案例:BIM在机场工程建设中的应用

1 引言

BIM(Building InformationModeling)是“建筑信息建模”的简称,由美国Chuck Eastman,Ph.D.)上世纪70年代提出。2014年斯坦福大学对32个项目调研发现,应用BIM可以减少预算外变更40%、控制造价估算准确率在3%、节省投资估算工作时间80%、冲突检查可节省合同额的10%、节省项目时间7%。

机场工程涉及专业包括:建筑、结构、钢结构、幕墙、屋面、综合安装、消防、机电、弱电、行李系统、机场信息管理系统等。由于其建筑的重要性和特殊性,与其他一般的工程项目相比具有自己的特点,主要体现在几个方面:(1)施工环境条件复杂,紧邻工程施工影响大,管理要求高;(2)工程安全风险点众多,安全管理点多面广,难度极大;(3)参建单位多,协调管理难度高;(4)智能建筑工程与民航弱电信息系统,智能、信息、集成化程度高;(5)机电设备安装相互关系复杂,动态控制和联动调试要求高;(6)专业工程难特点众多,工程技术管理难度大。因此,在BIM技术全面推广应用的大背景下,将BIM作为技术手段辅助业主工程管理的精细化也势在必行。

2 机场工程BIM实施总体框架

机场工程的BIM应用需要在实施前完成组织模式、应用目标、组织架构、工作职责、应用流程、任务分解等方面的策划性工作,用以指导实施过程中的BIM应用。

2.1 机场工程BIM实施组织模式

BIM技术的应用,主要是技术与管理的结合、与传统项目管理工作的结合,为解决项目管理中的各类问题服务。因此,应当在实施前建立完整的工作组织与机制,确立以指挥部与BIM顾问团队为核心的组织机制(如图1所示),保证BIM技术在本项目中的应用价值。

案例:BIM在机场工程建设中的应用-BIMBANK

图1 BIM应用组织架构图示例

2.2 BIM实施的工作大纲

为便于各方展开工作,需要制定BIM实施的工作大纲,包括:工作流程、进度计划、管理机制、技术标准等,用于指导各参建单位各项BIM工作有序开展。

3 机场工程各阶段BIM实施

BIM技术作为工程项目的管理和技术手段,提高管理团队的精细化管理能力建设,实现机场工程的数字化设计、施工及竣工交付,可以提高工程建设质量和项目的综合管理水平。

(1)规避设计阶段的错、漏、碰撞、缺,避免不必要的项目返工引起的项目工期延误和成本浪费;

(2)解决因项目专业工程众多,技术管理难度大的问题,协调复杂施工环境条件下的多专业交叉施工,避免各专业间的相互影响,提升效率;

(3)提前预判项目实施过程中的众多安全质量风险点,辅助安全质量预案与安全质量管理,为项目安全质量目标的实现提供强有力的支持;

(4)利用BIM技术,围绕一个信息透明的、可重复的、可核查的、可持续的三维数字化环境,各参与在建设周期中共享项目信息,并通过分析信息,做出决策,使项目得到高效的管理。

3.1前期规划阶段的应用

在建设项目前期规划时使用BIM技术进行概念设计、规划设计,进行方案的场地分析与主要经济指标分析,并确定基本方案,辅助项目决策。

基于BIM和GIS技术,进行项目规划和方案设计,应用BIM技术将场地、已有市政管线、附属设施等建立三维模型,确定项目涉及的重要基础设施的标高、走向等要素,有利于多专业规划协调以及避免各层次规划设计的冲突。

将勘察单位采集到的场地区域地勘数据进行处理集成,快速得到场地的三维地质模型,实现地质层的三维效果展示、指导土方开挖、填方,指导项目合理设计。

3.2 设计阶段BIM实施内容

通过专业整合、设计综合模型、碰撞检测、机电综合协调,以数字化、信息化和可视化的方式梳理设计问题,进行设计方案比选和优化,进而减少设计错误、提高设计质量。同时,为建筑设计提供依据和指导性文件,论证拟建项目的技术可行性和经济合理性,确定设计原则及标准,并交付完整的BIM模型及图纸等设计成果,做到在施工前解决图纸问题。

(1)建立BIM设计模型

参数化设计(Parametric Design)的BIM核心思想,是把建筑设计的全要素都变成某个函数的变量,通过改变函数,或者说改变算法,能够获得不同的建筑设计方案。根据策划阶段拟定的全过程BIM模型标准,可以建立全专业模型,以保障项目各阶段模型的逐步细化和有效传递,满足各阶段项目需求,直至竣工模型。三维状态模式下进行日照模拟分析、视线模拟分析、节能(绿色建筑)模拟分析、通风、紧急疏散模拟、碳排放等建筑性能分析。

