北京新机场工作区工程002标段施工阶段BIM技术应用

(中国建筑第二工程局有限公司，北京 100160)

1 工程概况

1.1 项目简介

北京新机场是建设在永定河北岸，北京市大兴区榆垡镇、礼贤镇和河北省廊坊市广阳区之间的超大型国际航空综合交通枢纽，旨在破解北京地区航空能力饱和，推进京津冀一体化发展，引领中国经济新常态，是打造中国经济升级版的重要基础设施。北京新机场工作区工程(市政交通)-道桥及管网工程GZQ-DQJGW-002标段(以下简称“本工程”)，属于市政公用工程，是新机场工作区工程的一部分。工程内容主要包含主进场路高架桥、地下综合管廊、专业管线(入廊及直埋管线)、道路工程、地面停车场、管理用房以及部分配套设施等工程，工程总占地面积约20.5万，工期874天，总投资4.25亿元，工程总承包单位为中国建筑第二工程局有限公司。

本工程施工内容包含主进场路高架桥，为2km双曲线全现浇箱梁高架桥，共12联主线桥和10联匝道桥，北起连接机场高速，南至机场航站楼，分别连接3层、4层离港桥，是机场航站区与外部交通衔接的主要通道；981m三舱全现浇地下综合管廊，分为电力舱、水+电信舱和热力舱，电气、给水、通信、热力管线分部其中。4.75km市政道路，7万地面停车场。本工程效果图如图1、图2所示。

图1 项目整体效果图

图2 地下综合管廊及管线

1.2 工程特点及难点

本工程为国家重点工程，施工技术要求高，施工难度大。桥梁造型较为独特，墩柱采用花瓶型墩柱，箱梁为双曲线变截面曲线梁，墩柱最高达21m，管廊基坑最深处达10m，施工难度大。增加了项目模型创建的难度，由于工程结构曲线要素多，很难用Revit常规手段创建出符合项目需求的参数化模型。

本工程时间紧，任务重，为了加快施工进度，现场施工采取多区同时作业的方式进行。综合管廊与高架桥同步施工，机电工程随机穿插，且周边施工单位众多，环境复杂，均为在建构筑物，项目占地面积虽大，但现场可供利用的空间并不乐观，增加了施工现场场地布置的难度。

新机场工程整个场区内施工单位众多，各单位之间的施工作业内容彼此交叉，各个标段、各个单位之间需要协调配合的工作多，协同管理难度大[1]。

2 BIM组织与应用环境

2.1 BIM应用目标及策划

针对本工程建设的特点，首先要通过BIM技术提高图纸二次深化设计的质量和效率，减少图纸中错漏碰缺[2]，优化施工工艺[3]，辅助施工管理[4]，提高施工质量[5]，达到管理升级、降本增效、节约工期的目的[6]。其次，运用BIM平台协调管理各方参建单位，提高项目部信息化管理水平，提高管理工作效率。同时，项目实施过程中全面推进BIM技术应用，将BIM技术细化渗透到各个部门，杜绝BIM工作与现场工作脱节的现象发生，培养出一批基础设施BIM专业人才[7-9]。

为响应公司BIM技术推广应用相关要求，保证本工程BIM技术应用顺利开展，我项目在成立之初就编制了《北京新机场工作区工程002标段BIM应用创优策划书》，按照项目BIM应用目标，明确BIM工作实施路线。创优策划书明确阐述了BIM工作总体实施方案，对团队建设、工作制度、建模标准、模型维护、关键技术应用、协同工作流程等做了详细规定[10]。

2.2 团队组织及软硬件环境

项目部成立BIM工作组，由项目总工程师对BIM工作整体把关，工作组组长负责日常工作。BIM工作组下设路桥结构、管廊结构、机电管综小组，保证项目模型的创建及后期的模型应用。项目BIM技术应用的开展以BIM工作组为中心，但不仅仅局限于BIM工作组。利用广联达BIM 5D平台，使项目部所有人员都参与到BIM工作中来，从而将项目信息有效传动，实现项目内部的高效协同工作[11]。

模型创建以Revit为主，以鸿业管廊、Dynamo等插件为辅的形式，解决桥梁和管廊异形构件模型创建问题，保证创建出达到施工BIM应用及后期竣工交付精度的参数化模型。项目同时采用Navisworks、Civil 3D、Lumion、广联达BIM 5D、P6、Synchro等多种软件实现BIM技术应用及协同工作，并配备使用移动工作站、高性能台式电脑、手持移动终端、无人机、三维激光扫描仪(租用)等硬件设备，辅助配合本项目BIM技术应用的开展[12-14]。

