BIM技术在青岛新机场航站楼施工中的应用研究

刘天宇 王 静 张志华 万文杰 丁党盛

中建八局第四建设有限公司 山东 青岛 266000

1 工程概况

青岛新机场工程，是国家“十二五”重点规划建设的区域性枢纽机场，是辐射东北亚地区的门户机场。为中国在建的12个4F级机场之一，是国内首个采用集中式单体五指廊造型的航站楼，结构复杂。目前国内在建的4F机场越来越多，对施工单位的要求也在不断增加，采用传统模式已经无法满足体量越来越大的机场建设要求，而BIM技术在应对这种大型项目上有得天独厚的优势。

2 BIM技术应用重点

2.1 单体五指廊造型

作为全球首个单体五指廊造型航站楼，采用“海星”状布局，实现大集中与单元式的合理平衡。通过合理布局，青岛新机场达到近机位73个，旅客步行距离短，但也因此造成机电管线密集、多系统干涉、排布空间不足的问题。

2.2 多专业交叉施工的行李系统

青岛新机场采用了全球识别率最高的全自动行李分拣系统，不仅差错率低，还可以按航班或按小时把行李自动分拣到一定区域，显著降低了运营成本。

行李系统为机场最复杂的系统，各专业相互影响，共13家单位穿插施工，工期要求紧，需为行李系统后期调试预留足够时间。

2.3 高地铁不减速下穿航站楼

作为国内首个高铁、地铁下穿航站楼且高铁不减速穿越项目，青岛新机场须打造全通型、立体化、零换乘的综合交通中心。

为实现机场内的综合交通换乘，需将高地铁下穿至航站楼内部，高地铁影响区域面积达110 000 m2，并将整个航站楼分为东西2个半区（图1），对整体航站楼施工组织设计影响较大。

3 项目BIM应用体系

作为体现新发展理念的标志性工程，青岛新机场对BIM技术提出了全新的需求，新机场的BIM工作采用“总包牵头、分包协作、统筹管理”的联合工作室模式进行实施[1-3]。

作为国内首个全专业、全过程应用BIM技术的4F级机场，BIM技术贯穿整个施工管理流程，这对整体模型精度提出了更高的要求，为实现项目整体BIM规划，青岛新机场模型细度达到整体LOD400，局部LOD500（图2）。

图2 各阶段LOD400模型汇总

4 BIM创新应用

4.1 BIM技术在高地铁影响区中的应用

青岛新机场高铁、地铁同时下穿机场航站楼，影响区域的施工受高铁、地铁进度制约很大，整体计划控制难度高，且国内尚无类似施工经验可供参考[4-7]。

项目以高铁、地铁顶部航站楼主体结构倒序施工作为总体施工组织思路，通过BIM技术进行施工模拟，最终形成了优先施工最上层主体结构，钢网架与正负零结构同时施工的倒序施工方案（图3）。

图3 倒序施工示意

通过无人机对地形、地貌进行高精度测绘，并应用无人机对整个高铁、地铁影响区进行实时监控。同时，结合GIS数据指导场地平面布置，并对主体结构倒序施工方案、流水节拍进行全程动态优化。

基于高精度传感器，通过模型与监测数据的整合，对结构应变数据进行动态累积监测。基于监测结果，通过“桩基共享”的理念克服设计桩基重叠、交叉设计的影响，避免桩基施工不同步带来的安全隐患（图4、图5）。本技术经山东省住建厅鉴定委员会鉴定，整体水平达到国际先进水平，累计节约费用44.59万元。

图4 高地铁施工作为围护桩

图5 航站楼施工作为桩基

4.2 BIM技术在行李系统中的应用

行李系统是整个机场旅客服务系统中最复杂、最重要的部分。青岛新机场行李系统总占地面积逾20 000 m2，总长度达16 km（图6）。

图6 行李系统模型

4.2.1 行李系统与其他系统干涉调整

为了节约设计空间，行李分拣和提取大厅未单独设置转换层，行李分拣系统与六大系统（给排水系统、通风空调系统、自动喷淋灭火系统、消火栓系统、强电系统、弱电系统）采用棋盘式布局，综合管线设计空间断面占据面积高达75.2%（图7）。

图7 棋盘式布局及其空间断面

在如此狭小的空间中须确保各体系之间无碰撞且预留足够的检修空间，因行李系统功能性要求，钢结构走道根据疏散要求需1.8 m净高，部分双层行李传送带需2.7 m净高。

为此，BIM工作室创建了划界模型，其他系统避开划界模型进行建模，部分复杂区域进行专项调整以满足整体需求（图8）。

通过采用“一整合、六拆分”的出图方式指导现场施工，各系统整合进行碰撞调整，再分别单独出图进行施工，确保在主体施工前完成全专业BIM模型的深化和整合。

图8 行李系统标高要求及划界模型

4.2.2 行李提取大厅钢结构吊架层设计施工一体化

行李提取大厅位于航站楼南侧＋0 m层（图9），净高13.0 m，吊顶高度8.0 m，在吊顶至板底5 m的空间中需依次容纳行李系统钢结构吊柱、设备传送带、格栅板、机电安装及消防弱电系统，大量管线交叉施工（图10）。