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图3 机场BIM设计模型示例

(2) 设计校审

传统的图纸会审都是在二维图纸中进行图纸审查,难以发现空间上的问题,基于BIM 的设计校审是在三维模型中进行的,各工程构件之间的空间关系一目了然,通过软件的碰撞检查功能进行检查,可以很直观地发现图纸不合理的地方。其次,基于BIM的设计校审通过在三维模型中进行漫游审查,以第三人的视角对模型内部进行查看,发现净空设置等问题以及设备、管道、管配件的安装、操作、维修所必需空间的预留问题。利用BIM模型检查预留孔洞的准确性,及时发现预留偏差问题,有效避免结构施工的返工。

(3) 综合管线优化

BIM最直观的特点在于三维可视化,利用BIM的三维技术在设计阶段可以对管道空间碰撞、管道综合排布、构建空间位置排布,优化工程设计。减少在建筑施工阶段可能存在的错误损失和返工的可能性,而且优化净空,优化管线排布方案,实现管线综合“零碰撞”。为提高设计效率、提高出图质量,控制建造成本及潜在变更,通过BIM模型减少及消除潜在碰撞,协调项目各专业设计,确保项目顺利开展。

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图 管线综合模型示例

(4) 辅助深化设计

机场项目机电工程专业多,系统复杂;钢结构工程规模量大,空间关系复杂;幕墙工程造型多样,构造复杂,各专业的深化设计工作面临巨大挑战,利用BIM模型指导机电、幕墙及钢结构专业的深化设计,解决复杂的工程实际问题,有效提高深化设计工作效率。

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图 机电深化模型示例

3.3 施工招标阶段BIM实施内容

BIM技术应用需要机场参建单位配合,招标阶段是按照建设单位对BIM应用的要求,安排整个项目BIM实施具体工作的重要阶段,涉及具体应用单位的合同价、BIM应用具体工作,需要在招标阶段根据整体策划安排各单位的BIM工作,将BIM技术应用和实际工程结合起来。

(1) 各专业单位BIM技术要求

完成整个项目招标标段BIM技术应用的招标技术要求,落实整个项目的BIM实施方案;做好包括土建、钢结构、幕墙、屋面、机电、行李系统、高架桥、装饰装修、标识系统等专业分包的招标工作,明确招标标段中的BIM工作要求。

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图 各单位招标工作清单

(2) 辅助工程量统计

根据招标要求,在二维图纸不能明确招标工程量的情况,借助BIM模型,辅助工程量统计,将BIM工作融入整个招投标过程。

(3)工作界面的划分

机场工程由于其工程体量大、参建单位多,其标段划分和界面管理成为管理工作中的难点之一。借助BIM三维、可视的基本特征,根据现场标段纵横交叉实际情况,在BIM模型中划分标段管理界面,合理安排施工总包单位对交叉区域的横向和纵向工作界面,如图2所示,明确参建各方的工作内容和工作职责。

3.4 施工阶段BIM实施内容

建立基于BIM的项目管理工作流程,实现高效的项目管理,明确工作界面和协调机制,强化实现项目实施过程中的质量、进度、投资和安全控制目标,实现精细化的管理。

(1) 工程量精确统计

BIM工程量运用主要体现如下:(1)BIM提供任意指定部位的工程净量可与现场材料消耗量对比,辅助质量控制;(2)快速提供工程量,防止超计价现象出现;(3)BIM提取的工程量可以与现场实际的消耗量作对比分析。

(2) 施工方案模拟分析

机场工程体量大、部分施工难度大、场地布置难度大、物料运输难度大、施工组织协调要求高,通过BIM对场地布置和施工方案进行模拟分析,利用现状仿真模拟、场地布置模拟、施工工艺/工序方案模拟等方法提前预知施工难点,判断重要(复杂)施工部位的可施工性,并提出切实可行施工方案优化建议。

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图8 场地布置分析示例

(3) 公共资源协调

根据施工进度情况,合理分配整个项目场地、道路、吊装等资源,保障施工进展的顺利进行,并根据项目进展情况动态调整和及时沟通,提高公共资源使用效率。


(4) 3D协调与交底

根据工程进展情况,相关参建单位应于每周定期召开施工三维交底例会,对下一周施工内容中二维图纸难理解部分以及相关技术内容利用三维模型对现场技术人员进行施工交底。

(5) 数字化加工

利用已建立的BIM模型,提供3D模型的几何尺寸给生产厂家,由厂家进行工厂化制造加工。

(6) 数字化进度比对

基于BIM技术的虚拟进度与实际进度比对主要是通过建立基准施工图设计模型以及基准4D进度模拟,利用模型以及进度模拟的形式将方案进度计划和实际进度进行定期比对,找出差异并分析原因,实现对项目进度的合理控制与优化。

