上海浦東國際機場衛星廳工程總承包管理模式中的BIM革新

趙雋之

上海機施建筑設計咨詢有限公司 上海 200436

BIM技術作為當今建筑工程行業的新興技術手段，經過多年的發展，已深入到工程行業的大部分環節[1-7]。BIM技術的應用也從起初的一線技術手段，逐步上升為工程項目管理手段，為傳統工作模式帶來的變革已初見成效。

1 BIM技術與工作模式

BIM技術相對于傳統技術，其較大的優勢就是極大地提高了工作效率，而效率的提升往往帶來工作模式的變化。本文以BIM技術在上海浦東國際機場三期擴建工程衛星廳項目（以下簡稱“衛星廳項目”，圖1）中的實施案例，來解析BIM技術對工作模式的優化。

圖1 上海浦東國際機場三期擴建工程衛星廳項目效果圖

1.1 項目規劃應用

建筑工程項目，凡是涉及超大型公共服務設施的建設，都需要在前期進行精心的施工策劃，既需要滿足項目開發的前提條件，又能夠服務于項目的后期運營。衛星廳項目作為上海浦東國際機場三期擴建工程的核心項目，在前期也投入了很大的人力、物力進行規劃方案優選。BIM技術在此起到了一個信息整合交互的作用。

規劃方案的主體內容是由工程承包方技術團隊主導完成的，但是方案的優選卻不是由單一團隊能夠決策的，這需要綜合項目所有參與單位及后續運營單位的多方意見，這也使得項目規劃所需考慮的因素，隨著項目的推進，時刻在變化，而作為傳統策劃方式的圖紙及靜態圖片已不能完全表達這些綜合因素。基于BIM技術的施工流程模擬，在這里發揮了很好的信息整合和信息傳達作用。

衛星廳項目體量巨大，主體結構被劃分為2個中央區和5個指廊區，中央區東西各1個，由指廊連接貫通，指廊區分別與現有航站樓的運行系統共通（圖2）。工程承包方前期規劃的建設路線是選擇先難后易的施工路線，計劃在施工階段前期將結構相對復雜的中央區先完成，并在這個過程中解決大部分的施工技術問題，確保中后期指廊貫通的順利進行（圖3）。這一方案的優點是在前期完成充分施工準備的條件下，完全能夠確保施工工期。承包方將這一方案通過BIM動態模擬的形式向項目其他參與方進行演示講解，使得各方即使不看圖紙，不熟悉方案，也能夠直觀地了解承包方的規劃意圖。

在規劃過程中，項目運營方基于機場運行的需求，提出了他們的要求。對機場運行至關重要的實用機位數量是機場運營單位關注的要點，他們希望新建的衛星廳能夠分批先期提供實用機位，幫助解決浦東機場的運營壓力。承包方根據運營方的要求，做出調整，決定在上部結構施工階段先進行指廊施工，提前實現新航站樓與現有航站樓之間的跑道連接，通過切換施工區域的方式，在不影響施工整體進度的前提下，實現提前為機場提供實用機位的目標。

圖2 衛星廳施工分區示意

圖3 前期策劃衛星廳主體結構施工流程

BIM施工模擬根據新的方案進行了更新，并且具體劃分了施工區域，計算了施工量，將每個施工階段所能提供的新增機位數量、建筑體的相對狀態動態地表達出來，為后續的方案深化提供了直觀的可視化資料。通過BIM的動態演示、充分模擬，對比了各種工況，最大程度地整合了各方需求，為項目領導層的最終決策提供了可靠的技術依據。BIM技術也成為項目管理層非常認可的優秀的工程技術手段。

1.2 團隊資源優化

1.2.1 雙曲造型結構建模工作

工程項目的順利推進需要參與項目的各方技術團隊通力合作，最大限度地發揮自身技術優勢。所以，如何提高團隊工作效率，提升工作質量，是一個值得研究的課題。

在衛星廳項目中，我公司團隊就通過技術更新，改變了固有的工作模式。本項目包含大面積雙曲面造型屋面，曲面造型使得屋面內部結構尤為復雜，如果沒有BIM模型數據的支持，現場施工將面臨極大困難，所以首要的工作就是精確地創建屋面模型。因為預見到屋面結構的復雜性，所以必須在較短時間周期內完成整體建模，確保有足夠的時間進行結構深化完善，以及后續的施工數據輸出。

我公司BIM團隊大膽采用多軟件、分層次的流水線工作模式，由專人完成單一構件處理，通過參數化計算，生成實體，然后進行構件整合。基本流程為：完成普通構件平面線模型處理→平面線模型投影生成空間線模型→空間線模型交由下一道工序進行參數化實體放樣→上一道工序的人員同步進行特殊結構的實體建模→普通構件與特殊結構模型分批交由專人整合校對。相比傳統的單線程工作模式，該模式節約人力資源51%，節約工作時間40%，效果顯著。