图9 行李系统提取大厅位置

图10 提取大厅上部结构

因行李系统格栅板阻挡，机电管线及精装修吊顶无法穿过格栅板在结构板下生根。

项目部为此设计了钢结构吊架层（图11），吊架层构造包括埋件、型钢转换梁、吊柱、钢梁及斜撑，通过钢结构吊架层辅助机电管线及精装修吊顶生根，因行李提取大厅空间结构复杂，影响因素较多，项目全程采用BIM技术解决各体系碰撞问题（图12）。

图11 钢结构吊架层构造设计

图12 东区吊架层整体结构设计

根据结构梁模型确定吊柱及预埋板位置，部分吊柱侧方无结构梁的通过添加型钢转换梁进行吊柱固定，预埋板垂直标高需考虑预应力结构梁线形，保证预埋板避开预应力钢绞线，吊架层钢梁标高根据行李系统格栅板标高确定分为9.70 m及8.90 m这2部分，对钢梁及吊柱Revit建模后与行李系统模型进行碰撞检测，调整部分构件位置。

暖通系统风管横截面较大，受吊架层吊柱影响，部分风管无法进行施工。为此，将吊架层模型与风管模型整合后进行碰撞调整，在考虑施工空间的基础上对吊架层及风管进行综合调整，保证现场施工方便（图13、图14）。

图13 行李系统与吊架层干涉调整

图14 风管与吊架层干涉调整

完成全部干涉调整后，对吊架层整体采用Tekla进行建模并出图，最终形成施工级下料图纸。

将模型及坐标信息导入放样机器人中进行吊柱吊点放样并根据信息统计表标出埋件位置，部分吊柱穿过行李系统格栅板的，应在施工前根据模型信息在行李系统格栅板上打孔（图15）。对吊架层划分若干施工段，根据模型信息采用在现场对钢梁进行预拼装后提升的施工方式以节约工期（图16）。

图15 吊柱穿过格栅板位置

图16 钢梁预拼装提升

4.3 三维扫描助力机场BIM总承包管理

机场专业分包众多，项目部通过与硬件厂商合作，开发了结合三维激光扫描的项目质量管理平台，从选定分包单位开始即可对其进行管理，极大地提升了项目总承包管理能力。

1）现场数据采集。主体结构施工完成后，项目部即对其进行三维扫描，并上传至三维扫描平台中，通过分配权限账号，分包进场前即可通过平台进行实际数据测量。

2）工序交接。在工序隐蔽前进行三维扫描，全过程记录现场施工数据，可有效避免后期各单位互相扯皮的问题。同时，将三维扫描数据逆向建模，及时对模型进行纠偏，保证重要区域模型与现场相一致。

3）专业分包验收。项目部将部分复杂节点三维扫描后与模型进行对比，可有效分析其施工偏差、平整度、垂直度等，并形成可视化、数据化的对比分析文件，成为项目总承包管理的有效手段（图17）。

图17 钢网架快速识别位置偏差构件

4.4 四方协同平台

为打破各管理体系之间的藩篱，项目部与业主联合开发了四方协同BIM管理平台，统筹业主、监理、设计及施工对建造全过程的管理。

1）模型集成。通过模型轻量化将整个机场近200 G模型集成至协同平台中，通过权限账号即可查看已相关的模型数据，通过视图管理、工具菜单、三维显示、信息管理及协同管理等多个模块对模型进行浏览、标注及控件操作。

2）计划管控。将工期计划导入平台并关联模型进行计划模拟与预判，由传统文档表格形式升级为可视化模型，通过填报现场实际进度，可快速对比显示工期提前或滞后区域，部门单位间分工明确，显示一致，通过在平台中调取电子沙盘，可实时了解现场实际施工进度。

3）移动办公。通过手机、Ipad等移动端对模型进行手持浏览，可将图纸、表格、交底、方案、动画及相关资料上传至平台并关联模型，现场管理人员可随时对其进行查看，完成构件属性查询及文档审阅相关工作。

4）项目圈协同管理。各项目部通过平台创建项目圈，通过项目圈可对施工现场安全质量问题发起讨论并设定责任人，相关人员即可收到定期问题提醒，完成整改后可进行照片回复，通过后台数据对项目工程问题分类统计，作为项目管理依据。

4.5 后期运维系统

目前，项目部正在与物业单位进行ITC三维可视化运维交付数据端口的研究与开发，为后期的孪生式数字交付夯实基础。

项目部与业主单位联合，创建基于BIM的GIS系统后期运维平台，将BIM模型导入SuperMap中形成机场底层数据库，同时将模型与GIS地图关联后即可形成机场内部三维GIS地图（图18、图19）。

图18 基于GIS系统的运维平台

图19 GIS空间地图生成

通过平台可实现机场航站楼与市政道路、绿化、景观系统的有机融合，并辅助业主方完成空间模拟、交通分析等功能，通过运维平台，旅客可进行包括路线推送、定点模拟、地图查询等多种功能。

5 结语

目前，青岛新机场已被评为山东省BIM示范工程，获得国内BIM大赛数项大奖。同时，以本工程为载体，主持编制BIM行业标准1部并成功获批国家“十三五”重点研发计划项目《绿色施工与智慧建造关键技术》首批示范工程。

青岛新机场将以“绿色机场、人文机场、智慧机场”为建设目标，努力将其打造成为引领BIM创新应用的国内机场行业标杆。