)據(jù)文件，提前對設(shè)計、施工方案進行優(yōu)化處理，以達到縮短項目工期、減少項目成本投入的目的[5]。

2 綜碰撞檢查應(yīng)用

西安機場擴建工程包括機場、空管、航油等工程，涉及不同的建設(shè)單位、設(shè)計院及施工單位，涉及給排水、電氣、消防、燃?xì)狻⑷蹼姷缺姸鄬I(yè)，造成飛行區(qū)附屬用房室外施工管網(wǎng)錯綜復(fù)雜，彼此之間存在較多的碰撞問題，現(xiàn)場協(xié)調(diào)難度很大。因此必須對各專業(yè)之間的BIM模型進行整合審查，在施工之前解決掉各類碰撞問題，使現(xiàn)場施工能夠順利進行，減少變更及協(xié)調(diào)工作量，飛行區(qū)附屬用房管綜碰撞檢查流程如圖1所示。

圖1 管綜碰撞檢查流程圖

2.1 模型搭建

根據(jù)最新的設(shè)計圖紙，對各專業(yè)管線進行三維模型搭建，統(tǒng)一標(biāo)高及基點的位置，使得整體模型達到位置關(guān)系統(tǒng)一。考慮到本工程中消防、給水等管線和管井圖紙只標(biāo)明了埋深無絕對標(biāo)高，因此首先創(chuàng)建管綜區(qū)域設(shè)計地形模型，通過地形模型對消防、給水等專業(yè)的管線和管井的標(biāo)高進行調(diào)整，確定其豎向位置關(guān)系；各專業(yè)的管線及管井模型的尺寸及管徑大小的數(shù)據(jù)需按照大樣圖進行1：1的比例創(chuàng)建，使得管綜碰撞檢查更加地嚴(yán)謹(jǐn)，管綜之間的平面與豎向位置調(diào)整更加合理、準(zhǔn)確。

2.2 模型碰撞檢查

各專業(yè)模型搭建完成后進行模型整合，進而進行碰撞檢查，飛行區(qū)附屬用房室外各專業(yè)整合模型如圖2所示。管綜碰撞審查過程中主要分為兩類碰撞問題，一是硬碰撞，主要為井與井之間的碰撞、重力流管線與井、排水溝之間的碰撞，此類碰撞問題只能通過平面位置調(diào)整進行解決；二是軟碰撞，主要為管線與管線、管線與井之間的碰撞，此類碰撞問題一般通過增加管線埋深或者對管線進行翻彎處理進行解決。模型碰撞檢查過程中發(fā)現(xiàn)的所有管綜碰撞問題須形成圖文文檔資料，反饋至各建設(shè)單位及設(shè)計、施工單位。

圖2 飛行區(qū)附屬用房室外各專業(yè)整合模型

2.3 模型及圖紙優(yōu)化

建設(shè)單位組織各施工和設(shè)計單位對初版報告中的各項問題逐一討論并分析，確定相應(yīng)的解決方案，并對報告中的問題進行責(zé)任劃分；對應(yīng)相關(guān)問題的各設(shè)計單位對圖紙進行優(yōu)化，優(yōu)化完成后，BIM單位根據(jù)優(yōu)化后的圖紙對模型進行更新整合，對初版報告中的問題進行復(fù)核確認(rèn)，形成新版的管綜碰撞檢查報告。模型審查過程中會出現(xiàn)新的碰撞問題，因此，此項工作流程會多次重復(fù)進行，最終使得管綜碰撞問題得到整體解決。以飛行區(qū)附屬用房項目2號小區(qū)為例，經(jīng)過4輪BIM碰撞檢查分析和設(shè)計單位對圖紙進行優(yōu)化，最終基本解決了室外管線碰撞問題，使得現(xiàn)場施工協(xié)調(diào)量大大降低，現(xiàn)場施工較為順利。

傳統(tǒng)的施工只能依賴于二維圖紙上面的內(nèi)容，無法完整的表達出管綜整體的平面和豎向信息，對施工現(xiàn)場造成一定的難度，不僅會影響工期，還會增加相應(yīng)的協(xié)調(diào)和變更成本。BIM的三維立體模型則有效地避免了此類問題的產(chǎn)生，運用三維立體模型，通過具有互動性和反饋性的BIM三維可視化分析，能提前發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的各項碰撞點，及時給出相應(yīng)解決方案及建議，減少后期施工的返工率，縮短項目工期并節(jié)約相應(yīng)成本。

表1 飛行區(qū)2號小區(qū)室外管綜碰撞統(tǒng)計表

3 道路交界面高差分析應(yīng)用

西安機場擴建工程進出場道路與周邊現(xiàn)狀道路及市政規(guī)劃道路屬于不同設(shè)計單位設(shè)計、權(quán)屬單位各不相同，道路交界區(qū)域可能存在高差，后期存在影響正常通行的隱患。

