基于机场项目BIM综合应用

文｜贵州省住房和城乡建设厅信息中心 李雯娟

1 引言

建筑业是我国国民经济的支柱产业，国家统计局数据显示，2020年建筑业增加值占国内生产总值的比例达到了7.2%。但是建筑业依旧面临着发展质量效益低下、生产组织方式落后、建筑工人队伍老龄化严重、技术创新滞后、发展新动能不足等压力，严重阻滞了建筑业的健康发展。在数字化变革的大趋势下，通过数字技术赋能建筑产业已变得迫在眉睫。BIM 技术已成为工程建造、城市建设与管理相关的核心技术，以BIM 为基础并融合新技术的信息技术集成应用能力，将使建筑业数字化、网络化、智能化取得突破性进展。然而在当前复杂的国际环境下，只有掌握自主可控的BIM 核心技术，解决关键技术的“卡脖子”问题，保障行业发展的可持续性与数据安全，实现建筑行业的数字化转型。

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%。

BIM 技术在机场这种大型项目中可在设计阶段提前发现问题、提高设计效率、减少设计变更，在施工阶段提高施工管理效率、优化施工方案、降低施工返工率、节约建设成本，在机场运维管理阶段可提高运维效率、优化决策方案、提高应急响应速度等优点。

2 项目概述

2.1 工程概况

建设内容及规模：在现有跑道旁新建1 条跑道，主降方向设置Ⅲ类精密进近系统，次降方向设置Ⅰ类精密进近系统；将现有跑道延长；新建航站楼，多机位的站坪，货运站以及机务维修、航空食品、消防救援等生产设施及其他配套辅助设施。

2.2 工程特点难点

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：

2.2.1 工程规模广、施工环境条件复杂。

工程占地面积大，环境复杂，紧邻工程施工影响大，管理要求高。

2.2.2 工程质量要求高，工程安全风险点众多。

机场工程建设标准高，要求严，对质量要求也高，风险大，管控不便。

2.2.3 时间紧、任务重。

工程规模大，技术难度突出，工期对全线施工进度具有决定性影响。

2.2.4 参建单位多，协同管理难。

信息的传递难；多方的参与；增加协调难度，增大了管理难度。

2.2.5 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。

2.2.6 机电设备安装相互关系复杂，动态控制和联动调试要求高。

机电设备安装要求及相应的运维要求高。

2.2.7 专业工程难特点众多，工程技术管理难度大。

3 总体设计

3.1 BIM 应用目标

深化设计，落实BIM 在机场项目中的应用，以机场项目作为示范来推动全省BIM 和大数据应用。

（1）设计施工一体化：设计阶段的BIM 应用充分考虑施工阶段的BIM 需求，深化设计、碰撞检查、流水段划分。

（2）使用BIM 进行施工深化：机电综合协调图纸、机电土建综合图纸。

（3）全过程动态造价管理：利用模型深化设计与施工情况进行算量。

（4）加强施工过程动态控制：模拟施工工艺、进度、现场布置。

（5）数据的收集与集成：过程中各专业数据收集、集成。

（6）BIM 信息共享：提高各参与方信息沟通效率。

（7）后期运营维护管理、成果维护。

图1 应用目标

3.2 总体任务

（1）实现BIM 在机场项目中的应用。

（2）基于BIM 对大数据应用探索、实现大数据积累与管理。

（3）形成面向BIM 和大数据应用的示范项目。

3.3 前瞻性分析

（1）打造国内首个全生命期BIM 咨询服务，构建国内一流全生命期BIM 应用标准体系。

（2）成为机场工程BIM 应用的典型案例；引领机场工程BIM 应用的潮流方向。

图2 设计建模工作流程

图3 各专业单位BIM 技术要求

（3）前瞻性BIM 平台与大数据分析结合应用；破界、融合、重构、赋能实现动态编码关联智能化数据的组织；前瞻性进行BIM 与GIS 结合实现多层次管理。

（4）创新性进行施工方案预演，设计施工一体化；创新性施工形象进度的展现与实时进度分析；创新性打造智慧化工地物联网与BIM 的结合。

（5）全过程档案协同管理多终端浏览与模型关联；全过程数据动态管理过程属性数据实时查询；全过程质量安全问题的全面应用与实时处理；全过程大数据展现与多维度大数据分析。

4 实施路线

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。

4.1 模型实施路线

为保证模型创建的准确性，满足施工方、造价方的模型应用需求，同时保证模型和设计的准确性，制定设计施工一体化实施流程。

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。

（1）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。

（2）标准建模

以JGJ/T488-2019 建筑工程设计信息模型制图标准（2019）为指导，细化并扩展其他应用标准，使模型的建立以标准为纲，保证其各阶段的应用。

（3）优化协作

对以往的建模方式作了新的调整，协作模式在设计建模阶段与施工方BIM 团队密切协作，制定统一的建模框架和接口标准，使设计阶段的模型可以最大程度的流转到施工甚至是运维阶段，也可以最大程度的支持各专业的工作。