1.2.2 推廣意義

本案例中的工作模式，其最終目的并不僅是提高效率，更是提高工作質量。相較于傳統工作模式，流水線工作能讓技術人員集中解決單一問題，極大地提高了工作成果的精確度。雖然在多線程建模的過程中，有產生構件遺漏的隱患，需要在構件整合時嚴格地把關，但整合檢查本身也是BIM工作問題預判的過程，將預判工作提前融入到建模過程中，是非常重要的。傳統的單人完成所有構件建模，能確保不遺漏，但會形成對同類問題的重復操作，結果得不償失。

1.3 三維設計應用

1.3.1 三維模型深化

BIM技術在結構深化設計上的應用主要集中在加工和施工數據提取方面。無論數據是以二維圖紙或是純數據集的形式輸出，其基本來源都是依靠精確的三維模型創建。在衛星廳項目中，因為涉及大量曲面造型結構，所以尤其需要BIM技術的支持。

以之前章節介紹的雙曲屋面結構為例，其模型創建的依據是建筑設計方提供的原始造型數據，而施工方需要的是造型產生的具體結構定位數據，以完成結構的實際模板翻樣。這就需要BIM模型在完成精確造型后，完整地創建所有細部結構，比如大量的曲面結構連接和特殊的收邊收口結構。這些結構的完成，需要我公司的深化人員與建筑設計方通力合作。建筑設計方根據建筑設計的原始意圖和造型要求審核我公司創建的BIM模型，對需要優化的結構提出改進意見，然后我公司進行模型更新，并復核數據的準確性。

比如在衛星廳雙曲屋面下，局部區域有平面夾層樓面，屋面梁與樓面梁的水平定位是重合的，但是因為屋面曲線造型的緣故，使得屋面梁與樓面梁的垂直間距始終在變化，平面的施工圖已無法反映這些變化所產生的問題。我公司與建筑設計方在解決這個問題時，全程通過BIM模型操作，從模型提取數據，將結構的情況進行分類，建筑設計方根據我公司BIM模型提供的數據，進行結構優化。如果上下梁間距小于一定范圍，則需將上下梁合并；如果大于某數據范圍，則需適當變更梁高，確保雙梁結構的穩定性和施工空間充足（圖4）。

圖4 屋面弧梁與樓面水平梁定位關系

其他諸如梁端連接、梁掛板收口等造型問題，屋面相關的幕墻、機電結構深化問題，都必須通過BIM模型來進行。這些結構深化溝通與修改的過程都是在BIM模型上實現的，模型充分反映了施工圖無法表達的結構內容，又可以實時修改，迅速預覽實際效果，形成了多方協作的三維結構設計工作模式。

1.3.2 施工數據提取

在完成模型深化后，接下來就需要針對施工方的需求，進行數據輸出。理論上來說，模型中包含了無窮多的空間定位數據，可以任意選取。而實際的數據選取需要根據現場的施工特點進行，比如雙曲屋面的邊沿標高數據的采集，就必須參考屋面相關的幕墻單元分隔。以幕墻分隔的點位為基準，采集相對應的屋面標高數據（圖5）。

圖5 屋面標高點位與幕墻結構標高的配合

基于這些起始數據，利用BIM軟件程序，批量計算出屋面結構的底面標高，支持模板結構的搭設；根據屋面與幕墻結構的相對關系，計算出幕墻鋼柱的頂標高，從而更快地統計出鋼柱用料長度。各專業在獲取BIM模型后，均可根據自身的施工特點需求，快速讀取并篩選數據集，基本擺脫了二維圖紙的信息表達局限，使得施工數據傳達的渠道更為多元化。

1.3.3 推廣意義

無論是BIM三維建模還是模型數據的直接應用，都是數字技術對實物施工技術的促進。我們不再將實物信息轉化為近似的圖紙信息，而是直接在精確的數字化實體上進行設計工作。

信息化設計的最終目的是完成精確高效的數字化加工和信息化施工，這與當今建筑工程行業大力推行的建筑工業化理念是一致的。雖然現在的工程技術還不能完全基于BIM三維模型進行信息交互，但隨著信息技術的末端化發展，BIM技術也一定能夠覆蓋整個行業的每個基礎環節。

1.4 現場工作輔助

1.4.1 施工進度監控

超大型工程因為施工面大、工況變化復雜，必須要有非常完善的工程進度監控機制，以確保施工進度。對關鍵施工節點的控制可以實現工程的總體把控，但仍舊需要相應的技術進行短周期內的定時、定量控制。

基于BIM技術的施工流程模擬在建筑工程中的應用已經相當普及，施工模擬通過簡單的原理，完成了施工流程動態演示和施工信息預報的工作。在施工準備階段主要用來輔助工序流程的優化論證，排除不合理的施工關系；到正式施工階段，施工模擬通過進度數據計算來輔助實際施工進度的監控。這些功能的實現，其實都離不開施工數據的提取比對。

在衛星廳項目中，我公司基于施工階段的總體計劃，完成了完整的主體結構BIM施工模擬（圖6）。在完成施工流程演示的同時，按照施工周報的實際施工情況統計結果，出具施工模擬周報，對施工完成情況進行比對整理，并進行后續的施工預報。為了使模擬數據更具實效性，我公司在周報數據檢索上進行了詳細的考慮。輸出哪一類的數據，取決于數據對接方的需求，過多的信息反而會形成累贅，事倍功半。衛星廳項目的施工模擬以施工量統計為基礎，參考施工管理的要點，通過施工模擬本身及外部連接的數據計算功能，分類輸出不同功能的報表。