為解決上述問題，首先根據(jù)機場總平面圖排查確定道路交界區(qū)域，收集相關(guān)市政規(guī)劃道路圖紙；利用專業(yè)軟件，對市政規(guī)劃道路及現(xiàn)狀道路地形數(shù)據(jù)進行處理，完成市政規(guī)劃道路模型搭建；將市政規(guī)劃道路與機場道路模型進行合并，逐個區(qū)域進行核查分析，利用BIM三維模型可視化特點，復(fù)核機場出入道路與市政規(guī)劃道路交界面高程，提取相關(guān)數(shù)據(jù)及圖形后形成分析報告，反饋至設(shè)計院及時進行調(diào)整有效地，解決了機場出入道路和市政道路交接處標(biāo)高誤差問題。

4 BIM +GIS技術(shù)應(yīng)用

西安機場擴建工程在建設(shè)的過程中須保證西安機場的正常運轉(zhuǎn)，因此在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制各類機械及塔吊的高度不超過凈空限制的要求，同時保證施工過程中不損傷既有地下管網(wǎng)，是保障機場正常運行及航空器飛行安全的最基本要求。西安機場擴建工程飛行區(qū)工程施工區(qū)域面積近萬畝，如何實現(xiàn)現(xiàn)場快速定位，快速判斷所處區(qū)域的凈空限制要求以及該區(qū)域地下管線的分布情況具有重要的現(xiàn)實意義。

為解決以上問題，將已有的各類BIM模型數(shù)據(jù)（凈空模型、綜合管網(wǎng)模型等）和各種CAD線面對象數(shù)據(jù)處理并匹配地理坐標(biāo)后導(dǎo)入GIS客戶端，并把數(shù)據(jù)發(fā)布至用戶移動端供各類用戶開展業(yè)務(wù)，進行快速定位，獲得所處位置的凈空限制高度及地下管網(wǎng)情況，以此來幫助現(xiàn)場管理人員日常開展，從而節(jié)省了現(xiàn)場放線定位及查閱資料的時間，大大提高了工作效率，其應(yīng)用過程如圖3所示。

圖3 BIM +GIS技術(shù)應(yīng)用示意圖

5 3D工藝動畫技術(shù)交底應(yīng)用

飛行區(qū)場道工程所使用的混凝土為干硬性混凝土，與普通混凝土的施工工藝存在較大差別，因此利用BIM制作3D施工工藝動畫進行技術(shù)交底，直觀地展示飛行區(qū)場道工程的施工工藝，能夠更好地把控施工細(xì)節(jié)，提高現(xiàn)場施工質(zhì)量。

飛行區(qū)道面結(jié)構(gòu)層施工主要分為基層和面層施工，基層施工工序：下承層準(zhǔn)備（下承層高程、平整度、寬度等驗收合格）→測量放樣（放出基層邊線和攤鋪引導(dǎo)線；按間距打下基準(zhǔn)桿；架設(shè)基準(zhǔn)鋼絲，調(diào)整好虛鋪厚度及平面位置）→拌合及運輸作業(yè)→攤鋪作業(yè)→碾壓作業(yè)→接縫處理。水泥混凝土面層施工工藝：測量放樣及模板安設(shè)→攤鋪振搗→整平拉毛→第一倉施工完成進行下一獨立倉施工→兩側(cè)混凝土達到規(guī)定時間后進行填倉施工→獨立倉、填倉作業(yè)完成后進行擴縫灌縫施工。飛行區(qū)場道工程道面3D工藝動畫如圖4所示。

圖4 飛行區(qū)場道工程3D工藝動畫圖

3D動畫工藝可有效避免在施工過程出現(xiàn)的錯誤，提前修改及調(diào)整，保證工程施工質(zhì)量，促進了施工技術(shù)和管理水平的提高，直觀形象逼真地展示建筑施工部署、施工方案、施工進度、資源管理，運輸、安裝和拆除等內(nèi)容，提前展示施工后的面貌成果，幫助生產(chǎn)者動態(tài)直觀地了解建筑施工工藝、施工流程。

6 結(jié)束語

對于大型復(fù)雜的工程項目，利用BIM技術(shù)進行三維模擬有著明顯的優(yōu)勢及現(xiàn)實意義。BIM模型是對整個建筑設(shè)計的一次“預(yù)演”，建模的過程同時也是一次全面的“三維校審”過程，在此過程中可發(fā)現(xiàn)大量隱藏在設(shè)計中的問題，這些問題往往不涉及規(guī)范，但跟專業(yè)配合緊密相關(guān)，或者屬于空間高度上的沖突，在傳統(tǒng)的單專業(yè)校審過程中很難被發(fā)現(xiàn)，同時利用GIS+BIM的技術(shù)融合能夠大大提高發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)場問題的效率。BIM技術(shù)在西安咸陽國際機場三期擴建工程飛行區(qū)工程中的應(yīng)用，取得良好的社會和經(jīng)濟效益。