3 BIM技术应用

3.1 BIM模型创建

本工程BIM模型创建难点在于桥梁花瓶型墩柱、变截面双曲线带腔室箱梁、匝道挡土墙等异性构件。针对曲线元素的建模特点，桥梁工程使用Revit与Dynamo相结合的方式进行参数化建模。管廊结构模型创建难度不大，结合其具有标准断面、纵向坡度统一等特点，为提高模型创建效率及整体统一性，管廊模型使用Revit与鸿业管廊插件相结合的方式进行参数化建模。同时，参照现行BIM应用规范及建模标准，结合市政工程特殊性，模型命名满足算量、软件间匹配兼容的要求，模型精度达到LOD400，满足施工阶段BIM技术应用及后期竣工交付要求[15-16]。本工程部分BIM模型如图3、图4所示。

图3 整体模型

图4 细部构造模型

3.2 BIM应用情况

3.2.1 BIM审图与深化

传统的图纸会审，由于技术人员素质、图纸数量、时间因素等的影响，势必会导致图纸审查不全、图纸问题遗漏多等问题，进而导致在施工过程中的大量设计变更，影响工程进展。BIM审图是指在BIM的建模过程中，对施工图纸进行一次全方位审查。因为模型的创建是将二维图纸百分之百地转化为三维，不会存在图纸审查不全的问题。所以，这个过程基本能将所有的图纸问题提前暴露出来，进而加以解决，避免返工，节省工期。如图5、图6所示两个典型图纸错误之处，如果单纯依靠审阅二维图纸，此类错误很难被发现，待现场施工完成，势必造成返工，导致资源浪费，工期滞后。因此，这就体现出了BIM审图的优势与必要性。

图5 桥梁墩柱图纸错误

图6 桥台图纸错误

3.2.2 基于BIM的施工场地布置

本工程施工作业面广，交叉施工多，周边影响环境复杂，因此施工现场的场地布置错综复杂、千头万绪。如何规划好现场的平面布置，使之更好地服务于工程生产，成为项目开工之初的头号难题。项目充分利用BIM模式场地布置的可视性与动态性，结合红线范围内原有道路，利用BIM模型划分各施工区域，合理优化临时建筑、临时道路、材料堆场、加工厂、施工机械、临水临电等布置，同时结合工程4D施工模拟，动态调整各施工阶段的平面布置，做到有的放矢，按照重复利用的原则，最大限度地避免临建设施的反复搭建与拆除，杜绝资源浪费[17-18]。如图7所示。

图7 现场场地布置

3.2.3 BIM模式墩柱钢模板配套优化

本项目在实施BIM技术过程当中，积极探索新应用。本工程桥梁花瓶型墩柱属于异性结构，墩柱模板采用定型化钢模板。根据图纸，按照不同墩柱类型，原计划需定制12套钢模，BIM小组成员认为此处模板配置具有优化的余地和价值。首先，BIM组成员采用Oracle P6与Sychro的软件组合，对墩柱施工编制二级进度计划，结合人员配置，通过多次进度演示与调整，对比同类型钢模板在各时间段内的周转使用情况，在不影响后期施工的前提下，最终发现墩柱模板可减少到10套，即可完成既定施工任务，比原计划节省2套。

在利用4D施工模拟优化墩柱模板的过程中，需要反复不断地调整进度以达到最优计划的目的，因此就需要进度计划与模型的反复关联操作，重复工作量大。本项目采用P6与Sychro的软件组合进行墩柱的4D施工模拟与进度计划的调整优化工作，相对于本项目采用的其他4D软件如Navisworks、广联达BIM 5D，这两者结合的优势在于可以直观进行进度编制与调整，且软件间互通兼容性高，关联操作方便，尽管进度计划不断变化，在与模型匹配关联时，只需要对变化的部分重新操作，之前操作过得能过自动匹配，大大提高工作效率。如图8、图9所示。

图8 墩柱施工二级进度计划

图9 Sychro 4D施工进度模拟界面

3.2.4 BIM模式预制构件生产管理[19]

本工程桥梁包含3座匝道桥，匝道桥与地面道路连接部分的挡土墙采用预制化吊装的形式施工。每块挡土墙板宽度为2m，本工程共计挡土墙板315块，每块墙板除宽度一致外，其余尺寸、形式等均不相同，现场吊装必须一对一，不能混用。利用广联达BIM 5D云平台，在预制挡土墙工厂加工-出厂运输-进场验收-现场吊装-质检验收等重点过程中，通过手机扫描二维码的方式将施工过程信息自动集成到BIM平台，利用电脑端或手机端随时随地了解需用构件相关信息及施工状态，提升管理效率，有力地把控了项目整体进度。