(7) 变更管理记录

机场项目实施范围广,单体多,给施工过程中的人力、材料、设备的过程管控难度大,利用BIM技术加强对建设过程中的变更,达到节约造价,提高工程效率的目的。记录与BIM模型有关的各类现场签证信息(如签证申请单、收量单、现场签证单、申请和审查报告等)和其他相关工程资料,并在模型中进行挂接,形成工程竣工资料数据库。


(8) 质量管理

将BIM技术应用于施工全过程质量管控,不仅优化建筑信息模型,加强并丰富了施工过程中工程质量信息的采集和管理,使施工过程的各个阶段都能持续跟进和记录,在各个阶段施工前都能提前模拟、预测及控制,并在建成后对质量信息进行分析、共享、存档等,提高项目和企业施工质量控制的水平。如应用BIM借助可视化技术、施工模拟技术、虚拟漫游技术、建立BIM材料库、建立供应商库等手段进行事前质量控制。

(9) 安全管理

将施工现场遇到的安全问题直接挂接到BIM模型对应的位置,在模型中对危险源排查、辨识、预警、标识、更新,可实现对项目危险源的可视化管理。

3.5  BIM在运营维护阶段的应用

竣工BIM模型可集成建设项目的设计、施工、经济、管理等数据信息,建立一套完整的BIM数字化资产模型,承载建筑产品的运营及维护的所有管理任务和数据,为用户提供安全、便捷、环保、健康的建筑环境。更快地检索到建设项目的各类信息,为运维管理提供数据保障。

(1) 空间管理

空间管理主要包括照明、消防等各系统和设备空间的管理。通过BIM运维管理平台获取各系统和设备空间位置信息,把原来编号或文字变成三维图形,直观、形象且方便查找。如消防报警时,在BIM模型上快速定位所在位置,查看周边疏散通道和重要设备等。此外,还可应用于内部空间设施的可视化管理。

(2) 设备管理

借助BIM运维管理平台的精细化管理,清晰了解设备前世今生。运维BIM模型承接设计、施工阶段数据,形成完整的设备台账信息。每个设备具备唯一“二维码身份证”,扫码即可识别设备所有信息,实现数据随身携带,便于全周期管理。

(3) 能耗管理

基于BIM模型平台还可以具有节能技术展示、建筑用能展示、回路及设备用能展示、能耗异常报警、能耗数据分析等功能,将建筑中采用的节能技术以模型的方式叠加到BIM模型上,实时采集数据,结合模型展示实时能耗情况。

四、BIM+展望

BIM+EPC:EPC工程总承包模式下的BIM信息化管理涉及到工程项目相关专业、相关环节、相关业务的信息化应用。通过基于BIM的一体化信息管理平台,EPC工程建造一体化管理可以实现对装配式建筑设计、生产、装配全过程的采购、成本、进度、合同、物料、质量和安全的信息化管理,最终实现项目资源全过程的有效配置。据统计,每年1.3万亿的建设规模大概4000亿因为管理的原因浪费了,BIM+EPC可以有效遏制!

BIM+VR(VirtualReality,虚拟现实):BIM技术已经很方便地实现了可视化,而与VR技术的结合,则把可视化展示到完美。在虚拟环境中,建立周围场景、结构构件及机械设备等的虚拟模型,让系统中的模型具有动态性能,根据虚拟装配结果在人机交互的可视化环境中对方案进行修改。

BIM+物联网技术:基于物联网技术,通过移动终端、RFID、传感器等智能化的末端设备,实现长距离的设备信息、空间信息的采集,建立统一的数据仓库,完成人、物、空间的数据协同。建立从设计、施工、运维的全生命周期内的时空信息库,将静态信息和动态信息紧密结合,实现建设与运营的全面信息化、数据化管理,老旧建筑的数字化、信息化、智能化管理。

BIM+3D打印:实现定制个性化、造型奇异化、模型直观化、建造绿色化,将减少大量的劳动力,节约人工成本。

BIM+GIS:BIM是用来整合和管理建筑物本身所有阶段信息,GIS则是整合及管理建筑外部环境信息。把微观领域的BIM信息和宏观领域的GIS信息进行交换和结合,对实现智慧城市建设发挥了不可替代的作用。

五、结语

上海机场和上海建科咨询公司合作在2008年虹桥综合枢纽建设中首次采用BIM进行管线综合,2011年结合浦东T1改造项目就BIM运维技术进行研究应用,在建的卫星厅工程在幕墙、钢结构和机电安装专业进行了BIM应用:

1、BIM功能强大,但还是属于信息技术的范畴,特别是机场工程专业多、协调工作量大,采集数据的真实性和及时性是BIM成功应用的关键基础。

2、BIM技术是一种多维(三维空间、四维时间、五维成本、N维更多应用)模型信息集成技术,可以使建设项目的所有参与方(包括政府主管部门、业主、设计、施工、监理、造价、运营管理、项目用户等)在项目从概念产生到完全拆除的整个生命周期内都能够在模型中操作信息和在信息中操作模型,共享是关键。

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