圖6 衛星廳主體結構施工流程模擬

1.4.2 BIM模型交底

超大型項目的BIM模型所包含的施工信息量是非常巨大的，如何將信息傳達給相關的使用者，使信息數據發揮作用，是BIM實施團隊必須解決的問題。尤其是對于一些在實際工作中只接觸施工圖的技術人員來說，能夠獲得三維模型信息，對工作效率的提升是有極大幫助的。

在衛星廳項目中，我公司安排專人定期出席工程技術會議。根據會議內容進行相關模型的整理。在會議進行過程中，全程以模型演示作為技術問題溝通的平臺，實時提供所需的數據，支持全專業協同的問題解決過程，使得問題相關各方面的技術人員都能充分、直觀地理解問題的起因和過程。

另一方面，我公司著手將BIM模型上傳至數據平臺，提供給工程管理人員下載到移動端，比如智能手機和平板電腦，讓施工現場的技術人員無需攜帶大量施工圖資料，直接在電子設備上瀏覽模型信息，并實時傳送瀏覽結果。現場人員發現的問題，和基地人員接受的信息是以同一個BIM模型為基礎的，問題可以馬上由基地人員進行處理，反饋解決方案給現場人員復核，能夠形成技術問題現場提出、現場解決的工作方式。

2 BIM技術與工程管理

BIM技術在工程中的應用，無論是協調技術問題，還是提供數據輸出，都是為了能夠更好地輔助工程整體管理工作的順利進行。BIM技術實施產生的工作模式變化，必定會推進工程管理方式的更新。

2.1 施工準備階段的總體控制

通過BIM技術可以更全面、更準確地匯總項目相關的各類信息，并且動態地反映出來。對于項目管控方來說，可以借助BIM動態模擬更直觀地提出具體要求，指導項目各參與方的工作；對于主要施工方，可以將自身的工程規劃意圖更明確、直接地表達出來；而其他項目參與方能夠更快地提出自身的建議。項目各方都省去了大量繁復的文字信息表達工作，將精力集中投入到方案優選的工作中，而BIM技術提供的數字模擬功能、數據統計功能，都能服務于方案優化，所有工作都基于同一個動態信息模型展開，為工程的后續推進打下堅實基礎。

2.2 技術團隊的構架與協作

每個工程對參與其中的專業技術團隊都會提出不同的要求，專業團隊需要不斷提升自身的能力，適應工作需求。BIM技術給設計、深化及施工團隊帶來的是信息化、標準化的技術便利，進而形成常態化的工作機制。從項目專屬的團隊建設開始，根據技術實施的要求選擇培養人力資源，并以統一的技術標準管控日常工作。專業團隊之間通過BIM信息平臺，互通技術資源，協同解決困難，充分避免各自為政的各種弊端。項目總控方則借助BIM技術實施反饋的成果信息，來統一協調各團隊的工作流程，有理有據，順理成章。

2.3 深化設計管理

深化設計作為承接設計與施工的重要技術環節，在工程管理流程中備受重視。深化設計本身的技術含量就很高，綜合了大量工藝內容。BIM技術主要是提供了信息集合平臺，將深化設計和工藝實施成果以三維模型的形式體現出來。原先項目中需要管理設計原始數據集合、深化設計數據集合和施工信息集合，現在通過BIM技術，便可將這3步整合在同一個模型數據集合中，統一進行管理，各方同步進行信息更新，并獲取各自需要的技術數據。項目管理方通過訪問信息平臺，就可以管理深化設計的各環節，協調各專業的工序。

2.4 施工現場管理

施工現場管理主要是將建筑體、施工材料等實物進行量化，實現周期性的比對校驗。BIM技術將工程中一些數量比較大或者類型比較復雜的實物進行快速統計，大大提高了信息統計的效率。通過BIM軟件的一系列后臺邏輯計算，又能夠有針對性地檢索出所需的信息，比如施工進度數據、結構標高數據，都是通過BIM技術在統一的原則上自動獲取的。項目管理者只需要提出具體的數據要求，BIM技術人員就能編制相應的規則，提供配套的數據。數據輸出形式可以是純表格形式，也可以是空間模型形式，適應不同工序的不同要求，極大地強化了工程管理的實時監控能力，減少信息傳遞延誤產生的損失。

3 結語

BIM技術在建筑工程項目的應用，最終是以實現建筑全生命周期管理為目標的。在全過程的每個環節推進BIM技術，促進項目管理手段的革新，是實現這一目標的必經之路。

在衛星廳項目中，現階段BIM技術實施主要集中在施工階段，但是在項目上下游的不同層面上，各方均已提出擴展應用的需求。針對這些需求，我們將不斷探索新的BIM技術應用手段，在BIM技術發展的道路上走出更加多樣化的道路。