首先，将模型导入到BIM 5D平台后，进行需用计划的录入。根据挡土墙施工工艺设置不同的跟踪阶段，按照挡土墙施工进度计划设置好跟踪人、计划完成时间、预警信息等。之后，厂家将BIM组导出的构件二维码张贴在挡土墙板上，现场利用手机扫描二维码，实时跟踪构件的施工状态。相关人员利用手机端或电脑端进行构件状态查询和工程量统计，并可对现场施工存在的质量问题在线进行通报、整改回复等操作，大大缩短施工时间，提高沟通效率。应用流程如图10、图11、图12所示。

图10 BIM 5D构件跟踪界面

图11 现场扫描及手机端状态跟踪

图12 预制构件状态查询

3.2.5 BIM 5D施工管理[3,20]

本项目使用广联达BIM 5D平台统一对现场施工的安全、质量、进度、成本、资料等进行综合管理。利用BIM 5D平台，将模型与进度、造价等信息相关联，结合“三端一云”，进行可视化进度跟踪、工程量统计、造价分析、物资需求分析等。使用BIM 5D手机APP，进行现场的质量安全问题跟踪管理。根据项目组织架构特点，将各参与方、项目各部门添加到云平台，形成项目云平台组织架构，以实现各方的协同工作。

(1)资料文档协同

在施工建设过程当中，项目相关的资料种类繁多，在传统的工程管理中，文档的分类、保存、查阅容易混淆不清，信息无法延续。基于BIM 5D的资料协同管理，通过设置不同的权限，将项目进行上传并按照不同专业、不同施工阶段进行分类，实现资料信息交流的高效、透明。如图13所示。

图13 资料文档管理

(2)施工进度协同

利用BIM5D平台实现现场施工进度与计划进度的协调管理,及时反馈现场施工进度偏差，分析原因并及时加以修正。项目现场人员每日上传现场施工进度，通过BIM 5D的施工模拟板块，直观进行实际进度与计划进度的对比。如图14、图15所示。

图15 计划进度与实际进度对比

(3)施工成本协同

集成了工程量清单及相关预算合同价格，通过模型的集成可以方便地完成工程量清单审核、过程报量、实际工程量提取等精细化管理。如图16、图17所示。

图16 模型清单关联

图17 工程量提取

(4)质量安全协同

通过BIM 5D电脑端与手机端APP的结合，记录现场质量问题和安全问题，通过云技术实现协同，并统一管理，在质量安全例会上，跟踪问题的完成情况。问题跟踪清晰明了，大大减少了漏项。如图18所示。

图18 BIM 5D质量安全管理

3.2.6 BIM交付

将工程所有专业的工程图纸信息、施工过程信息、设备信息等录入数据平台，并与BIM竣工交付模型相关联，形成工程数字化资产交付业主。同时，以二维码的方式进行信息集成，张贴在对应工程内容处，辅助业主进行运维管理。交付内容主要为管廊结构及管线。如图19、图20所示。

图19 管廊交付细部剖面

图20 现场张贴二维码

4 项目应用效果

通过BIM技术在本项目施工阶段的应用，在工期、成本、质量以及项目各参与方协调沟通方面都取得了良好的效果。基于BIM模型优化施工图纸及施工工艺，节省了大量图纸审查的时间，发现并提前解决各类图纸错漏碰缺问题，提高了与设计单位的沟通效率，减少大量沟通时间,大大减少了施工过程当中由于设计变更而带来的工期延误。基于BIM模式的施工管理，保证了项目的顺利进行，使得本项目成为多次登上央视新闻的市政项目。BIM技术在该项目的运用理念、管理方法以及思维模式等方面深入实践，为下一个市政项目积累了宝贵的经验。

5 总结

在本项目中，BIM模式的预制构件生产管理、P6与Sychro软件结合实现4D施工模拟的探索实践、模板优化、管廊模型竣工交付等都属于市政项目独有的创新应用，应用效果良好。另外，对本项目中BIM技术实施存在的问题进行分析并逐步提出解决方案。如广联达BIM 5D施工管理软件对市政项目模型匹配度差；Revit常规手段建立双曲线箱梁模型效率低、精度差；现场张贴的纸质二维码容易受雨雪、剐蹭等环境因素的影响而损坏等问题。

目前，BIM技术在国内正处于快速发展阶段，推广程度也是逐年提高，但BIM应用软件不统一、项目BIM管理制度不完善、各参建方对BIM认知程度落后的问题仍普遍存在。从本项目BIM技术的实施过程中发现，只有从顶层统一认识，制定相关制度，BIM小组与项目全体成员统一思想，才能保证BIM技术在施工项目的真正落地，取得预期的应用效果。