（4）模型拆分

模型横向拆分-便于后期施工BIM 运用；模型纵向拆分-便于模型复用及造价支持。模型的横向拆分是指按区域对模型进行拆分，在建模开始，就以施工团队的工作面分区为依据，将模型拆分为若干区域，这样有利于施工的BIM 团队直接利用设计模型进行后期的施工模拟。

模型的纵向拆分是指模型建模深度的拆分，在模型深度的拆分中，制定了统一的接口标准及命名规则，其命名方式，表达方式，模型建立规范等都进行了详细的规定。其模型表达规范以住房和城乡建设部312 号文中确定颁布实施的《JGJ/T488-2019 建筑工程设计信息模型制图标准（2019）》为纲，对项目进行了符合其标准的细化和展开。统一接口标准及模型制图标准可以保证模型纵向拆分的可用性和可行性，同时也为造价BIM 应用预留了接口。

（5）协调统一工作

统一建模框架，便于多方协作；统一接口标准，保证模型流转；统一表达规范，保证模型一致性；统一模型的使用，保证设计到施工信息的完整传递，更加便利及时的技术交底等。

（6）轻量化浏览

选用可读转换数据格式的数据管理中台，实时的视点对视点沟通和交底，为项目推进做出有力支持.

（7）疏散模拟

图4 疏散模拟

图5 碰撞检测

图6 洞口预留

图7 安全管理

人员疏散模拟是BIM 的一个重要应用，主要作用是对建筑的人流疏散进行评估，根据人员密度云图、热力图找出疏散风险区域。进行基于BIM 的疏散模拟，将疏散方案高效化，降低疏散时间，对标现实疏散场景，达到及时、高效。同时，除了应急疏散以外，合理设置计算方式，还可以模拟人流动线的合理性和效率，优化设计。

（8）综合管线

将不同专业的BIM 管线模型集成到一起，进行碰撞检查，BIM 碰撞检查相较于人工叠图进行管线碰撞检查，效率极大提升，杜绝人工排查中的遗漏问题，经碰撞检查、管线优化，对管线进行模拟测试及优化。

经过碰撞发现问题后进行管综优化，能够在设计阶段就避免管线的碰撞问题，让管线更加合理的布置，便于后期施工。

（9）行李系统管理

将行李系统高精度BIM 模型导入模拟软件，设置行李系统各个模块的参数、逻辑和动作仿真情况，在仿真模拟软件中就形成一套虚拟的三维行李处理系统，对行李的运输路线、运输速度等与实际情况完全一致，验证当前设计的系统能否满足处理能力需求。

（10）洞口预留

对设备管线复杂的区域建模并进行模拟预留洞口的BIM 应用，可在设计阶段由BIM 方出具补充的预留洞口图纸，在土建施工过程中即进行洞口的预留，避免了后期的现场打孔，极大的节约了时间，避免了不必要的浪费。

该项目管线穿墙点在一千个以上，使用BIM 技术对预留洞口进行优化可以极大的提升效率并降低成本。

4.2 协同平台实施路线

4.2.1 施工阶段应用路线

（1）机场BIM 系统项目配置管理

系统管理员用户通过项目配置管理工具输入远程数据库的用户名和密码，连接到远程数据库的系统数据库，对用户、工程、权限等信息进行配置和管理。

系统管理员通过该工具添加、修改、删除用户信息，并可根据需要配置用户角色。每个用户角色可以赋予不同的操作权限。系统管理员可通过该工具编辑、创建相应的工程项目数据库，并可配置不同用户及角色在当前项目应具有的权限。

（2）创建现场WBS 和进度

在Microsoft Project 中建立WBS，编制进度计划，通过系统的进度同步功能，自动将进度信息导入BIM 系统中，生成形成WBS。

（3）创建BIM 模型及管理

设计BIM 建模及信息集成；工程构件树的创建；工程构件属性设置与编辑。

（4）创建施工BIM 模型

系统可将3D 工程构件与相应的WBS节点相关联，完成4D 模型的创建，用户可通过简单的拖动构件组到相应的WBS 节点。

（5）施工信息可视化查询

施工对象选取和查看；多条件工程构件查询；施工对象信息查询。

（6）施工进度管控

基于创建的BIM 模型，项目各参与方可进行包括实施方案比选、施工进度的4D显示、施工进度控制、进度追踪分析、关键线路分析、前置任务分析、进度滞后分析、进度冲突分析等重要功能模块日常的进度动态管理和实时控制。

（7）施工过程及工艺模拟

BIM 项目协同与管理平台能够有效链接建筑物以及施工场地的3D 模型与施工进度计划，以及人力、经费设备需求等相关资源的信息集成，从而确立施工进度计划中各工序及时间与3D 施工对象、各种资源需求之间的诸多关系，并且以立体形式形象地展示出来，实现整个施工过程的可视化模拟。

（8）质量安全管理

针对项目质量安全管理需求，建立BIM 工程构件、质量和安全信息的关联集成机制，采取“图钉”等方式录入各类工程、任意WBS 节点、3D 施工段或构件的各种质量安全检查信息，实时查询、统计、分析这些工程质量安全信息，自动生成整改通知单。附加在各类施工BIM 对象上的质检信息可以是数据、图形、图片和视频。

（9）预制件管理

实现多层级、多种方式协同钢梁管理，构件在生产、发货、到货、组拼时分别进行扫码记录其生产过程与拼装详情，实时观测预制件的生产、运输、安装等信息，从而达到数字化管理的目的。

（10）档案资料管理

BIM 平台档案资料管理实现文件及文件夹管理（新建、删除、复制、剪贴、粘贴、上传、下载），关键字搜索，基于构件关联关系的搜索等功能。

（11）动态现场检测

将现场监测点与三维模型做关联，所有监测点的位置在模型上一目了然，同时将监测数据接入BIM 平台中，并进行动态分析。进行数据的实时监测和反馈，若超出阈值BIM 平台可以向相关负责人发送预警短信。

（12）动态视频监控

通过设定虚拟摄像头，将现实监控画面与虚拟摄像头拍摄到的BIM 模型一一对应，在BIM 平台中控制摄像头的视角和画面时，虚拟摄像头会实时同步，实现虚拟模型与现实施工情况的对比。

4.2.2 运维阶段应用思路

（1）航站楼运维信息共享

项目运维期需要大量信息，包括设计、施工过程中的建筑BIM 模型、机电设备BIM 模型、传感器监测数据、自动控制系统监测数据以及其它图纸、文档等非结构化信息。通过分布式文件存储和分布式关系数据库两种技术途径，建立基于云的BIM 数据库，实现基于云计算技术的运维信息管理，便于项目运维期数据的共享、集成与提取，为运维期的逻辑、维护、维修、巡检、能耗、安全、应急、逃生等管理提供支持。

（2）BIM 竣工信息交付

以数据库、IFC 文件等形式，将设计、施工信息进行有效的管理，形成完整的竣工模型并交付使用。

（3）运维知识库管理

对图纸、设备操作文件、培训资料等进行管理，形成知识库，为工作人员在操作设备时遇到的问题提供支持，也为新人的培训提供了帮助。

图8 竣工模型的交付

（4）设备管理

a.设备识别

移动设备扫描贴在设备上的二维码，读取二维码中信息，根据二维码的信息获取远程数据库中该设备相关信息，为运维人员提供支持。

b.设备报修

可对设备保修单进行统计分析，点选时间范围，选择统计时间类型，统计图表根据不同的统计类型统计在这个时间段内的报修单情况。

图9 设备管理

图10 监测管理

图11 应急管理

（5）监测管理

监测系统及监测数据与BIM 集成：将建筑设备自动化系统（BAS）与BIM 系统集成；监测数据与BIM 模型集成，实现监测数据的三维可视化。实时监测显示：进入实时监测状态，系统通过数据接口，定时刷新监测数据。对于连续量，用不同颜色代表不同的数据大小，并在界面右侧通过颜色条给出各种颜色代表的监测值。对于开关量，黄色为关闭，绿色为打开红色为故障，灰色为未采集到数据。历史信息查询：三维模型中选中设备后，可查看该设备对应的历史监测信息；历史监测数据能以折线图、直方图等多种形式的图给出，同时将该时间段内的监测数据列表显示。监测信息管理：系统提供了监测信息管理工具，可对监测点、监测设备信息进行添加、修改等操作。

（6）维修管理

维护维修管理包括设备识别与定位、维护计划、维护日志、巡检维护、备品管理等。在基于BIM 的运维管理体系中，实现通过移动终端扫描二维码，对设备进行识别与定位，获取远程数据库中的与该设备相关的信息，能够为构件添加维护计划，定时提醒维护人员进行构件维护，进行维护后，添加维护日志，便于追踪与管理。可根据项目需求，增加巡检维护和备品管理等功能，实现对备品库中机电设备构件的备品数量和使用情况进行追踪，制定采购计划。

（7）应急预案管理

遇到紧急情况时，可通过移动设备接收RFID 信号或扫描二维码获取出现问题构件的信息及其上下游信息，或者通过计算机进行模型定位，从而辅助现场操作人员更加便捷、准确的处理紧急事件。

5 结语

本研究针对机场扩建项目研究，根据其特点研究基于BIM 的机场项目全生命周期应用，在不同阶段，利用BIM 协同平台探索各阶段对建筑大数据的应用路线，BIM与大数据的结合，还处于探索阶段，但是面对今后信息化、数据化的发展趋势，大量工程数据、维护数据的积累，大数据在机场建设项目BIM 全生命周期的应用还需要更多的深入探索和尝试。

通过设计施工一体化，将施工阶段不必要的重复建模工作大大减少，切实地提高了施工企业对BIM 的应用效率，通过设计造价一体化，将BIM 模型应用于项目全过程的造价管理中，减少了造价方的重复建模工作。

探索BIM 在机场运维管理阶段的应用，将运维管理工作通过协同平台与BIM 技术相结合，探索机场运维的新模式，将管理数据与BIM 数据相结合，提高运维管理效率，提高决策水平。